ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
(Госстандарт СССР)
Всесоюзный научно-исследовательский институт
по нормализации в машиностроении
(ВНИИНМАШ)
Утверждены
Приказом ВНИИНМАШ
№ 328 от 21.10.87 г.
Обеспечение
износостойкости изделий
Метод
определения показателей
продолжительности смазочного
действия пластичного
смазочного материала
Рекомендации
Р 50-54-44-88
Москва 1988
РЕКОМЕНДАЦИИ
Обеспечение
износостойкости изделий.
Метод определения показателей продолжительности смазочного
действия пластичного смазочного материала
|
Р 50-54-44-88
|
Рекомендации распространяются на
пластичные смазочные материалы, работающие в условиях граничной смазки.
Устанавливают метод определения показателей продолжительности их действия, а также
методику расчета по этим показателям параметров рационального режима
периодического смазывания тяжелонагруженных опор скольжения.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СМАЗОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ
К
показателям продолжительности смазочного действия относятся:
продолжительность
Tq,
с действия дозы смазочного материала объемом qm, м3, равным
суммарной маслоемкости приработанных поверхностей трения.
Примечание. Суммарная
маслоемкость приработанных поверхностей трения численно равна объему зазора в контакте
двух взаимнотрущихся поверхностей с установившейся шероховатостью,
соответствующей заданному режиму;
интенсивность
расходования Iq (безразмерная
величина) смазочного материала, численно равная объему расходуемого смазочного
материала на единицу номинальной площади меньшей поверхности
трения при единичном пути трения Lт:
предельная
концентрация продуктов изнашивания -
их объемная концентрация в дозе смазочного материала, при достижении которой
значения триботехнических характеристик (момент или сила трения, трибо ЭДС, КРП
и др.) смазанной опоры становятся равными их значениям при трении без смазки;
параметры
k,
n,
m
функции вида аппроксимирующей зависимость интенсивности
расходования смазочного материала от скорости скольжения υ и давления p.
1.1. Сущность метода
1.1.1. Метод
состоит в экспериментальном определении на модельных образцах для заданных условий работы опоры
продолжительности действия дозы исследуемого пластичного смазочного материала и
соответствующего износа образцов с последующим расчетом остальных показателей
работоспособности.
1.1.2.
Заданные условия работы опоры включают характер, относительного перемещения
(тип опоры скольжения), конструкционные материалы, номинальное давление р, скорость скольжения υ и при
необходимости температуру.
1.2. Приборы и материалы
1.2.1. Испытательная
установка, обеспечивающая заданные условия работы опоры, с пределами
допускаемой относительной погрешности усилия прижатия образцов и частоты
движения подвижного образца ± 5,
погрешностью измерения температуры не более 1 °С,
оснащенная устройствами измерения триботехнических характеристик (сила или
момент трения, трибо ЭДС, КРП и др.) с относительной погрешностью не более 5 %.
1.2.2.
Аналитические весы модели ВЛА-200 или другой аналогичной.
1.2.3. Шприц
с диаметром выходного отверстия 1 - 2 мм.
1.2.4.
Образцы пар трения в зависимости от заданного типа опоры: колодка-ролик,
кольцо-плоскость, плоскость-плоскость и др.
1.2.5.
Образцы смазочного материала.
1.2.6.
Промывочные материалы: бензин по ГОСТ 3134-78, ацетон по ГОСТ 2503-79.
1.3. Подготовка к испытаниям
1.3.1.
Образцы устанавливают на испытательную установку, обильно смазывают исследуемым
смазочным материалом и прирабатывают до стабилизации значений триботехнических
характеристик (см. п. 1.2.1) и достижения прилегания поверхностей
трения (при этом допускается их шабрение) не менее 95 % от площади меньшего
образца. Контроль прилегания осуществляют визуально по пятну контакта.
Приработку
можно проводить с переменными р и υ,
но на заключительном этапе продолжительностью не менее 1 ч, эти параметры
должны соответствовать заданному режиму.
1.3.2.
Приработанные образцы обезжиривают (см. п. 1.2.6). Запускают испытательную установку в
заданном режиме, регистрируя стабилизированное значение одной из
триботехнических характеристик (п. 1.2.1), которое принимают в качестве критериев прекращения
смазочного действия.
Если
в заданных условиях работы опоры образцы неработоспособны, на них наносят
исследуемый смазочный материал. Затем снова запускают испытательную установку в
заданном режиме, регистрируя значение одной из триботехнических характеристик в
момент ее резкого увеличения во времени, которое принимают в качестве критерия
прекращения смазочного действия.
1.3.3.
Проводят повторную приработку в заданном режиме при обильном смазывании
исследуемым смазочным материалом в течение не менее 30 мин.
1.3.4.
Образцы снимают, тщательно промывают (см. п. 1.2.6), высушивают и на аналитических весах
определяют
первоначальный вес образцов и с меньшей и большей номинальными площадями
поверхности трения соответственно. Затем их устанавливают и
закрепляют в испытательной установке.
1.3.5.
Исследуемый смазочный материал помещают в шприц с диаметром d
выходного отверстия, охлаждают до температуры 0 - 5 °С, затем медленно
выдавливают в виде цилиндра на твердую, не впитывающую смазочный материал
плоскую поверхность. Отделяют часть длиной lq и
определяют ее объем по формуле
1.3.6. На меньшую
приработанную и обезжиренную поверхность трения по возможности равномерно
наносят дозу смазочного материала объемом, см3
Эту
поверхность прижимают с заданным усилием к приработанной и совместно с ней
обезжиренной поверхности трения сопряженного образца. Медленно перемещают
поверхности трения относительно друг друга в течение нескольких циклов
(оборотов, двойных ходов) до равномерного размазывания смазочного материала.
При
необходимости повторяют эту операцию, уменьшая наносимую дозу смазочного
материала и добиваясь отсутствия его видимых излишков. Определенный таким
образом объем смазочного материала qм считают равным
суммарной маслоемкости пары трения.
1.4. Проведение испытаний
1.4.1. Запускают
испытательную установку в заданном режиме. Измеряют интервал времени от запуска до момента
прекращения смазочного действия (см. п. 1.3.2).
1.4.2. Для каждого
режима проводят не менее 5 опытов с каждой парой образцов. При этом в каждом
опыте дозу qм
наносят согласно п. 1.3.6.
1.4.3.
Образцы снимают, тщательно промывают (см. п. 1.2.6), высушивают и определяют веса и образцов с
номинальными площадями поверхности трения и соответственно.
1.4.4.
Операции по разд. 1.3 и пп. 1.4.1 - 1.4.3 повторяют не менее, чем на трех парах
образцов для каждого режима.
1.5. Обработка результатов
испытаний
1.5.1. Для
каждого заданного режима устанавливают среднюю продолжительность смазочного действия
где Ti
- продолжительность смазочного действия в i
опыте;
noп
- суммарное (по всем парам образцов) количество опытов на одном режиме.
1.5.2.
Определяют интенсивность расходования смазочного материала
для
i-го опыта
для
заданного режима
1.5.3.
Рассчитывают предельную концентрацию продуктов изнашивания по формуле
где
и - соответственно
средние объемные износы образцов с площадями трения и до момента прекращения смазочного действия, устанавливаемого в
соответствии с п. 1.3.1:
nоб
- количество пар образцов для заданного режима;
nоп
- количество опытов на одной паре образцов между двумя взвешиваниями;
ρ',
ρ'' - плотности
материалов образцов с площадями трения и соответственно.
1.5.4.
Вычисляют значения параметров k, n и m
степенной функции по формулам
где
pi
- номинальное давление в i опыте,
υi
- скорость скольжения в i опыте,
Nv
- количество опытов при скорости υi;
N - общее количество
опытов с различными рi
и υi.
2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
РАЦИОНАЛЬНОГО ПЕРИОДИЧЕСКОГО РЕЖИМА СМАЗЫВАНИЯ
Основные
параметры режима периодического смазывания:
доза
q - объем смазочного материала, подаваемый
единоразово к трущимся поверхностям, см3;
периодичность
смазывания Т - интервал времени
работы смазываемого сопряжения между двумя последовательными подачами доз, ч;
расход
смазочного материала Q - количество смазочного материала,
подаваемого к трущимся поверхностям в единицу времени, см3/ч.
2.1. Первичные исходные
данные
2.1.1.
Характеристики смазочного материала по технической документации
2.1.2. То
же для конструкционных материалов взаимно-трущихся деталей.
2.1.3.
Характеристики макро- и микрогеометрии поверхностей трения:
диаметр
подшипника D
или ширина рабочей части направляющей В, см;
длина
подшипника l или рабочей части ползуна L,
см;
параметры
установившейся поперечной шероховатости - поверхности трения c меньшим значением номинальной площади и - с большим значением
номинальной площади .
2.1.4.
Параметры режима работы опоры:
действующее
усилие Р и характеристики его
изменения во времени (в течение цикла), Н;
частота
вращения цапфы или двойных ходов
ползуна nx, c-1;
безразмерные
интенсивности линейного изнашивания: Ih - детали с
номинальной площадью поверхности трения и - детали с номинальной
площадью поверхности трения .
2.2. Расчетные исходные
данные
2.2.1.
Номинальные площади поверхности трения для:
подшипника цапфы (черт. 1);
ползуна
направляющей (черт. 2),
где
Y0
- полуугол контакта в подшипнике, рад.
При
Y0
< 20°
при
Y0
> 20°
где
t = 0,16μ1
+ 0,554,
t = m1μ1 + m2μ2 + t0,
μ1, μ2 - коэффициенты Пуассона для материалов подшипника и цапфы
соответственно,
Е1, Е2 - модули упругости для
материалов подшипника и цапфы, ,
t0 -
параметр, зависящий от соотношения модулей упругости материалов (черт. 3);
Черт. 1
Опора
скольжения «подшипник-цапфа»
1 - подшипник, 2 - цапфа, D -
диаметр, L
- длина подшипника,
D -
диаметральный зазор, Y0 -
полуугол контакта, n - частота вращения вала, p -
нормальная (радиальная) нагрузка на подшипник
Черт. 2
Опора
скольжения «ползун-направляющая»
1 -
направляющая, 2 - ползун, В - ширина рабочей
части, L - длина, S -
ход ползуна, nx - число двойных ходов
ползуна в секунду, Р - нормальная
нагрузка
Черт. 3
δ - радиальный зазор в подшипнике, м. Если
неизвестен фактический зазор в подшипнике, то для расчета принимают минимально
возможное значение.
Примечание. При сочетании материалов
бронза-сталь можно принять to = 0,52; t = 0,6; С0
= 1,714, С = 1,65.
2.2.2.
Параметры установившейся шероховатости поверхностей трения.
Определяют
параметр Rа
профилометрированием или профилографированием приработанных поверхностей трения
либо расчетным путем по формуле
где ра
- номинальное давление МПа; t0
- прочность адгезионной связи при трении (по ГОСТ
27640-88).
Для
пары трения металл-металл при смазке в среднем ориентировочно можно принять
aг = 2,2a,
где aг,
a
- коэффициенты гистерезисных потерь соответственно при скольжении и
определяемый в экспериментах по одноосному растяжению-сжатию.
Примечание. Для бронзы a = 0,04, для
закаленной стали можно принять a = 0,02.
Для
приработанных поверхностей без специальной обработки (вибронакатки и т.п.)
приближенно
Ra
= 3,75 · 10-5 см.
2.2.3.
Комплексный геометрический фактор
где А - площадь свободной (неконтактирующей)
поверхности трущейся детали; V - ее объем.
Для
валов при или направляющих при , вычисляя А и V,
в качестве длинового размера принимают 3D
или 3L (L0
- длина вала или направляющей).
2.2.4. Масштабный
коэффициент перехода от экспериментальных образцов к натурной опоре скольжения
где комплексы с
индексом «о» относятся к экспериментальным образцам, а с индексом «н» - к
трущимся деталям натурной опоры.
2.2.5.
Номинальное давление
2.2.6. Если
нагрузка действует на опору не постоянно в течение цикла (оборота вала, двойного хода ползуна), то
определяют отношение
где tp
- продолжительность действия нагрузки в течение цикла; tц
- период цикла.
2.2.7.
Средняя скорость относительного перемещений, м/с для опоры «подшипник-цапфа», υ = 0,01 · πDnц,
«ползун-направляющая» υ =
0,02 · Snx.
2.3. Расчет дозы смазочного
материала
Дозу
смазочного материала определяют по формуле
2.4.
Расчет расхода смазочного материала
2.4.1. Если
определены значения Iq,
2.4.2. Если
определены и известны значения
интенсивностей изнашивания натурных взаимнотрущихся деталей, то
2.4.3. Если
определены значения и известны значения
интенсивностей изнашивания модельных образцов,
2.4.4. Если
определены параметры n, m и k
Значения
, k,
n и m для некоторых сочетаний конструкционных
и смазочных материалов приведены в приложении.
2.5. Расчет периодичности
смазывания
Периодичность смазывания определяют по
формуле
Приложение
Справочное
Значения параметров , k,
n и m
для некоторых сочетаний конструкционных и смазочных
материалов (солидол Ж ГОСТ
1033-79, ЦИАТИМ-201 ГОСТ 6267-74)
Опора
|
Конструкционные
материалы
|
Смазочный
материал
|
k1
|
n
|
m
|
[Gv]
|
«подшипник-цапфа»
|
бронза-сталь
|
УС-2
|
7,5 · 10-8
|
2,0
|
0,7
|
2 %
|
ЦИАТИМ-201
|
6 · 10-10
|
3,4
|
0
|
«ползун-направляющая»
|
чугун
|
УС-2
|
9,6 · 10-10
|
1,5
|
-0,8
|
чугун
|
ЦИАТИМ-201
|
1,7 · 10-9
|
1,1
|
-0,8
|
сталь
|
УС-2
|
2,2 · 10-8
|
1,5
|
0
|
сталь
|
ЦИАТИМ-201
|
5,3 · 10-8
|
1,1
|
0
|
Литература
1. Крагельский И.В., Добычин
М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ - М.: Машиностроение,
1977.
2. Карасик И.И., Черный
А.Ш. Ухудшение смазочной способности пластичного смазочного материала в
результате пассивирующего действия изнашивания - Трение и износ, 1984. - т. 5 -
С. 1045 - 1060.
3. Черный А.Ш., Карасик
И.И.; Курганский П.М. Расчет необходимой подачи пластичного смазочного
материала для приработанных пар трения скольжения - Вестник машиностроения,
1984 г., № 5. - С. 20 - 23.
4. Черный А.Ш., Курганский
П.М. Рациональное смазывание опор скольжения технологического оборудования
пластичным смазочным материалом // Надежность судовых машин. - Николаевский
кораблестроительный институт, 1985 г.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ
ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАНЫ И ВНЕСЕНЫ
ВНИИНМАШ Госстандарта СССР
ИСПОЛНИТЕЛИ:
д.т.н.
И.И. Карасик, к.т.н. А.Ш. Черный (руководители темы); к.т.н. П.М. Курганский,
А.А. Булавин; Н.Н. Самойлова.
2. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В
ДЕЙСТВИЕ ПРИКАЗОМ ВНИИНМАШ № 828 от 21 октября 1987 г.
3. ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ
4.
ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
СОДЕРЖАНИЕ
1. Определение
показателей продолжительности смазочного действия. 1
1.1. Сущность
метода. 2
1.2. Приборы и
материалы.. 2
1.3. Подготовка к
испытаниям.. 2
1.4. Проведение
испытаний. 3
1.5. Обработка
результатов испытаний. 3
2. Расчет
параметров рационального периодического режима смазывания. 5
2.1. Первичные
исходные данные. 5
2.2. Расчетные
исходные данные. 5
2.3. Расчет дозы
смазочного материала. 8
2.5. Расчет
периодичности смазывания. 9
Приложение. 9
Литература. 9
|