Материал: Разработка конструкции установки для экспериментального исследования износостойкости материалов

При воссоздании условий изнашивания может возникнуть потребность в проведении исследований с длительным непрерывным контактом. В этом случае, если траектория движения точки соприкосновения будет образовывать замкнутую линию, то возможно быстрое истирание контр-тела и повреждение установки. Решением данной проблемы послужит постоянное осциллирующее перемещения точки соприкосновения вдоль оси вращения изнашивающего тела, тем самым задействуется его большая площадь и повышается срок эксплуатации.

Предполагается, что в качестве объектов исследования будут служить образцы определенных габаритов, элементы деталей либо сами детали в случае приемлемых размеров. Для их надежного закрепления необходимо предусмотреть специализированную оснастку. Стандартными образцами будем считать изделия, имеющие форму сечения квадрат ˜5-10 мм, круг Ø3-10мм длинной 40 мм, рисунок 3.1.

Рисунок 3.1 - Стандартные образцы: 1 - сечение квадрат; 2 - сечение круг

Для упрощения конструкции предполагается размещение привода осциллирующей подачи в одной плоскости с держателем образцов, перемещение будет происходить непосредственно от рабочего органа к направляющим. В зависимости от скорости движения контр-тела, габаритов держателей образцов и создаваемых условий изнашивания необходимо иметь возможность настройки осциллирующего движения по таким параметрам как скорость движения и длина подачи рабочего органа.

Исходя из намеченных решений производится более тщательная проработка каждого узла установки.

3.1.2 Проектирование узлов установки

1. Барабан.

В качестве держателя контр-тела наиболее удачно подойдет конструкция типа «барабан», которая будет состоять из корпуса, задней стенки, переднего фланца. Контр-тело листовой формы будет сворачиваться и устанавливаться в внутреннюю часть барабана. Держатель образца будет проходить через центральное отверстие в переднем фланце. На задней стенке с наружной стороны будет расположен переходной фланец для крепления на шпиндель станка. Подобная конструкция данного узла дает такие преимущества как:

.        Закрытость эксперимента (продукты износа будут оставаться внутри барабана)

.        Возможность исследования трения в жидкой среде или со смазкой (под действием центробежной силы жидкость равномерно распределится по контр-телу и внутренней поверхности барабана, полуоткрытый фланец не даст жидкости вытечь за её пределы)

.        В качестве изнашивающего тела можно применить твердеющие смеси, размещенные вручную внутри барабана либо под действием центробежной силы (асфальт, цементные смеси и т.д.)

.        Также есть возможность размещения дополнительных элементов: планок, порожков и т.д., для создания трения с ударами или плавными переменными нагрузками.

.        Исследования абразивного трения. Условия как в пункте 2, центробежная сила и полузакрытый фланец распределят частицы равномерно по поверхности и не дадут вылететь за пределы исследуемой зоны.

Габариты барабана необходимо предусмотреть такие, чтобы держатели разного вида могли свободно в нем помещаться и иметь ход вдоль его оси вращения, при этом нужно учесть габариты станка и его мощность. В данном проекте рассматривается установка для станка 1М63, его необходимые характеристики приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Характеристики станка

Опираясь на размеры задаем габариты барабана, принимаем максимальный диаметр барабана Ø500 мм, ширину барабана 270 мм.

Важно при проектировании барабана предусмотреть съемный передний фланец, это необходима для наиболее легкого извлечения изнашивающего тела. Возможно применение дополнительных винтов на задней стенке вдоль корпуса барабана и на самом корпусе, которые будут служить как выталкивающие элементы при извлечении контр-тела. Для исследований трения в жидкой среде и со смазкой необходимо при конструировании и дальнейшей сборке соблюсти герметичность стыков.

Присоединительные размеры барабана к шпинделю станка определяются из размеров конца шпинделя по DIN 55022, рисунок 3.2.

Рисунок 3.2 - Присоединительные размеры к шпинделю станка

На рисунке 3.3 показана 3D модель барабана в разрезе.

Рисунок 3.3 - 3D модель барабана в разрезе

2. Быстросменные держатели.

Для исследования трения скольжение необходимо приспособление, обеспечивающее размещение и надежное закрепление в нем образцов различной формы. Также необходима регулировка силы прижатия образцов к поверхности контр-тела. Решением поставленной задачи будет устройство типа «молоток», рисунок 3.4.

Рисунок 3.4 - Молоток: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - зажимной винт; 4 - пружина; 5 - шайба; 6 - регулирующий винт; 7 - присоединительный винт

В цилиндрическое отверстие корпуса 1 будет устанавливаться держатель образцов, регулирующий винт 6 устанавливается в крышку 2, которая в свою очередь крепится к корпусу при помощи винтов 7. Путем закручивания регулирующего винта перемещается шайба 5, сжимая пружину 4 и создавая силу прижатия образце к контр-телу. Зажимной винт 3 закручиваясь попадает в шпоночный паз и не дает выпасть держателю образцов.

Образцы разной конфигурации будут размещаться в соответствующих быстросменных держателях:

.        Для образцов с круглой формой сечения держатель с цангой.

.        Для образцов прямоугольной формы сечения, не превышающих размеров 10х10, держатель с прижимом, в котором выполнена прямоугольная прорезь. Закрепление образцов происходит за счет прижима винтом. Предусмотрен прижим типа призмы для образцов круглой или овальной формы сечения, это более простая в изготовлении альтернатива держателю с цангой. Примеры прижимов приведены на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Прижимы образцов: 1 - прижим с прямоугольной прорезью; 2 - прижим типа призма

Для готовых деталей малых размеров либо сложной формы предусмотрена держатель образцов с конусным отверстием под быстросменную гильзу. В гильзу заливается твердеющая смесь (смола, клей и т.д.) и устанавливается необходимы образец.

В хвостовиках всех держателей предусматривается шпоночный паз, в который при установке будет входить упорный винт, тем самым, не давая державке выпасть из «молотка». Данный зажим не даст держателю образцов провернуться вокруг собственной оси и позволит перемещаться ей на длину шпоночного паза. 3D модели быстросменных держателей представлены на рисунке 3.6

Рисунок 3.6 - Быстросменные держатели: 1 - держатель с цангой; 2 - держатель с пазом; 3 - держатель с призмой; 4 - держатель с гильзой

При исследовании трения в некоторых ситуациях возникает необходимость проведения экспериментов в режиме трения-качения. Для этих целей необходим держатель, обеспечивающий перемещение образцов вместе с изнашивающим телом. Мною была выбрана конструкция данного узла, представляющая собой диск, в котором находится подшипниковый узел, установленный на валу. Для создания сопротивления вращению были разработаны дополнительные элементы конструкции, а именно крышки с фрикционными прокладками, которые также выполняют функцию защиты подшипникового узла от попадания грязи и продуктов износа. Тарельчатая пружина, для создания необходимого усилия прижатия элементов трения к диску и фиксатор пружины для её регулировки.