книги / Трение и износ деталей машин

Варьируемыми факторами являются: глубина погружения образца в абразивную среду h, скорость перемещения образца V и угол наклона ра­ бочей поверхности (угол резания) <р. На основании априорной информации выбраны уровни факторов и интервалы их варьирования. Значения нату­ ральных и кодовых уровней факторов представлены в табл. 21.

Таблица 21

Значения натуральных и кодовых уровней факторов

Согласно принятому плану полного факторного эксперимента, всего провели 8 опытов, каждый опыт повторили трижды в случайном порядке для исключения систематических ошибок.

В табл. 22 представлена матрица планирования, экспериментальные данные об износе образцов и их расчетные значения.

На основании полученных экспериментальных данных рассчитывали среднее значение величины износа и дисперсии параллельных опытов. На­ пример, для опыта 2 (см. табл. 22)

У2 = ~ ЪУ2у ~ ~(0,43 + 0,45 + 0,44)=0,44.

Дисперсии параллельных опытов определяли по формуле

s i = —Ц - Z O v ~ У и ) 2

г ~\у=\

Например, по этой формуле для опыта 2 (табл. 23)

Полученные значения Gp-критерия сравнивали со значениями, табу­ лированными для числа степеней свободы / = 2 и f i = 8, при выбранном уровне значимости а = 0,05 Gxaбл = 0,516 > Gp = 0,324.

Расчетные значения дисперсий параллельных опытов приведены в табл. 23.

Следовательно, дисперсии параллельных опытов оказались однород­ ными, что позволило определить дисперсию воспроизводимости экспери­ мента. Дисперсия воспроизводимости

Ошибка эксперимента

Sy = f if = -\/з,45 • 10-4 = 1,85 • 10-2

Далее рассчитали коэффициенты уравнения регрессии по формуле

1 N

bi =— 'Lxiuy u

М и= 1

и их взаимодействия:

1 N

b ij ~ Т7 Z х ш х ]иУ и

** м=1

Остальные коэффициенты рассчитывали аналогично.

Проверку статистической значимости коэффициентов проводили по ^-критерию. Для этого определяли среднюю квадратическую ошибку ко­ эффициентов регрессии:

Затем определяли доверительный интервал

tsbi =tKpSbi = 2,12 • 0,38 • 1(Г2 = 0,8 • 1(Г2

Критическое значение ^-критерия tKp = 2,12 выбрали из таблицы [ 9] для числа степеней свободы/ = N (г - 1)= 16 и принятого уровня значимо­ сти 0,05. Видно, что не все коэффициенты уравнения оказались статически значимыми. После исключения статически незначимых коэффициентов уравнение регрессии

У = Ьо + Ь \Х \ + Ь2Х 2 + ЬЪХ 3 + Ь \2 Х х Х 2,

приняло вид

у =0,270 + 0,122^ - 0,042^2 + 0,017Х3 - 0,019Л № •

Полученное уравнение проверили на адекватность по критерию, Фишера:

Дисперсию адекватности Sад определяли по формуле (62).

Так как Fp = 1,17 < FTaQn = 3,2 при уровне значимости 0,05 и степенях свободы/i = 3 u f2 = 16, то уравнение является адекватным.

Анализ уравнения позволяет сделать следующие выводы.

1.Наибольшее влияние на износ оказывает глубина погружения об­ разца в абразивную среду. Величина износа растет и с увеличением угла резания.

2.С повышением скорости перемещения абразива относительно об­ разца при одном и том.же пути трения износ уменьшается.

3.Из-за взаимодействия факторов скорости и глубины погружения образца в абразив целесообразно работать с повышенной скоростью.

Метод микрометрических измерений (микрометрии) основан на периодическом измерении контрольных параметров деталей.

Широкое распространение при оценке величины износа методом микрометрии получили концевые меры длины, микрометры, индикатор­ ные нутромеры, рычажные скобы, рычажно-оптические приборы, рычаж­ но-механические приборы, инструментальные и универсальные микроско­ пы.

Концевые меры длины имеют форму прямоугольного параллелепи­ педа или прямого кругового цилиндра с двумя плоскими параллельными измерительными поверхностями, комплект концевых мер состоит из эле­ ментов с различными размерами: от 1 до 1000 мм с интервалом через 1 мкм в диапазоне 1-2 мм; с увеличением размеров мер интервал уве­ личивается.

Очень удобными для измерения больших величин износа являются микрометрические инструменты, которые могут быть встроены в различ­ ного вида скобы, приспособления, измерительные приборы. Допустимые погрешности микрометров колеблются в пределах от ±4 до ±10 мкм в за­ висимости от верхних пределов измерений. Существуют следующие типы микрометров: рычажный, рычажно-винтовой, рычажно-пружинный, ры­ чажно-зубчатый, зубчатый.

Наиболее распространенный прибор с рычажной схемой механизма - это миниметр. Пределы измерения миниметра ножевыми опорами со­ ставляют ±0,3 мм, точность измерения 0,1-0,3 мкм.

Широкое распространение имеют приборы с рычажно-зубчатыми механизмами. Рычажно-зубчатые микрометры —это приборы высокой точ­ ности. Цена деления многооборотного микрометра равна 1 мкм, а предел измерения 0-1 мм. Одним из лучших рычажно-зубчатых приборов по точ­ ности, удобству, малым габаритам и износостойкости является миллимесс с точностью измерения 1 мкм.

Однако более всего распространен зубчатый микрометр - индикатор часового типа. Его предел измерения составляет 0-10 мм, цена деления 10 мкм. Приборы этого типа следует применять в случае большого износа, не менее 20 мкм.

В лабораторных условиях для определения величины износа мето­ дом микрометрирования используют рычажно-оптические приборы с оп­ тическим рычагом (рис. 40). Их масштаб определяют по формуле

уа

где у - высота измеряемого изделия; у' - высота изображения изделия; а -

малое плечо оптического рычага; в - большое плечо оптического рычага.

У

Рис. 40. Схема оптического рычага

I

Преимущество оптического рычага перед механическим состоит в том, что он позволяет удлинить большое плечо, не изменяя при этом габа­ ритов прибора. К приборам, схемы которых построены с использованием оптического рычага, относятся оптиметры. Пределы измерений этих при­ боров определяются размерами штативов. Для вертикального оптиметра предел измерения равен 200 мм, для горизонтального - 500 мм.

С высокой точностью можно производить линейные и угловые изме­ рения величины износа с помощью инструментальных и универсальных оптических микроскопов.

Метод профилографирования основан на том, что с контрольного участка рабочей поверхности детали снимают профилограмму до начала работы механизма и после истечения установленного времени. По разно­

сти высот выступов микронеровностей определяют линейный износ. Из­ мерительными средствами в этом случае служат профилометры и профи­ лографы ИЗП-5, ИЗП-17, ИТП-21, ИТП-201.

Принцип действия профилографа (рис. 41) заключается в следую­ щем. Измерительный наконечник 1, имеющий малый радиус закругления, перемещается по микронеровностям исследуемой поверхности. Перемеще­ ние наконечника 1 вызывает поворот жестко связанного с ним зеркала 2. Пучок лучей, падающий на зеркало 2 от источника света 3, отражается к объективу 4. Сфокусированный с помощью объектива 4 луч попадает на фотопленку, или светочувствительную бумагу, помещенную на равномерно вращающемся барабане 5. На пленке или бумаге записывается профило­ грамма, изображающая микронеровности в увеличенном масштабе. Ли­ нейный износ И = RQ- R\ (здесь RQH R\ - средняя высота выступов микро­ неровностей соответственно до начала и после окончания испытаний).

Рис. 41. Схема профилографа

Если рабочая поверхность детали имеет участок, неизнашиваемый в процессе работы, который может быть использован как базовая поверх­ ность, то износ оценивают с помощью одной профилограммы, снятой в конце периода работы. Точность метода профилографирования весьма вы­ сока. Она обусловлена точностью установки измерительного наконечника про'филографа относительно исследуемой поверхности и точностью со­ вмещения профилограмм. Недостатки метода профилографирования те же, что и у других методов микрометрических изменений.

Другим методом в группе методов периодического определения ве­ личины износа является метод искусственных баз. Этот метод заключает­

помощью конического керна наносится отпечаток (рис. 42). Конический индентор-керн с углом при вершине 120-140° изготавливается из твердого сплава или закаленной стали. Величина линейного износа определяется по формуле

где h - линейный износ; Ad - изменение диаметра отпечатка; а - угол ко­ нуса при вершине. При угле а = 120° величина износа Ah = 0,288 Ad.

Рис. 42. Схема отпечатка, нанесенного коническим индентором

Метод отпечатков дает возможность установить величину износа в заранее выбранном месте исследуемой поверхности трения. Измеряя с по­ мощью микроскопа диагональ отпечатка до и после работы (испытания), можно довольно точно определять весьма малые величины линейного из­ носа - доли микрометра.

В случаях, когда непосредственное измерение отпечатка при помощи микроскопа затруднено либо вообще невозможно (труднодоступное место, отверстие слишком малого диаметра и т.п.), глубину отпечатка определяют по слепку. Эта разновидность метода искусственных баз заключается в следующем. С исследуемой поверхности, на которой сделано искусствен­ ное углубление, снимают слепок с помощью самоотвердевающей массы либо оттиск на пластичном металле или пластмассе. Затем измеряют высо­ ту отпечатка углубления. При снятии слепков необходимо применять ма­ териал, который хорошо заполняет углубление, а при затвердевании не да­ ет усадки и обладает достаточной твердостью и прочностью. Этим требо­ ваниям в достаточной мере отвечает стиракрил, широко используемый в зубоврачебной практике и литейном производстве.

Метод вырезанных лунок получил очень широкое распространение. В рабочей поверхности детали с помощью вращающегося резца вырезают лунку, по уменьшению размеров которой в результате изнашивания судят