Диссертация (1025696), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Верхний вал, установленный в шарикоподшипниковых опорахкоромысла, служит для закрепления контртела. При опускании коромыслаобразец и контртело смыкаются и начинается процесс трения. При поднятомкоромысле производится установка и снятие образцов и контртела.При испытаниях по схеме трения «кольцо-кольцо» верхний валвращается с частотой вращения на 10 % меньшей частоты вращения нижнеговала. При равенстве диаметров образца и контртела имитируется пара трениякачения с проскальзыванием. При испытаниях по схеме трения «кольцоколодка» контртело в форме колодки остается неподвижным в процессетрения, а образец в форме кольца вращается.Машина трения Amslеr A135 является машиной трения маятниковоготипа, то есть машиной, в которой определение крутящего момента от сил5621Рис.

2.11. Нижний (1) и верхний вал (2) машины трения модели Amsler A135трения на испытуемом образце осуществляется с помощью маятниковогомеханизма (Рис. 2.12). Маятник механизма уравновешен грузами и находитсяв положении равновесия при отсутствии момента сил трения на валу образца.В процессе испытания на валу с образцом возникает момент сил трения,который отклоняет маятник из положения равновесия. По величинеотклонения маятника определяют момент сил трения на образце икоэффициент трения.Для испытаний на трение и износ исследуемых в данной работе партрения автором модернизировался механизм измерения и регистрациимомента трения.

Для регистрации величины отклонения маятника былустановлен однооборотный переменный резистор с общим сопротивлением Rравным 1,6 кОм, подключенный по схеме (Рис. 2.13). Движок переменногорезистора был соединен с маятником посредством гибкого стального троса(Рис. 2.14). При отклонении маятника машины трения из положенияравновесия трос вращал движок переменного резистора, в результате чего5721Рис. 2.12.

Маятниковый механизм машины трения модели Amsler A135:1 – маятник; 2 – переменный резистор.+UпRUвых–Рис. 2.13. Измерительная схемаРис. 2.14. Механизм измерения момента сил трения после модернизации наоснове однооборотного переменного резистора58изменялось его выходное напряжение Uвых в соответствии с изменениеммомента трения Mтр.Для измерения выходного напряжения Uвых автором использовалосьдвухканальное устройство сбора данных модели Masterkit MP730 (Рис.

2.15),подключаемое к персональному компьютеру посредством USB-интерфейса.Данное устройство отличается простотой использования, малыми габаритамии относительно невысокой стоимостью. Если задействован только одинканал устройства, то его аналого-цифровой преобразователя (АЦП) можетработать в режиме разрядности 8 бит и 10 бит. При использовании обоихканалов АЦП работает только с разрядностью 8 бит.

Питание переменногорезистора осуществлялось от источника постоянного напряжения USBвеличиной 5,17 В. Один канал использовался для контроля напряженияпитания Uп, а другой канал служил для измерения выходного напряженияUвых переменного резистора.Рис. 2.15. Устройство сбора данных Masterkit MP730Измеренные значения напряжений Uп и Uвых в вольтах записывались втекстовый файл формата CSV (от англ. Comma-Separated Values – значения,разделенные запятыми) с помощью программного обеспечения для MasterkitMP730. Далее, исходя из полученных значений напряжений, рассчитывалсямомент сил трения, действующий на испытуемый образец.

Для этогоиспользовалась предварительно полученная тарировочная зависимостьмомента сил трения от измеренных значений напряжений.59При тарировании машины трения ее верхний вал стопоритсяштифтом, а к нижнему валу прикладывается крутящий момент известнойвеличины. Под действием прилагаемого момента происходит отклонениемаятника машины трения из положения равновесия, что приводит кизменению выходного напряжения Uвых.Крутящий момент создавался с помощью подвешенных на нитигрузов и системы блоков (Рис. 2.16). На нижний вал машины устанавливалсяшкив с намотанной на него нитью. Нить протягивалась через блоки,установленные на съемной балке.

На нити подвешивались грузы известноймассы.БалкаБлокиНитьШкивВалГрузРис. 2.16. Схема тарирования машины тренияВ результате тарирования была получена следующая зависимостькрутящего момента M от выходного напряжения Uвых:M  1,1731  U вых  0,2643 , Н·м.(2.3)Выходное напряжение Uвых, подставляемое в формулу (2.3) следуеткорректировать, в случае если напряжение питания Uп переменногорезистора отличается, от напряжения при тарировании. Так как напряжениеUвых при данной схеме подключения (Рис. 2.13) пропорционально Uп, тозначение Uвых можно получить по следующей формуле:60U вых  U вых.измUп,U п.изм(2.4)где Uвых.изм и Uп.изм – выходное напряжение и напряжение питания,измеренные при испытаниях, а Uвых и Uп – выходное напряжение инапряжение питания, измеренные при тарировании.Рассчитанный по формуле (2.3) момент сил трения используется дляопределения коэффициента трения в испытуемой паре трения.

Величинакоэффициента трения определяется по формуле:k2M,Qd(2.5)где Q – сила, с которой контртело прижимается к образцу, Н; d – диаметробразца на нижнем валу машины трения, м.61ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТВЕРДОСТИУПРОЧНЕННОГО МАКРОРЕЛЬЕФАРациональное использование метода ДР на практике и его дальнейшееразвитие требует разработки методов расчета для определения областисуществования процесса ДР, геометрических параметров и механическиххарактеристик формируемого макрорельефа, температуры в зоне обработки,характеристик силового взаимодействия инструмента и обрабатываемогоматериала, износа и стойкостных параметров инструмента для ДР. В даннойработе рассматривается задача определения твердости макрорельефа,упрочненного методом ДР.

Для решения поставленной задачи использовалсятеоретический подход, основанный на применении основных положенийтеории пластичности.3.1. Элементы теории пластичности, используемые для определениятвердости материала, упрочненного методом деформирующего резанияВывод результирующих уравнений для определения твердостиупрочненного макрорельефа осуществлялся путем решения уравненийтеории пластичности, составленных для процесса ДР.

Для решенияуравнений теории пластичности использовался метод, разработанныйпрофессором Андреем Львовичем Воронцовым, который получил названиеметода пластического течения [12].Выбор данного метода для решения поставленных задач обусловлентем, что он основывается на обоснованных теоретических положениях,апробирован для оценки параметров процесса резания [15] и другихпроцессов [78, 79], теоретические результаты, полученные данным методомдля обработки резанием, имеют высокую сходимость с экспериментальнымиданными [15, 80].Процесс ДР сопровождается пластической деформацией металла всоответствующих областях пластической деформации (Рис.

1.18). Для62теоретического исследования процесса ДР обрабатываемый материалрассматривается как сплошная изотропная среда.Процесс ДР сопровождается силовым взаимодействием инструментаи заготовки. Как следствие, при формировании упрочненного макрорельефавозникаютобластиилиочагипластическойдеформации.Силовоевоздействие приводит к возникновению в них нормальных и касательныхнапряжений.

В общем случае напряженное состояние материала в областипластической деформации в Декартовой системе координат характеризуетсянормальными напряжениями σx, σy, σz и касательными напряжениями τxy, τyx,τyz, τzy, τzx, τxz [81], которые в соответствии с известным законом парностикасательных напряжений подчиняются следующим равенствам: τxy = τyx,τyz = τzy, τzx = τxz.Под действием силовых нагрузок инструмента в очаге пластическойдеформации при ДР возникает деформация материала.

Формоизменениеэлементарного объема материала или деформированное состояние материалав рассматриваемый момент времени t определяется малыми линейнымидеформациями εx, εy, εz и малыми угловыми деформациями γxy, γyz, γzx [81]. Вобщем случае малые линейные деформации и малые угловые деформациизадаются функциями, зависящими от координат x, y, z рассматриваемойточки в очаге пластической деформации и момента времени t.Деформация материала сопровождается движением элементарныхобъемом деформируемого материала в очаге пластической деформации.Скорость этого движения в Декартовой системе координат и характеризуетсятремя составляющими вектора скорости движения υx, υy, υz, называемымискоростями течения.

По мере перемещения рассматриваемого элементарногообъемаматериала вобластипластическойдеформациипроисходитизменение его малых линейных и малых угловых деформаций. Изменениеэтих величин деформаций характеризуется соответственно скоростьюлинейных деформаций ξx, ξy, ξz и скоростью угловых деформаций ηxy, ηyz, ηzx.Скорости линейных деформаций ξx, ξy, ξz и скорости угловых деформаций ηxy,63ηyz, ηzx по определению являются полными производными соответствующихфункций линейных и угловых деформаций по переменной времени t, нотакже могут быть выражены через функции скоростей течения υx, υy, υzматериала в зоне деформации [81]: x x  x ; y; yy z; zz   x  y ; xy yx   y   z ; yzzy   z   x . zxxz(3.1)Нормальные напряжения σx, σy, σz, касательные напряжения τxy, τyx, τyzи скорости деформаций ξx, ξy, ξz, ηxy, ηyz, ηzx в декартовой системе координатсвязаны системой уравнений Леви–Мизеса [82]:2 ix;x3 i2 i y    3   y ;i2 iz ; z   3 i  1  i  ; xy 3  i xy  1  i  ; yz 3  i yz  1  i  .zxzx3 i(3.2)где σ – среднее нормальное напряжение, ξi – интенсивность скоростейдеформаций; σi – интенсивность нормальных напряжений.64Среднее нормальное напряжение σ определяется из выражения [82]:x  y  z.3(3.3)Интенсивность нормальных напряжений σi находится из выражения[82]:i 12  y    y   z    z   x   6 2xy   2yz   2zx .2x22(3.4)Интенсивность скоростей деформаций ξi находится из выражения[82]:i 23  y    y   z    z   x  2xУравнения2Леви–Мизеса2позволяют3 2 xy  2yz  2zx  .2установитьсвязь(3.5)междунапряженным состоянием, возникающим в зоне обработки при ДР, икинематическим состоянием, характеризуемым скоростями деформаций.Для определения напряженного состояния материал в зоне ДР такжеиспользуются уравнения равновесия, которые связывают нормальные икасательные напряжения [82]:  x  xy  xz 0;xyz  yx  y  yz 0;xyz  zy  z 0. zx  xyz(3.6)Независимо от действующих напряжений и деформаций припластической деформации объем деформируемого материала остаетсянеизменным.

Условие постоянства объема или условие несжимаемостиматериалапридеформациивыражаетсячерезскоростилинейныхдеформаций следующим образом [82]:x   y  z  0 .(3.7)65Условие несжимаемости в общем случае позволяет определитьнеизвестную скорость линейных деформаций, если две другие скоростиизвестны.Важным дополнением к представленным уравнениям являетсяусловие пластичности, связывающее нормальные и касательные напряженияс напряжением текучести σs.

Характеристики

Список файлов диссертации