WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 26 | 27 || 29 | 30 |   ...   | 42 |

Одной из задач испытаний на износ при наложенной вибрации является определение факторов, на основании которых можно установить критерии и рекомендации для разработки узлов трения, работающих в условиях повышенных вибраций. При испытаниях оценивались следующие динамические характеристики: резонансная частота стыка; виброускорение; амплитуды динамических сил и перемещений образцов;

динамический коэффициент. Эти параметры общеприняты в механике и позволяют провести полный анализ влияния вибрации на характеристики контактирования и изнашивания пары трения.

Современные стандарты по виброиспытаниям, в частности международные (IEC 68-2-6, MIL STD 810 B) и российские (ГОСТ 20.57.406-81, ГОСТ 3940-84, ГОСТ 16962.2-90), предусматривают следующие режимы вибронагружения: синусоидальная вибрация, узкополосная случайная вибрация, широкополосная случайная вибрация, ударные воздействия (sinusoidal, random, transient, shock). Для проведения испытаний рекомендовано оборудование фирмы LING DYNAMIC SYSTEM, в том числе цифровая система управления и вибраторы 3386, 3389 с параметрами, указанными в табл. 4.2.

Таблица 4.Параметры вибраторов Параметры оборудования Вибратор 3386 Вибратор Номинальная пиковая синусоидальная сила, Н 489 Максимальное пиковое ускорение, m/s 1138 Максимальная пиковая скорость, m/s 2,5 Максимальный размах смещения, mm 19 25,Резонансная частота, кГц 6 3,Использованный при испытаниях вибрационный электродинамический стенд ВЭДС-10А удовлетворяет приведенным стандартам и позволяет создавать на фрикционном стыке синусоидальную вибрацию.

Виброускорение оценивалось при помощи виброизмерительного пьезоэлектрического преобразователя Д-14. При экспериментах его закрепляли в специальном резьбовом отверстии на каретке и соединяли коаксиальным разъемом с универсальным осциллографом С1-69.

Показания осциллографа в милливольтах переводились в единицы ускорения согласно паспортному коэффициенту преобразования датчика – 2 мВс2/м.

Измерение амплитуд динамических сил и перемещений производили, как отмечалось выше, емкостным датчиком. Для этого выполняли следующие операции:

- тарировали датчик (по перемещению) при помощи винтового микрометра;

- закрепляли пластины датчика на ползуне и каретке;

- ставили каретку в рабочее положение и устанавливали начальный зазор между пластинами вращением винта на верхней пластине;

- нагружали каретку и оценивали статическое сближение верхнего и нижнего образца, а также, меняя груз, устанавливали корреляцию сил и перемещений в статике;

- включали вибростенд ВЭДС-10А и измеряли амплитуду динамических сил и перемещений при вибрации.

Основным параметром, характеризующим вибронагруженность узлов трения, является динамический коэффициент µ, который показывает отношение динамического значения некоторого фактора (ускорения, силы перемещения) к соответствующему статическому значению этого фактора и оценивается по формуле [3] N u а д д µ = = 1+ = 1+, (4.2) N u g ст ст где N, u, а и N, u, g – соответственно динамические силы, перемед д ст ст щения и ускорения; статические силы, перемещения и ускорения.

Из формулы (7.9) видно, что динамическое нагружение узла трения гармоническими колебаниями возможно в пределах значений µ=1…2.

При µ>2, когда динамическая сила, направленная вверх, превышает статическую силу тяжести груза, возникает явление раскрытия стыка и наложенное гармоническое возбуждение стыка сменяется ударным воздействием. Испытания на изнашивание проводили при значениях µ, равных 1,5 и 2, а также для сравнения скорости изнашивания производили испытания образцов без наложенной вибрации (при µ=1).

Для проведения эксперимента был рассмотрен ряд способов варьирования динамическим коэффициентом. В стенде ВЭДС-10А амплитуда динамических сил задается током подмагничивания катушки электромагнитного вибратора. Однако паспортные характеристики вибратора не позволяют получить амплитуду динамической нагрузки более 10 кг, что при статической нагрузке узла трения 50 кг позволило бы получить лишь µ=0,2. Для расширения диапазона варьирования коэффициентом µ можно использовать два способа. Первый заключается в регулировке собственной частоты резонатора путем перемещения груза вдоль его оси. Настройку продолжают до совпадения собственной частоты резонатора с частотой вынужденных колебаний, при котором амплитуда колебаний значительно повышается. Во втором способе регулировкой частоты вынужденных колебаний добиваются их резонанса с собственными колебаниями стыка.

Как критерий при поиске собственных частот стыка использовалось явление резкого повышения амплитуд сил и перемещений элементов колебательной системы при резонансе. Для оценки резонанса применимы два метода: метод сравнений виброускорений и метод измерения амплитуды колебаний.

Метод сравнений является косвенным методом оценки резонансных частот стыка, заключающийся в том, что последовательно производят измерение виброускорений в широком диапазоне частот при непосредственном контакте образов, а затем при изоляции контакта демпфирующей прокладкой. Прокладка, с одной стороны, не изолирует датчик от общей вибрации корпуса стенда, а с другой – смещает (либо полностью удаляет) пики амплитуд виброускорений на частотах контактного резонанса, что позволяет исключить влияние помех, связанных с резонансом посторонних элементов стенда.

Результаты испытаний приведены на рис. 4.6. В качестве прокладки использовалась резина толщиной 0,5 мм. Виброускорение оценивалось высокочастотным датчиком Д-14. Сигнал снимался с экрана осциллографа С1-63.

Незолированный контакт Изолированный контакт Частота наложенной вибрации, Гц Рис. 4.6. Зависимость виброускорения от частоты колебаний Из рисунка видно, что на общем фоне выделяются пики на частотах 68 Гц и 136 Гц. Эти частоты кратны друг другу и, по сути, являются гармониками одной частоты, основной из которых является 136 Гц, поскольку пик на этой частоте в 2,2 раза выше, чем на соседней гармонике. Исчезновение этих пиков при изоляции контакта реВиброускорение, м/с зиновой прокладкой косвенно показывает на непосредственное отношение найденных частот к свойствам самого стыка, а повышение амплитуды виброускорений на частоте 136 Гц в 5,4 раз относительно амплитуд при других частотах указывает на наличие резонанса.



Второй метод заключается в определении резонансных частот путем нахождения пиков амплитуд относительных колебаний в сты А, 3 ке при наложении вибрации разМ Па А0, личных частот. Такой способ позМ па А+А0, воляет непосредственно на экране М па осциллографа наблюдать резонансные явления в стыке и полуЧастота, f (Гц) чить данные для оценки динамиРис. 4.7. Изменение амплитуды ческого коэффициента. Результавибрации при изменении частоты в ты исследования резонансных чаобласти контактного резонанса стот данным способом представлены на рис. 4.7. Из рисунка видно, что резонанс возникает на частоте 136 Гц, что подтверждает результаты, полученные предыдущим методом.

Как отмечалось, смазочный слой, обладая вязкостью как основным реологическим свойством, играет роль демпфера только для колебаний с относительно пологим фронтом волны. При резонансе, когда амплитуда перемещений резко возрастает, а нагрузки приближаются к ударным, смазочный слой, граничащий с металлом, не успевает деформироваться, и в зазор вовлекается дополнительное количество масла, что приводит к утолщению масляного слоя и увеличению зазора, которое регистрируется на экране осциллографа.

Изменение амплитуды колебаний при варьировании тока подмагничивания в пределах I = 0…100 мА на резонансной частоте стыка под (f =136 Гц) показано на рис. 4.8.

Полученные при этом значения коэффициента динамичности µ позволяют провести выбор режимов вибронагружения.

Амплитуда вибраций, А (МПа) Кроме того, эксперименты показали, что при наложении колебаний (в т. ч. и с резонансными частотами) существует определенный порог чувствительности стыка к вибрациям, который может быть связан с 20 30 40 50 75 I, m A преобладанием демпфирующего Рис. 4.8. Изменение амплитуды действия фрикционного конвибрации, полученное увеличением такта над энергией колебаний тока подмагничивания при при малых амплитудах вибрарезонансе ции.

4.1.4. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ИЗНАШИВАНИЯ ПАРЫ ТРЕНИЯ «СТАЛЬ – БРОНЗА» С НАЛОЖЕННОЙ ВИБРАЦИЕЙ Испытания на изнашивание проводились на образцах из стали 30ХГСА и бронзы БрАЖН 10-4-4. Сталь 30ХГСА применяется в авиастроении для изготовления ответственных сварных и механически обрабатываемых деталей шасси самолетов и др. Деформируемая бронза БрАЖН 10-4-4 упрочняется путем термической обработки. В соответствии с диаграммой состояния алюминиевых бронз [74] после закалки с температуры 900 °C и последующего отпуска в течении 1,часа при 650 °С они приобретают структуру – твердого раствора, распавшегося -раствора и мелких включений железистой составляющей – эвтектоида ( + ). Такие бронзы применяются в авиастроении для изготовления ответственных деталей повышенной твердости, работающих в условиях трения скольжения при температурах до 773 ° К, больших скоростях и удельных нагрузках: шестерней, червяков, втулок цилиндров шасси и др.

Испытания проводились при следующих условиях: масло индустриальное – И-12А; удельное статическое давление – 5 МПа; температура – комнатная, A, мкм оценка всех параметров выполнялась через равные интервалы наработки образцов (t = 3 мин) на стенде ВИ-1. По завершении испытаний выполнялась компьютерная обработка экспериментальных данных, включая оценку микротвердости, линейного изнашивания, энергии активации пластической деформации. Программа позволяет не только рассчитать значения параметров, но и провести их полную статистическую обработку с сохранением результата в отдельном файле.

На рис. 4.9 представлены результаты испытаний образцов из бронзы БрАЖН 10-4-4 при статическом давлении =5МПа, динамическом коэффициенте µ=1,5, соответствующем току подмагничивания I =45мА.

под На рис. 4.10 представлены результаты испытаний образцов из бронзы БрАЖН 10-4-4 при статическом давлении =5МПа, динамическом коэффициенте µ=2, соответствующем току подмагничивания I =100мА.

под Полученные эпюры (рис. 4.9-4.10) показывают, что в условиях наложенной вибрации сохраняется циклический характер изнашивания, т. е. через приблизительно равные промежутки времени происходит разрушение поверхностных слоев на глубину образовавшегося в результате усталостного процесса debris-слоя h. Полученные ред зультаты обосновывают универсальность кинетического подхода, рассмотренного в первых двух главах, что позволяет использовать расчетные модели кинетического типа для оценки скорости изнашивания узлов трения при динамическом нагружении.

Эксперименты показали, что значения микротвердости и энергии активации чувствительны к фазе кинетических циклов изнашивания.

Так, с увеличением времени наработки образцов при фазе латентного (скрытого) накопления повреждаемости (на рисунках этой фазе соответствует пологая часть эпюры изнашивания) значения микротвердости и энергии активации постепенно увеличиваются, что обусловлено процессами наклепа и текстурирования поверхностных слоев.





Фаза разрушения поверхностного слоя сопровождается резким понижением значений Hµ на 30%, а U – на 20%. Это объясняется появлением на поверхности неприработанного слоя. Указанные эффекты проявляются наиболее отчетливо при µ=1,5, в то время как при µ=2 корреляция фазы износа со значениями параметров Hµ и U становится «размытой», что свидетельствует о начале неустойчивости состояния поверхностного слоя при высоких динамических нагрузках, приближающихся к ударным.

А Б В Г 0 3 6 9 12 16 20 24 Наработка, мин А Б 350 В Г Наработка, мин16 20 24 0 3 6 9 А 65 Б В Г 0 3 6 9 12 15 18 21 Время наработки, мин Линейный износ, мкм Микротвердость, кг/мм Энергия активации, кДж/моль Рис. 4.9. Кинетика изнашивания бронзы БрАЖН 10-4-4 при µ=1,5:

А, Б, В, Г – участки износа А Б В Г 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 Наработка, мин А Б В Г 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 Наработка, мин А 65 Б В Г 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 Время наработки, мин Линейный износ, мкм Микротвердость, кг/мм Энергия активации, кДж/моль Рис. 4.10. Кинетика изнашивания бронзы БрАЖН 10-4-4 при µ=2:

А, Б, В, Г – участки износа Можно отметить, что с ростом динамической нагрузки существенно повышается скорость изнашивания, при этом длительность µ µ =1,5 =кинетических циклов уменьшается от T = 9 мин до T = 6 мин, а ц ц толщина слоя, поверженного усталости и разрушению, увеличивается µ µ =1,5 =от h = 2,7 мкм до h = 4,2 мкм. При этом видно, что среднее знад д чение микротвердости Hµ=328 кг/мм2 при µ=1,5 превышает среднее значение 276 кг/мм2 при µ=2, в то время как критические значения энергии активации почти не изменились. Это позволяет констатировать, что рост динамической составляющей нагружения вызывает пластическую деформацию поверхностного слоя на большей глубине, при этом образующиеся дислокации рассредоточиваются по большему объему, вследствие чего за время кинетического цикла не успевают произойти необходимый наклеп и текстурирование поверхностей трения. Таким образом, поверхностный слой разрыхляется и разрушается при трении более интенсивно.

Максимальная величина энергии активации – энергия активации разрушения поверхностного слоя бронзы БрАЖН 10-4-4 составляет * около u =75…80 кДж/моль.

4.1.5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТА УСТАЛОСТНОГО ИЗНАШИВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В предыдущей главе было отмечено, что изнашивание как при наложенной вибрации, так и без нее имеет циклический характер. Обзор существующих моделей изнашивания показал, что физическое объяснение этому эффекту можно дать только в рамках кинетического подхода, в котором изнашивание качественно определяется двумя параметрами: областью и длительностью протекания усталостных процессов в поверхностных слоях. При этом в качестве базовой примем расчетную модель (1.57).

Чтобы более четко оценить влияние наложенной вибрации на скорость изнашивания материалов и установить природу изменения скорости изнашивания при динамическом нагружении, определим, какие параметры кинетической расчетной модели (1.57) наиболее чувствительны к вибрации.

Толщина поверхностного слоя, подвергаемого усталостному разрушению при трении, определяется областью локализации пластических деформаций, которая зависит от глубины пропахивания твердыми выступами более мягкой поверхности. Эта глубина, в свою очередь, зависит от твердости и рельефа поверхностей трения, наличия в зоне контакта твердых частиц (абразива, частиц износа) и действующих напряжений. Установлению зависимостей сближения поверхностей при пластическом контакте посвящено множество работ по проблеме контактирования [93, 147, 185]. Так, если принять модель вдавливания сферического выступа в относительно мягкое полупространство, деформация а описывается выражением [185] Р i а =, (4.3) 2 rHB т. е. деформация пропорциональна действующему давлению Р. На i рис. 4.11 представлена зависимость глубины debris-слоя от динамического коэффициента µ, полученная на основе экспериментальных исследований, из которой также можно сделать вывод о пропорциональности суммарной, статической и динамической нагрузки и глубины протекания усталостных процессов. Таким образом, можно записать:

, h = h µ д д(4.4) где h – глубина debris-слоя при треднии без наложенных вибраций. Выражение (4.4) подтверждается также экс1 1,5 периментальными данными, привеДинамический коэффициент денными в работе [182] по изнашиваРис. 4.11. Зависимость толщины разрушаемого слоя от вибронагружения Толщина debris-слоя, мкм нию аналогичной пары трения, но при удельных статических нагрузках =10МПа. Сопоставление результатов показало, что при изнашивании µ 2 µ hд = 5МПа hд = 1 4мкм бронзы БрАЖН 10-4-4. Следовательно, можно = = 10МПа предположить, что влияние на h приращения нагрузки за счет динамид ческой составляющей можно рассматривать как действие только статической нагрузки, но с величиной, равной сумме амплитуды динамической нагрузки и нагрузки, приложенной статически.

В целом эксперименты показали, что наиболее чувствительными к изменению вибронагруженности пары трения являются следующие параметры: h, Нµ и. Причем изд менение h имеет линейную корреляцию с динамическим коэффицид ентом в диапазоне µ=1…2. В результате модель (1.57) можно представить в виде h µ (1+ 3 f ) д J = h * u - - g. (4.5) * H exp µ R T В данной модели параметры, отмеченные звездочками, требуют экспериментальной оценки.

Проверку адекватности полученной модели (4.5) проводили путем сравнения расчетных и экспериментальных данных. В табл. 4.представлены экспериментальные и расчетные значения скорости линейного изнашивания, полученные при =5 МПа; h =1,8 мкм; f=0,05;

Pages:     | 1 |   ...   | 26 | 27 || 29 | 30 |   ...   | 42 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.