3.3 Вопросы для самоподготовки

1)Какие пары трения распространены в автомобильных двигателях?

2)Какие виды изнашивания являются доминирующими в подшипниках коленчатого вала?

3)Особенности изнашивания деталей цилиндро - поршневой группы?

4)Какие мероприятия по повышению износостойкости автомобильного двигателя, на ваш взгляд, являются наиболее реализуемыми в условиях эксплуатации?

4 Исследование процессов трения, изнашивания и смазки

4.1 Порядок выполнения работы

Создание надежных триботехнических систем, как правило, предполагает проведение целого комплекса экспериментальных исследований. Целью таких исследований является определение характера влияния различных факторов на те или иные параметры работы сопряжения. Так, например, по результатам, полученным экспериментальными методами, осуществляется выбор материалов пары трения, оптимальные свойства смазочного материала, геометрические параметры сопряжения и другие характеристики.

Помимо решения прикладных задач, триботехнические исследования позволяют получить данные необходимые для более полного понятия и осмысления тех или иных аспектов, связанных с процессами трения, изнашивания и смазки.

В ходе работы над данным заданием студенту необходимо выбрать наиболее оптимальные методы исследования процессов трения изнашивания и смазки и определить необходимый перечень исследовательского оборудования. Работа выполняется для 2-х, 3-х подвижных сопряжений из задания № 3 (выбор сопряжений осуществляется по согласованию с преподавателем).

Подобранное студентом оборудование должно позволить выявить характер влияния наиболее значимых эксплуатационных факторов на ресурс исследуемого сопряжения и на наиболее важные параметры его функционирования.

Задание оформляется в виде отчета, включающего в себя следующие пункты:

а) перечисление преобладающих видов изнашивания рабочих поверхностей исследуемого сопряжения;

б) анализ факторов, оказывающих наибольшее влияние на интенсивность изнашивания рабочих поверхностей при реализации тех или иных видов изнашивания;

в) определение перечня зависимостей, которые необходимо получить для выявления характера влияния названных в п.б факторов на процессы трения, изнашивания и смазки;

г) выбор и краткое описание методов, при помощи которых названные в п.в зависимости могут быть получены;

д) определение перечня испытательного оборудования и средств измерения при помощи которого указанные в п.г методы могут быть реализованы.

В качестве справочного материала ниже приведена краткая информация о наиболее распространенных методах исследования процессов трения, изнашивания и смазки.

4.2 Общие представления о триботехнических исследованиях

Для исследования величины сопротивления трения различных материалов, величины износа и интенсивности изнашивания в зависимости от трибологических факторов изготавливаются специальные машины и стенды для модельных и натурных исследований.

Выбор конкретной установки для триботехнических испытаний зависит от следующих условий: кинематики движения, динамики нагружения, геометрии контакта, вида трения, учитывающего условия смазывания и охлаждения, и размеров трибологической системы.

С точки зрения цели исследований различают три типа исследовательских приборов или машин:

1) приборы (установки или машины) для исследования трения и износа в произвольно задаваемых условиях (например, в среде с заданными свойствами, при повышенной или пониженной температуре, в вакууме). Они позволяют проводить фундаментальные исследования на образцах, в том числе и касающиеся физических законов трения и износа материалов. С помощью этих установок можно определить влияние отдельных факторов и отдельных свойств смазок на сопротивление трения и интенсивность изнашивания материалов;

2) машины для модельных исследований трения и износа образцов и деталей в условиях, приближенных к реальным для эксплуатации машин;

3) универсальные машины для исследования трения и износа в широко варьируемых производственных условиях. Эти машины позволяют программировать нагрузки, скорость, температуры и другие параметры, воздействующие на процессы трения и износа.

При проектировании машин для исследования трения и износа, виды трения учитываются только в зависимости от количества и качества смазывающего фактора, а именно: сухое, граничное, жидкостное трение и переходный смазочный процесс.

Разрабатываемая машина для исследования трения и износа должна обеспечивать получение вида трения между образцами при заданном виде движения в зоне трения и поддерживать соответствующие скорости и ускорения. В принципе, взаимодействие перемещающихся друг относительно друга испытуемых образцов и деталей машин осуществляется либо при качении, либо при скольжении, либо при сочетании обоих видов движения. Машина должна обеспечивать реализацию соответствующего непрерывного или периодического (возвратно-поступательного) вида движения. Классификация машин с точки зрения динамики нагружения должна учитывать величины давлений и вид нагружения (постоянное, переменное, ударное).

В зависимости от конструктивного решения механизма нагружения усилие в зону трения может передаваться следующими способами: механическими (пружины, грузы), гидравлическими, пневматическими и магнитными.

Очень важно, чтобы независимо от кинематики движения и динамики нагружения машина обеспечивала реализацию такого вида трения, который вызовет ожидаемый вид износа.

Важной конструктивной характеристикой машин для измерения величины коэффициента трения и интенсивности изнашивания является макрогеометрия контакта исследуемых образцов и деталей. Наиболее часто встречается следующая макрогеометрия трибологического контакта: выпуклая поверхность с плоской поверхностью; плоская поверхность с плоской поверхностью; выпуклая поверхность с выпуклой или вогнутой поверхностью.

Оси взаимодействующих образца и контробразца могут быть параллельными или пересекающимися. На рисунке 4.1 показаны примеры часто встречающихся видов контактов образцов:

группа I - поверхностный контакт: 5,6,7,9,10,11;

группа II - линейный контакт: 1,2,3,4,8;

группа III - точечный контакт: 12,13,14,15,16,17.

а - цилиндр с плоской поверхностью; б - плоская поверхность с плоской поверхностью; в - цилиндр с цилиндром; г-шар с шаром;

д - конус с цилиндром;

е - шар с плоской поверхностью

Рисунок 4.1 - Геометрия контакта образца и контробразца в различных машинах трения

Отвод теплоты от трущихся поверхностей испытуемых образцов влияет на трение и износ. Поэтому в машинах для исследования трения и износа применяются следующие способы принудительного отвода теплоты: отвод теплоты от трущихся поверхностей охлаждающей жидкостью, омывающей зоны трения; отвод теплоты от трущихся поверхностей охлаждающей жидкостью протекающей внутри образца или контробразца, но не омывающей трущиеся поверхности.

При проведении триботехнических испытаний, входными параметрами (параметрами задаваемыми исследователем) как правило, являются: относительная скорость и вид взаимного перемещения поверхностей трения; режим нагружения сопряжения; температурный режим работы узла; его геометрические параметры; свойства поверхностей трения; материалы деталей пары трения; свойства смазочного материала; условия его подвода; свойства окружающей среды и другие.

Перечень выходных параметров менее обширен и включает в себя: силу (момент) трения; суммарный износ (интенсивность изнашивания) и характер взаимодействия рабочих, поверхностей (вид трения). В некоторых случаях перечень выходных параметров может быть расширен, и включать в себя: температурный режим, вибрационные, шумовые и другие характеристики работы сопряжения.