- •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
8.Динамическая характеристика узлов трения Инерционные свойства узлов трения
Мерой инерциальных свойств динамической системы является характеристика массы ее элементов. Как уже указывалось выше, при динамической схематизации узлов трения допускают целесообразные упрощения - объединяют жестко связанные между собой элементы узла и рассматривают их как единую массу. В аналитической части для этого применяют правила приведения. Например, для двух объединяемых масс m1 и m2 находят Мприв. из условия
, (2.2)
где Т - кинетическая энергия системы, V - скорость точки, к которой приведена масса.
Характеристика возбуждающих сил в узлах трения
Возбуждающие силы могут иметь непрерывные периодические или импульсные характеристики воздействия на узел трения во времени, единичный или сложный состав спектра возбуждающих сил.
В реальных случаях, наряду с непрерывными периодическими компонентами воздействия (например, оборотные частоты коленчатых валов или роторов двигателей, колебания от дисбаланса вращающихся колес и т.п.), всегда имеется спектр случайных вибраций (например, от дорожного полотна), описание которых простыми непрерывными функциями затруднительно. Наиболее удобным для современных методов расчета является задание амплитудно-частотной характеристики спектра возмущающих сил статистическими методами.
Упругие свойства узлов трения
Общей характеристикой упругих свойств динамических систем является их жесткость понимаемая как отношение действующей силы Р к вызываемой ею упругой деформации в стыке :
. (2.3)
Отметим, что рабочие нагрузки, действующие на узел трения, могут вызывать объемные упругие деформации его деталей, например, прогибы осей, сжатие втулок подшипников и т.п. Но, как правило, объемные деформации деталей узлов трения под нагрузкой малы, по сравнению с деформацией самого контакта. Поэтому при описании динамических процессов в узлах трения, составлении уравнений колебаний обычно учитывается только контактная жесткость. Она выражается также в виде отношения действующей нагрузки к вызываемой ей деформации, как это показано в выражении (2.3).
Как правило, в реальных узлах трения (подшипниках качения и скольжения, плоских направляющих, неподвижных стыках и пр.) характеристика контактной жесткости нелинейна, как это показано на рис. 2.3.
Нелинейную характеристику жесткости удобно описывать степенными функциями, подбирая значения коэффициентов. В примере на рис. 2.3 контактная деформация может быть представлена в виде:
=аРn . (2.4)
Контактная жесткость существенно зависит от вида механической обработки поверхностей, применяемой смазки и других факторов. Примеры нелинейной жесткости приведены на экспериментальных графиках рис. 2.4.
Р и с. 2.3. Пример нелинейной характеристики контактной жесткости |
Р и с. 2.4. Примеры характеристик контактной жесткости для «сухого» стыка с номинальной площадью S=30 см2: 1 - шлифованные образцы; 2 – шабренные образцы; 3 - упрочненные образцы |
|
|
Отметим, что при изнашивании поверхностей трения контактная жесткость нестабильна во времени. По мере изнашивания поверхностей трения изменяется их физическое состояние. После отделения очередной порции частиц износа, что будет подробнее рассмотрено ниже, поверхность становится более гладкой и жесткой. Но по мере накопления повреждаемости она как бы разрыхляется, и жесткость снова падает до момента очередного отделения частиц износа. Такие циклы изменения жесткости во времени в одном из узлов трения при форсированном режиме испытаний показаны на рис. 2.5. Цикл изменения контактной жесткости, например в паре «чугун-сталь», составляет примерно 20 часов непрерывной наработки. За это время значение жесткости изменяется почти в два раза.
Испытания проводились при удельной нагрузке - 0,25 МПа. Скорость скольжения - 5 м/мин.
|
|
|
|
Р и с. 2.5. Циклические изменения контактной жесткости по мере течения износа поверхностного слоя |
Р и с. 2.6. Устройство для измерения радиальной контактной жесткости шарикового подшипника |
|
|
Оценка контактной жесткости может производиться экспериментально на реальных узлах трения при наличии специальных приспособлений для приложения нагрузки к испытываемому узлу и измерения контактной деформации.
Более доступна оценка контактной жесткости на моделях пар или специальных стендах. Схема модельного устройства для оценки контактной жесткости радиальных подшипников приведена на рис. 2.6.