- •В. В. Квасницький тріботехніка і основи надійності машин Київ
- •2011 Р.
- •Isbn 000-000-000-0
- •Передмова
- •Розділ 1
- •1.1 Стан і етапи розвитку тріботехніки
- •1.2 Етапи розвитку тріботехніки
- •1.3 Вчення про тертя і спрацьовування деталей
- •1.4 Оптимізація конструктивних рішень вузлів тертя
- •1.5 Технологічні методи підвищення зносостійкості деталей
- •1.6 Експлуатаційні заходи підвищення довговічності машин
- •1.7 Тривалість служби деталей машин
- •1.8 Збитки від тертя і спрацьовування в машинах
- •Розділ 2 контактування твердих тіл
- •2.1 Основні терміни
- •2.1.1 Приклади практичного вирішення задач тріботехніки
- •2.1.2 Деякі приклади вирішення задач тріботехніки на промислових підприємствах
- •2.1.3 Загальні відомості про поверхню деталей та її геометрію
- •2.4 Шорсткість поверхні
- •2.5 Основні поняття та визначення при контактуванні поверхонь
- •2.6 Моделі шорстких поверхонь
- •2.7 Площа контакту та зближення при контакті шорсткої поверхні з гладкою
- •2.8 Розрахунки деяких характеристик контакту поверхонь
- •2.8.1 Контакт поверхонь при різних умовах деформації
- •2.9 Стрижнева модель. Контакт двох шорстких поверхонь
- •2.9.1 Розрахунок контурних поверхонь контакту
- •2.9.2 Взаємний вплив мікронерівностей.
- •2.9.3 Площі контакту при одночасній дії тангенціальних і нормальних сил.
- •Розділ 3 зовнішнє тертя
- •3.1 Загальні поняття
- •3.1.1 Взаємодія поверхонь
- •3.1.2 Молекулярна (адгезійна) взаємодія
- •3.1.3 Енергія різних видів зв’язків
- •3.1.4 Механічна взаємодія
- •3.1.5 Зміни властивостей поверхневого шару при терті
- •3.2 Правило градієнта зсувного опору
- •3.3 Руйнування поверхонь тертя
- •3.3.1 Класифікація видів руйнування фрикційних зв’язків
- •3.3.2 Класифікація м. Б. Петерсена, основана на характері відокремлення частинок.
- •3.3.3 Основні характеристики фрикційних зв’язків
- •3.3.4 Основні закономірності процесів контактної взаємодії ковзаючих поверхонь.
- •3.4 Критичні точки, які характеризують умови переходу від одного виду фрикційної взаємодії до іншої
- •3.4.1 Фактори, які обумовлюють виникнення критичних точок
- •3.4.2 Умови виникнення заїдання
- •3.5 Попереднє зміщення і сила тертя спокою
- •3.5.1 Контакт пружних сфер при одночасній дії нормальних і тангенційних сил
- •3.6 Попереднє зміщення шорстких тіл
- •3.6.1 Пружний контакт
- •3.6.2 Пластичний контакт
- •3.6.3 Сухе і граничне тертя
- •3.6.4 Молекулярно-механічна теорія тертя
- •3.6.5 Молекулярна складова сили тертя
- •3.6.6 Вплив температур на τ0 і β
- •3.7 Механічна складова сили тертя
- •3.7.1 Одинична поверхня.
- •3.7.2 Множинний контакт
- •3.7.3 Вплив температури на механічну складову
- •3.8 Розрахунок сумарного коефіцієнту тертя
- •3.8.1 Одиничний контакт.
- •3.8.2 Деякі особливості тертя в вакуумі
- •3.8.3 Вплив товщини покриття на коефіцієнт тертя
- •3.8.4 Зовнішнє тертя при великих швидкостях ковзання
- •3.8.5 Вплив температури навколишнього середовища на коефіцієнт тертя
- •3.8.6 Тертя кочення
- •3.9 Просковзування – одне із джерел опору кочення
- •3.9.1 Гістерезисна теорія тертя кочення
- •3.9.2 Роль пластичних деформацій при коченні металів
- •Розділ 4 спрацьовування твердих тіл при терті
- •4.1 Характеристики процесу спрацьовування
- •4.2 Втомна теорія спрацьовування
- •4.3 Основне рівняння спрацьовування
- •4.4 Розрахунки зношення при пружному контакті
- •4.5 Зв’язок спрацьовування з пружно-міцностними властивостями матеріалів
- •4.6 Розрахунок зношення при пластичному контакті
- •4.7 Експериментальна перевірка розрахункових співвідношень втомної теорії спрацьовування
- •4.8 Спрацьовування.
- •Розділ 5 основи надійності машин
3.4.1 Фактори, які обумовлюють виникнення критичних точок
Виявлення критичних точок необхідно для об’єктивної класифікації видів спрацьовування і встановлення границь, для яких справедливі наступні розрахункові залежності.
Параметри, які характеризують критичні точки, зручно виражати через безрозмірні характеристики і, а також контактну температуру.
Розрізняють наступні критичні точки:
1. Перехід від пружного деформування до пластичного або пружного деформування до руйнування;
2. Від пластичного відтиснення до мікрорізання, задиру, що, звичайно, відповідає порогу зовнішнього тертя.
3. Руйнування адсорбційної плівки.
4. Формування хемосорбційної плівки (плівки хімічних з'єднань).
5. Руйнування плівки хімічного з’єднання (дисоціація, абляція речовини).
6. Розрихлення поверхневої плівки за рахунок змін структури твердого тіла.
7. Загального розм’якшення контактної зони, яка призводить до намазування.
Перша критична точка визначається залежністю
Якщо в процесі деформації не змінюється границя текучості матеріалу, то перехід від пружних деформацій до пластичних можна визначити наступними розрахунками.
Середній тиск на контакті .
Із теорії Герця
Приймаючи до уваги те, що отримаємо
Можливість зміни ефективного значення границі текучості внаслідок наклепу і масштабного фактора можна врахувати коефіцієнтом “с”.
Припускаючи, що μ = 0,3, отримаємо формулу при К0 = 2,4. При пластичній деформації поверхонь, які контактують, К0 = 5,4.
Величина “с” змінюється на проміжку від 3...6 в залежності від степені наклепу, глибини впровадження і масштабного фактору.
Стосовно переходу від пружності до руйнування (чи надриву) матеріалу, розриву плівки критична точка може бути обчислена по формулі
де k- коефіцієнт, обумовлений напруженим станом і визначається по формулі Е. Ф. Непомнящого :
Для загартованих сталей для розрахунку тиску на контакті, відповідного переходу від пластичного до пружного деформування, використовують формулу
Критична точка переходу до мікрорізання визначається залежністю
Треба відзначити, що τ залежить від конфігурації вузла тертя, а саме від співвідношення між часом, на протязі якого поверхні звільнилися від контакту і на них може утворитися плівка адсорбованої речовини із газової чи рідкої фази, і часом, на протязі якого плівка стирається. Ці два процеси залежать не тільки від фізичної природи навколишнього середовища і твердого тіла, але і від коефіцієнта взаємного перекриття і мікрогеометрії поверхонь.
Під критерієм переходу від пластичного відтиснення до мікрорізання розуміють граничну глибину впровадження індентора для заданого коефіцієнта молекулярного тертя, при якому настає прилипання частинок деформованого матеріалу до поверхні індентора.
Згідно Б. А. Друянову, перехід до пластичного деформування наступає, коли найбільше напруження дотику досягає величини , тобто рішення просторової задачі теорії пластичності з використанням умов текучості Треска. Умови мікрорізання :
або
Рис. 28. Залежність відносної глибини впровадження від відносного опору зсуву молекулярного зв’язку в момент порушення умов пластичного відтискування. 1- армко-залізо; 2- латунь; 3 – бронза ОФ 10-1; 4 – ОСЦ 5-5-5; 5- капролон; 6 – металофторопласт, (безперервна лінія – поріг зовнішнього тертя, теоретична залежність).
Чим більша сума цих безрозмірних відрізняється від , тим далі від режиму мікрорізання працює пара тертя. Тому ця сума може служити кількістною характеристикою, яка оцінює працездатність з’єднання. Обернену їй величину назвемо числом антифрикційності АФ. Число антифрикційності дорівнює
Поки що немає розрахункових залежностей, які дозволяють виразити аналітично критичні тиски, температуру, швидкість, при який виникає і зникає плівка внаслідок спрацьовування.
Критичні точки, які пов’язані з формуванням і руйнуванням захисних плівок, в основному визначаються двома групами факторів: температурою поверхні тертя і геометричними характеристиками контактуючих тіл, я саме, густиною контакту, який визначає відношення часу формування і руйнування плівки, пористістю контакту, який визначає легкість проникнення в зазор між поверхнями навколишнього середовища, діаметром плям контакту та ін.
Слід відмітити істотну різницю між адсорбційним і хемосорбційним механізмом росту плівки. Коли адсорбційна плівка виникає на вільній поверхні тіла, то хемосорбційна плівка, яка потребує для свого формування значної кількості енергії (приблизно 1 еВ на молекулу чи атом), виникає лише в самому контакті, де велика температура і діє допоміжний механічний фактор – тиск.
Що стосується “розрихлення” тонкої поверхневого шару металу, то воно визначається підвищеним вмістом вакансій, кількість яких пов’язана з температурою експоненційною залежністю. В цьому випадку вирішальну роль грає температурний градієнт в зоні тертя.
П’ять критичних точок, які характеризують зміну інтенсивності спрацьовування, показані на рис. 29.
Рис. 29. Критичні точки, які характеризують скачкоподібну зміну спрацьовування.
1 – перехід від пружних деформацій до пластичних;
2 – від пластичних деформацій до мікрорізання;
3 – руйнування адсорбційної плівки;
4 – створення плівки хімічного з’єднання;
4΄ – перехід до задиру при дисоціації плівки хімічних з’єднань ;
5 – зниження спрацьовування, загальне розм’якшення поверхневого шару, що призводить до намащення.