Дипломная (вкр): Проект установки для экспериментального исследования износостойкости материалов

Проект установки для экспериментального исследования износостойкости материалов

Содержание

Введение

. Литературный обзор

. Анализ состояния вопроса

. Конструкторская часть

.1 Проектирование конструкции установки для исследования износостойкости

.1.1 Принципиальные конструкторские решения

.1.2 Проектирование узлов установки

.2 Расчет и проектирования гидравлического привода осциллирующей подачи

.2.1 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

.2.2 Составление принципиальной схемы привода

.2.3 Расчет и выбор насосной установки

.2.4 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

.2.5 Разработка конструкции гидроблока управления

.2.6 Определение потерь давления в приводе

. Методическая часть

. Разработка технологического процесса изготовления детали «диск»

.1 Технологический контроль чертежа

.2 Анализ технологичности конструкции

.3 Выбор заготовки. Экономическое обоснование выбора заготовки

.4 Выбор структуры и плана технологического процесса

.5 Определение типа производства

.6 Выбор формы организации производства

.7 Расчет припусков и размеров заготовки

.8 Выбор технологического оборудования

.9 Выбор станочных приспособлений

.10 Выбор режущих инструментов

.11 Выбор инструментальных приспособлений

.12 Выбор режимов резания

.13 Выбор средств измерения. Выбор формы организации контроля

Заключение

Список использованных источников

Введение

Долговечность работы любого оборудования напрямую зависит от износостойкости элементов его конструкции. Правильный подбор материалов и режимов работы деталей износа поможет увеличить время эксплуатации деталей машин.

Современные установки и методики проведения экспериментальных исследований износостойкости материала имеют ряд серьезных недостатков. Как правило, на таких установка возможна реализация только одного режима изнашивания при слабом разнообразии второстепенных факторов и интенсивности изнашивания.

Особенность разрабатываемой мною установки заключается в создании конструкции, позволяющей проводить исследования в режимах трения качения, трения скольжения. Возможностью применения второстепенных фактор, влияющих на процесс износа, а именно, изнашивание в абразивных, жидких средах, ударное изнашивание, изменения интенсивности.

В установке применены готовые приводы токарного станка, что упрощает конструкцию и позволяет применять её на большинстве машиностроительных предприятиях.

1. Литературный обзор

Изнашивание - процесс разрушения и отделения материала с поверхности тела и (или) накопления его остаточных деформаций при трении. Следует отметить, что изнашивание прежде всего процесс взаимодействия поверхностей, который сопровождается не только микрорезанием, деформированием и нагреванием, но также и изменением механических свойств, структуры, фазового состава и химической активности поверхностных слоев. Этот процесс может проявляться в качестве изменения формы или размеров изнашиваемого тела.

Интенсивность изнашивания деталей может зависит от разных причин:

.        Режима и условий их работы.

.        Материала деталей.

.        Формы контактных поверхностей.

.        Характера смазки трущихся поверхностей.

.        Удельного усилия и скорости взаимодействия.

.        Температуры в зоне сопряжения.

.        Состояние окружающей среды.

Результатом изнашивания деталей является износ. Величина износа характеризуется условными единицами объема, массы, длины. Износ определяется по изменению зазоров между сопрягаемыми поверхностями деталей, появлению течи в уплотнениях, уменьшению точности обработки изделия и многими другими.

На рисунке 1.1 представлены основные факторы, определяющие процесс изнашивания.

На рисунке 1.2 представлена схема видов изнашивания деталей.

По ГОСТ 27674-88 дадим определение наиболее распространенным видам изнашивания в машиностроении.

Механическое изнашивание - изнашивание в результате механических воздействий.

Рисунок 1.1. Факторы процесса изнашивания

Рисунок 1.2. Виды изнашивания деталей

Коррозионно-механическое изнашивание - изнашивание в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим взаимодействием материала со средой, рисунок 1.3.

Рисунок 1.3. Коррозионно-механическое изнашивание

Абразивное изнашивание - механическое изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия твердых тел или твердых частиц, рисунок 1.4.

Рисунок 1.4. Абразивное изнашивание

Кавитационное изнашивание - механическое изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное высокое ударное давление или высокую температуру, рисунок 1.5.

Рисунок 1.5. Кавитационное изнашивание

Усталостное изнашивание - механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. Может происходить как при трении качения, так и при трении скольжения, рисунок 1.6.

Рисунок 1.6. Усталостное изнашивание поверхности: а - первичные микротрещины на поверхности; б - микротрещины в подповерхностном слое

Процесс усталостного изнашивания в поверхностном слое протекает следующим образом, рисунок 1.6, а:

)        взаимодействие трущихся поверхностей;

)        раскалывание микротрещины;

)        отделение частицы материала.

Процесс усталостного изнашивания в подповерхностном слое происходит в следующей последовательности, рисунок 1.6, б:

)        зарождение поверхностных дислокаций;

)        процесс накопления дислокаций;

)        образование полостей;

)        слияние полостей в микротрещины, параллельных поверхности трения;

)        достижение микротрещины критической длина, отделение частицы износа.

Гидроабразивное (газообразное) изнашивание - абразивное изнашивание в результате действия твердых тел или твердых частиц, увлекаемых потоком жидкости (газа), рисунок 1.7.

Рисунок 1.7. Гидроабразивный износ

Говоря о характере взаимодействия изнашивающих поверхностей следует выделить два типа движения:

) трение скольжения;

) трение качения.

Схемы износа приведены на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8. Схемы износа: 1 - трение скольжения; 2 - трение качение

В процессе износа при скольжении материалы под действием напряжений работают на срез, а в процессе трения износа при качении развиваются нормальные напряжения. При длительном нагружении под действием переменных давлений это приводит к выкрашиванию частиц на поверхности, т.е. образованию раковин (питтинга).

Если наряду с нормальными напряжениями развиваются также и касательные, то происходит проскальзывание, в наибольшей степени способствующее процессу износа. Нагружение, сочетающее скольжение и качение, возможно, например, в зубчатых передачах.

Износ при скольжении, вызываемый вращением, образуется в вершинах опор и в шаровых подпятниках. Это тот вид износа, при котором имеет место эффект вращения при относительном смещении соприкасающихся участков поверхности. Все три типа износа могут проявиться в смешанных формах.

Типичным примером ударного износа является износ колец седла клапана двигателя внутреннего сгорания. Ударный износ, как и износ, обусловленный трением качения, приводит к образованию питтинга.

Частыми причинами выхода из строя опор качения являются усталостное выкрашивание дорожек и тел качения, заклинивание и разрыв сепараторов, абразивное изнашивание. При эксплуатации опор качения указанные повреждения в ряде случаев могут быть устранены или уменьшены при использовании металлоплакирующих смазочных материалов, содержащих 0,1… 10% массы твердых частиц металлов, их окислов, металлоорганических соединений или твердых антифрикционных материалов, рисунок 1.9.

Долговечность пар трения с линейным контактом тел качения и колец обратно пропорциональна нагрузке на более нагруженное тело в степени 3,3. Снижение этой нагрузки на 10% повышает долговечность подшипника на 36%. Создание между телом качения и кольцом подшипника металлической пленки увеличивает площадь контакта и тем самым снижает максимальную нагрузку на тело качения.

Рисунок 1.9. Антифрикционные смазочные материалы

По степени изнашивания износ делится на нормальный, аварийный и предельный.

Нормальным (естественным) называют износ, возникающий при правильной, но длительной эксплуатации машины в результате использования заданного ресурса работы.

Аварийным (прогрессирующим) называется износ, наступающий в течение короткого времени и достигающий таких размеров, что дальнейшая эксплуатация машины становится невозможной. При определенных значениях изменений в результате изнашивания наступает предельный износ, который вызывает резкое ухудшение эксплуатационных качеств отдельных узлов и машин в целом, что вызывает необходимость в проведении ремонта. Виды износа при трении показано на рисунке 1.10.

Рисунок 1.10. Виды разрушения при трении

Методы определения износа рабочих поверхностей.

Величина износа рабочих поверхностей деталей оценивается по:

.        Изменению массы (весовой метод).

.        Изменению зазоров и температур.

.        Изменению линейных размеров.

.        Накоплению продуктов изнашивания в масле.

.        Изменению размеров отпечатков на поверхности трения (метод лунок).

.        Изменению эксплуатационных свойств.

При визуальном методе дефекты определяются в результате внешнего осмотра машины невооруженным глазом. При возможности покачивания сопряженных деталей износ в сопряжениях определяют визуально по величине хода деталей при покачивании, а именно по величине люфта.

Для определения величины износа наиболее распространенным является замер геометрических размеров рабочих поверхностей детали c использованием мерительного инструмента. Так, например, для измерения зазоров в сопряжениях горных машин могут быть использованы щупы, свинцовые пластины, мягкая проволока, индикаторы. Величина износа зубчатого зацепления определяется по толщине свинцовой пластины, прокатанной через зацепление. В подвижных зацеплениях нормальные зазоры находятся в пределах от 0,01 до 0,5 мм.

В процессе трения выделяется тепло. По мере ухудшения качество поверхности тепловыделение увеличивается. С помощью термометров и термопар можно контролировать температуру деталей, и по ней определять степень износа.

2. Анализ состояния вопроса

Большинство деталей узлов современных машин и аппаратов работают в режиме изнашивание, поэтому их износ является одним из основных факторов, определяющих срок службы оборудования. Для увеличения срока эксплуатации оборудования необходим грамматный подобор материалов и режимов работы деталей износа.

Для оценки пригодности того или иного материала необходимо проведение эксперементального исследования его взаимодествия с контр-телом. Качество экспериментального проведения исследований износостойкости материала заключается в максимально приближенных воссоздании условий его эксплуатации.

В существующих устройствах и методиках оценки износостойкости, как правило, учитывается какой-либо один из механизмов изнашивания, еще и в сочетании с узким диапазоном изменений внешних и внутренних факторов. Если механизм изнашивания при оценке износостойкости конкретного объекта не соответствует реальным условиям изнашивания, оценка износостойкости является неадекватной.

Рассмотрим принципы работы и методики проведения исследований. Проведем анализ существующих установок.

В качестве примера установки для исследования трения скольжения рассмотрим следующую установку - «Нагружающее устройство к машине для испытаний на трение износ», рисунок 2.1.

Рисунок 2.1. Нагружающее устройство к машине для испытаний на трение износ

Описание установки. Нагружающее устройство к машине для испытаний на трение и износ содержит основание 1, к которому через зубчато-реечную передачу 2 крепится кронштейн 3, жестко связанный с корпусом механизма нагружения 4, в котором свободно перемещается шток 5, в верхней части которого крепится набор сменных грузов 6, а в нижней - держатель подвижного образца 7. Подвижный образец 8 совершает возвратно-поступательное перемещение относительно контробразца 9, который крепится в держателе контробразца 10. Держатель контробразца 10 опирается на внутренние кольца подшипников качения 11, нагруженные кольца которых жестко закреплены на платформе 12, связанной с основанием 1.

Принцип действия установки. Устройство работает следующим образом. Оператор перемещает посредством зубчато-реечной передачи кронштейн 3 вниз до контакта подвижного образца 8 с контробразцом 9. При нагружении образца грузами 6 первоначально точечный контакт, вследствие отклонения размеров, перейдет в линейный O3O4. Это обеспечивается тем, что держатель контробразца 10 закреплен во внутреннем кольце подшипников качения 11 таким образом, что поверхность трения контробразца 9 совпадает с горизонтальной плоскостью, проходящей через ось симметрии подшипника 11. При этом ось вращения O1O2 подшипников качения 11 совпадает с линией, образуемой пересечением поверхности трения контробразца 10 с перпендикулярной к ней плоскостью симметрии контробразца 10, ориентированной в направлении скольжения подвижного образца 8.

Говоря о недостатках данной установки в первую очередь следует выделить однообразие проводимых исследований, а именно, проведение испытаний только в режиме трения скольжения. Большинство узлов трения деталей машин покрываются смазывающими веществами либо полностью погружаются в смазывающую среду. Эти два варианта испытаний невозможно проводить на данной установке, также как и образивное трение, трение в жидкой среди.

Следующей рассмотрим установку испытательной камеры машины трения, рисунок 2.2

Рисунок 2.2. Испытательная камера машины трения

На рисунке 2.3 показан основной узел трения испытательной установки.

Рисунок 2.3. Узел трения испытательной установки

Описание установки. Испытательная камера машины трения имеет вертикальную компоновку и смонтирована на подшипниковом узле 1, на который устанавливается ее корпус 2, базирующий на себе блок нагружения 3. Наружная поверхность подшипникового узла 1 представляет собой нисходящую конусно-винтовую поверхность, которая в сопряжении с внутренней нисходящей конусно-винтовой поверхностью корпуса 2 образует нисходящий конусно-винтовой канал. В опорах (не показаны) подшипникового узла 1 размещен приводной вал 4, входной конец которого соединен с электродвигателем 5 привода главного движения через жесткую муфту 6 на стяжных конических кольцах (не показаны), а на выходной конец посредством конических посадок базируется ролик 7, на котором закрепляется посредством гайки 8 и пружинной шайбы 9 контробразец 10. Подшипниковый узел 1, корпус 2 и электродвигатель 5 жестко закреплены на раме 11 машины трения. В блоке нагружения 3 установлены большие плунжера 12; 13, и малые плунжера 14; 15 двухстороннего действия и жестко зафиксированы гайками 16 и 17. Большие плунжера 12 и 13 упираются в малые плунжера 14 и 15, а последние - в самоустанавливающиеся шаровые опоры 18 и 19 (фиг. 2), свободно вращающиеся в П-образных направляющих 20 и 21 и несущие на цилиндрических штифтах 22 и 23 испытуемые образцы-колодки 24 и 25. В гайке 16 установлен напорный штуцер 26, в гайке 17 - датчик давления 27, а торцевые полости А и Б объединены между собой жестким трубопроводом 28 и соединены с ручными нагружателями 29 и 30. В блоке нагружения вмонтривована система регистрации суммарного линейного износа испытуемого трибосопряжения, состоящая из межплунжерных полостей В и Г, образованных блоком нагружения 3 и сочетанием больших и малых плунжеров 12; 14 и 13; 15, объединенных между собой и последовательно соединенных с ручным задатчиком исходного избыточного давления 31, манометром 32 и датчиком динамического давления 33 при помощи жесткого трубопровода 34 и соединительных штуцеров 35 и 36. В верхней части блока нагружения 3 вмонтирована прозрачная крышка 37 посредством гайки 38. Для подачи испытуемой смазочной среды в испытательную камеру машины трения имеется отверстие Д, а для удаления - сливной штуцер 39.