- •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
3.4.2 Умови виникнення заїдання
Заїдання відноситься до аварійних видів руйнування поверхонь тертя, оскільки, на відміну від інших, виникнувши, воно на протязі короткого часу може призвести до повної непридатності механізму в подальшій експлуатації. Намагаючись уникнути заїдання, обмежують швидкості і навантаження на опори тертя.
Заїдання, в наш час, розглядається як двохстадійний процес, в результаті якого дотичні напруження τ досягнуть критичного значення τ*.
Для сферичної моделі мікронерівностей:
Перша стадія заїдання визначається фізичними властивостямиповерхонь твердих тіл, природою граничних або мастильних шарів.
Друга стадія характеризується процесами, які розвиваються в більш глибоких шарах матеріалу. Вона характеризується розвитком і завершенням процесів пластичної течії, яка охоплює макроскопічні, тобто невимірні з розмірами мікронерівностей об’єми приповерхневого шару.
Руйнування чи відсутність захисних плівок, які обумовлюють виникнення великих сил зчеплення між поверхнями, що може не призвести до макроскопічного пластичного тертя і до задирання. Більшість металів при терті в вакуумі, не дивлячись на сильну адгезійну взаємодію, не піддаються заїданню. З іншої сторони, виникнення задиру неможливе, якщо не виконується вище приведене співвідношення.
При аналізі розрахункових схем зручно процеси першої і другої стадії поділити на 2 групи:
а) які суттєво не залежать від тепла, яке виділяється при терті, в цьому випадку визначаючим фактором є навантаження чи деформація;
б) які залежать від нього;
Умови виникнення процесів першої групи називаються деформаційними критеріями руйнування захисник плівок, а умови виникнення процесів другої групи – тепловими критеріями руйнування захисних плівок.
Зупинимося на деяких деформаційних критеріях для першої стадії задиру, які слід розглядати при руйнуванні захисних плівок в результаті однократної чи багатократної взаємодії поверхонь. Встановлено, що для кожного типу змащення існує визначена величина деформації ех* поверхні підложки, на котрій відбувається процес руйнування плівки.
Була запропонована формула для розрахунку навантаження на шаровий індентор, який призводить до руйнування мастильної плівки:
Це дозволило знайти просте рівняння, яке зв’язує тиск, при якому найбільш високі мікронерівності впроваджуються на глибину, яка призводить до руйнування мастильної плівки, з мікрогеометрією поверхонь і властивостями матеріалу:
3.5 Попереднє зміщення і сила тертя спокою
Відомо, що для того, щоб зсунути тіло відносно іншого, коли ці тіла напружені стискаючою силою, потрібно прикласти певні зусилля. До тих пір, поки не буде прикладена потрібна сила, тіло знаходиться в відносному спокої. Але вже в 1895 р. на дискусії з питань тертя ця, здавалось би беззаперечна істина, була поставлена під сумніви. Лекорню виразив ідеї про те, що до того, як наступить макропереміщення, існує мікрозсув тіл, пропорційний прикладеній силі.
А. В. Верховський ввів термін попереднє зміщення (1926 р. і англієць Д. С. Ренкін) – зсув поверхонь, передуючий переходу до ковзання. Найбільше значення попереднього зміщення, при якому починається стійке ковзання, називають граничним зміщенням. Тангенційні зусилля, які відповідають граничному зміщенню, називають силами тертя спокою.
А. В. Верховський на кільцевих зразках, які доторкуються своїми торцями, а зсув виконується в результаті навантаження одного з них моментом відносно осі обертання, встановив, що пряма пропорційність між зсувною силою і зміщенням існує лише в початковій стадії процесу. По мірі наближення до граничного значення зміщення зв'язок між цими величинами приймає нелінійний характер і зміщення наростають швидше зсувної сили. Було показано, що, якщо досягнути певної величини зміщення δ, зменшити зсувну силу до 0, то спостерігається зсув в напрямку протилежному початковому PmS, однак тіла при цьому не займають початкового положення. Вони виявляються зсунутими в напрямку початково прикладеної сили OS, тобто повернення є неповним. Якщо до тіл знову прикласти попередню зсувну силу, то відбудеться зміщення тіл до початкового положення SnP (рис.30).
Рис.30. Явище неповного повернення при попередньому зміщенні
Таким чином, було встановлено важливий факт, що уже в режимі попереднього зміщення наряду з акумуляцією механічної енергії відбивається її дисипація.
Багаточисельними дослідженнями було встановлено, що на проміжку попереднього змащування величина попереднього зсуву включає в себе 3 компоненти: пружні складові (δу1 і δу2), одна з яких, δу1 зникає після зняття нормального навантаження, і остаточне зміщення δост.
Взагалі результати для опису сили опору в контакті, запропоновано наступне співвідношення
,
де k1 і k3 – коефіцієнти; δ – відносне зміщення поверхонь; Т – тангенційна сила опору переміщенню.
У випадку розділення поверхонь плівкою змащення враховується ще швидкість зміщення .