1. Лекция Введение в триботехнику. Качество поверхности деталей Введение в триботехнику.

Трение – удивительный феномен природы! Оно подарило человечеству тепло и огонь, возможность в короткое время остановить скоростной поезд и автомобиль, ускорить химическую реакцию в сто тысяч раз, записать человеческий голос на пластинку, услышать звук скрипки и многое другое.

Трение изучали Леонардо да Винчи и Ломоносов, Амнонтон и Кулон, Петров и Эйлер, Менделеев и Рейнольдс, и другие ученые. В наше время трение изучали академики Жуковский Н.Е., Чудаков Е.А., Ребиндер П.А. Внесли значительный вклад такие ученые, как чл.-корр. АН СССР Дерягин Б.В., акад. Белый В.А., проф. Крагельский И.В., Костецкий Б.Н. Из зарубежных ученых в этой области работают Ф. Боуден, Д. Тейлор, Д. Бакли, Г. Фляйшер, Г. Польцер и др.

До настоящего времени трение во многих его аспектах остается загадкой. При трении (и только при трении) одновременно происходят механические, электрические, тепловые, вибрационные и химические процессы. Трение может упрочнить или разупрочнить металл, повысить или уменьшить в нем содержание углерода, насытить металл водородом или обезводородить его, превратить золото и платину в оксиды, отполировать детали или сварить их. Трение является самоорганизующимся процессом, при котором с определенной последовательностью и весьма «разумно» протекают явления, направленные на разрушение поверхности, или же, наоборот, на создание целой серии систем, снижающих износ и трение.

Сегодня с трением связана одна из самых острых проблем современности – износ машин и механизмов. Расходы на восстановление машин в результате износа огромны. Причем ежегодно они увеличиваются. Удлинение срока службы машин и оборудования даже в небольшой степени равносильно вводу значительных новых производственных мощностей.

Надежность любого технического устройства – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров.

Надежность является сложным свойством. Оно включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняем ость. Эти показатели относятся к единичным показателям надежности. Кроме этого есть коэффициент технического использования и др.

С позиции надежности изделия могут находиться в работоспособном, неработоспособном и предельном состоянии. Работоспособным называют состояние изделия, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической документации. Если хотя бы один из параметров не соответствует предъявляемым требованиям, то изделие считают неработоспособным.

Переход от работоспособного состояния в неработоспособное происходит после наступления события, которое называют отказом. Например, перегорание электрической лампочки, нарушение теплоснабжения и др. Предельное состояние объекта – это состояние, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно. После наступления предельного состояния изделие можно списать или направить в капитальный ремонт. Предельное состояние может наступить в результате физического или морального изнашивания.

Работоспособность машины чаще всего нарушается вследствие физического износа деталей. Их ремонтируют или заменяют. С течением времени службы машины возрастает число деталей, подлежащих ремонту. Соотношение между стоимостью восстановления работоспособности и стоимостью новой машины возрастает. Ее ремонт становится нерентабельным, и хотя конструктивно машина морально еще не изношена, но долговечность ее исчерпана.

Вопросы повышения срока службы машин давно привлекали внимание инженерно-технических работников, однако в своей деятельности они руководствовались эмпирическими данными. Развитие техники и машиностроения придало проблеме повышения долговечности машин огромную значимость с экономической точки зрения. Поэтому к решению настоящей проблемы были приобщены широкий круг ученых различных специальностей. Это позволило создать теорию и рациональные методы ее решения на базе достижений физики, химии, металловедения, сопротивления материалов, деталей машин.

Триботехника – наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазки машин.

К общим понятиям триботехники относятся следующие термины.

Внешнее трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зоне соприкосновения поверхностей по касательным к ним, сопровождаемое

диссипацией энергии.

Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого 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. Она оценивается величиной обратной скорости изнашивания.

Трение покоя – трение двух тел при микроперемещениях до перехода к относительному движению.

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

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

Трение качения – трение движения 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.

Скорость скольжения – разность скоростей тел в точках касания.

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 силе, прижимающей тела друг к другу.

В настоящее время словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин, содержит более 1200 терминов.

Наиболее распространенной причиной выхода из строя деталей и рабочих органов машин является не поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей. Особенно велик износ деталей и рабочих органов машин, которые эксплуатируются в абразивной и агрессивной средах. Например, зубья ковшей экскаваторов, ножи скреперов и бульдозеров работают 3…6 месяцев.

За сезон работы тракторов на песчаных почвах приходится заменять два-три комплекта гусениц, что в среднем обходится в 50 % стоимости нового трактора. Малую продолжительность работы имеют проволочные канаты грузоподъемных машин на металлургических предприятиях. Средний срок службы канатов доменных подъемников 3…4 мес., разливочных кранов мартеновских печей 6…7 мес. Быстрый выход из строя многих машин требует создания большой ремонтной базы. Расходы на ремонт машин и техническое их обслуживание в несколько раз превышает их стоимость: так для автомобилей в 6 раз, для самолетов до 5 раз, для станков до 8 раз и т.д. Поэтому на долю заводов, выпускающих новые трактора, приходится лишь 22% мощностей; остальные мощности распределяются так: на запасные части – 34%, на ремонт – 44%.

Большие материальные потери страна терпит от повышенного трения в узлах машин. Известно, что более половины топлива, потребляемого автомобилями, тепловозами и другими видами транспорта, расходуется на преодоление сопротивления, создаваемого трением в подвижных сочленениях. В текстильном производстве на преодоление сопротивления трению затрачивается около 80% потребляемой энергии. Низкие КПД многих машин обусловлены, главным образом, большими потерями на трение. Так КПД глобоидного редуктора, устанавливаемого в лифтах, металлорежущем оборудовании и т.д. в приработанном состоянии составляет только 0,65-0,7, а такой распространенной пары как винт-гайка всего лишь 0,25.

Триботехника, как и другие науки, непрерывно развивается. Этапы ее развития связаны с созданием корабельной техники, металлообрабатывающей промышленности, железнодорожного транспорта, автомобильной промышленности, авиации и космонавтики. Процесс развития триботехники можно подразделить на следующие этапы:

1) учение о трении и изнашивании деталей машин;

2) конструктивные решения вопросов трения и изнашивания;

3) технологические методы повышения износостойкости деталей;

4) эксплуатационные мероприятия по повышению долговечности машин.

На Украине еще нет отраслевого центра, который бы отвечал за развитие работ по триботехнике в целом. Вопросами триботехники занимаются институт проблем материаловедения АН Украины, институт твердых сплавов. Работы в области триботехники ведутся в высших учебных заведениях: Киевском институте инженеров гражданской авиации, Украинской сельскохозяйственной академии. С 1980 года издается журнал «Трение и износ». Более 10 лет в Киеве издается научно-технический сборник «Проблемы трения и изнашивания» Минвуза Украины. Наиболее

актуальными являются следующие проблемы триботехники:

– создание «безизносных» узлов трения,

– защита деталей машин от водородного изнашивания,

– разработка финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО) трущихся деталей,

– создание и производство принципиально новых автоматизированных смазочных систем для машин и оборудования,

– подготовка инженерных кадров по триботехнике,

– разработка новой теории трения и безизносности на основе термодинамики неравновесных процессов и законов физики и химии.