76734

Определение износных характеристик при тепловых режимах трения

Реферат

Производство и промышленные технологии

Триботехника –- наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении охватывающая весь комплекс вопросов трения изнашивания и смазки машин. Смазка –- действие смазочного материала в результате которого между двумя...

Русский

2015-01-31

842.95 KB

9 чел.

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Воронежская Государственная Лесотехническая Академия

Кафедра Автомобилей и сервиса

РЕФЕРАТ

на тему:

Определение износных характеристик при тепловых режимах трения

 

Выполнил:

Долобко А.Е.

гр.  ах2-132-зб

Проверил:

Поляков Н.В.

Воронеж 2015 г.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ТРЕНИИ 5

ТЕПЛОВАЯ ДИНАМИКА ТРЕНИЯ И ИЗНОСА ТВЕРДЫХ ТЕЛ 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗНОСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМАХ ТРЕНИЯ 7

РАЗРУШЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ 11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 16

ВВЕДЕНИЕ

Триботехника – наука о  контактном  взаимодействии  твердых  тел  при  их относительном  движении,  охватывающая  весь   комплекс   вопросов   трения, изнашивания и смазки машин. В некоторых  странах,  в  том  числе  и  России, вместо термина триботехника  употребляют  термины  трибология  и  трибоника.

Название  научной  дисциплины  трибология  образовано  от   греческих   слов «трибос» -  трение  и  «логос»  -  наука.  Она  охватывает  теоретические  и экспериментальные  исследования  физических  (механических,   электрических, магнитных, тепловых), химических, биологических и других явлений,  связанных с трением, изнашиванием и  смазкой.  Как  наука,  трибология  имеет  научно-технические    разделы:    трибофизику,     трибохимию,     триботехническое материаловедение, трибомеханику, трибоинформатику и др.

   Необходимо  также  дать  пояснения  некоторых  терминов,  которые  используются в триботехнике.

   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.

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

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

  Антифрикционные материалы – материалы, используемые для работы в  несущих или  направляющих  узлах  трения  (подшипниках  скольжения,   радиальных   и торцовых уплотнениях).

  Фрикционные материалы – материалы, предназначенные или  используемые  для работы в узлах трения,  передающих  или  рассеивающих  кинетическую  энергию движущихся масс (в тормозах, муфтах,  сцеплениях,  демпферах,  вариаторах  и др.).

  Присадка – вещество, добавляемое к смазочному материалу для придания  ему новых свойств или усиления существующих.

  Надежность – это свойство объекта сохранять во  времени  в  установленных пределах значения всех  параметров,  характеризующих  способность  выполнять требуемые функции в заданных режимах  и  условиях  применения,  технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ТРЕНИИ

При относительном скольжении двух тел вследствие деформирования материала, участвующего в образовании и разрушении фрикционных связей, в тонком поверхностном слое образуется тепло. Повышение при этом температуры может привести к местному размягчению и расплавлению материала. Тепло распространяется от пятен контактов вглубь обоих

Рис.1. Контактирование двух шероховатых поверхностей:

контактирующих тел, причем тепловые потоки распределяются в зависимости от теплофизических свойств контактирующих тел, их размеров и условий теплоотвода. Передача тепла происходит по нормали к изотермической поверхности от мест с большей температурой к местам с меньшей температурой. Наибольший перепад температуры происходит в направлении нормали к площади, образованной единичным выступом. На рис.1 показано взаимодействие двух поверхностей и направление единичных векторов, совпадающих с направлением нормали к единичной площадке контакта. Очевидно, в общем случае направление общей нормали п к контакту не совпадает с единичными векторами. Температурное поле, распространяясь вглубь материала, приводит к изменению механических свойств материала в тонком поверхностном слое. Интенсивность теплового потока зависит от работы трения и величины площадки, па которой она генерируется.

ТЕПЛОВАЯ ДИНАМИКА ТРЕНИЯ И ИЗНОСА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

На современном этапе развития техники при постоянном повышении быстродействия машин, их мощности, скорости движения всех видов транспорта непрерывно повышается энергонагруженность узлов трения. Поэтому во многих случаях уже невозможно не учитывать изменения фрикционно-износных характеристик, так как при трении они могут быть значительными. Особенно это относится к нестационарным режимам трения в различных антифрикционных и фрикционных механизмах.

Динамика процессов трения и износа неразрывно связана с фрикционно-износными свойствами материалов пары трения, которые, в свою очередь, зависят от скоростного, нагрузочного и температурного режимов на фрикционном контакте с учетом влияния окружающей среды. Как был о показано, воздействие этих факторов на коэффициент трения и интенсивность изнашивания для различных материалов сказывается по- разному. В связи с этим при нестационарном процессе трения изменения всех параметров процесса во времени взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Фрикционно-износные характеристики материалов пары трения могут изменяться на 200...400 % и более по сравнению с исходными. Эти изменения существенно сказываются на силе (моменте) трения и долговечности узла трения по фактору износа. Определение статистически достоверных рабочих характеристик трения и износа требует длительных и дорогостоящих стендовых и натурных испытаний или выполнения лабораторных испытаний на модельных образцах при физическом моделировании трения и износа.

Тепловая динамика трения и износа твердых тел (при сухом и граничном трении), разработанная А.В. Чичинадзе, - теория и научно обоснованные методы расчета процесса трения и износа, позволяющие на стадии проектирования рассчитать и исследовать рабочие характеристики узлов трения конструкций и назначений с разными парами трения с целью выбора варианта, близкого к оптимальному для заданных условий эксплуатации.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗНОСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМАХ ТРЕНИЯ

Как известно из усталостной теории изнашивания твердых тел И.В. Крагельского, интенсивность линейного изнашивания для пластического контакта

где ih - удельный износ (критерий И.В. Крагельского); ра и рr- номинальное и фактическое давление; Аа и Аr - номинальная и фактическая площадь контакта.

Представим для тепловых режимов трения, при которых в большинстве случаев имеет место пластический контакт,


где индекс  обозначает зависимость от температуры.

Удельный износ

где ε', hmах и ν - параметры кривой опорной поверхности; drcp - средний статистический диаметр фактического пятна касания; drcp определяется из выражения; п - число циклов до разрушения единичной неровности вследствие усталости.

После подстановок и преобразований получим для интенсивности линейного износа без учета нагрева следующее выражение:


Для режима трения с тепловыделением выражение для 1М напишется так:

Для удобства анализа перейдем к относительным единицам:

где

Как показали экспериментальные исследования, можно с малой погрешностью принять

Кроме того, как правило, уменьшение максимальной высоты единичной неровности hmах под нагрузкой сопровождается увеличением радиуса ее выступа rср, поэтому можно также принять

При этих допущениях параметр К0 будет таким:

Как показано в работах Й.В. Крагельского, Г.М. Харача, Е.Ф. Непомнящего и А.В. Блюмена, число циклов и, приводящее к разрушению единичных неровностей поверхности трения, пропорционально относительному удлинению поверхностного слоя материала, так как за разрушение в основном ответственны растягивающие напряжения при трении в поверхностных слоях материалов. Учитывая это, можно написать:

где Ůt - изменение температуры во времени; сŮ- коэффициент, характеризующий изменение относительного удлинения от температуры.

Как показал В.П. Г речин, для сталей обычно сŮ - положительное число, а для некоторых чугунов сŮ - отрицательное число. Если использовать известный закон изменения твердости от температуры (НВŮ = НВ0е-mŮ1, то  можно написать, учитывая этот закон для НВ и формулу:

В эту формулу необходимо подставлять реальное значение Ůt, которое является максимальной температурой на дискретной поверхности трения, используя гипотезу суммирования температур для стационарных и нестационарных режимов. Таким образом, выражение может быть использовано для дальнейшего развития теории усталостного изнашивания твердых тел с учетом реального температурного режима. В зависимости от соотношений коэффициентов сŮ и т можно определить влияние фактора изменения относительного удлинения от температуры, т.е. изменение числа циклов, приводящих к разрушению, а также фактора изменения твердости материалов от нагрева материала на относительную интенсивность линейного износа.

Для проведения оценочных расчетов рекомендуется в качестве исходной интенсивности линейного износа Ih принять экспериментальные данные, полученные при испытаниях на фрикционную теплостойкость на малых числах оборотов, т.е. при малых температурах.

Коэффициенты сŮ  и т определяются из независимых экспериментов по стандартным методикам.

РАЗРУШЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ

Высокие температуры, развивающиеся при трении, могут привести к такому нежелательному эффекту, как схватывание с последующим вырывом материала.

Высокие температуры, возникающие в двигателе внутреннего сгорания при нагреве или недостаточности смазки, приводят к переходу от жидкостного трения к граничному и далее к сухому. В зависимости от вида фрикционного сопряжения и применяемых в нем материалов имеют место различные повреждения, например задир поверхности цилиндра поршнем, выплавление подшипника, схватывание с последующей поломкой вала и т. д.; в зубчатых зацеплениях — заедание поверхности зубьев. Заедание может возникать либо из-за больших нагрузок и недостаточных скоростей, либо вследствие высокой температуры, развивающейся при трении.

Как указывалось, при трении в зоне контакта на единичных элементарных источниках возникают температурные вспышки, которые накладываются на поверхностную температуру. Суммарная температура пленки в зоне контакта

Отсутствие или наступление заедания может быть представлено неравенством

 

Различают две стадии заедания: ограниченное и прогрессивное . В связи с этим все зубчатые передачи разделяются на три группы:

  1.  некоторые наиболее ответственные редукторы турбовинтовых авиационных двигателей и другие передачи, в которых заедание в любой форме недопустимо;
  2.  передачи, в которых допустимо ограниченное заедание;
  3.  передачи, в которых при прогрессивном заедании не нарушается работа машины (тихоходные, малоответственные редукторы).

Для анализа критериального уравнения заедания М. Д. Генкин, Н. Ф. Кузьмин, Ю. А. Мишарин предлагают следующую исходную зависимость:

где v1 и v2 — скорости качения;

l — линейный размер;

— безразмерные величины.

Получаем систему независимых переменных:

Размерность критерия заедания по Олмену-Штраубу

Анализ размерностей исходной зависимости при этом дает  

Анализируя размерности исходных величин, исключая неизвестные и группируя независимые переменные с одинаковыми показателями степеней, можно выделить безразмерные комплексы. Анализ размерностей имеет смысл проводить, вводя в исходную зависимость независимые переменные, отражающие свойства материалов, условия теплоотвода, вязкость масла и др.

В табл. 1 приведены наиболее известные расчетные формулы критерия заедания, а также коэффициенты .

Как видно из табл. 1, критерий заедания различен для разных типов и конструкций передач.

Повышенный износ тормозных обкладок тормозов колес реактивных самолетов является следствием весьма высоких температур, возникающих во фрикционной паре. Раньше, при проектировании тормозов, вес тормозного барабана выбирался так, чтобы при поглощении заданной кинетической энергии самолета его объемная температура была бы не выше 350° С. Теперь же из соображения главным образом обеспечения минимального габарита колеса размеры и вес тормозного барабана Быбирают такими, что при поглощении кинетической энергии он нагревается до температуры 450°С и выше.

Таблица 1

Температура на поверхности трения может быть в 2—3 раза больше объемной температуры.

Высокие температуры, развивающиеся на поверхностях трения в тормозах, приводят к тому, что поверхностный слой тормозного барабана наволакивается на тормозную колодку; образуется одноименная пара чугун по чугуну, дающая гораздо меньший коэффициент трения. Наволакивание нарушает контакт элементов пары, а это, в свою очередь, уменьшает силу трения и равномерность распределения удельного давления на поверхность контакта колодок с барабаном. В случае наволакивания для получения заданного тормозного момента требуется более высокое давление в тормозе. Высокие температуры могут привести к возрастанию тормозного момента в конце тормозного пути (авиационные, автомобильные тормоза). Пиковый характер нарастания момента в конце торможения опасен, так как это указывает на склонность тормоза к заклиниванию. Кроме того, такое изменение тормозного момента в процессе торможения значительно уменьшает эффективность торможения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наука издавна стремилась решать различные частные задачи трения с целью распространить это частное решение на все многообразие явлений трения. В течение многих лет выдвигались и обосновывались различные гипотезы и модели трения. Однако оказалось, что познать в известном смысле сложную и сверхсложную систему (явление) - это значит разумно упростить ее, сохраняя все необходимые и достаточные факторы. Такими выдающимися упрощениями явилась модель дискретного контактирования твердых тел при трении и гипотеза о двойственной природе фрикционного контакта твердых тел, впервые сформулированные в России выдающимся трибологом XX века И.В. Крагельским и развитые его учениками Н.Б. Демкиным, Н.М. Михиным, Н.М. Добычиным, В.С. Комбаловым, Е.Ф. Непомнящим и др| Важнейшим итогом этой международно признанной многолетней работы отечественных специалистов-триболо- гов является четкая картина процессов трения и изнашивания твердых тел, охватывающая физические (включая механические) и химические сопутствующие явления. По терминологии акад. П.А. Ребиндера трение и изнашивание являются комплексными процессами физико-химической механики.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Основы трибологии: Учебник для технических вузов/Под ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Центр «Наука и техника», 2001.- 778 с
  2.  И.В. Крагельский. Трение и износ.-М.:Машиностроение,1968.-480с.
  3.  http://www.refu.ru/refs/81/18890/1.html


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55571. Умножение и деление рациональных чисел 493 KB
  Цели урока: повторение изученного материала по теме отработка навыков применения операций умножения и деления чисел с разными знаками и отрицательных чисел. Задачи урока...
55572. Поняття раціонального виразу. Допустимі значення змінної 2.16 MB
  Мета: ввести поняття раціонального виразу, цілого та дробового виразу, формувати в учнів вміння знаходити допустимі значення змінних у дробових виразах.
55573. Додавання і віднімання раціональних чисел 54 KB
  Мета: удосконалити вміння застосовувати правила додавання та віднімання дробів до розв’язування вправ і задач; розвивати пізнавальний інтерес, математичну мову; виховувати відповідальне відношення до навчання
55574. Квадратный километр и квадратный миллиметр 46.5 KB
  Цели : познакомить с новыми единицами измерения площади: квадратный километр и квадратный миллиметр; научить детей заменять одни единицы площади другими; развивать умение использовать в работе изученные квадратные и линейные единицы измерения...
55575. АЛГОРИТМ ИДЕАЛЬНОГО РАЗУМА 139.5 KB
  В статье раскрыты моменты: функции обработки информации доминанты функций обработки информации единицы измерения естественного и искусственного интеллектов моделирование функций обработки информации тестирование работы искусственного интеллекта.
55576. Развитие речи на уроках русского языка 86 KB
  Если например на уроках русского языка ученики осознают структуру текста типа рассуждения и научатся создавать такие тексты они смогут более доказательно и четко отвечать на вопросы которые начинаются словом...
55577. Буквы о и а в корне –кос- - -кас- 114 KB
  Оборудование: Доска презентация по теме словообразование презентация Сказка о двух братьях Кос и Кас раздаточный материал. Назовите основные способы образования слов в русском языке с примерами.
55578. Читання як спосіб іншомовної комунікації 38 KB
  Враховуючи ці особливості формування компетенції в читанні та той факт що читання поряд з усним мовленням є найбільш розповсюдженим способом іншомовної комунікації пропоную у якості домашнього читання для учнів...
55579. РІЗНОМАНІТНІСТЬ УРОКІВ ЧИТАННЯ ЯК ШЛЯХ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ЧИТАННЯ В ПОЧАТКОВИХ КЛАСАХ 105.5 KB
  Всім давно відомо що знання фантазія логіка думки і міркувань любов до рідної мови уміння зв’язно логічно і образно розповідати виховуються читанням. Від учителя початкових класів в значній мірі залежить чи полюблять діти читання...