КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по курсу: «ТРИБОНИКА»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский Политехнический Институт)

 

Кафедра строительных, дорожных и коммунальных

машин и оборудования

 

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

по курсу:

 

«ТРИБОНИКА»

 

 

для специальностей 19060365, 19020565, 19010062

 

г.Новочеркасск 2010г.

ВВЕДЕНИЕ В ТРИБОНИКУ

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Трибоника - наука о трении, смазке и изнашивании машин. Рост эффективности производства невозможен без повышения долговечности техники и снижения затрат на ее эксплуатацию и ремонт.

Перед трибоникой стоят сложные задачи:

· в 2-3 раза повысить сроки службы сельскохозяйственной техники, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, автомобилей, металлообрабатывающего оборудования и других машин массового применения;

· снизить затраты на ремонт машин и их техническое обслуживание, для чего уменьшить регулировочные работы, в несколько раз сократить объем смазочных работ, исключить дорогостоящие финишные операции при изготовлении трущихся деталей, снизить расход смазочных материалов;

· снизить силы трения в машинах, повысить их КПД, сократить время приработки машин;

· создать новые конструкции узлов трения с использованием современных антифрикционных и износостойких материалов, способных нести нагрузки в 1,5 - 2 раза большие, чем прежние;

· разработать новые смазочные материалы для работы при высоких температурах, с лучшей смазывающей способностью, обеспечивающие большую стойкость материалов к задирам при трении.

Достижения в трибонике должны обеспечивать снижение затрат труда на техническое обслуживание и текущий ремонт машин, снижение стоимости капитальных ремонтов, уменьшение расхода запасных частей, экономию горючего и смазочных материалов, снижение металлоемкости конструкции узлов трения и повышение производительности машины. В целом трибоника должна способствовать решению узловых проблем экономики.

Износ является главной причиной снятия машин и оборудования с эксплуатации для производства ремонта, а потери от этого могут быть сокращены рациональным применением способов, основанных на трибонике. Управление процессом изнашивания является центральным звеном таких проблем, как экономия энергии, сокращение расхода материалов, а также надежность и безопасность механических систем.

При проектировании и эксплуатации машин не всегда используются наиболее эффективные средства снижения износа, учитывающие конкретные условия работы. По этой причине Россия и другие технически развитые страны несут огромные материальные затраты, связанные с ремонтом машин. Вынужденные простои машин при ремонте подвижных сопряжении приводят к большим потерям. Во многих отраслях промышленности каждый пятый рабочий – ремонтник. Нуждами ремонта занят большой парк металлообрабатывающих станков. Попытки применить традиционные методы науки о прочности твердых тел к задачам трения и износа оказались неэффективными.

При трении происходят коренные изменения приповерхностного объема материала соприкасающихся подвижных сопряжений. Эти изменения и определяют процесс износа и величину самой силы трения. При неблагоприятных условиях внешнее трение переходит во внутреннее, возникает задир поверхностей трения, который может привести к заеданию, т.е. выходу машины из строя. В ряде случаев силы трения являются полезными /торможение, фрикционные передачи и др./.

Трение формально определяется как сопротивление, возникающее при относительном перемещении поверхностей. Однако оно представляет собой сложный физический процесс, природа которого может принципиально меняться в зависимости от внешних условий: механических параметров, чистоты обработки и материалов поверхностей, а также от активности смазывающей среды. При небольших удельных нагрузках, значительных скоростях и высокой чистоте обработки поверхностей относительный сдвиг между поверхностями происходит в масляном слое, и несущая способность трущихся пар, а также трение зависят от вязкости смазки. В этом случае грузоподъемность трущихся, пар может быть рассчитана по законам гидродинамики.

При высоких удельных нагрузках и прочих условиях, которые исключают возможность осуществления гидродинамического режима трения, происходит непосредственное касание вершин неровностей, сопровождающееся их пластической деформацией, значительным тепловыделением и образованием ювенильных поверхностей. Наличие свободных ненасыщенных связей в кристаллической решетке, обнаженных металлических поверхностей приводит к их схватыванию и в зависимости от масштаба процесса схватывания может вызвать заедание поверхностей, сопровождающееся значительным их разрушением. При режиме трения, близком к заеданию, целесообразно /а часто и необходимо/ применение поверхностно – активных и химически активных присадок к маслам, образующих ориентированные молекулярные пленки, которые экранируют поверхности или при высоких контактных температурах трения образуют химические соединения с поверхностью металла. Эти соединения имеют пониженное сопротивление сдвигу; они способствуют разрыву фрикционных связей на микроконтактах, возникающих при адгезии ювенильных поверхностей, и, таким образом, препятствуют разрушению поверхностного слоя в глубину. [1]

Присадки, улучшающие условия трения, могут эффективно снижать износ и предотвращать заедание поверхностей; они, в то же время, должны быть минимально коррозионно – агрессивными и не ухудшать физико – химические свойства масла.

1.2.ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ.

Трибоника – наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазки машин. В последние годы в трибонике получили развитие новые разделы – трибохимия, трибофизика и трибомеханика. [2]

Трибохимия – изучает взаимодействие контактирующих поверхностей с химически активно средой. Она исследует проблемы коррозии при трении, химические основы избирательного переноса и воздействие на поверхность деталей химически активных веществ, выделяющихся при трении вследствие деструкции полимеров или смазочного материала.

Трибофизика – изучает физические аспекты взаимодействия контактирующих поверхностей при их взаимном перемещении.

Трибомеханика – изучает механику взаимодействия контактирующих поверхностей при трении. Она рассматривает законы рассеяния энергии, импульса, а также механическое подобие релаксационные колебания при трении, реверсивное трение, уравнения гидродинамики и др. применительно к задачам трения, изнашивания и смазки.

В некоторых странах вместо термина трибоника употребляют термины трибология и трибоника. В технической литературе встречается термин динамическое металловедение – это раздел металловедения, изучающий структуру и свойства поверхностных слоев металлов и сплавов в процессе трения.

Ряд терминов, относящихся к трибонике, стандартизован. ГОСТ 23.002-78 включает 97 терминов, которые расклассифицированы по видам трения, изнашивания, смазки, методам смазывания и смазочным материалам. К общим понятиям трибоники относятся следующие термины.

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. Величина износа может выражаться в единицах длины, объема, массы и др.

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

Смазочный материал – материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и /или/ интенсивности изнашивания.

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

Смазывание – подведение смазочного материала к поверхности трения.

Трение покоя – трение двух тел при микро перемещениях до перехода к относительному движении.

Трение движения – трение двух тел, находящихся в относительном движении.

Трение без смазочного материала – трение двух тел при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

Трение со смазочным материалом – трение двух тел при наличии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

Трение скольжения – трениие движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках касания различны по величине и направлению, или по величине или направлению.

Трение качения – трение двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению.

Сила трения – сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, направленной по касательной к общей границе между этими телами.

Наибольшая сила трения покоя – сила трения покоя, любое превышение которой ведет к возникновению движения.

Предварительное смещение – относительное микроперемещение двух твердых тел при трении в пределах перехода от состояния покоя к относительному движению.

Скорость скольжения – разность скоростей тел в точках касания при скольжении.

Поверхность трения – поверхность тела, участвующая в трении.

Коэффициент трения – отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

Коэффициент сцепления – отношение наибольшей силы трения покоя двух тел к нормальной относительно поверхностей трения силе, прижимающей тела друг к другу.

В 1979 г. в нашей стране издан словарь – справочник по трению, износу и смазке деталей машин, содержащий более 1200 терминов. [2]

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Единая теория твердого тела в ее современном виде разделяет твердые тела на пять основных классов: металлы, полупроводники, ионные, валентные и… Металлические пары, подобно газам, в отсутствие ионизаторов представляют собой… В связи с изложенным одним из основных в теории металлов является представление о свободных и обобществленных…

ВИДЫ ТРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ СУХОЕ И ГРАНИЧНОЕ ТРЕНИЕ.

Трение принято делить на внешнее и внутреннее. Внешним трением принято называть явление сопротивления относительному перемещению, возникающему между… Внешнее и внутреннее трение – принципиально различные явления, хотя на… В случае внешнего трения энергия теряется на образование тепла, зарядов статического электричества, разрушение…

ИЗНОС МАТЕРИАЛОВ

Изнашивание материалов – процесс разрушения поверхностных слоев трущихся тел, который приводит к уменьшению размеров тел /износу/ в направлении,… Многообразие возникающих в контактном слое изменений приво­дит к различным… По характеру промежуточной среды различают износ при трении без смазки, износ при граничном трении и при наличии…

Литература

Основная литература

1. Гаркунов Д. Н. Триботехника [Текст] : учеб. пособие для вузов / Гаркунов Д. Н.; Мельников Э. Л., Гаврилюк В. С.; М.: Кнорус, 2011. - 408 с. Гриф ( УМО )

2. Зорин В. А. Основы работоспособности технических систем [Текст] : учебник для вузов / Зорин В. А.; М.: Академия, 2009. - 208 с. Гриф ( УМО )

3. Контактные взаимодействия твердых тел при трении [Текст] : учеб. пособие для вузов / Авдеев Д. Т., Бабец Н. В., Благовестный А. С., Мусиенко С. С.; ЮРГТУ(НПИ). - Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ(НПИ), 2008.

Дополнительная литература

4. Рыжиков В. А. Методы испытаний на трение и износ [Текст] : учеб. пособие / Рыжиков В. А.; Ходосов В. Г.; ЮРГТУ(НПИ). - Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ(НПИ), 2005. - 122 с.

5. Гура Г. С. Качение тел с трением. Фреттинг [Текст] / Гура Г. С.; Сочи: Дория, 2009.- 292 с.

6. Елагина О.Ю. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин [Электронный ресурс]:учебное пособие. Издательство:Университетская книга;Лотос,2009 488 с.- Режим доступа:http: //www.knigafund.ru

7. Благовестный А. С. Восстановление и повышение износостойкости агрегатов и систем автомобилей [Текст] : учеб. пособие для вузов / Благовестный А. С.; ЮРГТУ(НПИ). - Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ(НПИ), 2006. - 105 с.

8. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) [Текст] / Чичинадзе А. В. , Берлинер Э. М. , Буше Н. А. , и др. ; под общ. ред. А. В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2003. - 576 с

9. Любимов Д. И. Физико-химические процессы при трении [Текст] : учеб. пособие для вузов] / Любимов Д. И.; Рыжиков В. А.; ЮРГТУ(НПИ). - Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ(НПИ), 2003. - 142 с.

10.Сорокин Г. М. Коррозионно-механическое изнашивание сталей и сплавов [Текст] : учеб. пособие / Сорокин Г. М.; Ефремов А. П. , Саакиян Л. С. ; М.: Нефть и газ, 2002. - 424 с. Гриф (Мин-во Образования)

11. Гаркунов Д. Н. Триботехника (износ и безызносность) [Текст] : учебник / Гаркунов Д. Н. ; 4-е изд., перераб. и доп. - М.: МСХА, 2001. - 616 с.

12. Хохлов В. М. Проектирование износостойких узлов трения скольжения [Текст] / Хохлов В. М. ; Брянск: ВИМАХО, 2001. - 46 с.

13. Пенкин Н.С.,Пенкин А.Н., Сербин В.М. Основы трибологии и триботехники [Электронный ресурс]:учебное пособие. Издательство : Машиностроение,2011 208 с.- Режим доступа:http: //www.knigafund.ru

14.Фузеев А. В. Трение в подвижных соединениях: учеб. пособие [Текст] / Фузеев А. В. ; Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов: Изд-во СГТУ, 1996. - 84 с.

15.Тонэ Э.Р.,Крукович М.Г. Трибологические материалы [Электронный ресурс]: Учебное пособие / Издательство МИИТ ,2007 104 с.-Режим доступа:http: //www.knigafund.ru

16.Когаев В. П. Прочность и износостойкость деталей машин [Текст] : учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов / Когаев В. П.; Дроздов Ю. Н. ; М.: Высш. шк., 1991. - 319 с.