UNIWERSYTET

TECHNOLOGICZNO – PRZYRODNICZY

im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich

w Bydgoszczy

LABORATORIUM

EKSPLOATACJI MASZYN

Ćwiczenie: „Zużycie ścierne”

Wykonał:

Krystian Szulerecki

Transport, sem IV

Grupa F

1. Zużycie.

„Zużycie jest rezultatem procesu tarcia polegającym na [1]:

• zmianie wartości cech warstwy wierzchniej elementów maszyn,

• pogorszeniu stanu powierzchni ciernych elementów maszyn, tzn. zwiększeniu chropowatości, powstaniu rys, bruzd, pęknięć powierzchniowych i ubytków materiału powstałych po wyrwanych cząstkach materiału.”

2. Zużycie ścierne.

„Jest to zjawisko niszczenia warstwy wierzchniej ciał współpracujących w procesie tarcia w wyniku skrawającego, bruzdującego, rysującego i ścinającego oddziaływania nierówności powierzchni, cząstek ciał obcych lub produktów zużycia. Warunkiem koniecznym wystąpienia zużycia ściernego w procesie tarcia jest większa twardość ciała powodującego zużycie od ciała zużywanego. Występuje głównie przy tarciu suchym.”[2]

3. Rodzaje zużycia ściernego.

Zużycie ścierne jest rodzajem zużycia czysto mechanicznego. Występuje tylko w takim zakresie prędkości względnej współpracujących elementów, w którym wydzielające się ciepło tarcia nie ma znacznego wpływu na proces zużycia.

Rodzaje ścierania [2]:

„a) ścieranie wskutek współpracy elementów z powierzchnia o dużej chropowatości,

b) ścieranie przez cząstki ścierniwa znajdującego się pomiędzy współpracującymi powierzchniami elementów maszyn,

c) ścieranie przez cząstki ścierne posiadające dużą energie kinetyczną,

d) ścieranie w masie ściernej.”

4. Podział zużycia ściernego.

Głównymi kryteriami podziału zużycia ściernego są [4]:

• różnica twardości trących elementów,

• lokalizacja ziaren ściernych powodujących zużycie.

„Podział zużycia ściernego metalowych elementów maszyn wg różnicy twardości trących elementów jest następujący:

1) zużycie ścierne I rodzaju – gdy stosunek wartości twardości materiału elementu ścieranego do wartości twardości elementu ścierającego wynosi Hm/ Hs 0,6,

2) zużycie ścierne II rodzaju – Hm/Hs<0,6.

Poniżej natomiast przedstawiono podział zużycia ściernego metalowych elementów maszyn wg lokalizacji ziaren ściernych:

1) zużycie ścierne spowodowane przez ziarna umocowane w warstwie wierzchniej powierzchni elementu;

2) zużycie ścierne spowodowane przez luźne ziarna ścierne;

3) zużycie ścierne spowodowane przez strumień ścierny, tzn. ścierniwo zawieszone w strumieniu płynu;

4) ścieranie w masie ściernej.”

4.Mechanizm ścierania:

W procesie ścierania mają miejsce następujące główne zjawiska elementarne [3]:

„- mikroskrawanie – jest zjawiskiem wykrawania bruzd w ściernym materiale przez elementy ścierne; zjawisko to w sposób przybliżony opisują prawa skrawania metali, a jego specyfikę stanowią: wielkość, geometria i sposób mocowania elementów skrawających,

- rysowanie – jest zjawiskiem tworzenia w ściernym materiale rys przez przesuwające się elementy ścierne, częściowo wskutek wykrawania,
a częściowo przez odsuwanie materiału na boki,

- ścinanie nierówności – występuje, gdy wartość siły niezbędnej do ścięcia przekroju występu na granicy styku nierówności jest mniejsza od wartości oporu odkształcenia współdziałającego elementu,

-oderwanie nierówności – występuje najczęściej przy zahaczaniu się występów nierówności przynajmniej jednego elementu pary ciernej, którego warstwa wierzchnia cechuje się niejednorodnością materiału.

-bruzdowanie - to proces niszczenia WW metalowych elementów maszyn polegający na tworzeniu w materiale współpracującego elementu rys i spęczeń materiału bez ubytku masy elementu, tzn. wyłącznie w wyniku odkształceń plastycznych i sprężystych.”

Rys.1. Przekrój poprzeczny WW elementów współpracujących podczas procesu bruzdowania.

Rys.2. Przekrój poprzeczny WW elementów współpracujących podczas procesu mikroskrawania.

Rys.3. Zmiana przekroju poprzecznego rysy na powierzchni elementu w funkcji zwiększania się narostu na powierzchni rysującego narzędzia.

a) b)

Rys.4. Przekrój poprzeczny WW elementów współpracujących podczas procesu ścinania

nierówności w wyniku ścinającego oddziaływania:

a) występu nierówności elementu współpracującego,

b) ziarna umocowanego w WW elementu współpracującego

Rys.5. Przekrój poprzeczny WW elementów o wielofazowej strukturze, współpracujących podczas procesu odrywania nierówności w wyniku ścinającego oddziaływania występu nierówności elementu współpracującego.

5.Przeciwdziałanie zużyciu ściernemu:

Problem zmniejszenia zużycia ściernego elementów maszyn należy rozwiązać na etapach konstruowania, wytwarzania i eksploatacji obiektów technicznych. Zasady przeciwdziałania zużycia ściernemu są następujące [3]:

„- elementy maszyn narażone na intensywne zużycie wykonywać z materiałów
o dużej odporności na ścieranie,

- w elementach węzłów ślizgowych należy stosować materiały o odpowiedniej różnicy twardości,

- należy polepszać właściwości przeciwzużyciowe substancji smarujących,

- należy chronić węzły ślizgowe maszyn przed zanieczyszczeniami,

- należy racjonalnie eksploatować obiekty techniczne w okresie docierania
i normalnej pracy.”

6.Opis stanowiska laboratoryjnego:

Na stanowisku znajdują się następujące urządzenia i przyrządy:

- urządzenie do ścierania próbek,

- waga analityczna z dokładnością ważenia 0,01 g,

- suwmiarka elektroniczna z dokładnością mierzenia 0,01 mm.

Na fotografii poniżej przedstawiono stanowisko pomiarowe.

Fot. 1. Urządzenie do ścierania próbek (opracowanie własne)

Literatura:

[1] Janecki J., Gołąbek S.: „Zużycie części i zespołów pojazdów samochodowych” WKŁ Warszawa, 1984,

[2] Praca zbiorowa pod redakcją Macieja Woropay’a: „Laboratorium z eksploatacji maszyn” ATR Bydgoszcz, 1994,

[3] Solski P.: „Zużycie cierne metali” WNT Warszawa, 1968

[4] Woropay M,. Landowski B., Jaskulski Z., „Wybrane problemy eksploatacji
i zarządzania systemami technicznymi”, Wyd. Uczelniane ATR Bydgoszcz 2004