Универсальные машины трения

Универсальные машины трения обеспечивают при триботехнических испытаниях реализацию двух и более схем трения. Универсальное оборудование позволяет использовать один привод для воссоздания различных схем испытаний. При этом существенно экономится пространство в испытательной лаборатории. Широкие функциональные возможности универсальных машин трения достигаются ценой их значительного усложнения и удорожания (на рынке их цена не спускается ниже 1 млн. рублей).

Одной из ставших классическими универсальных машин трения является машина трения Амслера (рис.1.16) – МИ-1М — лабораторная испытательная установка для исследования фрикционных и антифрикционных мате­риалов на трение и изнашивание в условиях качения или скольжения (рис. 1.17).

Рис. 1.16. Схема машины трения МИ-1М.

Рис. 1.17. Основные схемы испытаний на машине трения МИ-1:

а - трение качения (V1=V2); б - трение скольжения (V1=0).

При испытании в условиях качения в контакте находятся ролики 3 и 5, вращающиеся с постоянной скоростью. В условиях скольжения верхний ролик за­меняется неподвижным вкладышем. Ролики приводятся во вращение электродвигателем 1, нагрузка за­дается пружиной 4. Момент трения регистри­руется маятниковым устройством 2 и запи­сывается на барабане 6. Температура определяет­ся термопарой, износ образцов — микрометрированием.

Верхняя каретка может совер­шать колебательные движения с амплитудой 8 мм. Нагрузка на образцы может периоди­чески изменяться с помощью эксцентрика.

Технические характеристики машины трения МИ-1М:

диаметр ролика, мм 40;

ширина ролика, мм 10;

длина вкладыша по хорде, мм 20;

скорость вращения, об/мин 200;

осевая нагрузка, кгс 26—200;

мощность двигателя, кВт 0,8.

Методика испытаний содержит следующие операции.

Откинуть каретку 7 до упора вверх и закрепить гайками на нижнем и верхнем валах образцы 3, 5.

После установки образцов плавно опустить каретку 7 до соприкосновения образцов и проверить их радиальное биение, которое не должно превышать 0,05 мм при проворачивании валов от руки.

Установить требуемую скорость вращения валов при помощи сменных колес и шестерен.

Проверить тарировку показаний маятникового устройства 2 для оценки момента трения ( [Н×м], где m – масса навески, кг; D - отклонение стрелки, см).

Разместить на станине под нижним образцом 3 ванночку с испытываемым смазочным материалом так, чтобы нижняя часть образца была погружена в смазочную жидкость, и, проворачивая вал вокруг оси, смочить рабочую поверхность образца.

Надеть нагрузочную скобу на кронштейн и, вращая винт нагружения, привести его в соприкосновение с опорной пятой кронштейна.

Включить машину в сеть и запустить двигатель 1, нажав на кнопку "Пуск", расположенную на панели управления машины.

Нагружая образцы медленным и плавным вращением винта нагружения и фиксируя изменения положения стрелки маятникового устройства, показывающего величину момента трения, построить график зависимости момента трения от величины приложенной нагрузки.

По окончании испытания нажать на кнопку "Стоп" и отключить машину от электросети.

Коэффициент трения при испытаниях можно оценить по формуле , где N – нормальная нагрузка, Н; d – диаметр ролика, м.

Более современным аналогом установки МИ-1М, заменившим также известные машины 2070 СМТ-1 и СМЦ-2, является машина трения ИИ 5116-01, предназначенная для испытания трение и износ металлов и сплавов, жестких конструкционных пластмасс и композитов. Машина предназначена для эксплуатации в помещениях лабораторного типа (рис.1.18). Технические характеристики машины трения ИИ 5116-01, приведенные на сайте завода-изготовителя [http://tm37.ru/mid/3/id/83/] приведены в таблице 1.3.

Рис.1.18. Машина трения ИИ 5116-01.

Таблица 1.3

Технические данные машины трения ИИ 5116-01

Продолжение табл. 1.3

Наиболее широкими исследовательскими возможностями обладает машина для испытания материалов на трение 2168 УМТ, работающая в широком диапазоне нагрузок, скоростей и схем испытаний. Машина применяется для испытания различных фрикционных и смазочных материалов на трение и износ (рис. 1.19), ее технические характеристики, указанные на сайте завода-изготовителя [http://tm37.ru/mid/3/id/84/], приведены в таблице 1.4.

Последние две машины трения изготавливаются на заводе ООО «Точприбор». Несмотря на широкие возможности универсальной машины трения в настоящее время ее конструкция устарела (в плане системы сбора и обработки данных), а ее использование сдерживается высокой стоимостью[4] (порядка 2,5 млн. руб.).

Таблица 1.4

Технические характеристики машины трения 2168 УМТ

Продолжение табл. 1.4

Рис. 1.19. Универсальная машина трения

Одной из последних разработок в области создания универсальных машин трения является предлагаемая на рынке установка МТУ-1 концерна «Наноиндустрия» (рис. 1.20). Машина предназначена для проведения испытаний на трение и изнашивание металлических и неметаллических материалов в условиях применения различных смазочных материалов (масла и пластичные смазки)[5].

С помощью машины трения МТУ-01 можно производить оценку триботехнических характеристик различных материалов и смазочных составов, при проведении научно-исследовательских работ для определения оптимальных сочетаний материалов и смазочных составов с целью повышения износостойкости различных узлов машин и механизмов, а также в учебных целях при проведении лабораторных и исследовательских работ по триботехнике.

Рис. 1.20. Общий вид машины трения МТУ-1

Метод испытаний основан на взаимном перемещении прижатых друг к другу с заданным усилием испытываемых образцов в среде смазочных материалов или без них. В процессе испытания регистрируется момент трения с графическим отображением его изменения, а также температура испытуемых образцов. Схема контакта: торец вращающегося ролика и неподвижный диск[6].
Момент трения регистрируется тензодатчиком, температура - термопарой. Регистрируемые параметры записываются и обрабатываются с использованием компьютера. Нагрузка на узел трения фиксируется при испытании динамометром образцовым механическим 3 разряда, ДС-0,2.

В качестве привода используется настольный сверлильный или сверлильно-фрезерный станок.

Машина трения МТУ-1 имеет следующие технические характеристики:

Номинальное напряжение 220 В;

Частота тока 50 Гц;
Род тока питающей сети: переменный, однофазный;
Потребляемая мощность: не более 0,6 КВт;
Скорость вращения образца без нагрузки: не более 3000 об/мин;
Усилие прижима испытываемых образцов: в пределах 50-800 Н;
Масса: не более 50 кг.

Схожая по техническим характеристикам универсальная машина трения серии «Универсал» будет подробно описана в следующем разделе.

Среди отечественных универсальных машин трения можно отметить еще ряд моделей. УТУ1, УТУ2 и УТУ3.

Универсальная триботехническая установка поступательного типа УТУ 1 позволяет определять силы трения при вдавливании разных типов инденторов в поверхность тела и константы трения; исследовать фрикционные автоколебания и процесс качения колеса; оценивать температурную стойкость смазочных материалов при граничном трении; выявлять зоны предварительного смещения и получать зависимость предельной силы трения покоя от времени неподвижного контакта. Используется блок управления и набор сменных приспособлений, закрепляемых разными способами в пространстве между подвижным столиком и нагружающим устройством. Основные характеристики установки приведены в таблице 1.5.[7]

Таблица 1.5

Технические характеристики устройства УТУ1

Универсальная триботехническая установка ударного типа УТУ 2 позволяет определять диссипативные характеристики фрикционных материалов и исследовать процесс теплообразования при соударении шероховатых поверхностей[8]. В машине используется блок обработки сигналов и набор сменных приспособлений. Технические характеристики приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6

Технические характеристики установки УТУ 2:

Продолжение табл. 1.6

Универсальная триботехническая установка вертикального типа УТУ 3 позволяет определять интенсивность изнашивания материалов при граничной смазке, в агрессивной среде и условиях ударного воздействия; оценивать антифрикционные и противоизносные свойства твердых смазочных покрытий. Технические характеристики установки приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7

Технические характеристики установки УТУ 3

Среди зарубежных универсальных машин трения можно привести установку МТ-393, разработанную фирмой Metrotex[9] (рис. 1.21).

Рис. 1.21. Машина трения MT-393.

Оборудование предназначено для испытания фрикционных, антифрикционных и смазочных материалов на трение и износ в широком диапазоне режимов. Большой набор сменных приспособлений позволяет реализовать различные схемы испытаний, моделирующих работу трибосопряжений в узлах трения (см. таблицу 1.8), в т.ч. реализовать испытания по стандартам ASTM D3702-94; ASTM G99-05.

Установка позволяет проводить испытания различных металлов и сплавов, пластмасс, покрытий, резины, керамики и т.д. при различных видах трения (качения, скольжения, качения с проскальзывание). Испытания могут проводиться в различных смазочных средах или без них (сухое трение).

Таблица 1.8

Технические характеристики машины трения MT-393.