Вплив тертя на втрати енергії в системі «інструмент-заготовка»
Розвиток сучасного верстатобудування, його модернізація та підвищення конкурентоспроможності [] тісно пов'язані з підвищенням енергоефективності машинобудівних технологічних процесів []. Тертя є одним з основних чинників, що формують енергоефективність при реалізації цих технологічних процесів, тому на подолання тертя йде до 30% споживаної енергії. Крім того, рівняння енергетичного балансу [] показує, що одним з факторів, що забезпечують ефективність технологічних процесів, є зниження втрат енергії безпосередньо в зоні обробки.
Встановлення взаємозв'язку тертя з втратами енергії в зоні обробки здійснювалося експериментально.
Дослідження проводилися на експериментальній установці, розробленої на базі універсальної машини тертя МТУ - 01, призначеної для випробувань на тертя, зношування металевих і неметалевих матеріалів в умовах застосування мастильних матеріалів (різних масел і пластичних мастил) і без їх застосувань (сухе тертя).
Дослідження проводилися при взаємному переміщенні притиснутих один до одного із заданим зусиллям випробовуваних зразків, що являють собою нерухомий диск (нижній зразок) і три обертових ролика (верхній зразок), в середовищі мастильних матеріалів і без них (рис. 1).
Рис. 1. Схема контакту поверхонь пари тертя
де: P - сила вертикального навантаження (здійснюється маховиком точної подачі приводу верстата); N - сила реакції опори; Fн - сила навантаження прикладається до штифта; Fтр - сила тертя; Ro - відстань від центру обертання до наполегливої ??штифта; Rк - середнє значення радіуса контактуючих поверхонь
Структурна схема установки представлена ??на малюнку 2.
Установка містить вимірювальний модуль, привід і модуль вузла тертя, що забезпечують можливість оцінки фрикційних властивостей зразків у широкому діапазоні навантажень і швидкостей.
Рис. 2. Схема експериментальної установки
де 1 - тензобалка; 2 - термопара; 3 - зразок для дослідження; 4 - вузол тертя; 5 - датчик для заміру зусилля притиснення.
Вимірювальний модуль включає в себе аналого-цифровий перетворювач ZET 210 SigmaUSB, призначений для збору та обробки сигналів від тензо- і термодатчиків і програмне забезпечення ZETLab для аналізу отриманих даних. Вимірювальний модуль електрично пов'язаний з датчиками модуля вузла тертя.
Модуль вузла тертя містить блок вузла тертя, що забезпечує закріплення зразків, сприйняття осьового навантаження і передачі крутного моменту; стійку для тензобалкі, необхідну для сприйняття крутного моменту (моменту тертя); тензобалку з кабелем для заміру сили прикладається до штифта через блок; датчик сили для заміру зусилля притиснення; термопару, для заміру температури у вузлі тертя; комплект зразків для випробувань.
Вузол тертя монтується на загальній станині настільного вертикально-фрезерного верстата Корвет 412.
При дослідженні були виміряні сили навантаження, що прикладається до штифта ( Fн ) і притискне зусилля в зразках ( P ).
Момент, створюваний на наполегливому штифті, розраховувався за формулою:
Мд=Ro * Fн ,
де: Мд - момент, що виникає на наполегливому штифті, Нм ;
Ro - відстань від центру обертання до наполегливої ??штифта, м ;
Fн - сила навантаження, що прикладається до штифта через блок, Н .
Виходячи з рівності моментів тертя M і моменту Мд розраховувалася сила тертя Fтр .
Md=M або Ro * Fн=Rk * Fтр
Fтр=Ro * Fн/Rk
тертя енергія заготівля
Коефіцієнт тертя Ктр визначався за формулою:
Ктр=Fтр/P=Fн * Ro/P * Rk
Перший досвід був проведений без застосування мастильних засобів (сухе тертя). Результати розрахунку коефіцієнта тертя для цього випадку наведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Результати розрахунку коефіцієнта тертя без застосування мастильних засобів
Fн, мВF...
