трилология, см. стр. 19 и 22

Министерство образования Российской федерации Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Новомосковский институт

Б.П. Сафонов, А.В. Бегова

ИНЖЕНЕРНАЯ ТРИБОЛОГИЯ: ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И РЕСУРСА ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ

Учебное пособие

Новомосковск 2004

Министерство образования Российской федерации Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Новомосковский институт

ИНЖЕНЕРНАЯ ТРИБОЛОГИЯ: ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И РЕСУРСА ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ

Учебное пособие

Новомосковск 2004

2

УДК 621.891 ББК 34.41 И 622

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Московского автомобильнодорожного институту (ГТУ)

Гриб В.В.

кандидат технических наук, доцент РГТУ им. К.Э. Циолковского – «МАТИ»

Ерошкин В.П.

Б.П. Сафонов, А.В. Бегова

И622 Инженерная трибология: оценка износостойкости и ресурса трибосопряжений. Учебное пособие для студентов специальности 170515 / РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт; Б.П. Сафонов, А.В.Бегова. Новомосковск, 2004. – ____с.

ISBN_________

В учебном пособии рассмотрены вопросы: классификации видов нарушения фрикционных связей и видов изнашивания элементов трибосопряжений; методического подхода к разработке критериев износостойкости сталей для условия микрорезания на контакте; оценки расчетного срока службы опоры граничного трения и гидродинамической опоры.

Представлены численные примеры построения статистических моделей вида «износостойкость-свойство», рядов износостойкости и расчета на ресурс сопряжения «вал-втулка».

Ил. 20. Табл.9. Библиогр. список 17 назв.

УДК 621.891 ББК 34.41

©Б.П.Сафонов, А.В. Бегова, 2004

©Новомосковский ин-т Российского химико-технологического ун-та им. Д.И.Менделеева, 2004

3

Предисловие

Учебное пособие написано в соответствии с учебным планом специальности 170515 «Оборудование и технология восстановления систем химического оборудования» для курсов «Основы теории трения и изнашивания» и «Триботехника химического оборудования».

Повышение эффективности работы технологического оборудования напрямую зависит от долговечности подвижных сопряжений (опоры, уплотнения, передачи и др.) и исполнительных органов (перемешивающие, дозирующие, транспортирующие и др. устройства) машин, механизмов и аппаратов. Незапланированные простои крупнотоннажных химических и мощных энергетических установок приводят к многомиллионным убыткам. Внезапные отказы транспортных средств часто приводят к катастрофическим последствиям.

О значимости проблем трения и изнашивания в машинах для развития общества говорят следующие цифры. В нашей стране до 25% станочного парка занято на ремонте и восстановлении изношенных и разрушенных деталей машин. Потери от трения еще более впечатляют. Так по данным экспертов от 1/4 до 1/3 всей вырабатываемой человечеством энергии безвозвратно теряется на преодоление сил трения в подвижных сопряжениях машин.

Вэтой связи нет сомнений в актуальности проблем, связанных

среализацией мероприятий по снижению затрат, обусловленных трибологическими проблемами. Успешное решение любой научнотехнической проблемы возможно лишь на основе ее всестороннего изучения.

Вучебном пособии рассмотрены вопросы: классификации видов нарушения фрикционных связей и видов изнашивания элементов трибосопряжений; методического подхода к разработке критериев износостойкости сталей для условия микрорезания на контакте; оценки расчетного срока службы опоры граничного трения и гидродинамической опоры, представлены примеры построения статистических моделей вида «износостойкость-свойство», рядов износостойкости и расчета на ресурс сопряжения «вал-втулка».

Данное учебное пособие, направленное на углубление трибологической подготовки студентов-механиков, будет полезно также специалистам, работающим в области проектирования и эксплуатации оборудования.

4

Введение

Машиностроение является технической основой материального производства. Научную базу машиностроения составляет специализированная техническая наука – машиноведение. Важной частью в машиноведении являются теория трения, исследование износа и износостойкости деталей машин. В рамках этих разделов машиноведения решаются вопросы повышения качества сопряженных деталей, их смазывания, увеличения коэффициента полезного действия и ресурса работы машины.

Трибология – наука о трении и процессах, сопровождающих трение. Трибология, как раздел машиноведения, охватывает экспериментально-теоретические исследования физических (механических, электрических, магнитных, тепловых, химических) и других явлений сопутствующих трению.

Инженерная трибология – это применение трибологических знаний для решения практических задач при проектировании, изготовлении, испытании и эксплуатации трибологических систем (узлов трения машин, приборов, а также режущего, деформирующего и породоразрушающего инструмента).

Изнашивание – поверхностное разрушение взаимодействующих элементов трибосистемы, является неизбежным процессом, сопровождающим штатную работу технического устройства. Поэтому одной из задач инженерной трибологии является разработка критериев оценки износостойкости материалов и методик оценки расчетного ресурса трибосопряжений.

В настоящее время в нашей стране сложились признанные школы трибологии в ИМАШ РАН им. А.А.Благонравова, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, МГТУ им. Н.Э.Баумана, ВНИИЖТе и другие.

Большой личный вклад в трибологию внесли отечественные ученые – лауреаты международной золотой медали по трибологии: И.В.Крагельский, Г.В. Виноградов, А.В.Чичинадзе, Н.А.Буше.

1. Трение и изнашивание в трибосопряжениях

5

1.2. Характеристики изнашивания

поверхностных слоях элементов возникают механические и молекулярные взаимодействия, которые приводят к развитию контактных деформаций, после достижения которыми предельных значений наступает контактное разрушение, именуемое износом.

Износ – результат изнашивания, определяемый в установленных единицах.

Существуют разнообразные методы измерения износа от простейших, когда обычными средствами производят измерение размеров изнашивающихся деталей, до методов, использующих ядерно-физические процессы. Классификация методов измерения износа приведена в табл.1.

Наиболее целесообразны дифференциальные методы измерения износа (микрометрирования, искусственных баз и др.), которые позволяют определить распределение износа по всей поверхности трения взаимодействующих элементов и оценить влияние, которое оказывает неравномерность износа на выходные параметры изделия. В ряде случаев применяются также методы оценки износа по выходным параметрам сопряжения.

В инженерной практике для расчета трибосопряжений используют две количественные характеристики протекания процесса изнашивания во времени и пространстве. Кинетической характеристикой процесса изнашивания является скорость изнашивания, а пространственной – интенсивность изнашивания.

Скорость изнашивания γ - отношение величины износа ко времени, в течение которого он возник.

Скорость изнашивания может определяться, опираясь на различные характеристики износа ( толщину, массу или объем), в этом случае будем иметь скорость изнашивания линейную γh, по массе γm или объему γv. Следует различать среднюю и мгновенную скорость изнашивания.

Средняя скорость изнашивания представляет собой отношение

8

Второй, пространственной характеристикой протекания процесса изнашивания является интенсивность изнашивания.

Интенсивность изнашивания I – отношение величины износа к пути трения l, на котором происходил этот износ.

Если в качестве износа принята линейная характеристика h,

то это будет линейная интенсивность изнашивания Ih. Может быть

Линейная интенсивность изнашивания величина безразмерная, поскольку в числителе и знаменателе величины с одинаковой размерностью. Im и Iv – величины размерные:

[Im] = кг/м; [Iv] = м3/м.

Количественно износостойкость И определяют как величину, обратную или износу, или скорости изнашивания, или интенсивности изнашивания:

И= h-1, в этом случае [И] = м-1;

И= m-1; в этом случае [И] = кг-1

И= v-1; в этом случае [И] = м-3.

Износостойкость применяется в основном для анализа качественного характера процесса изнашивания материала, а интенсивность изнашивания удобна для построения статистических моделей при трибологических исследованиях.

Государственным стандартом на термины и определения в трибологии (ГОСТ 27674) введен еще ряд терминов, необходимых в инженерных расчетах по трибологии, среди них:

- предельный износ – износ, соответствующий предельному состоянию изнашиваемого изделия или его составной части (состояние отказа)

∆hпред; ∆mпред; ∆Vпред

- допустимый износ – значение износа, при котором изделие сохраняет работоспособность

10