Что понимается под триботехникой

ОСНОВЫ ТРИБОТЕХНИКИ.

Износ деталей ведет к потерям точности машин, приборов и инструментов, снижению КПД машин, прочности деталей из-за появления динамической нагрузки и уменьшения сечений и других негативных явлений.

Существуют следующие виды изнашивания поверхности в условиях трения скольжения:

Для уменьшения изнашивания снижают уровень абразивного воздействия, повышают поверхностную твердость материалов деталей.

Для уменьшения водородного изнашивания применяют стали легированные Cr, Ti, V (ванадием) менее склонных к наводораживанию, используют специальные смазки.

Процесс развития повреждений трущихся поверхностей вследствие схватывания называют заеданием.

Подбором материалов деталей пар трения можно повысить предельное контактное напряжение и стойкость к схватыванию.

Для используют различные методы поверхностного упрочнения, наносят мягкие гальванические покрытия, напыляют тефлоновые и резиновые пленки и т.д.

60. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПЛАНЕТАРНЫХ ПЕРЕДАЧ. Кинематика планетарных передач.

Планетарными называют передачи, содержащие зубчатые колеса с перекрещивающимися осями. Широкие кинематические возможности планетарной передачи является одним из основных ее достоинств и позволяет использовать передачу как редуктор с постоянным передаточным отношением и как коробку скоростей, передаточное отношение в которой изменяют путем поочередного торможения различных звеньев и как дифференциальный механизм.

— мощность передается по нескольким потокам, число которых равно числу сателлитов,

— внутреннее зацепление обладает повышенной нагрузочной способностью так как у него больше приведенный радиус кривизны в зацеплении,

— планетарный принцип позволяет получать большие передаточные отношения (до 1000 и больше) без применения многоступенчатых передач,

— малая нагрузка на опоры, так как при симметричном расположении сателлитов силы в передаче взаимно уравновешиваются, это снижает потери и упрощает конструкцию (кроме опор сателлитов).

Формулы расчета на прочность цилиндрических передач при расчете на изгиб и контактным напряжениям справедливы и для планетарных передач. Но для планетарных передач рекомендуют: , Но наряду с расчетом кинематики необходимо произвести и выбор числа зубьев, так как они взаимосвязаны. При заданном передаточном отношении число зубьев определяют предварительно по формулам: ; или

Можно использовать и другие аналогичные формулы расчета кинематики (см. справочную литературу) для двух и трех ступенчатых редукторов. Полученные значения уточняют по условиям собираемости планетарной передачи. Например по условию соосности: или .

Источник

Основные понятия и задачи триботехники

Автор: Пользователь скрыл имя, 01 Декабря 2011 в 11:07, лекция

Описание работы

Цели и задачи курса, литература;
Основные трибологические понятия. Термины триботехники;
Перспективы развития триботехники;
Качество и надежность машин в аспекте триботехники.

Работа содержит 1 файл

лекция1.doc

Тема: Основные понятия и задачи триботехники.

Цели и задачи курса, литература.

1. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): учебник / Д.Н.Гаркунов. – М.: Изд-во МСХА, 2001. – 616 с.

2. Гаркунов Д.Н. Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин): учебник / Д.Н.Гаркунов. – М.: Изд-во МСХА, 2002. – 632 с.

1. Громаковский Д.Г. Физические основы, механика и технические приложения трибологии: конспект лекций / Д.Г. Грамоковский. – Самара.: Сам ГТУ, 2006. – 270 с.

2. Трибологические основы повышения ресурса машин / В.И. Цыпцын, В.В. Стрельников, В.Ф. Карпенков и [и др.] – учебное пособие. – Саратов.: СГАУ, 2000. – 92 с.

3. Уханов А.П. Использование нефтепродуктов, технических жидкостей и ремонтных материалов при эксплуатации мобильных машин: учеб. Пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. / А.П. Уханов, А.В. Гуськов, А.В. Климанов [и др.]. – Самара.: СГСХА, 2002. – 292 с.

4. Володько О.С. Трибологические основы повышения ресурса тракторов и автомобилей: методические рекомендации / О.С. Володько, В.В. Ефимов. – Самара.: СГСХА, 2005. – 84 с.

5. Ленивцев Г.А. Триботехника: методические рекомендации / Г.А. Ленивцев, В.В. Ефимов, О.С. Володько [и др.]. – Самара.: СГСХА, 2004. – 60 с.

— Химия и технология топлив и масел;

— Сб. научн. Трудов СГСХА (1998 … 2007 гг).

Цели и задачи курса.

Развитие науки и техники в последние десятилетия показало, что надежные и долговечные машины, оборудование и приборы могут быть созданы только при удачном (оптимальном) решении теоретических и прикладных задач трения, износа и смазки, т.е. задач трибологии и триботехники.

Трибология является наукой о внешнем трении твердых тел и внутреннем трении твердых и жидких тел, а триботехника – наукой о практическом применении трибологии при проектировании, изготовлении и эксплуатации трибологических систем.

Отработавшие смазочные материалы представляют серьезную экологическую опасность для окружающей среды, а потери энергии при трении повышают температурный режим работы трибологических систем и вызывают отказы машин. Исследования показали, что 80 … 90 % данных отказов происходит из-за износа сопряжений. В результате этого ремонтом машин и оборудования в развитых странах занято около 30 % общего числа работающих и примерно такая же часть станочного оборудования. На цели ремонта расходуется пятая часть всего выплавляемого в мире металла.

В связи с этим управление трением является актуальной технической проблемой и является главной целью трибологии и триботехники.

Управление трением – это правильный выбор материалов по трению и износостойкости, рациональное конструирование подвижных сопряжений, оптимизация условий эксплуатации, которые могут существенно продлить срок службы машин при незначительном увеличении их стоимости.

Дисциплина «Триботехника» включает пять разделов:

2. Основные термины триботехники.

Триботехника – наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазки машин.

Трибохимия – изучает взаимодействие контактирующих поверхностей с химически активной средой.

Трибофизика – изучает физические аспекты взаимодействия контактирующих поверхностей при их взаимном перемещении.

Динамическое металловедение – это раздел металловедения, изучающий структуру и свойства поверхностных слоев металлов и сплавов в процессе трения.

Ряд терминов, относящихся к триботехнике, стандартизован. ГОСТ 23.002-78 включает 97 терминов, которые расклассифицированы по видам трения, изнашивания, смазки, методам смазывания и смазочным материалам. К общим понятиям триботехники относятся следующие термины.

Внешнее трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним, сопровождаемое диссипацией энергии.

Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износ – результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Величина износа может выражаться в единицах длины, объема, массы и др.

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.

Смазочный материал – материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивность изнашивания.

Смазка – действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсивность изнашивания.

Смазывание – подведение смазочного материала к поверхности трения.

Трение покоя – трение двух тел при микроперемещениях до перехода к относительному движению.

Трение движения – трение двух тел, находящихся в относительном движении.

Трение скольжения – трение движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках касания различны по величине и направлению, или по величине, или по напрвлению.

Трение качения – трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению.

Сила трения – сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, направленной по касательной к общей границе между этими телами.

Поверхность трения – поверхность тела, участвующая в трении.

Коэффициент трения – отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

Коэффициент сцепления – отношение наибольшей силы трения покоя двух тел к нормальной относительно поверхностей трения силе, прижимающей тела друг к другу.

3. Перспективы развития триботехники.

Гаркунов Д. Г., автор открытия явления «избирательного переноса » при трении, 6 основных направлений современной технологии:

1.Износостойкость и использование естественных ресурсов:

— снизить износ: авиация – в 5 раз; автотранспорт – в 8 раз; строительная техника – в 15 раз;

— учет зоны эксплуатации: затраты на севере выше в 2 раза из-за температуры, а на юге в 1,5 раза из-за влажности выше, чем в средней зоне;

2.Износостойкость и людские ресурсы: должен быть баланс, обеспечивающий достаточный уровень обслуживания машин;

3.Надежность и безопасность механических систем;

4.Триботехника и экологическая безопасность:

— снижение токсичности отработавших газов;

— запрещение асбестосодержащих колодок тормозов;

— загрязнение отработанными маслами окружающей среды;

5.Оптимизация конструктивных решений узлов трения;

6.Снижение трения и повышение К.П.Д.

Качество и надежность машин в аспекте триботехники.

Одной из задач первостепенной важности в аспекте триботехники является повышение качества изделий машиностроения путем применения прогрессивных технологий, улучшения свойств и контроля рабочих характеристик триботехнических материалов и узлов трения.

Качество – это совокупность свойств, определяющих степень пригодности машины к выполнению заданных функций при использовании по назначению.

Каждое свойство характеризуется одним или несколькими показателями, которые могут принимать различные качественные значения.

Автомобиль представляет собой сложную систему, совокупность действующих элементов, сборочных единиц и деталей, обеспечивающих выполнение ее функций.

По отношению к автомобилю элементами являются агрегаты, узлы и механизмы, а по отношению к последним – детали.

Современный автомобиль состоит из 15 … 20 тыс. деталей, из которых 7 … 9 тыс. теряют свои первоначальные свойства (в основном по причине изнашивания). Около 3 … 4 тыс. деталей имеют срок службы меньше, чем автомобиль в целом. Из них 80 … 100 дет. влияют на безопасность движения, а 150 … 300 деталей, «критических» по надежности, чаще других требуют замены, вызывают наибольший простой автомобилей, трудовые и материальные затраты, т.е. в значительной мере характеризуют работоспособность в эксплуатации.

Источник

Триботехника

Сроки службы трущихся деталей машин, убытки от износа. Адсорбционный эффект понижения прочности (эффект Ребиндера). Водородное и абразивное изнашивание. Механизм образования сервовитной плёнки. Расчетно-конструктивная оценка работоспособности узла трения.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Авалю уст>вий ‘иачьлагшпш

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНАЯ

Конспект лекций для студентов всех специальностей направления «Инженерная механика»

В курсе лекций изложены основные вопросы триботехники и надёжности машин.

Составитель Л.Л. Роганов, проф.

Р.А. Кравченко, ассистент

Отв. за выпуск С.Г. Карнаух, зав. каф.

1. ТРИБОТЕХНИКА И ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ МАШИН

1.1 Введение, основные положения

Большой вклад в развитие триботехники внесли такие ученые: С.Б. Айнбиндер, Б.В. Дерягин, В.А. Белый, Д.Н. Браун, Д.Н. Гаркунов; А.Ю. Ишлинский, И.В. Крагельский, Н.М. Михин, М.А. Левитин; К. Ипрамов; П.А. Ребиндер, М.Н. Хрущов; А.В. Чичинадзе, Ф.П. Боуден, Д. Тейбор.

Взгляды ученых по поводу трения отличаются. Так, представители английской школы (Ф.П. Боуден) считают главным в трении адгезионное взаимодействие двух тел, образование мостиков сварки. Разрушение этих мостиков обуславливает силу трения и износ. Они считают, что объемное деформирование поверхностных слоев играет незначительную роль, для металлов оно всегда пластическое, при этом коэффициент трения является величиной постоянной, его значение определяется отношением сопротивления на срез к твердости менее прочной составляющей пары трения.

Многие другие (в т.ч. отечественные) ученые природу трения объясняют несколько иначе: в нормальных условиях трения образование мостиков сварки между двумя телами может быть устранено смазкой, пленками окислов, первенствующую роль играет объемное деформирование микронеровностей, непрерывно образующихся под нагрузкой. Износ наступает в результате их усталостного разрушения из-за многократной их деформации, неровности деформируются как упруго, так и пластически. В этих условиях коэффициент трения для данной пары варьируется (меняется) в зависимости от давления, размера поверхности, температуры (лаб. работа); таким образом, /- комплексная характеристика зависит от свойств тел, геометрических очертаний микронеровностей и так далее.

Обе точки зрения существуют в реальных процессах.

Ценный вклад в изучение трения в XV веке внес Леонардо да Винчи. Он обосновывает невозможность создания вечного двигателя, одной из причин считает трение. Он впервые ввел понятие коэффициента трения, показал, что сила трения зависит от материала трущихся поверхностей, качества их обработки, изобрел роликовый и шариковый подшипники.

В 1699 г. француз Амонтон впервые сформулировал знаменитый и сейчас применяемый закон зависимости трения от величины нагрузки, нормальной к поверхности трения (рис.1):

Л. Эйлер (1750 г.) первый объяснил, почему сопротивление при переходе от состояния покоя к состоянию движения всегда больше (трение покоя и трение движения). Создателем науки о трении считается Шарль Кулон (1781г.). В труде «Теория простых машин» он охватил основные аспекты трения: сопротивление скольжению, качению, стягиванию, обобщил закон Амонтона и показал, что часть трения слабо зависит от нагрузки (или не зависит), то есть

Кулон показал, что трение зависит от многих факторов (нагрузка, скорость, материалы, шероховатость, смазка, температура). Исследуя трение качения, Кулон вывел формулу сопротивления перекатыванию Fк:

Эта формула используется и сейчас, хотя ее многократно пытались опровергнуть.

Б. Томпсон (1798г.) показал, что механическая энергия при трении не исчезает, а превращается в тепло.

Трудами многих ученых была разработана концепция молекулярно- механической природы трения, в которой процесс трения представляется как результат двух взаимосвязанных процессов: деформации контактирующих микронеровностей и молекулярного взаимодействия материалов на пятнах фактического контакта. По этой теории коэффициент трения (суммарный)

Триботехнику делят на 4 раздела:

Основы износостойкости при трении.

Конструктивные методы повышения долговечности и надежности ма-

Технологические способы повышения долговечности трущихся деталей.

1.2 Основные термины и определения

В 1979 году издан словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин, содержащий более 1200 терминов.

2. ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ТРИБОТЕХНИКОЙ

Износ инструмента и рабочих органов машин, помимо снижения производительности, повышает расход энергии. Например, с износом и затуплением зубьев ковша экскаватора уменьшается сечение срезаемой стружки грунта, увеличивается сопротивление резанию последнего, требуется больший путь для заполнения ковша.

Износ и повреждение поверхностей снижают сопротивление усталости деталей и могут служить причиной их разрушения даже при незначительных концентраторах напряжений и весьма низких номинальных напряжениях. Повышенный износ нарушает нормальное взаимодействие деталей в узлах, может вызвать значительные дополнительные нагрузки, удары в сопряжениях и вибрации, стать причиной внезапных разрушений. С повышенным износом нередко связан недопустимый шум машин.

Заедание или заклинивание деталей может привести к аварийной ситуации. Так, заедание лопатки ротора масляного насоса может вызывать его заклинивание, прекращение подачи масла к подшипникам и аварию машины.

В многозвенных механизмах даже небольшой износ отдельных элементов может суммироваться на ведомом звене и нарушать нормальное функционирование механизма.

Износ цилиндропоршневой группы двигателя увеличивает засорение воздуха отработавшими газами: 100 изношенных автомобилей загрязняют воздух отработавшими газами как 125 новых автомобилей.

Примечательно, что масса механизма или машины по мере их износа уменьшается незначительно.

3. СРОКИ СЛУЖБЫ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Предельное состояние может устанавливаться по изменениям параметров, условиям безопасности, экономическим показателям, по необходимости первого капитального ремонта и т.п.

Выход из строя деталей и рабочих органов машин при нормальных условиях эксплуатации является следствием физического износа разных видов: усталостных разрушений, ползучести материалов, механического износа, коррозии, эрозии, кавитации, старения материала и др.

Особенно велик износ деталей и рабочих органов машин-орудий, которые эксплуатируются в абразивной и агрессивной средах, и деталей транспортных машин, работающих в условиях грязи и пыли.

Дизели, установленные на мощных автосамосвалах, требуют капитального ремонта после 1500.2000 часов работы, т.е. через 6.8 месяцев. Бортовые шестерни тракторов работают до замены не более 2000.2500 ч., срок службы транспортных трансмиссий до ремонта составляет 2500.3500ч. За сезон работы тракторов на песчаных почвах приходится заменять два-три комплекта гусениц, что в среднем обходится в 50% стоимости нового трактора.

Лемех тракторного плуга в среднем обрабатывает до полного износа всего 15.20 га почвы, это вынуждает ежегодно изготовлять для сельского хозяйства свыше 20 млн. лемехов, не говоря уже о том, что на тяжелых почвах режущая кромка лемеха требует ремонта через 4.6 га работы плуга. Годовая потребность в запасных звеньях приводных цепей сельскохозяйственных машин составляет около 100 млн. штук.

4. УБЫТКИ ОТ ТРЕНИЯ И ИЗНОСА В МАШИНАХ

Большинство машин (85. 90%) выходит из строя по причине износа деталей. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машины в несколько раз превышают ее стоимость: для автомобилей в 6 раз, для самолетов до 5 раз, для станков до 8 раз.

Причинами малого ресурса двигателей после ремонта являются:

низкое качество обработки поверхностей деталей; станки ремонтных предприятий не обеспечивают той точности обработки, которую имеют детали, изготовленные на заводах серийной продукции;

плохая приработка деталей после ремонта, отсутствие современных испытательных стендов, приборов, контролирующих процесс приработки, загрязненность абразивами смазочных и гидравлических систем;

недостаточная специализация производства на ремонтных предприятиях по сравнению с ее уровнем на заводах серийной продукции, что не позволяет разрабатывать и реализовывать наиболее рациональные технологические процессы; результатом этого является, в первую очередь, малый срок службы деталей.

Большие материальные потери народное хозяйство терпит от повышенного трения в узлах машин. Известно, что более половины топлива, потребляемого автомобилями, тепловозами и другими видами транспорта, расходуется на преодоление сопротивления, создаваемого трением в подвижных сочленениях.

В текстильном производстве на преодоление сопротивления трению затрагивается около 80 % потребляемой энергии. Низкие КПД многих машин обусловлены главным образом большими потерями на трение.

Так, КПД глобоидного редуктора, устанавливаемого в лифтах, металлорежущем оборудовании, шахтных подъемниках и др., в приработанном состоянии составляет только 0,65.0,70, а в такой распространенной паре, как винт-гайка, всего лишь 0,25.

5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ И ЕЕ ГЕОМЕТРИИ

Всякое тело имеет отклонения от идеальной геометрической формы. Погрешности обработанной поверхности бывают трех видов:

Шероховатость поверхности определяют по её профилю, который образуется в сечении этой поверхности плоскостью, перпендикулярной к номинальной поверхности (рис. 2)

5.1 Параметры шероховатости

Согласно ГОСТ шероховатость поверхности, независимо от материала и способа изготовления, оценивают количественно одним или несколькими параметрами из следующего перечня:

5.2 Остаточные напряжения, структурные и фазовые превращения

Местные фазовые и структурные превращения поверхностного слоя шлифуемой детали известны под названием шлифовочных прижогов. Они образуются вследствие интенсивного (почти мгновенного) тепловыделения на небольшом участке поверхностного слоя.

6. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ

Качество поверхности деталей характеризуется микро- и макрогеометрией поверхности, волнистостью, структурой, упрочнением и остаточными напряжениями. Глубина поверхностного слоя и качество поверхности зависят от основного материала, вида обработки, основных параметров инструмента, режима обработки и рода смазочно-охлаждающей жидкости.

Поверхностный слой неоднороден по строению (рис.4)

Наклеп металла под выступами неровностей обычно больше, чем под впадинами. Поверхностный слой в зависимости от указанных выше обстоятельств имеет толщину при точении 0,25.2,0 мм, при шлифовании 12.75 мкм, при тонком шлифовании 2.25 мкм, при полировании 2 мкм.

Следует иметь в виду, что шлифовочные прижоги могут достигать глубины 5 мм. Поверхностный слой может находиться в напряженном состоянии. Остаточные напряжения в нем при механической обработке могут достигать 560.1000 МПа и быть как сжимающими, так и растягивающими.

7. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

7.1 Поверхностная энергия

Поверхностный слой металла обладает большой активностью. Это обусловлено тем, что внутри твердого тела каждый атом кристалла окружен другими атомами и связан с ними прочно по всем направлениям, а у атомов, расположенных на поверхности, с внешней стороны нет соседей в виде таких же атомов. В связи с этим в поверхностном слое у атомов твердого тела остаются свободные связи, наличие которых создает вблизи поверхности атомное (молекулярное) притяжение. Чтобы при таком несимметричном силовом поле атом кристалла находился в равновесии, необходимо иное, чем внутри кристалла, расположение атомов самого верхнего слоя.

При соприкосновении двух тел поверхностная энергия исчезает и может выделиться в виде теплоты или затратиться на подстройку в кристаллической решетке одного кристалла к другому.

7.2 Адсорбция и хемосорбция

В результате взаимодействия ненасыщенных силовых полей твердого тела с силовыми полями молекул газа, движущихся к твердой поверхности, или взаимодействия жидкости, соприкасающейся с твердым телом, поверхность последнего покрывается пленкой веществ, содержащихся в окружающей среде: газов, паров воды, обычно находящихся в воздухе, и паров других жидкостей, а также веществ, растворенных в жидкостях и соприкасающихся с поверхностью твердого тела. Явления образования на поверхности твердого тела тончайших пленок газов, паров или растворенных веществ, либо поглощение этих веществ поверхностью тела называют адсорбцией.

При химической адсорбции (хемосорбции) полярные концы молекул, связываясь с поверхностью тела, образуют в ней монослой, сходный с химическим соединением. Подвижность молекул в результате этого значительно уменьшается.

8. АДСОРБЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ ПОНИЖЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (ЭФФЕКТ РЕБИНДЕРА)

деталь износ прочность трение

Наибольшей способностью к адсорбции обладают поверхностно активные вещества, молекулы которых ориентируются при адсорбции перпендикулярно к поверхности тела, с которым взаимодействуют (органические кислоты, спирты, смолы, дистиллированная вода). Эти молекулы полярные. Например, если поместить металлическое тело рядом с летучим веществом, (например, валерьяновой кислотой), то молекулы кислоты, испаряясь и перемещаясь через воздух, покроют поверхность тела слоем в 1 молекулу, причем, если намочить поверхность, то получается многомолекулярный слой строго ориентированных молекул поверхностно активного вещества (рис.5).

Молекулы поверхности активной среды проникают в трещины и «раздвигают их» (рис. 6).

Расплавленные легкоплавкие металлы являются сильными поверхностно активными веществами по отношению к более тугоплавким и резко снижают их прочность.

9. КОНТАКТ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕЛ

Взаимный контакт деталей происходит по вершинам и выступам шероховатости, которая деформируется под действием внешней нагрузки.

Деформации выступов делят:

упруго пластические без упрочнения;

упруго пластические (упруго пластический контакт) с упрочнением. Схема контакта поверхностей двух тел показана на рис.8. При этом различают:

номинальную площадь контакта, Аа= а х в;

контурную площадь контакта, Ак = 5. 15 % от А;

фактическую площадь контакта, Аr = 0,01.0,1% от А

Фактическая площадь контакта Аr зависит от нагрузки за счет деформации вершин выступов и меняется после 1-й и последующей нагрузки.

При наличии между поверхностями трения тонкой пленки меди площадь фактического контакта Аr увеличивается в 10.100 раз, снижая износ.

10. ТРЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ (СКОРОСТЬ ТЕЛА В РАЗЛИЧНЫХ ТОЧКАХ КАСАНИЯ)

Согласно молекулярно-механической теории трения сила трения определяется как сумма двух составляющих

Есть методика расчета коэффициента трения ѓ

На коэффициент трения / влияют:

Механические свойства контактирующих тел. От свойств менее жесткого тела зависит модуль упругости Е.

Скорость скольжения. Влияет неоднозначно.

Сила трения качения по крайней мере в 10 раз меньше силы трения скольжения. Сопротивление качению объясняется деформационными потерями в нижележащем твердом теле. При отсутствии пластической деформации трение обусловлено гистерезисными потерями в твердом теле. При трении качения происходит взаимное проскальзывание поверхностей, которое можно наблюдать при качении шарика (рис.9).

Окружность АВ шарика перемещается посередине канавки, а окружность СБ касается ее края. Окружность АВ проходит за один оборот шарика большее расстояние, чем окружность СБ. Эта разница и обуславливает скольжение поверхностей трения.

Сила трения качения

т = 1,5. 1,6 (зависит от смазки).

На Fкачения влияют: вязкость смазки, размер шариков (роликов), трение в сепараторах, шероховатость.

Для подшипников качения ѓкачения = 0,002. 0,008.

Если использовать наклонную площадку, то такому ѓкачения соответствует

ц= 0°7′.0°27′ (прибор не уловит углов).

Момент трения в подшипниках качения.

Сила трения в подшипниках качения увеличивается при технологических и монтажных погрешностях, высоких скоростях и трении в уплотнениях.

12. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О МЕХАНИЗМЕ ИЗНАШИВАНИЯ ПАР ТРЕНИЯ

Разрушение поверхностей твердого тела, проявляющееся в изменении его размеров или формы (массы), называют изнашиванием.

Износостойкость оценивают величиной, обратной интенсивности или скорости изнашивания.

Предельным износом детали (узла) называют износ, при котором дальнейшая эксплуатация становится невозможной, вследствие выхода детали (узла) из строя, неэкономичной или недопустимой, ввиду снижения надежности механизма.

13. МЕХАНИЗМ ИЗНАШИВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

В процессе изнашивания выделяют три явления:

взаимодействие поверхностей трения;

изменения, происходящие в поверхностном слое металла;

Эти явления непрерывно переплетаются, взаимно влияя друг на друга.

Взаимодействие поверхностей может быть механическим и молекулярным. Механическое взаимодействие выражается во взаимном внедрении и зацеплении неровностей поверхностей в совокупности с их соударением в случае скольжения грубых поверхностей. Молекулярное взаимодействие проявляется в виде адгезии и схватывания. Адгезия не только обуславливает необходимость приложения касательной силы для относительного сдвига поверхностей, но и может привести к вырыванию материала. Схватывание свойственно только металлическим поверхностям и отличается от адгезии более прочными связями. Молекулярное взаимодействие возможно также на участках взаимного внедрения поверхностей. Оно обязательно будет при разрушении масляной пленки. Изменения на поверхностях трения обусловлены пластической деформацией, повышением температуры и химическим действием окружающей среды.

Изменения, вызванные деформацией, заключаются в следующем:

Многократные, упругие деформации из-за несовершенства структуры материала приводят в определенных условиях к усталостному выкрашиванию поверхностей качения, а многократные упругие деформации микронеровностей поверхностей скольжения разрыхляют структуру.

4 При сильно отличающихся по твердости структурных составляющих материала и многократном воздействии нагрузки происходит вначале интенсивное изнашивание мягкой основы, вследствие этого повышается давление на выступающие твердые составляющие, они вдавливаются в мягкую основу, некоторые из них дробятся и перемещаются дополнительно под действием сил трения.

Влияние повышения температуры состоит в следующем:

Высокая температура и пластическая деформация способствуют диффузионным процессам, в итоге возможно обогащение поверхности некоторыми элементами (например, поверхности стали углеродом).

При интенсивном локальном повышении температуры (температурной вспышке) и последующем резком охлаждении поверхности нижележащей холодной массой металла на поверхности могут образоваться закалочные структуры.

Пластическая деформация, возможные высокие температурные градиенты и структурные превращения, каждое в отдельности или совместно, вызывают напряжения в материале, которые могут влиять на его разрыхление.

При микроскопическом исследовании контакта деталей в условиях высоких нагрузок и температур установлена возможность образования магмы-плазмы (рис.10).

Химическое действие среды заключается в следующем:

В среде воздуха на обнаженных при изнашивании чистых металлических поверхностях образуются окисные пленки, в результате действия кислорода газовой фазы или содержащегося в масле и его перекисях. Окисные пленки предохраняют поверхности от схватывания и связанного с ним глубинного вырывания и являются важным фактором не только при трении без смазочного материала и граничной смазке, но и при полужидкостной смазке.

Металлические поверхности, взаимодействуя с химически активными присадками в масле, покрываются пленками химических соединений, роль которых аналогична роли окисных пленок.

Пленки эффективно защищают поверхность от изнашивания, если скорость их образования превышает скорость изнашивания.

Возможно насыщение поверхности углеродом в результате разложения смазочного материала при высокой температуре.

Агрессивные жидкости и газовые среды активизируют изнашивание.

Элементарные виды разрушения поверхностей трения следующие:

Микрорезание. При внедрении на достаточную глубину твердая частица абразива или продукта изнашивания может произвести микрорезание материала с образованием микростружки. Микрорезание при трении и изнашивании проявляется редко, так как глубина внедрения недостаточна при действующих нагрузках.

Царапание. Образовавшаяся или появившаяся на поверхности трения частица при скольжении перемещает в стороны и поднимает материал, оставляя царапину.

Последняя обрывается при выходе внедрившегося элемента из зоны фактического контакта, при раздроблении частицы, ее впрессовывании или износе за пределы области трения.

Отслаивание. Материал при пластическом течении может оттесняться в сторону от поверхности трения и после исчерпания способности к дальнейшему течению отслаиваться. В процессе течения часть материала наплывает на окисные пленки и теряет связь с основной его массой.

Это распространенный вид повреждения рабочих поверхностей деталей в условиях качения.

Для выкрашивания характерна произвольная форма ямок с рваными краями.

Глубинное вырывание. Возникает при относительном движении тел, когда образовавшийся вследствие их молекулярного взаимодействия спай прочнее одного или обоих материалов. Разрушение происходит в глубине одного из тел.

Свойственен всем видам трения, кроме трения при жидкостной смазке, и обнаруживается при таких технологических операциях как резание, клепка и сборка болтовых соединений: металл переносится с пневматического молотка на заклепки, с ключа на гайки, с резца на металл.

По сравнению с трением без смазочного материала трение при граничной смазке может снизить перенос в 20 000 раз и более.

14. УСТАЛОСТЬ ПРИ ИЗНАШИВАНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Впервые на усталостную природу изнашивания при трении скольжения указал Д.В. Конвисаров. Причины усталости поверхностного слоя деталей он усматривал в повторных или знакопеременных движениях деталей машин. Однократное задирание поверхностей, царапание их различными твердыми остриями не относятся к процессам изнашивания в полном смысле этого понятия. Он пришел к выводу, что изнашивание твердых тел при трении сходно с разрушением их от усталости. Пятно контакта испытывает многократное воздействие (тепловое, механическое) других пятен контакта. В результате в материале образуется трещина, и происходит его разрушение.

Усталостная теория изнашивания базируется на молекулярно-механической теории трения.

По Н.В. Крагельскому, существует 5 видов нарушения фрикционной связи (табл.1):

15. МЕХАНИЗМ ИЗНАШИВАНИЯ ПОЛИМЕРОВ И РЕЗИНЫ

При контакте металла с эластичным материалом шероховатость поверхности металла не оказывает сильного влияния на трение, т.к. при отсутствии пластической деформации на перемещение затрачивается меньшая работа (либо механическая, либо молекулярная). Для уменьшения трения и снижения износа полимерного материала в него добавляют различные активные вещества, которые в процессе трения взаимодействуют с рабочими поверхностями пары трения. Значительное влияние смазочного материала на коэффициент трения можно объяснить различием физико-химических

Различают следующие виды изнашивания:

изнашивание вследствие пластической деформации;

изнашивание вследствие диспергирования (измельчения) участков контакта;

выкрашивание вновь образуемых структур;

коррозионное, кавитационное, эрозионное изнашивание;

коррозионно-механическое изнашивание в сопряжениях;

изнашивание при схватывании и заедании поверхностей;

изнашивание при фреттинг-коррозии;

трещинообразное на поверхностях трения;

16.1 Водородное изнашивание

Водородное изнашивание открыто 15-20 лет назад Д.Н. Гаркуновым и А.А. Поляковым. Сравнимо с абразивным изнашиванием.

Водородное изнашивание зависит от концентрации водорода в поверхностных слоях трущихся деталей.

Водородное изнашивание обусловлено следующими процессами, происходящими в зоне трения:

интенсивным выделением водорода при трении в результате разрушения водородосодержащих материалов, создающего источник непрерывного поступления водорода в поверхностный слой стали или чугуна;

адсорбцией водорода на поверхностях трения;

диффузией водорода в деформируемый слой стали, скорость которой определяется градиентами температур и напряжений, что создает эффект накопления водорода в процессе трения;

особым видом разрушения поверхности, связанного с одновременным развитием большого числа зародышей трещин по всей зоне деформирования. Характерным для разрушения является мгновенное образование мелкодисперсного порошка материала.

Область проявления водородного изнашивания

Область проявления водородного изнашивания весьма обширна. Практически все поверхности трения стальных и чугунных деталей содержат повышенное количество водорода и, следовательно, подвержены повышенному изнашиванию. Наличие в воздухе паров воды создает благоприятные условия для водородного изнашивания, не говоря уже о разложении в зоне контакта смазочного материала, топлива или пластмассы. Водород образуется при трении, а также может образовываться при различных технологических процессах.

Виды водородного изнашивания

Имеются два основных вида изнашивания поверхностей стальных и чугунных деталей под воздействием водорода: изнашивание диспергированием и изнашивание разрушением.

Водородное изнашивание диспергированием (ВИДИС). При этом виде изнашивания каких-либо изменений в поверхностном слое деталей вследствие обычного износа при диспергировании не наблюдается. Водород усиливает (в зависимости от его количества в поверхностном слое) диспергирование стали или чугуна. На поверхностях трения нет вырывов, задиров, заметного переноса материала с одной поверхности трения на другую; они могут иметь блеск и очень мелкие царапины, которые не видны невооруженным глазом и расположены в направлении движения.

Водородное изнашивание разрушением (ВИРАЗ). Имеет специфическую особенность: поверхностный слой стальной или чугунной детали разрушается мгновенно на глубину 1.2 мкм. Это происходит, когда поверхностный слой накапливает большое количество водорода. Ранее отмечалось, что процесс трения создает условия высокой концентрации водорода в поверхностных слоях стали. Трение воздействует на смазочный материал, и водород получает возможность занять большее число адсорбционных центров на поверхности.

Методы предупреждения и уменьшения водородного изнашивания

Рассмотрим рекомендации по снижению водородного изнашивания трущихся деталей машин.

При выборе материалов для узлов трения необходимо учитывать степень их наводороживания и охрупчивания. Введение в сталь хрома, титана, ванадия снижает проникновение в нее водорода. Наклеп стали может увеличивать поглощение водорода. Холоднодеформированная сталь может поглотить в 1 000 раз больше водорода, чем отожженная.

Необходимо, где возможно, исключать из узлов трения полимеры, способные к быстрому разложению и выделению водорода. Введение в тормозные материалы на основе полимеров измельченной на куски латунной проволоки улучшает фрикционные характеристики.

Полезно применять для узлов трения, если имеется вероятность водородного изнашивания, смазочные материалы, которые мало подвержены гидрогенизации.

В качестве присадок к смазочным жидкостям и фрикционным полимерным материалам могут быть введены кремний и органические соединения (силаны), содержащие несколько атомов хлора, которые легко соединяются с выделившимся водородом. С уменьшением числа атомов хлора эффективность присадки снижается.

Обезвоживание смазок (вода в масле разлагается на водород и кислород, водород внедряется в металл и приводит к разрушению-износу) производится введением присадок. Добавка 0,1% изопропиланинэтанола нейтрализует вредное влияние 1 % воды.

Коррозию в узлах трения можно уменьшать путем изменения режимов работы: снижением температуры, скорости скольжения и давлений. Так, для пары трения «бронза-сталь» при работе в глицерине или в спиртоглицериновой смеси основным фактором наводороживания является температура. При 65. 70°С наво- дороживание происходит в несколько раз интенсивнее, чем при температуре 60°С.

Проникновение водорода можно существенно снизить, если из зоны наводороживания удалить (при их наличии) вещества, способствующие проникновению водорода: сероводород, фосфорводород, соединения мышьяка, селена, сурьмы, теллура.

Между прокатными валками и прокатываемым материалом или только между валками образуется электрический потенциал, и в соответствии с условиями прокатки в рабочем зазоре выделяется повышенное количество водорода, образующегося за счет использования водородосодержащих смазочных материалов. Затруднить проникновение водорода в поверхности трения можно путем создания положительного электрического потенциала по отношению к наводороживаемой детали. На основании этого в ФРГ, например, предложено приспособление для предотвращения износа валков при холодной прокатке с использованием водоро- досодержащих смазочных материалов.

Разработан метод удаления технологического водорода путем полирования поверхностного слоя детали (последняя технологическая обработка). При полировании, по мере незначительного удаления поверхностного слоя детали, верхние слои металла нагреваются, и деталь подвергается своеобразной термической обработке.

Источник