Identyfikacja charakterystyk tarcia statycznego determinujcych przebieg zuywania ciernego stali ŁH-15

Transkrypt

1 AMME 003 1h Idenyfikcj chrkeryyk rci ycznego deerinujcych przebieg zuywni ciernego li Ł-15 T. Kłdoski Wydził Mechniczny WAT, Wrszw ul. S. Kliskiego, el.: W prcy przedwiono wyniki bd idenyfikcyjnych chrkeryyk rci ycznego deerinujcych przebieg procesu zuywni ciernego li Ł-15 zirni uocownyi (rylci). Okrelono ksyln sił rci ycznego T i współczynnik rci ycznego w funkcji obcieni norlnego N, wrdo zirn ciernego i proieni zokrgleni orz zirn r z. Uzyskne wyniki pozwoliły n sforułownie nieco odiennych pogldów od powszechnie przyjych w lierurze ribologicznej. 1. WPROWADZENIE Jedny z njwniejszych czynników zewnrznego oddziływni ooczeni n wszelkie syey ribologiczne, kwicy niel w kdy wzorze ribologiczny, je obcienie norlne. W bdnich odpornoci zuyciowej eli n ppierch ciernych (Chruszczow [1, ], Rbinowicz [3, 4], Tenenbu [5, 6], Archrd [7], Selwood [8], Nhn [9], Zu-Ghr [10, 11]...) wierdzono, e wpływ obcieni je proporcjonlny do wroci zuyci i jego inensywnoci. W bdnich n ppierch ciernych uorzy z reguły nie nlizowli wpływu obcieni n liczb rzeczywiych yków powierzchni zuywnej z zirni ciernyi o rónej grnulcji. Niekórzy uorzy np. Lrsen-Bdse [1, 13], Mulhern i Suels [14], Miki Kobyshi [15], Sin [16], Wng i uchings [17], próbowli bd kwei uzyskujc rozbiene wyniki. Przykłdowo Lrsen-Bdse wierdził, e liczb yków je wpro proporcjonln do obcieni norlnego, noi Spurr [18] orz Miki Kobyshi [15], e rczej do kwdrowego pierwik zosownego obcieni. Wyienieni uorzy nie uwzgldnili rónej wyrzyłoci ziren ciernych n cisknie ni opogrfii zuywnej powierzchni, co przecie zdecydowny wpływ n liczb rzeczywiych yków [19, 0, 1]. Wniosek ki on odnie do kdego rodzju zuywni ciernego, co wyg jednk przeprowdzeni bd idenyfikcyjnych w wrunkch rci suchego i ze srownie. Dl ypowego zuywni ciernego zirni inerlnyi zrówno uocownyi jk i swobodnyi, brk je uoryywnych eorii, kich jk eorie Krgielskiego, Tolison czy = f N T = f N dl Bowden dl rci suchego eli. Sd brk uznnych zlenoc ( ) i ( ) ego rodzju zuywni ( T = N ). N podwie znnych eorii rci lizgowego eli przyjuje si, e dl yku plycznego współczynnik rci nie zley od obcieni dl yku spryego i spryo-plycznego leje ze wzroe obcieni norlnego, szczególnie w zkresie łych obcie [, 3]. Noi wro współczynnik rci ycznego zley pondo od czsu rwni yku. Wpływ ki zoł wierdzony ju przez

2 430 T. Kłdoski Coulob, póniej przez Bowden i wielu współczesnych ribologów. Jeli wzi pod uwg znikoe proienie zokrgleni orzy ziren inerlnych [19, 1] (łwo ich zgłbini si w powierzchni zuywn), o on donieyw, e chrkeryyki T = f ( N ) i = f ( N ) bd iły inny przebieg, ni o si powszechnie przyjuje n podwie wyienionych wczeniej eorii rci suchego lizgowego. W zwizku z y inny oe by równie wpływ osunku wrdoci cierniw i zuywnego elu orz proieni zokrgleni orz od podwnego wczeniej w lierurze [, 3, 4, 5]. Objnienie ych zgdnie wyg szczegółowych bd idenyfikcyjnych dl przypdku rci suchego i ze srownie. Auor przeprowdził kie bdni idenyfikcyjne opisujc proces zuywni ciernego hydrulicznych pr precyzyjnych ypu T-C (łok-cylinder, nurnik-ulej) i oprcowujc eleenrny odel zuywni ciernego pr precyzyjnych T-C lunyi, pojedynczyi zirni inerlnyi zkleszczonyi w luzie proieniowy pry precyzyjnej, co opisno.in. w prcch [1, 8, 9, 30]. Wyniki ych bd nie były doychczs oddzielnie opublikowne.. ZAKRES I METODOLOGIA BADA W celu szczegółowego rozpoznni echnizu dziłni ziren ciernych o róny proieniu i kcie wierzchołkowy orz orz róny kcie nrci (ku) przeprowdzono bdni odelowe n zodernizowny riboerze. Bdni doyczyły rzeczywiych eleenów pr T-C wykonnych ze li Ł-15 orz uocownych ziren ciernych. Jko zirn uocowne osowno rylce wykonne z eriłów, kóre nowi podwowe skłdniki znieczyszcze rzeczywiych spoyknych w olejch npdowych zsiljcych silniki o zpłonie soczynny, zn. z lenku luiniu ( Al O ) orz kwrcowe (99,5% 3 SiO ). Drugi kryeriu wyboru rylców był ich wrdo. Zosowno rylce o wrdoci zblionej lub wikszej od wrdoci eriłu pr T-C, zn. l SW-18, wgliki spiekne S-30 i -10. Skłd cheiczny orz ione włciwoci fizyczne eriłów, z kórych wykonno rylce przedwiono w blicy 1. Tblic 1. Włciwoci fizyczno-cheiczne eriłów zosownych n rylce [6, 7] Mikrowrdo zierzon ΠMT-3 V Nzw i sybol eriłu Skłd cheiczny (procenow zwro głównych skłdników) [%] [ kg ] Współczynnik przewodnoci cieplnej [ W K ] Wglik spiekny WC TiC+TC+NbC Co S ,3 Wglik spiekny WC Co ,3 Sl szybkonc C Cr W V 0,75 0, 85 3,4 3, ,0 1, , Korund (spiekne lenki) ~99,8% Al O ,1 3 3 Kwrc ~99,5% SiO SiO , redni ikrowrdo powierzchni eleenów pr T-C w obszrze zuywny rylci wynosił V = 806 [ kg ] ( 9, 81 : [ N ]). W zwizku z y osunki wrdoci cierniw do wrdoci zuywnego elu ( = K ) wynosiły: dl SW18 - K = 1, 01, dl SiO - K = 1,3, dl S-30 - K = 1, 89, dl K =, 11, dl Al O 3 - K =, 56.

3 Idenyfikcj chrkeryyk ci ycznego 431 W pierwszy epie bd odelowych oceniono sił rci i współczynnik rci ycznego. Bdni prowdzono ze wszykii rylci (bl. 1) o proienich zokrgleni orzy 3 63, dl obcie norlnych 0, N; 0,5 N; N i 5 N i ków ku i orz w zkresie od 30 do 10 - podczs rci echnicznie suchego i ze srownie. Jko ciecze srujce osowno olej npdowy IZ-40, α-eylonflen i n-cen - co wynikło z celów onogrfii [1]. Minowicie, olej npdowy IZ-40 je nurlny rodowiskie prcy pr precyzyjnych T-C, pozołe dwie ciecze s pliwi wzorcowyi słucyi do oceny zw. liczby cenowej oleju npdowego i odwzorowujcyi jego podwowe skłdniki. Do poirów proieni i ków orzy wszykich rylców zosowno kobinown eod ikroskopowo-foogrficzn, podobnie jk dl znieczyszcze rzeczywiych i eowych. Sosowno ikroskop o duej głbi oroci (30-G 667-1, Crl-Zeiss Jen) sfoogrfowny obrz powikszono eod projekcyjn. Orzyno powikszenie obrzu 000. N rysunku 1 pokzno przykłd zrysu orz rylc uzyskny k eod, n kóry zznczono proie zokrgleni i k wierzchołkowy orz. rz Pow. x ,5 rz 8, α = 60 0 Rys. 1. Przykłd zrysu orz rylc okrelonego eod ikroskopowoprojekcyjn. PRZEBIEG I WYNIKI BADA N kolejnych rysunkch (rys. 4 ) przedwiono uzyskne zlenoci T od obcieni norlnego, osunku wrdoci orz proieni zokrgleni orz zirn - przy rciu echnicznie suchy i ze srownie. T [N] = f(n) Al O 3 SiO SW18 Al O 3 10 S30 Al O 3 n IZ40 SiO SiO SiO SiO n IZ40 SW18 r z = con α = con δ = con Rys.. Zleno T i od obcieni norlnego

4 43 T. Kłdoski T [N] r z = con α = con N = con δ = con Rys. 3. Zleno T i od wrdoci rylc Rys. 4. Zleno T i od proieni zokrgleni orz rylc Zleno T od obcieni (rys. ), niezlenie od osunku i proieni zokrgleni orz, był nieliniow i rosnc - dokuenujc oliwo łwiejszego wnikni orz zirn w erił próbki przy wikszy obcieniu i w zwizku z y konieczno cici wikszej powierzchni ( S = P τ s ), przy prkycznie niezienionej wyrzyłoci n cinnie eriłu zuywnego ( τ con ). Rejerowno wgłbinie, odkszłcenie plyczne i dorny s

5 Idenyfikcj chrkeryyk ci ycznego 433 proces zuywni ciernego szczególnie, gdy erił zirn był odpowiednio wrdy proie zokrgleni orz niewielki. Tki przebieg procesów wydje si chrkeryyczny dl ciernych, wrdych ziren inerlnych przebieg krzywych niewiele wspólnego z ogólnie uznnyi pogldi n e zlenoci T = f ( N ) = f ( N ), sforułownyi n podwie bd współprcy dwóch elowych powierzchni. Uzyskne zlenoc = f ( N ) j nieco inny przebieg, ni o si powszechnie przyjuje n podwie znnych eorii rci suchego lizgowego. W swoich bdnich uor zrejerowł wzro współczynnik. N powierzchni próbek wierdzono wyrne rysy odpowidjce poczkowej fzie ruchu rylc, widczce o jego nieznczny zgłbieniu si w erił próbki. Zinił w y oencie zw.,,efek orz". W kolejnej fzie ruchu efek en znik, orze uleg zniszczeniu współczynnik rci je si bilny, zgodnie z uznnyi eorii rci suchego lizgowego. W przypdku pr T-C njioniejsze znczenie poczkow fz oddziływni zirn, ze wzgldu n dynik prcy syeu hydrulicznego, w kóry e eleeny prcuj zn. popy wryskowej silnik o zpłonie soczynny. N zrejerown znczn wro i przyro współczynnik rci w zkresie łych obcie oe ie wpływ.in. ngrodzenie si w refie yku łdunków elekroycznych, powodujcych wzro przycigni idzy powierzchni zuywn i zirni ciernyi. Powysze wierdzenie wie si z niezprzeczlny wpływe czsu rwni yku ycznego n wro T. W przypdku owinego procesu zuywni ciernego wydłuenie czsu rwni ycznego yku zirn ze zuywn powierzchni ułwi wgłbienie si orz zirn w powierzchni. W efekcie wro współczynnik rci ycznego je wiksz. W zkresie wpływu osunku K = (rys. 3) orz proieni zokrgleni orz zirn ciernego (rys. 4) n wro T równie uzyskno nieco odienne rozrzygnici od proponownych w lierurze. Dl kdej z przyjownych wroci osunku wierdzono rysownie bd ikroskrwnie, choci dl K ~ 1 efek rzeczywicie był zupełnie znikoy. Dl pozołych K rysownie i ikroskrwnie było ewidenne. Sbilizcj T npowł dopiero dl K ~ 1, 5. Podobnie, bilizcj T rejerowno dl proieni zokrgleni orz zirn przewyszjcych 0, gdy,,efek orz" ju znikł. Dl brdzo łych obcie ( 0, 5 N) k bilizcj npowł nwe przy niejszy proieniu zokrgleni orz zirn, poniej 10. Noi podczs zin k nrci od uzyskiwno wyrne zniejszenie siły rci dl ków niejszych od 60 orz nieznczny, opniowy wzro siły rci dl ków powyej ZAKOCZENIE N zkoczenie ego rykułu nley wyrzi ndziej, e inni bdcze zineresowni probleyk zuywni ciernego zechc zweryfikow wyej opisne wyniki relizujc swoje bdni w innych wrunkch lbororyjnych, osujc inne eriły n próbki i przeciwpróbki, co w efekcie pozwoliłoby w przyszłoci n ucilenie iniejcych pogldów n e rci ycznego jko epu wpnego do procesu zuywni ciernego eli. LITERATURA 1...,..:! "#... $. %%%&, ' : ('"# )!. $', ' 1975.

6 434 T. Kłdoski 3. Rbinowicz E.: The forion of sphericl wer pricles. Wer, Vol. 4, No 1, 1977, pp Rbinowicz E., Muis A.: Effec of brsive pricle size on wer. Wer, Vol. 8, No 5, 1965, pp *"..: %+#+ "!,.!#, ' *"..: #-'#. '#'/01 "# #- "!.!#, ' Archrd J. F.: Conc nd rubbing of fl surfce. Jour. of Appl. Phys., Vol. 4, No 8, pp Selwood P. W.: Adsorpion nd collecive prgneis. Acdeic Press, Nhn G. K., Jones W. J. D.: The epiricl relionship beween brsive wer nd he pplied condiions. Wer, Vol. 9, No 4, 1966, pp Zu-Ghr K..: Microrucure nd wer of erils. Elsevier, Aerd, Oxford, New York, Tokyo Zu-Ghr K..: Modelling of wo-body brsive wer. Wer, Vol. 14, No 1, 1988, pp Lrsen-Bdse J.: Influence of gri size on he groove forion during sliding brsion. Wer, Vol. 11, No 3, 1968, pp Lrsen-Bdse J.: Influence of gri dieer nd specien size on wer during sliding brsion. Wer, Vol. 1, No 1, 1968, pp Mulhern T. O., Suels L. W.: The brsion of els: odel of he process. Wer, Vol. 5, No 6, 196, pp Miki., Kobyshi S.: An equion for he cenreline verge roughness of eril sliding gin brsive pper. Wer, Vol. 65, No 1, 1980, pp Sin., Sk N., Sun N. P.: Abrsive wer echniss nd he gri size effec. Wer, Vol. 55, No 1, 1979, pp Wng A. G., uchings J. M.: The nuber of pricle concs in wo-body brsive wer of els by coed brsive ppers. Wer, Vol. 19, No 1, 1989, pp Spur R. T.: The nure of conc during brsion. Wer, Vol. 67, No 3, 1981, pp Kłdoski T.: New odel nd ehod ssessen of cuing erosion. Arch. Bud. Msz., Vol. XLIII, z. 4, 1996, p Kłdoski T.: Meod oceny ziren ciernych n cinnie. Biuleyn WAT, nr 7, Kłdoski T.: Zuywnie cierne w syech ribologicznych ypu łok-cylinder. Wyd. WAT, Wrszw ebd., Wchl A.: Trybologi. WNT, Wrszw Solski P., Zieb S.: Zgdnieni rci suchego. PWN, Wrszw ,..:!. $', ' *"..: %+#+ "!,.!#, ' Ciszewski B., Przekiewicz W.: Nowoczesne eriły osowne w echnice. WAT, Wrszw Polskie Nory: PN-88/ Wgliki spiekne. Gunki, PN-86/-850. Sl szybkonc. Gunki, PN-74/ Sl n łoysk oczne, PN-79-/ Poir wrdoci eli sposobe Vickers przy obcieniu poniej 9,8 N, PN-78/ Poir wrdoci eli sposobe Vickers przy obcieniu 9,8 980 N, PN-76/ eliwo i liwo. Bdni ikroskopowe. Pobiernie i przygoownie próbek, PN-81/M Chrkeryyki eroeleenów. Teroeleen J (Fe-CuNi), PN-76/C Bdni włciwoci srnych olejów i srów Kłdoski T.: Meodologi oceny zuyci ciernego hydrulicznych pr precyzyjnych. Biuleyn WAT, nr 1, Kłdoski T.: Klsyfikcje i definicje zuyci ciernego. Biuleyn WAT, nr 3, Kłdoski T.: Modele i prery oceny zuywni ciernego. Biuleyn WAT, nr 3, 003.