Laboratorium z tribologii

WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYKI TRIBOLOGICZNEJ
PARY ŚLIZGOWEJ TWORZYWO POLIMEROWE / STAL

Cel ćwiczenia:

Prowadzone badania mają na celu określenie wpływu prędkości ślizgania oraz nacisku na wartość współczynnika tarcia skojarzonej pary ślizgowej.

1.Opis stanowiska badawczego

1.1.Budowa i zasada działania stanowiska

Węzeł tarcia tworzy trzpień-próbka φ 6×10 (1) zamocowany w uchwycie samozaciskowym oraz tarcza-przeciwpróbka φ 110×10 (2) nakładana na tarczę obrotową. Tarcza obrotowa napędzana jest silnikiem przez przekładnie pasową. Silnik zasilany jest z tyrystorowego źródła prądu umożliwiającego płynną regulację prędkości obrotowej. Obciążenie styku zapewnią nakładane na szalkę dźwigni (4) ciężarki (7).

Rys. 1.1.1. Schemat stanowiska pomiarowego.

1 - próbka (trzpień), 2 - przeciwpróbka (tarcza), 3 - tarcza obrotowa, 4 - dźwignia, 5 - układ napędowy, 6 - węzeł łożyskowy, 7 - obciążniki, 8 - czujnik obrotów, 9 - termopara, 10 - czujnik tensometryczny, 11 - sztywne łącznik.

Siła tarcia jest przenoszona do czujnika tensometrycznego (10), który pracuje na ściskanie poprzez sztywny łącznik stalowy (11) zamocowany z jednej strony do dźwigni. Pomiaru temperatury w strefie tarcia dokonano za pomocą termopary (9) typu NiCr-NiAl. Do rejestracji siły tarcia oraz temperatury wykorzystano program komputerowy wraz z przetwornikiem analogowo-cyfrowym MST, natomiast do odczytu prędkości poślizgu użyto licznika impulsów CAX 1303. Schemat blokowy stanowiska pomiarowego przedstawia
rys. 3.

Rys.1.1.2. Schemat blokowy stanowiska pomiarowego

1.2 Dane techniczne.

a) tory pomiarowe:

- siły stycznej,

- prędkość obrotowa tarczy,

- temperatura w strefie tarcia,

b) zakres parametrów ustawianych:

- prędkość obrotowa: 10÷1150 obr/min

- siła normalna 0÷100 [N].

- średnice trzpieni: d_p = 6 i 8 [mm]

- rodzaj styku: rozłożony, płaski (płaszczyzna - płaszczyzna),

utworzony przez obracającą się tarczę i dociskany do niej trzpień

- promienie rozmieszczenia trzpieni: 25÷55 [mm]

c) parametry mierzone:

- pomiar temperatury w strefie tarcia [^oC]

- pomiar siły stycznej [N]

2. Metodyka badań

Testy wykonano w warunkach tarcia technicznie suchego.

2.1. Zgodność z normami

Badania zgodne z metodami określonymi w normach ISO DP7148, ASTM G99, DIN 50324
(dla tribotestera typu trzpień - tarcza).

2.2. Próbki i przeciwpróbki - kształt i wymiary

Próbka : - średnica trzpienia: 6 mm,

- wysokość trzpienia: 10 mm,

- materiał trzpienia: kompozyt polimerowy,

Próbkę (trzpień) wykonuje się z materiału, który jest przedmiotem badań. Twardość materiału próbki powinna być mniejsza od twardości materiału przeciwpróbki.

Przeciwpróbka : - średnica tarczy: 110 mm,

- grubość tarczy: 10 mm,

- materiał: stal 45 obrobiona cieplnie do twardości ok. 55 HRC, chropowatość powierzchni R_a= 0,12 μm.

Przeciwpróbkę (tarcza) zaleca się wykonywać ze stali węglowych lub stopowych o twardości co najmniej 45 HRC w przypadku badań stali. Stosując inne metale, stopy lub tworzywa konstrukcyjne np. materiał ceramiczny twardość wynika z potrzeby badania.

2.2. Przygotowanie próbki i przeciwpróbki do badań

Docieranie próbki

Każdą próbkę przed badaniem należy dotrzeć w parze z przeciwpróbką. Docieranie wykonywać na testerze przy parametrach: nacisk p=0,5MPa, prędkość v=0,5m/s. Czas ustalić indywidualnie dla każdej pary ślizgowej, przyjmując za kryterium dotarcia widoczne ślady zużycia całej powierzchni czołowej próbki. Docieranie przeprowadzać w takim samym środowisku, w jakim będą prowadzone badania.

Czyszczenie próbki i przeciwpróbki

Przed i po każdej próbie tarciowej, próbki i przeciwpróbki oczyścić z zanieczyszczeń mechanicznych, umyć w rozpuszczalniku organicznym i odtłuścić. aleca się stosować myjkę ultradźwiękową. Umyte elementy testowe wysuszyć w strumieniu ciepłego powietrza.

Wymiana próbki na inną lub wymiana przeciwpróbki wymaga ponownego docierania.

2.3. Przygotowanie testera do badań

W celu przygotowania urządzenia do przeprowadzenia testu należy:

• Ustawić promień tarcia próbki,

• Zamocować próbkę i przeciwpróbkę,

• Wyważyć i wypoziomować dźwignię, w której mocowana jest próbka,

• Przeprowadzić regulację ustawienia czujnika siły tarcia,

• Podłączyć zasilanie maszyny badawczej i urządzeń pomiarowych,

• Podłączyć system pomiarowy.

2.4. Przebieg badania

Minimalna liczba próbek jaką należy stosować w badaniu wynosi 3. Do badań zastosować próbki o takich samych wymiarach i takich samych właściwościach materiałowych. Pomiar przeprowadzić dla trzech prędkości ślizgania oraz trzech nacisków.

W formie graficznej przedstawić zmianę wartości siły stycznej w czasie pod wpływem zmiany nacisku dla trzech różnych prędkości. Obliczyć średnią wartość siły stycznej w próbie, dla wartości średniej obliczyć wartość współczynnika tarcia i sporządzić wykres zależności współczynnika tarcia od nacisku dla trzech prędkości.

3. Zebranie i opracowanie wyników badań

3.1. Wyznaczenie charakterystyk tribologicznych

Średnie wartości z wyników pomiarów zebrać w tabeli 3.1, współczynnik tarcia obliczyć wg zależności:

gdzie: siła styczna F_T, siły normalna F_N

Na podstawie obliczonych wartości sporządzić wykresy F_T=f(t) i f=f(p).

Tab. 3.1. Wartość średnia siły stycznej i współczynnika tarcia

v[m/s]	V1=0,5			V2=1			V3=2
p[MPa]	p1=0,5	p2=1	p3=2	p1=0,5	p2=1	p3=2	p1=0,5	p2=1	p3=2
Ft	2,9881	6,1998	12,2705	3,30998	6,4537	13,0436	3,5363	6,5968	12,4773
	0,21344	0,22142	0,21912	0,2364	0,23049	0,23292	0,2526	0,2356	0,2228

3.1. Wyniki pomiarów siły stycznej i współczynnika tarcia

Wykresy Ft(t):

Dla V1:

Dla V2:

Dla V3:

Rys. 3.1. Wykresy zmian siły stycznej w czasie pod wpływem nacisku dla prędkości a) V1=0,5;
b) V2=1, c) V3=2 [m/s]

Wykresy mi(p):

Dla V1:

Dla V2:

Dla V3:

Rys. 3.2. Zmiana współczynnika tarcia w funkcji nacisku dla trzech prędkości

3.2. Karta badań

Data:				02.06.2012
Nr próby
Materiał próbki				Polimer TB40 (PTFE +40%brązu)
Materiał przeciwpróbki				Stal 45 (55HRC)
Temperatura otoczenia [°C]				24
Wilgotność powietrza [%]				60
Średnica próbki (trzpienia) [mm]				6
Rodzaj smarowania:				Tarcie technicznie suche
Promień tarcia [mm]				51,5
v[m/s]	V1=0,5			V2=1			V3=2
p[MPa]	p1=0,5	p2=1	p3=2	p1=0,5	p2=1	p3=2	p1=0,5	p2=1	p3=2
Ft	2,9881	6,1998	12,2705	3,30998	6,4537	13,0436	3,5363	6,5968	12,4773
	0,21344	0,22142	0,21912	0,2364	0,2304	0,23292	0,2526	0,2356	0,2228

3.3. Wnioski i obserwacje

Laboratorium Tribologii i Inzynierii Powierzchni, AGH B2 015-016

6

Laboratorium Tribologii i Inżynierii Powierzchni, AGH B2/015-016

---