- •Трибология
- •Физические основы,
- •Механика и технические
- •Приложения
- •Оглавление
- •Глава 1. Основные представления о контактировании и трении соприкасающихся поверхностей 10
- •Глава 2. Динамические процессы в узлах трения 37
- •Глава 4. Изнашивание 88
- •Глава 5. Триботехника 140
- •Введение
- •Глава 1 Основные представления о контактировании и трении соприкасающихся поверхностей
- •1.Анализ контактирования и оценка площади соприкосновения
- •2.Трение скольжения
- •3.Влияние скорости скольжения и температуры на свойства контакта и фрикционные колебания
- •4.Трение качения
- •5.Гидродинамическое трение
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Глава 2 динамические процессы в узлах трения
- •6.Общая характеристика динамических явлений в узлах трения
- •7.Узел трения как объект моделирования в динамике машин
- •8.Динамическая характеристика узлов трения Инерционные свойства узлов трения
- •Характеристика возбуждающих сил в узлах трения
- •Упругие свойства узлов трения
- •Диссипативные свойства узлов трения
- •Механизм рассеяния энергии при тангенциальных колебаниях
- •9.Общая схема оценки величины динамического нагружения в узлах трения
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Глава 3 Строение, физико-химические свойства и особенности состояния поверхностного слоя трущихся деталей
- •10.Строение, структура и дефекты материалов пар трения
- •11.Физические свойства поверхностных слоев
- •12.Влияние механической обработки на служебные свойства поверхностного слоя. Характеристики шероховатости поверхностей
- •13.Краткая характеристика некоторых вопросов теории строения, природы свойств и состояния материала поверхностных слоев
- •14.Обзор известных способов оценки активационных параметров разрушения материалов
- •15.Р азработка и теоретическое обоснование нового способа оценки активационных параметров материалов при склерометрировании
- •16.Применение склерометрии для оценки энергии активации термомеханической деструкции смазочных материалов
- •Заключение
- •Библиографический список
- •17.Характеристика карбонофторидов
- •5.3.5. Требования к смазочным системам транспортных машин
- •18.5.4. Методы обеспечения высоких эксплуатационных свойств узлов трения
- •5.4.1. Специфика конструирования узлов трения
- •5.4.2. Основы расчетов при проектировании подшипников скольжения
- •5.4.3. Инженерные расчеты при использовании подшипников качения Классификация подшипников качения
- •Расчет подшипников качения при статическом нагружении
- •Нагрузки на тела качения
- •Оценка предельной быстроходности подшипников качения
- •Расчет потерь на трение в подшипниках качения
- •Гидродинамический режим смазки подшипника качения
- •5.4.4. Основные принципы конструирования подшипниковых узлов
- •5.4.5. Новое направление в обеспечении надежности и высокого ресурса опор роторных систем - магнитный подвес
- •5.4.6. Оценка долговечности узлов трения методами теории вероятности
- •19.5.5. Технологические методы обеспечения высокой износостойкости узлов трения
- •Химико-термическая обработка (хто)
- •Поверхностная закалка
- •Электрохимические покрытия
- •Химическая обработка
- •Механотермическое формирование износостойких покрытий
- •Наплавка износостойких слоев
- •Напыление покрытий из порошковых материалов
- •Ионно-плазменные методы
- •Плакирование
- •Механическое упрочнение поверхностей
- •Характеристика электролитического осталивания
- •Основные элементы ресурсоповышающих мероприятий:
- •20.5.6. Обеспечение надежности узлов трения транспортных машин в эксплуатации Система обеспечения надежности
- •Силовые платформенные стенды
- •Методы и средства диагностирования рулевого управления и элементов передней подвески.
- •21.5.7. Новая техника для промывки деталей узлов трения
- •23.Библиографический список.
- •Глава 5 триботехника
- •24.5.1. Характерные узлы трения транспортных машин
- •5.1.1. Основные узлы трения и изнашивание в двигателях внутреннего сгорания
- •5.1.2. Агрегаты шасси, трансмиссии и рулевого управления
- •5.1.3. Шины и проблемы движения колесных машин
- •25.5.2. Конструкционные материалы узлов трения
- •5.2.1. Металлические антифрикционные материалы
- •5.2.2. Антифрикционные материалы, получаемые из порошков и пластмасс
- •5.2.3. Фрикционные материалы
- •5.2.4. Полимерные материалы
- •Материалы на основе полиимидов
- •Материалы на основе поликарбоната
- •Материалы на основе полиэтилена
- •Материалы на основе полиарилатов
- •Материалы на основе эпоксидных смол
- •Материалы на основе фенолформальдегидных полимеров (ффп)
- •26.5.3. Смазывание и смазочные материалы
- •5.3.1. Назначение смазочных материалов
- •5.3.2. Смазочные масла, их физико-механические свойства и методики оценки характеристик
- •5.3.3. Состав масел и механизм смазочного действия. Роль функциональных присадок к смазочным маслам
- •28.Усталостное изнашивание
- •29.Абразивное изнашивание
- •30.Коррозионно-механическое изнашивание
- •31.Водородное изнашивание
- •32.4.2. Кинетическая интерпретация изнашивания
- •33.4.3. Термодинамическая интерпретация изнашивания
- •34.4.4. Физические методы изучения состояния поверхностных слоев
- •35.Фрактография износа
- •36.4.5. Применение рентгеновских методов исследования в трибологии
- •4.5.1. Пример исследования изнашивания шарниров шасси самолетов
- •4.5.2. Пример исследования изнашивания чугунных поверхностей
- •4.5.3. Пример комплексного исследования изнашивания при фреттинг-коррозии титановых сплавов
- •37.4.6. Общие сведения о проблеме моделирования изнашивания
- •4.6.2. Феноменологический подход
- •4.6.3. Концептуальный подход
- •4.6.4. Металлофизический подход
- •4.6.5. Термодинамический подход
- •4.6.6. Кинетический подход
- •4.6.7. Синергетический подход
- •4.6.8. Системе понятий использованных при разработке новой кинетической модели изнашивания
- •4.6.9. Процесс разработки и характеристика кинетической модели изнашивания
- •38.Заключение
- •39.Библиографический список
7.Узел трения как объект моделирования в динамике машин
Вибрация, удары, сложные процессы переноса механических возмущений в узлах и механизмах машин являются объектом изучения научной дисциплины, именуемой «Динамика машин». В России основы этой науки в применении к узлам трения заложены такими учеными, как Н.Н. Давиденков, А.С. Ахматов, Д.М. Толстой, К.В. Фролов, В.А. Кудинов и др.
Рассмотрим некоторые основные понятия и термины динамики машин, необходимые для динамического анализа узлов трения.
Понятие «узел трения». В триботехнике принято рассматривать узлы трения как механизмы или составляющие машин, в которых имеет место относительное движение соприкасающихся частей.
Узлами трения являются подшипники скольжения и качения, прямолинейные и цилиндрические направляющие, ползуны, зубчатые, фрикционные механизмы и др.
Понятие «динамическая модель узла трения». Под динамической моделью понимают описание механизма (узла трения), отражающее его динамические свойства и связи с помощью совокупности символов, условных обозначений и аналитических приемов с условием, что динамические воздействия на модель вызывают реакцию, идентичную реальной в узлах трения.
В качестве примера рассмотрим узел ползуна и его динамическую модель. Пусть колебания в направляющих ползуна возбуждает сила P(t), приложенная к подвижной части ползуна, как это показано на рис. 2.1. На рис. 2.1,а приведено упрощенное изображение ползуна, перемещающегося в плоских направляющих скольжения, как одного из характерных механизмов машин: 1 - ползун; 2 - направляющие; 3 - массивная станина; 4 - муфта.
На рис. 2.1,б приведена динамическая двухмассовая модель, описывающая нормальные колебания ползуна, где М1 и М2 - соответственно масса ползуна и станины; P(t) - возмущающаяся сила (например, создаваемая работой двигателя); К1 и К2 - контактная жесткость в соединениях (К1 - жесткость направляющих, К2 - жесткость между станиной и основанием); С1 и С2 - характеристики демпфирующей способности стыков.
Как известно, в теории колебаний наиболее распространено описание динамики движения масс уравнениями Лагранжа. Классическим примером такого описания является уравнение линейного осциллятора, представляющего собой одно-
a б
Рис.2.1. Пример построения динамической модели узла трения:
а - схема механизма;
б - динамическая модель механизма
м
Р
и
с. 2.2. Модель
линейного
осциллятора
Колебания осциллятора m, вследствие суперпозиции сил при постоянных значениях К и С описываются уравнением колебаний:
, (2.1)
где m - инерционная сила массы, пропорциональная ускорению ; c - демпфирующая сила (неупругое сопротивление), пропорциональная скорости колебаний ; kх - упругая сила (пропорциональная перемещению х); P(t) - возмущающая сила, изменяющаяся по закону синуса.
Отметим, что динамические модели могут быть многомассовыми, но тогда возрастает сложность их математического описания.
В примере с ползуном можно учесть что станина не менее чем в 10 раз массивнее ползуна поэтому ее колебаниями по сравнению с колебаниями ползуна можно пренебречь.
Тогда, уравнение (2.1) позволит описать колебания ползуна m1, а коэффициенты соответственно будут означать К - контактную жесткость стыка «ползун - станина», а c - коэффициент демпфирования в этом стыке.
Подобным образом моделируют узлы трения, а с целью упрощения описания производят приведение масс.
Например, кузов и раму автомобиля описывают единой массой, также описывают двигатель (большое число узлов трения), шасси и другие крупные компоненты транспортных средств.
В иных случаях, напротив, требуется детальное описание и расчет динамики узла. Например, топливный насос может быть описан как многомассовая система, в которой каждый плунжер может быть представлен отдельной массой.