4.2. Моделювання контактної взаємодії абразивної частинки з поверхнею сталевої деталі і металополімерних покриттям на сталевої деталі

Якщо отримані залежності абразивного зношування пар тертя «метал - метал» і «метал з металополімерних покриттям - метал» без присутності в зоні контактної взаємодії вільного абразиву укладаються в відомі рамки теорії і практики абразивного зношування машин і механізмів, то експериментальне залежності кінетики зношування цих же пар тертя.

Проведемо чисельний аналіз розподілу контактних напружень в зонах контакту пружного кулі, що має наведені розміри, відповідні середнього розміру зерен (див. рис. 3.5) з відповідними фізико-механічними властивостями SiO₂ (див. табл. 4.1), що стискається між сполучаються поверхнями з матеріалів, що мають характеристики сталі штока гідроциліндра, гумової манжети, а також металополімерного покриття типу «Суперіор» (також див. табл.4.1).

Спрощено представимо моделі двох різновидів навантажуються стисненням систем поверхонь, між якими знаходиться тверде тіло сферичної форми, що володіє всіма характеристиками відповідними SiO₂ (див. табл. 4.1): 1 - сталева основа штока гідроциліндра механізму підйому кузова і гумова манжета, між якими вміщено зерно, у вигляді пружних півплощин, стискають пружне зерно з характеристиками SiO₂ (див. табл 4.1), а також 2 - сталева основа штока гідроциліндра, покрита шаром металополімер «Суперіор» (товщиною 0,5 мм) і гумова манжета, між якими вміщено зерно піску (рис. 3.3). Прикладена рівномірно розподілене тиск на зовнішньому кордоні гумової манжети береться на рівні 5МПа, яке визначається з умови попереднього натягу гумового кільця манжети при його примусової посадки на сталевий шток діаметром 200мм з натягом δ = 2 мм. Розрахунок розподілу напружень в зонах контакту зерна з поверхнею штока або штока з покриттям проводився на персональному комп'ютері в двовимірної пружною постановці методом кінцевих елементів з використанням відомого обчислювального програмного комплексу.

Таблиця 4.1 - Фізико-механічні властивості матеріалів, прийняті в розрахункових схема моделі контактної взаємодії кулі, укладеного між стискають його різномодульний на півплощиною.

Матеріал	Модуль пружності Е, ГПа	Коэфф. Пуассона	Межа міцності при стисненні σст , МПа	Межа текучості , σТ, МПа
Сталь	200	0,3	1200	500
Металополімер «Супериор»	5,5	0,375	160	100
Резина	5	0,47	-	-
SiO2 (кварц)	17	0,23	223	223

В результаті виконаних розрахунків встановлено, що в результаті гіперпружного деформування гумової манжети, вдавлюють абразивний частка (зерно піску) рівномірно охоплена гумовим манжетою з розподіленими напруженнями, що не перевищують межі пружного деформування зерна, а напруги, що діють на діаметрально протилежній частині зерна, а саме в зоні контакту між зерном піску (SiO₂) і поверхнею сталевого штока, досягаючи рівня 1360 МПа, що значно перевищує межу міцності SiO₂ на стиск (див .табл 4.2). Ця обставина, очевидно, і призводить зерно до руйнування, а що утворилися в результаті його гострі фрагменти локально пластично деформують поверхню сталевого штока, будучи першопричиною абразивного зношування сталевої деталі в такій парі тертя.

Повна протилежність описаної картині розподілу напружень спостерігається в навантажується системі «металополімерне покриття на сталевому підставі - абразивна частка - гума» (див. табл 4.3 - 4.4). При такому ж зовнішнім доданому тиску величиною (50МПа) картина розподілу напружень в навантаженої системі «металополімерне покриття на сталевому підставі - абразивна частка - гума» в зоні контакту зерна з гумовою манжетою практично не відрізняється від попередньої «вихідної» системи, але вже в зоні контакту зерна з шаром металополімерного покриття напруги, що виникають в зерні практично в три рази менші, ніж в системі без покриття (див. табл. 4.2), і вони вже не перевершують рівня межі міцності матеріалу зерна (див. табл. 4.1). Таким чином, зерно в цьому випадку не руйнується і залишається суцільним, а через малі величини коефіцієнта тертя матеріалу покриття щодо зерна SiO₂ порядку 0,02 (див. табл. 5.25), більш того, при наявності мастила (І-20), а також з огляду на те, що поверхня зерен гладка і їх форма близька до сферичної (див. табл. 3.6), то цілком ймовірно, замість тертя ковзання буде реалізовуватися тертя кочення. Тільки цим аргументом можна пояснити зниження в 2 рази інтенсивності зношування системи «металополімерне покриття на сталевому підставі - абразивна частка - гума» у порівнянні з цією системою, але без металополімерного покриття (див. табл. 4.22 і . 4.24).

резина

SiO₂

сталь

Рисунок. 4.1 - Розрахункова модель навантаження стисненням системи

«Гума - абразивна частка - сталеве підстава»