Способ приработки пары трения

 

Изобретение относится к приработке пар трения и может быть использовано для обкатки механизмов. Приработка пары трения в смазочной среде осуществляется при ступенчато-увеличивающейся нагрузке по значению трибопараметров пары трения. Для повышения эффективности приработки смазочную среду до нее нагревают, а затем ступенчато снижают температуру смазочной среды. 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологии приработки пар трения в смазочной среде.

Известен способ [1] приработки пар трения при нормальной температуре смазочной среды, при котором приработку ведут в предельных режимах на грани заедания.

Указанный способ имеет недостатки.

В частности, при нормальной температуре смазочной среды, соответствующей 20^оС, физико-химические процессы взаимодействия смазочной среды с поверхностью трения протекают с малой скоростью реакции. Это приводит к тому, что поверхности трения не полностью покрываются смазочной пленкой, а образовавшаяся при этом за счет шероховатостей поверхностей смазочная пленка имеет пониженную прочность адгезионной связи с поверхностями трения. Поэтому в момент страгивания возможен металлический контакт участков поверхностей трения, не имеющих смазочной пленки, который может увеличиться вследствие имеющих место явлений срыва масляной пленки.

Причем отсутствие в данном способе регулирования фрикционного тепловыделения приводит к тому, что в процессе нагружения пары трения в зоне контакта развивается температура, которая в определенных условиях может превысить температуру для данной смазочной среды, привести к резкому снижению смазывающей способности и росту коэффициента трения, что связано с разрушением смазочной пленки и возникновением металлического контакта материалов трения.

На практике наличие этих недостатков приводит к охватыванию материалов пары трения и тем самым повреждению поверхностей трения, что подтверждено и зафиксировано при осмотре поверхностей трения после пуска пары трения, а также после ее работы в области высоких температур фрикционного контакта. В обоих случаях наблюдался резкий рост коэффициента трения и падение скорости скольжения, которые являлись первоначальными признаками схватывания материалов пары трения.

Известен способ [2] приработки пар трения, заключающийся в том, что на пару трения, находящуюся в смазочной среде, воздействуют ступенчато увеличивающейся нагрузкой с убывающей скоростью, при этом нагрузку повышают при поддержании постоянной эффективной величины реализуемой части нагрузочной способности материалов сопряжения трения на каждой ступени обкатки, а на заключительных этапах осуществляют частичные кратковременные разгрузки, непрерывно регистрируют выходные параметры трибопроцесса, по которым судят о характере приработки.

Указанный способ обеспечивает запас нагрузочной способности материалов до заедания, что исключает явления схватывания и снижает теплонапряженность и износ.

Однако на нагрузках выше 80% от номинальной и на нагрузках с возрастающей и постоянной скоростью, а также в момент страгивания указанный способ не исключает явления схватывания поверхностей скольжения, что снижает его эффективность.

Объясняется это тем, что частичные кратковременные разгрузки на нагрузках 75-80% от номинальной снижают фрикционное тепловыделение, т.е. температуру фрикционного контакта, но при этом согласно теории Аррениуса уменьшается скорость химической реакции образования хемосорбционных пленок на поверхностях трения, а также снижается каталитическое влияние поверхностей трения, на образование указанных пленок, что приводит к снижению покрываемости поверхностей трения хемосорбционными пленками с ухудшением их адгезионной прочности.

Для устранения указанных недостатков перед нагружением пары трения смазочную среду нагревают до ее наибольшей допустимой температуры, при которой осуществляют пуск и нагружение пары трения в соответствии с выбранным количеством ступеней и шагом нагружения.

При возникновении в паре трения предкритических нагрузок схватывания, о наступлении которых судят по резкому увеличению момента трения и температуры фрикционного контакта, осуществляют разгрузки путем ступенчатого снижения температуры смазочной среды, согласно выбранному числу ступеней и шагу снижения.

С нагревом смазочной среды до наибольшей допустимой температуры образующиеся на поверхностях трения согласно теории Аррениуса непрерывные хемосорбционные пленки имеют существенно большую, чем при нормальной температуре толщину, что исключает металлический контакт, снижает силы трения и сдвиговые сопротивления в момент страгивания.

Это исключает явления схватывания и тем самым повреждение поверхностей трения. Последующее в процессе приработки ступенчатое снижение температуры смазочной среды позволяет осуществлять более тонкую регулировку фрикционного тепловыделения и обеспечивает постоянство установившихся как скорости химической реакции образования пленки, так и положительного влияния на эту скорость каталитического действия поверхностей трения, что позволяет сохранить адгезионную прочность пленки и ее толщину на всех режимах, в том числе на предкритических нагрузках схватывания, а также на нагрузках с возрастающей и постоянной скоростью, и в конечном итоге повысить эффективность приработки.

На фиг. 1 представлена зависимость коэффициента трения от удельной нагрузки при разных температурах смазочной среды 7-50_с-3 (сплошной линией показан характер изменения при температуре смазочной среды 20^оС, штриховой линией при температуре 60^оС, штрихпунктирной при температуре 100^оС, штрихпунктирной с двумя точками при температуре 20^оС, полученной в результате ступенчатого снижения температуры смазочной среды); на фиг.2 зависимость коэффициента трения от времени испытания при изменении температуры смазочной среды; на фиг.3 зависимость сдвигового сопротивления от времени приработки при изменении температуры смазочной среды.

Кривые участки на фиг. 2,3 распределились следующим образом: 1-2 при температуре смазочной среды 20^оС, 3-4 при температуре 100^оС, 2-3 переход от температуры 20^оС к температуре 100^оС.

На фиг. 4 представлена зависимость коэффициента трения от нагрузки в смазочной среде АМГ-10 с коэффициентом взаимного перекрытия 0,035 (сплошная линия при температуре 20^оС; штрихпунктирная линия при температуре 50^оС; штриховая линия при температуре 80^оС; штрихпунктирная линия с двумя точками при реализации предлагаемого способа.

При этом приняты следующие обозначения: f коэффициент трения; Р нагрузка, кгс/см²; Р₁, Р₂ нагрузки, при которых осуществляли снижение температуры смазочной среды (переход показан стрелками); Р предельная допустимая удельная нагрузка на пару трения, полученная по предлагаемому способу.

v скорость скольжения, м/с, τ время приработки пары трения, мин.

Предлагаемый способ приработки пар трения в смазочной среде реализован следующим образом.

Перед нагружением пары трения смазочную среду нагревают до ее наибольшей допустимой температуры, при которой осуществляют пуск и нагружение пары трения в соответствии с выбранным количеством ступеней и шагом нагружения. Одновременно непрерывно регистрируют характер изменения момента трения, износа, температур смазочной среды на входе и выходе из узла трения, температуры фрикционного схватывания, о наступлении которой судят по резкому увеличению момента трения и температуры фрикционного контакта, ступенчато снижают температуру смазочной среды согласно выбранному числу ступеней и шагу снижения, что приводит к регулированию фрикционного тепловыделения, и за счет облегчения условий трения обеспечивается расширение диапазона нормального трения. При этом создаются возможности дальнейшего роста нагрузок и приработки при меньших температурах фрикционного контакта.

П р и м е р 1. Проведено исследование приработки пары трения 30Х3ВА-БрОСН10-2-3 с коэффициентом взаимного перекрытия 0,9 и торцовым биением 60 мкм в смазочной среде 7-50_с-3 при температуре среды 20, 60 и 100^оС. Скорость скольжения 7,07 м/с. Нагрузку увеличивали ступенчато. Контролировались: момент трения, износ, температура смазочной среды на входе и выходе из узла трения, температура фрикционного контакта.

При проведении приработки по известному способу [2] при температурах 20, 60 и 100^оС были получены предельные допустимые нагрузки 14,9, 13,5 и 9,2 МПа, соответствующие этим температурам (фиг.1). Эти результаты показывают, что с повышением температуры смазочной среды предельная удельная нагрузка на пару трения снижается и сокращается область нормального трения.

Для расширения области нормального трения и диапазона удельных нагрузок в соответствии с предлагаемым техническим решением осуществляли пуск пары трения при температуре смазочной среды 100^оС, нагружали ее и при достижении предкритической нагрузки схватывания, равной 7 МПа, снижали температуру смазочной среды до 60^оС и при ней проводили дальнейшую приработку пары трения, повышая ступенчато удельную нагрузку до наступления предкритической нагрузки схватывания 11 МПа, при достижении которой снижали температуру смазочной среды до 20^оС и при ней осуществляли дальнейшее нагружение пары трения до предкритической нагрузки схватывания, составившей 18 МПа (фиг.1). При этой нагрузке сработала система автоматической разгрузки пары трения.

Снижение температуры смазочной среды осуществляли при достигнутой предкритической нагрузке схватывания, т.е. нагрузка оставалась без изменения. Дальнейшее нагружение осуществляли при достижении заданного уровня температуры смазочной среды.

Сопоставительный анализ предельных нагрузок для исследованной пары трения, равных 14,9 МПа (получена при температуре смазочной среды 20^оС по известному способу) и 18 МПа (получена при температуре смазочной среды 20^оС, но по предлагаемому техническому решению), показал увеличение предельной удельной нагрузки на 13,1% При этом повышается несущая способность пары трения, а также ресурс ее работы до 100 ч, в то время как ресурс пары трения, приработанной известным способом, составляет 40 ч.

П р и м е р 2. Исследована приработка пары трения 30ХЗВА-БрОСН 10-2-3 с коэффициентом взаимного перекрытия 0,035 и торцовым биением 45 мкм в смазочной среде АМГ-10 при температурах 20, 50 и 80^оС и скорости скольжения 4 м/с.

На первом этапе исследовалась приработка по известному способу [2] При температурах смазочной среды 20, 50, 80^оС были получены предкритические удельные нагрузки на пару трения 6962 и 21 МПа соответственно (фиг.4). При этом на начальном этапе работы пары трения наблюдалась тенденция снижения коэффициента трения с ростом температуры смазочной среды.

На втором этапе исследовалась приработка пары трения по предлагаемому техническому решению. Осуществляли пуск и нагружение пары трения при температуре смазочной среды 80^оС и при достижении предкритической нагрузки 21 МПа снижали температуру смазочной среды до 50^оС, при которой производили дальнейшее нагружение до предкритической нагрузки 62 МПа. При этой нагрузке снижали температуру смазочной среды до 20^оС, при достижении которой осуществляли дальнейшее нагружение пары трения до срабатывания системы автоматической разгрузки пары трения. Нагрузка при этом составила примерно 79 МПа.

Сравнительный анализ предельных нагрузок 69 МПа (получена при нормальной температуре смазочной среды 20^оС по известному способу) и 79 МПа (получена по изобретению) показал, что предлагаемый способ позволяет повысить предельные нагрузки примерно на 11,4% и тем самым повысить нагрузочную способность пары трения, а также увеличить примерно на 30-40% ресурс ее работы.

Причем результаты, приведенные на фиг.1,4, показывают влияние на приработку коэффициента взаимного перекрытия пары трения. При коэффициенте взаимного перекрытия 0,035 (см. фиг.4) при снижении температуры смазочной среды прослеживается повышение коэффициента трения, обусловленное улучшением теплоотвода из зоны трения и в связи с этим снижением скорости химической реакции образования хемосорбционных пленок на поверхностях трения.

Результаты, приведенные на фиг.1-4, показывают: коэффициент трения, а также сдвиговое сопротивление на начальном этапе работы пары трения тем ниже, чем выше температура смазочной среды, т.е. паре трения обеспечиваются благоприятные "мягкие" стартовые условия в момент страгивания, позволяющие исключить при страгивании вероятность металлического контакта сопряженных поверхностей пары трения; при ступенчатом снижении температуры смазочной среды прослеживается рост удельной нагрузки на пару трения вследствие регулирования фрикционного тепловыделения и снижения в связи с этим температуры фрикционного контакта, т.е. теплонапряженности пары трения; использование предлагаемого способа наиболее эффективно для высоконагруженных механизмов в связи с созданием благоприятных "мягких" стартовых условий при их страгивании и снижением их теплонапряженности.

Таким образом, использование предлагаемого способа приработки пары трения позволяет повысить качество приработки сопрягаемых поверхностей пар трения, а также эффективность приработки на 11-13% Результаты экспериментов показали, что ресурс работы пар трения, приработанных предлагаемым способом, повышается на 30-40%

Формула изобретения

СПОСОБ ПРИРАБОТКИ ПАРЫ ТРЕНИЯ в смазочной среде, заключающийся в том, что на пару трения воздействуют ступенчато увеличивающейся нагрузкой с частичными на заключительных этапах кратковременными разгрузками, непрерывно измеряют и регистрируют трибопараметры и по характеру их изменения судят об окончании приработки, отличающийся тем, что перед нагружением пары трения смазочную среду нагревают до наибольшей допустимой температуры, а процесс разгрузки осуществляют ступенчатым снижением температуры смазочной среды, при этом каждое последующее снижение осуществляют по достижении предкритической нагрузки схватывания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4