• Основы Триботехники Учебники

Основы электроники радиотехника начинающим простые схемы для начинающих основы ремонта. Книга «Основы термодинамики и теплотехники. Тепловые процессы являются. В., Основы экономики: учебник, 2009 (книга по экономическому анализу).

9.1 Общие сведения Триботехника — научная дисциплина о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, изучающая вопросы их трения, изнашивания и смазывания. Соприкасающиеся поверхности взаимно перемещающихся тел составляют пару трения.

Узлы машин, содержащие па­ры трения, называют узлами трения. Величина трения в уз­ле зависит от многих факторов: геометрии поверхностей тре­ния, сочетания материалов, условий смазывания, конструк­ции узла и режима его работы. Отрицательное влияние трения проявляется в виде потерь энергии и изнашивания деталей. В промышленности на пре­одоление сопротивления, создаваемого трением в подвижных соединениях, затрачивается около половины потребляемой энергии.

Изнашивание приводит к изменению размеров, фор­мы и состояния поверхностей деталей, а в итоге — к потере их работоспособности. Нежелательные проявления трения сглаживаются и ком­пенсируются смазыванием поверхностей трения. Смазка — это введение смазочного материала между поверхностями для уменьшения силы трения и/или интенсивности изнашивания. Понятия «трение», «смазка» и «изнашивание» связаны не­разрывно и зависят от состояния поверхностей.

Поверхность реального твердого тела имеет отклонение от идеальной гео­метрической формы. Это макроотклонения формы, например в виде неплоскостности или нецилиндричности, являющиеся следствием неточности обработки.

Это шероховатость в виде неровностей высотой от 0,05 до 500 мкм с углом наклона до 10°, зависящая от способа и режима обработки. Выступы ше­роховатости расположены на волнах неровностей высотой до 100 мкм и шагом 50.5000 мкм. Волнистость возникает из-за неравномерностей относительных движений и колебаний сис­темы станок—инструмент—деталь при обработке деталей. Указанные отклонения приводят к тому, что при контакти­ровании реальных поверхностей они воспринимают нагрузку вершинами выступов. Первыми в контакт вступают противо­стоящие выступы, сумма высот которых наибольшая. По ме­ре увеличения нагрузки деформация неровностей и частично их основ приводит к сближению поверхностей и в контакт вступают пары выступов с меньшей суммой высот.

Разновременность вхождения в контакт приводит к различной дефор­мации выступов. Часть выступов деформируется упруго, часть — пластически. В итоге площадь фактического контакта поверхностей со­стоит из множества дискретных малых площадок, располо­женных на различных высотах в местах наиболее полного сближения поверхностей.

Площадь фактического контакта зависит от геометрии поверхностей, от физических и механи­ческих свойств поверхностного слоя, от величины нагрузки и продолжительности ее приложения. Поверхности пар трения в результате их окисления покры­ты пленками. Поверхностный слой материала под пленками в результате механической обработки имеет измененную струк­туру в сравнении с глубинной частью. Например, из-за накле­па микротвердость поверхностного слоя часто выше, чем у ос­новы.

На свойства поверхностного слоя оказывают влияние поверхностно-активные вещества, содержащиеся в смазочных материалах. Кроме того, после повышения температуры при механической обработке в поверхностном слое появляются ос­таточные напряжения.

В результате действия указанных факторов площадь фак­тического контакта на практике составляет под нагрузкой ма­лую часть номинальной (контурной) площади и только при очень высоких нагрузках достигает 30.40% номинальной площади. Величина площади фактического контакта и из­менение ее под действием нагрузок являются факторами, от которых зависит трение, смазка и изнашивание поверхностей трения. 9.2 Трение и изнашивание По характеру движения различают трение скольже­ния и трение качения. Иногда оба вида проявляются совмест­но, например при качении с проскальзыванием. В зависимости от режима смазывания различают трение без смазочного материала и со смазочным материалом, при­чем механизм влияния смазочного материала бывает разным. Трение без смазочного материала — режим, при котором необходимо создание большой силы трения (например, в тор­мозах, в передачах трением и т.

Д.) или смазочный материал не пригоден (например, в чистом производстве). В точках фактического контакта действуют силы молекулярного при­тяжения, вызывающие адгезию (прилипание).

При этом отно­сительное смещение контактирующих поверхностей сопро­вождается деформацией сдвига, а следовательно, затратой энергии. Еще более сильным проявлением молекулярных сил является схватывание поверхностей (соединение в результате деформирования).

Трение без смазочного материала сопро­вождается скачкообразным скольжением поверхностей, вы­зывающим рывки и вибрацию в начале и в конце движения. На коэффициент трения сильно влияют пленки окислов, вла­га, загрязнения. Трение при граничнойсмазке — режим трения, при кото­ром поверхности разделены слоем смазочного материала тол­щиной от одной молекулы до 0,1 мкм. На поверхности твердо­го тела адсорбируются (концентрируются) и прикрепляются поляризованные молекулы смазочного материала в виде вор­са. Эта связь наиболее прочна в одномолекулярном слое и ос­лабевает по мере удаления от поверхности. Форма граничной пленки повторяет микрорельеф поверхности. Под нагрузкой происходит деформация площадок фактического контакта, но без нарушения целостности пленки, так как она обладает вы­соким сопротивлением сжатию по нормали к твердой поверх­ности (свыше 10 3 Н/мм 2).

При скольжении нагруженных по­верхностей «ворсинки» изгибаются и молекулярные слои скользят один относительного другого. На площадях со значи­тельной пластической деформацией и в точках с высокой тем­пературой происходит разрушение пленки со схватыванием обнажившихся участков. Но лавинного схватывания не про­исходит, так как пленка «самозалечивается» за счет большой скорости адсорбции смазочного материала на поверхности трения. Со временем граничная пленка изнашивается, сма­зочный материал из нее уносится на продуктах износа, а так­же разрушается от окисления. Особенность граничной смазки заключается в том, что на процесс не влияет вязкость смазочного материала. Введено понятие маслянистости. Это комплекс свойств, оцениваю­щихся по величине коэффициента трения и зависящих от со­става основы смазочного материала и наличия определенных присадок в нем для данного сочетания материалов пары тре­ния.

Требования к смазочному материалу состоят в том, что пленка должна противостоять большим сжимающим усилиям и в то же время не оказывать большого сопротивления сдвигу. Трение прижидкостной смазке — это режим трения, при котором происходит полное разделение пар трения слоем смазочного материала. Он является наиболее благоприятным по потерям энергии и износу. Если толщина слоя смазочного ма­териала, разделяющего поверхности трения, больше толщины граничной пленки (0,1 мкм), то с увеличением этого слоя уменьшается влияние твердой поверхности на отстоящие мо­лекулы смазочного материала, а слои на расстоянии более 0,5 мкм от поверхности могут свободно смещаться один отно­сительно другого.

Это относится к идеально гладким поверх­ностям. Для шероховатых поверхностей минимальная толщи­на смазочного слоя для получения жидкостного трения должна быть не менее суммы максимальных высот выступов шерохо­ватости, а с учетом отклонений формы и волнистости поверх­ностей и возможных деформаций под нагрузкой максимальная толщина слоя должна в 2 раза превышать указанную сумму. В условиях внешнего нагружения полное разделение по­верхностей может быть получено только при определенном давлении в слое смазочного материала, которое и уравновесит нагрузку. Существует два способа создания давления в несу­щем слое: гидростатический и гидродинамический.

При гид­ростатическом способе подача смазочного материала к паре трения осуществляется от внешнего источника под давлени­ем. При гидродинамическом способе давление в жидкости возникает непосредственно между поверхностями трения. Не­обходимыми условиями для этого является наличие клиново­го зазора и взаимного перемещения, а размер зазора и ско­рость перемещения находятся в зависимости от нагрузки на поверхностях трения и вязкости смазочного материала.

Вязкость, или внутреннее трение, — это свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Основной закон вязкости Ньютона где F — сила, вызывающая сдвиг слоев жидкости; S — площадь сдвигаемого слоя; dV/dh — градиент скорости жидкости по толщине слоя; μ - коэффи­циент динамической вязкости. Он количественно характеризует сопротивление жидкости сме­щению ее слоев и имеет размерность Нс/м 2. Трение приполужидкостной смазке — это режим трения, при котором на одной части поверхности трения осуществля­ется жидкостная смазка, а на другой части — граничная смаз­ка. Нормальная нагрузка уравновешивается суммой сил моле­кулярного взаимодействия в граничной пленке на площадках контакта и сил гидродинамического давления в смазочном слое между площадками контакта. Сила трения состоит из сил взаимодействия поверхностей, покрытых граничной пленкой, и сил сопротивления вязкому сдвигу в слое смазки.

Относительная доля каждой из этих составляющих зависит от нагрузки, скорости взаимного перемещения, геометрии по­верхностей трения, количества и вязкости смазочного матери­ала. Гидродинамическое действие смазочного материала при полужидкостной смазке возникает, когда поверхности трения располагаются под углом, образуя клиновой зазор, и ког­да между неровностями в направлении движения образуют­ся клиновые микрозазоры в виде сужений и расширений по высоте. Трение при полужидкостной смазке имеет место в подшип­никах скольжения, в парах винт—гайка, в парах с возврат­но-поступательным движением. Этот режим сопровождается износом поверхностей трения.

Для предотвращения интен­сивного изнашивания контактное давление на поверхностях трения р не должно превышать определенной величины. Ве­личина допускаемого контактного давления рзависит от ма­териалов пары трения, шероховатости поверхностей, характе­ристик смазочного материала и в конкретных случаях от­ражает опыт применения трущихся пар.

Ориентировочно можно принимать р = 10МПа. Трение при эластогидродинамическойсмазке — это ре­жим трения, при котором характеристики трения и толщина пленки смазочного материала определяются упругими свойст­вами материалов контактирующих тел и свойствами, харак­теризующими текучесть смазочного материала. При качении или качении со скольжением смазочный материал не успевает покинуть зону контакта.

Большое контактное давление де­формирует тела качения, увеличивает область малого зазора, делая его почти постоянным. При высоком давлении вязкость смазочного материала возрастает и жидкость с большим тру­дом вытекает из узкой щели. Образуется пленка смазочного вещества в виде линзы толщиной 0,1. Трение при твердой смазке— режим трения, при котором поверхности трения разделяются твердым смазочным мате­риалом. Условия смазки промежуточные между несмазанны­ми и смазанными поверхностями, так как поверхности кон­такта сухие, а твердый смазочный материал придает им такие свойства, как будто они смочены (эквивалент смазочного эф­фекта). Режим смазки напоминает граничное трение, по­скольку твердый смазочный материал образует слой с необхо­димыми качествами по сжатию и сдвигу, но без строго ориен­тированной структуры.

Изнашивание — процесс разрушения поверхностных сло­ев при трении, приводящий к изменению размеров, формы и состояния поверхности детали. Результом изнашивания явля­ется износ, выражаемый в единицах длины, объема, массы. Например, износ оценивают толщиной слоя h, снятой в ре­зультате изнашивания. Отношение толщины износа детали к пути трения J h = h/s называется интенсивностью изнашива­ния. Отношение толщины слоя износа детали к времени, в те­чение которого происходит изнашивание, J t= h/t называется скоростью изнашивания. Износостойкость, т. Способность детали оказывать сопротивление изнашиванию, оценивают величиной, обратной интенсивности или скорости изнаши­вания.

Интен­сивное изнашивание приводит к потере точности, понижению КПД, дополнительным динамическим нагрузкам, вибрациям и увеличению шума, к уменьшению прочности и потере рабо­тоспособности. Около 80% деталей механизмов и машин вы­ходят из строя из-за изнашивания.

Изнашивание представляет собой разнообразное, много­факторное и очень сложное явление. Вид изнашивания зави­сит от геометрии и физико-химических свойств поверхностей, нагрузки, условий смазывания и окружающей среды. Согласно стандарту различают 13 видов изнашивания.

В механизмах и машинах представляют интерес механические виды изнашивания. Чаще всего в механизмах возника­ет усталостное изнашивание,которое проявляется в виде выкрашивания. Выкрашивание происходит при длительной эксплуатации.

При повторном деформировании микрообъе­мов материала возникают усталостные трещины, развитие ко­торых приводит к выходу их на поверхность, чему способству­ет наклонное ориентирование трещин к поверхности из-за пластического сдвига поверхностного слоя при трении. Нали­чие на поверхности смазочного материала способствует росту трещин. При контактировании в смазочном материале, попа­дающем в трещины, возникает давление, и он, будучи несжи­маемым, действует подобно клину. Трещины в процессе раз­вития выходят на поверхность, и материал отслаивается. Ямки, возникающие в результате отслаивания материала, приводят к уменьшению фактической площади контакта и росту напряжений, а в результате — к ускорению разру­шения.

Абразивное изнашиваниепроявляется в виде царапаю­щего действия твердых частиц, находящихся в зоне контакта. Эти частицы в открытых передачах попадают извне, а в за­крытых могут являться продуктами износа (из-за наклепа их твердость выше, чем у основного материала). Внедряясь в ме­нее твердую поверхность, эти частицы, двигаясь с ней, при скольжении по другой поверхности действуют на нее как мик­рорезцы. Изнашивание при заеданиипроявляется при высоких нагрузках и в вакууме, когда контакт чистых участков мате­риала приводит к схватыванию (местному свариванию) и по­следующему разрушению мостиков сварки. В результате про­исходит задирание (вырывание приварившихся частиц), пере­нос материала с одной поверхности трения на другую и воздействие возникших неровностей на сопряженную поверх­ность, приводящие к повреждениям. Изнашивание при фреттинг-коррозиипроисходит в результате колебательных микросмещений одной поверхно­сти относительно другой.

При этом разрушаются, возникают снова и опять разрушаются окисные пленки, а также происходит схватывание на участках чистого материала и разрушение очагов схватывания. Механическое изнашивание пластическим деформи­рованиемсостоит в сглаживании и разрушении неровностей за счет среза и смятия микрообъемов, что особенно проявляет­ся при качении со скольжением. Следует отметить, что разные виды изнашивания часто действуют одновременно и каждый конкретный вид, как пра­вило, стимулирует другие виды изнашивания.

Детальная информация о работе. Выдержка из работы Содержание Введение 1. Введение в триботехнику 1.1 Общие сведения 1.2 История развития триботехники 1.3 Основные термины триботехники 1.4 Выводы 1.5 Вопросы для самоподготовки 2.

Основы Триботехники Учебники

Контактирование и трение в узлах машин 2.1 Взаимное контактирование деталей 2.2 Классификация видов трения 2.2.1 Трение без смазочного материала 2.2.2 Трение со смазочным материалом 2.2.2.1 Граничное трение 2.2.2.2 Жидкостное трение 2.2.2.3 Смешанное трение 2.3 Вопросы для самоподготовки 3. Триботехнический анализ работы антифрикционных пар трения 3.1 Общие положения триботехнического анализа 3.2 Триботехнический анализ работы подшипников скольжения коленчатого вала 3.3 Триботехнический анализ работы подшипников качения 3.4 Триботехнический анализ работы деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) двигателей 3.5 Триботехнический анализ работы зубчатых передач 3.6 Вопросы для самоподготовки 4. Потери на трение в автомобильных двигателях 4.1 Потери на трение относительно полной энергии 4.2 Потери на трение и влияющие на них факторы 4.2.1 Соотношение потерь на трение в отдельных узлах двигателя 4.2.2 Влияние давления в цилиндре, частоты вращения и нагрузки 4.2.3 Влияние вязкости смазочного материала 4.2.4 Влияние отношения хода поршня к диаметру цилиндра 4.2.5 Сравнение потерь на трение при прокрутке стартером и рабочем режиме 4.3 Вопросы для самоподготовки 5. Избирательный перенос (эффект безызносности) и его применение в технике 5.1 Общие сведения об открытии избирательного переноса при трении и его сущность 5.2 Механизм образования сервовитной плёнки 5.2.1 Формирование плёнки в паре трения бронза — сталь при смазывании глицерином 5.2.2 Формирование сервовитной плёнки в узле трения сталь — сталь при работе с металлоплакирующими смазочными материалами, содержащими мелкие частицы бронзы, меди, свинца, серебра и др. 5.2.3 Формирование сервовитной плёнки на деталях компрессора бытового холодильника 5.3 Структура сервовитной плёнки 5.4 Перспективные исследования в области избирательного переноса 5.5 Вопросы для самоподготовки 6.

Триботехнический анализ работы фрикционных пар трения 6.1 Специфика трибологических процессов во фрикционных устройствах 6.2 Классификация фрикционных устройств 6.3 Фрикционные муфты 6.4 Фрикционные тормоза 6.5 Фрикционные материалы 6.6 Вопросы для самоподготовки 7. Триботехнический анализ условий работы колеса 7.1 Движение автомобильного колеса с шиной по дорожному покрытию 7.2 Сцепление шины с дорогой 7.3 Изнашивание автомобильных шин 7.4 Вопросы для самоподготовки 8. Триботехнический анализ условий работы электрических контактов 8.1 Взаимосвязь электрических и механических факторов в скользящем контакте металлов 8.2 Роль смазки в электрическом скользящем контакте 8.3 Особенности скользящего электрического контакта композиционных материалов 8.4 Пути повышения работоспособности электрических контактов 8.5 Вопросы для самоподготовки 9.