Исследование коэффициента трения фторопласта - 4 при различном качестве обработки поверхности

В связи с организацией стартовых площадок ракетоносителей «Союз» на космодромах «Куру», а также «Восточный», возникает ситуация, когда отработанные узлы, работая в новых климатических условиях, с реализацией наиболее жёсткого (по количеству попыток запуска) эксплуатационного цикла, могут не обеспечивать характеристик, гарантируемых эксплуатационной документацией и требующихся заказчику. В частности, по предварительным оценкам, имеется тенденция к повышению момента трения в узлах качания (узлах подвода окислителя) рулевого агрегата, что в предельном случае может привести к возрастанию момента трения рулевого агрегата в целом [1].

мент это устраняется путём переборки рулевого агрегата с последующим повторением огневого испытания или возможным селективным подбором комплектующих узлов также с повторением огневого испытания, или выдачей ограничения на использование рулевого агрегата по назначению. Однако это дорогостоящие мероприятия. В работе [1] была проведена теоретическая оценка вклада основных трибосопряжений в суммарный момент трения. Показано, что наибольший вклад в суммарный момент трения оказывает подпятник в торцовом уплотнении основной полости узла подвода (Рис. 1), где осуществляется смазываемый трибоконтакт фторопласт - 4 и сталь 12Х18Н9Л и 12Х18Н10Т, где в качестве штатной смазки используется ЦИАТИМ-205.

Рис. 1. Схема узла подвода окислителя рулевого агрегата:

1– корпус; 2 – подшипник 6-208Ю2; 3 – подшипник 6-766907Ю; 4 – торцевое уплотнение основной полости;

5 – место присоединения камеры; 6 – манжетное уплотнение; 7 – основная полость узла;

8 – дренажная полость узла

Основными методами снижения момента сопротивления в узлах трения являются: трибологические, технологические, конструктивные и организационные.

Трибологические методы и средства это подбор новых типов смазочных материалов, выбор способа и оптимальных режимов смазки и т.д.

Технологические методы - применение новых материалов, наноструктурированных покрытий, снижение шероховатости поверхностей трения, уменьшение внешних нагрузок на узлы трения.

Конструктивные методы - разработка новых конструкций деталей узлов трения, а также применение перспективных подшипников.

К организационным методам можно отнести разработку, оптимизацию и соблюдение графиков монтажных, испытательных и пусковых работ.

Наибольший эффект при решении поставленной задачи может быть достигнут при комплексном подходе, когда будут использованы все или большинство методов и средств.

В данном исследовании изучается технологический метод снижения момента трения, путем уменьшения коэффициента трения при изменении шероховатости поверхности фторопласта - 4. Цель данной работы: изучение коэффициента трения трибоконтакта фторопласт - 4 и стали 12Х18Н10Т при различной шероховатости поверхности фторопласта - 4.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Испытания проводились на кафедре основ конструирования машин Самарского национально-исследовательского университета.

Для эксперимента были использованы 6 образцов в виде шайб из фторопласта – 4 толщиной 3,6 мм, диаметром 30 мм с различной шероховатостью от 1,1 до 1,6 Ra. Они были отобраны из образцов исследуемых в работе [2].

Величина шероховатости оценивалась с помощью профилометра Surtronic 25 производства Teylor Hobson с точностью измерения 2%. Данный прибор является портативным, автономным инструментом для измерения поверхностной структуры и предназначен для использования в мастерской или лаборатории. Он позволяет измерить параметры оценки структуры поверхности: Rа, Rz, Rt, Rp, Rmr, RPc, Rv, Rzlmax, Rsk, Rda. Оценки параметров и другие функции инструмента – базируются на микропроцессорных вычислениях. Результаты измерения отображаются на жидко кристалическом экране и могут быть выведены на принтер или компьютер для дальнейшей оценки (рис. 2).

Измерение коэффициента трения проводилось с помощью трибометра CSM Instruments.

Рис. 2. Измерение шероховатости профилометром Surtronic 25

Данный прибор позволяет определять коэффициент трения и интенсивность износа различных пар трения при заданных рабочих параметрах (рис. 3).

Коэффициент трения скольжения определялся по схеме шар – плоскость. Стальной шар диаметром 10 мм, скользил по поверхности фторопласта – 4. В качестве нагрузки использовались специальные грузы общим весом 2 Н, что обеспечивало контактное удельное давление 39.62 кПа. Скорость скольжения в эксперименте составляла 23,5 мм/с. Испытания проводились в течении 30 секунд для каждой шайбы, при возвратно поступательном движении. Температура в помещении 24”С. Относительная влажность воздуха 63%, которая поддерживалась постоянной с помощью сплит системы.

Рис. 3. Измерение коэффициента трения на трибометре CSM Instruments

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

По результатам испытаний были определены шероховатость (табл. 1), среднее значение коэффициента трения без смазки (табл. 2)

Таблица 1. Результаты измерений шероховатости с помощью профилометра Surtronic 25

№ образца	1	2	3	4	5	6
Ra, мкм	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6

Таблица 2. Результаты измерений коэффициента трения без смазки с помощью трибометра CSM Instruments

№ образца	1	2	3	4	5	6
Средний кэффициент тренияр	0,040	0,048	0,059	0,072	0,074	0,085

Таблица 3. Результаты измерений коэффициента трения со смазкой ЦИАТИМ - 205 с помощью трибометра CSM Instruments

№ образца 1 2 3 4 5 6 Средний кэффициент тренияр 0,015 0,014 0,013 0,014 0,015 0,018 и среднее значение коэффициента трения со смазкой ЦИАТИМ - 205 (табл. 3) на всех образцах. При проведении эксперимента со смазкой было выявлено влияние «притирания» деталей на значение коэффициента трения. Определено количество циклов «притирания». В течении 5 циклов значение среднего коэффициента трения постепенно возростает до постоянного значения (рис. 4).

На основании результатов этих измерений были получены зависимости на которых видно, что при отсутствии смазки (рис. 5) коэффициент трения постоянно возростает при увеличении шероховатости, а при наличии смазки (рис. 6) коэффициент трения снижается до значения шероховатости 1,3 Ra, а затем возростает.

ВЫВОД

В результате проведенных исследований можно сделать заключение, что в отсутсвии смазки при трибоконтакте фторопласт - 4 и стали 12Х18Н10Т коэффициент трения возрастает с увеличением шероховатости. При наличии смазки ЦИАТИМ – 205 зависимость коэффициента трения от шероховатости имеет вид параболы, ветви которой направлены вверх. Минимальное значение коэффициента трения в этом случае было получено при шероховатости 1,3 Ra. Это объясняется тем, что при минимизации шероховатости, смазка выдавливается из области контакта, а при наличии микро углублений задерживается в них. Так же было выявлено что

Рис. 4. Графическая схема изменения коэффициента трения при измерении со смазкой ЦИАТИМ-205

Рис. 5. Зависимость коэффициента трения от шероховатости без смазывания поверхности

Рис. 6. Зависимость коэффициента трения от шероховатости при смазаной поверхности ЦИАТИМом-205

в течении 5 полных циклов значение среднего 2. коэффициента трения постепенно возростает до постоянного значения. Это так называемое явление «притирания».