Abstract

Abstract

Method of of determination of the coefficients of friction was developed. The coefficients of friction of a composite material based on expanded graphite in water, oil and no lubricant are studied.

Full Text

Одним из важнейших показателей работы уплотнений шаровых кранов является усилие, затрачиваемое на поворот шара, которое зависит от коэффициента трения. Коэффициенты трения тестовых образцов из композиционного материала на основе терморасширенного графита (ТРГ) определяли в лаборатории кафедры КМиТОМ Пермского национального исследовательского политехнического университета. Были изготовлены образцы из композиционного материала, состоящего из двух порошкообразных компонентов [1, 2] – частиц размером 63–315 мкм [3], полученных измельчением отходов производства уплотнений из ТРГ и модифицированной силиконовой смолы. Образцы из композиционного материала изготавливали односторонним прессованием тщательно перемешанных компонентов смеси, которые помещались в удлиненную вертикальную пресс-форму прямоугольного сечения со съемным дном [4]. Исследование проводили на образцах с содержанием ТРГ 60 %. Коэффициент трения тестовых образцов в смазочной среде и по сухой поверхности образца из стали 20Х13 с твердостью 50 HRC и шероховатостью Ra = 0,84 мкм определялся на машине трения по схеме «палец – диск» (рис. 1) при комнатной температуре, давлении в контакте от 1 МПа и скорости скольжения 0,008 м/с. Три тестовых образца-пальца (угловой шаг 120 °C) из композиционного материала на основе ТРГ 6 выставляли по высоте и закрепляли в планшайбе с держателем 5. Пальцы 6 истирали по контртелу 7, опорой которому через шарик 9 служила стойка 10 с подшипником 11. Держатель 5 соединяли с валом через торцовую шпонку и приводили в движение через ременную передачу 2 от электродвигателя 1. Рис. 1. Лабораторная машина для трибологических испытаний по схеме «палец – диск»: 1 – электродвигатель; 2 – ременная передача; 3 – устройство для нагружения; 4 – опора; 5 – планшайба с держателем; 6 – образец-палец; 7 – контртело – диск с рычагом; 8 – тензометрический датчик силы; 9 – шарик; 10 – стойка; 11 – подшипник В процессе испытания силы трения пальцев 6 при контакте их с контртелом – диском с рычагом 7 стремились повернуть контртело в направлении вращения пальцев, чему препятствствовал тензометрический датчик, удерживающий диск силой противодействия. Регистрацию этой силы Fд, возникающей в процессе трибологических испытаний, производили с использованием измерительной установки LTR-U-8 с тензометрическим модулем LTR212 и компьютера. Передачу силы Fд с диска 7 на тензометрический датчик силы 8 осуществляли через жестко прикрепленный к диску рычаг. По регистрируемой с частотой опроса 150,2 Гц силе Fд по формуле (1) рассчитывали момент трения Мтр, а затем по формуле (2) вычисляли коэффициент трения [5]: (1) где Fд – сила, передаваемая на тензометрический датчик 8, Н; lд – расстояние от оси вращения держателя 5 до тензометрического датчика силы 8, мм. , (2) где Fa – осевая сила, Н; r – средний радиус траектории движения тестового образца, мм. Результаты испытаний сведены в таблицу. Данные статистической обработки коэффициентов трения образца из композиционного материала на основе ТРГ с образцом – диском из стали 20Х13, Ra = 0,84 Смазочная среда Измерение Sn Wn 1 2 3 На воздухе 0,240 0,246 0,251 0,246 0,006 2,30 0,003 0,009 0,014 Вода 0,015 0,012 0,010 0,012 0,003 21,20 0,001 0,004 0,006 Масло И-40 0,067 0,067 0,066 0,067 0,001 1,42 0,001 0,002 0,002 Примечание. Sп – средняя квадратичная ошибка одиночного результата при n измерениях; Wп – коэффициент вариации; – средняя квадратичная ошибка среднего арифметического; – доверительный интервал среднего арифметического. Результаты экспериментов могут быть использованы как в инженерных расчетах, так и при моделировании.