Реферат триботехника и смазочные материалы

Обновлено: 02.07.2024

Смазка и смазочные материалы

10.1. Основные понятия и определения

Одним из наиболее эффективных путей обеспечения надежности и долговечности подвижных сопряжений деталей машин и механизмов и минимизации энергетических потерь при их эксплуатации является использование в качестве компонентов этих сопряжений смазочных материалов. Смазочный материал в реальных машинах всегда присутствует и рассматривается в трибологии как самостоятельное третье тело. Это третье тело взаимодействует как с первым и вторым телами, так и с окружающей средой. В ряде случаев окружающая среда оказывается способной влиять на изменение свойств первого, второго и третьего тел. При этом существует взаимное влияние между каждым телом и внешней средой.

Смазочные материалы – это продукты органического и неорганического происхождения, которые вводят между поверхностями с целью уменьшения потерь на трение в этом сопряжении, предотвращения заедания и снижения износа пар трения (рис. 10.1). Внутреннее трение в смазочных материалах 3 существенно меньше, чем внешнее трение несмазанных деталей 1 и 2, а исключение или минимизация непосредственного контакта пар трения приводит к улучшению фрикционно-износных характеристик сопряжения трущихся тел.

Смазочный материал является важнейшим конструкционным элементом узла трения, во многом определяющим его надежность и долговечность, а также потери энергии при его функционировании.

Как конструктивный элемент узла трения смазочный материал выполняет следующие функции:

1) уменьшает трение между сопряженными деталями узла;

2) снижает износ и предотвращает задиры трущихся поверхностей;

3) отводит тепло от трущихся поверхностей;

4) защищает поверхности трущихся и смежных с ними деталей от коррозии;

5) уплотняет зазоры между сопряженными деталями;

6) удаляет из зоны трения продукты износа, коррозии и прочие загрязнения.

Рис. 10.1. Схема несмазанного (а) и смазанного (б) контактов трущихся тел:

1 и 2 трущиеся тела; 3 смазочный материал

По своей структуре смазочный материал (рис. 10.2) представляет собой основу (базовый материал), состоящую из веществ разной природы, и непосредственно материал, осуществляющий выбранное конструктором направленное действие. Важная роль в этом отводится и связующему элементу, ответственному за устойчивое взаимодействие базового материла, присадок и особенно поверхностей трущихся тел.

Смазка – это действие смазочного материала, в результате которого уменьшается трение контактирующих тел и (или) снижается их износ. В роли смазочного материала могут выступать адсорбционные слои, специальные жидкости и твѐрдые тела. Поэтому смазка и смазочные материалы в основном бывают следующие (рис. 10.3):

1) газовая. Используется газообразный смазочный материал. Газовая смазка разделяется на газодинамическую и газостатическую;

2) жидкостная смазка. Используется жидкий смазочный материал;

3) жидкостная смазка разделяется на гидродинамическую, гидростатическую и граничную;

4) твѐрдая смазка. Используется твѐрдый смазочный материал либо самосмазывающийся смазочный материал;

5) пластичная смазка. Занимает промежуток между жидкостными и твѐрдыми смазками.

ИП позволяет: 1) при изготовлении машин экономить металл (15-20%) за счет большей грузоподъемности (в 1,5-2 раза) пар трения; 2) увеличить срок работы машин (в 2 раза), сократить период приработки двигателей (в 3 раза) и редукторов (до 10 раз), соответственно сократить расход электроэнергии; 3) в подшипниках качения и скольжения уменьшить расход смазочных материалов (до 2 раз); 4) повысить КПД глобоидных редукторов с 0,7 до 0,85; винтовой пары с 0,25 до 0,5; 5) увеличить экономию драгоценных металлов (золота, платины, серебра) в приборах в 2-3 раза за счет большей надежности электрических контактов.

Необходимо отметить, что сейчас в триботехнике ясно проступают черты новой концепции трения, основанной на глубокой теоретической проработке раздела физики – термодинамики образования самоорганизующихся структур при необратимых процессах. Разработка этой теории, а также дальнейшее развитие работ по созданию практически неизнашиваемых узлов трения машин, оборудования и приборов с использованием ИП – одни из важнейших проблем современной триботехники.

Программа исследований водородного изнашивания и избирательного переноса

Избирательный перенос при трении и водородное изнашивание металлов – это два совершенно противоположных явления, и их физические механизмы сложны. Изучение водородного изнашивания и ИП находится еще в начальной стадии, поэтому как в теоретическом плане, так и в плане разработки и реализации в промышленности новых методов борьбы с изнашиванием машин и оборудования на основе этих явлений необходимо создать комплекс исследований, результаты которых могут решить задачи, поставленные перед триботехникой.

Исходя из известных представлений о водородном изнашивании, выполненных научно-исследовательских работ и потребностей производства, необходимо проводить работы в следующих направлениях:

разработки приборов и методов исследования водородного изнашивания деталей машин;
изучение процессов наводороживания металлов при трении с фрикционными пластмассами для оценки количественных характеристик перераспределения водорода в поверхностных слоях, изучение свойств наводороженного металла при трении, влияние режимов трения на наводороживание с широким использованием новейших методов исследования;
исследование наводороживания наиболее изнашиваемых деталей машин и оборудования в процессе эксплуатации и оценка вклада в снижение их износостойкости как биографического, так и образуемого при трении водорода с целью разработки требований к качеству конструкционных материалов, смазочным материалам и специальным жидкостям, применяемым в узлах трения;
исследование влияния электрического и магнитного полей на процессы наводороживания при трении с целью определения количественных характеристик процессов и разработки новых путей борьбы с водородным изнашиванием;
изучение процессов наводороживания поверхностей трения при различных видах обработки поверхностей трения деталей (механические, термические и химико-термические);
исследования подавления водородного изнашивания пары трения металл-древесина с целью повышения стойкости режущего инструмента при обработке древесных изделий;
разработка методов подавления водородного изнашивания в узлах трения, смазываемых водой при высоких давлениях и скоростях скольжения;
разработка методов подавления водородного изнашивания узлов трения с титановыми сплавами с целью повышения их антифрикционных характеристик и расширения применения в узлах трения;
изучение общих закономерностей водородного изнашивания и выявления областей его проявления, а также создания научных основ борьбы с ним;
изучение действия водорода при абразивном изнашивании в условиях действия коррозионно-активных сред и повышенной влажности, фреттинг-коррозии, контактной усталости, коррозионно-механического изнашивания, кавитации и эрозии;
разработка методов подавления водородного изнашивания деталей авиатехники, нефтехимического оборудования, железнодорожного транспорта (рельсов, коле, деталей двигателей тепловозов, в частности цилиндров и поршневых колес), инструмента по обработке меховых изделий, деталей сельскохозяйственных машин и других отраслей техники.

К первоочередным задачам по изучению ИП при трении следует отнести:

создание комплекса приборов и установок для изучения ИП;
исследование работоспособности шариковых и роликовых подшипников, а также зубчатых передач в условиях ИП;
создание новых эффективных металлоплакирующих присадок к смазочным материалам, обеспечивающих режим ИП в двигателях внутреннего сгорания как для приработки, так и для установившегося режима работы;[3]
исследование конструктивных особенностей смазочных систем при работе на металлоплакирующих смазочных материалах, определение их эксплуатационных характеристик и оценка эффективности их применения;
исследование возможности применения ИП при штамповке, дорновании, протяжке, определение оптимального состава смазочно-охлаждающих жидкостей и их эффективности;
исследования трения без смазочного материала в режиме ИП в парах металл-металл, металлополимер-металл;
разработка новых масел и смазок, обеспечивающих металлоплакирование в зоне контакта трущихся деталей, создание опытного производства таких материалов и внедрение их на промышленных предприятиях.

Опыт применения избирательного переноса в промышленности показывает, что успех перехода на использование принципиально новых смазочных материалов для узлов трения, технологических процессов, новых материалов и конструкций подвижных сочленений достигается только в тех случаях, когда проводилась систематическая научно-исследовательская работа применительно к конкретным узлам трения машин данной отрасли. Попытка расширить внедрение новых методов повышения износостойкости узлов трения простой передачи промышленным предприятиям технических конструкций или даже опытных смазочных материалов не приводила и не может привести к положительным результатам. Знание общих вопросов теории трения и изнашивания в машинах оказывается недостаточным, требуется изучение специальных разделов физикохимии, трибохимии, трибофизики.[2] В каждой отрасли техники, на объектах которой предполагается проведение работ по избирательному переносу, необходимо обучение специалистов в институтах повышения квалификации или в университетах, где есть подготовка по соответствующей специальности. Опыт тех организаций, которые уже реализовали преимущества избирательного переноса в узлах трения механизмов, должен быть тщательно изучен, но в каждой отрасли в головных научно-исследовательских институтах необходимо создать лаборатории, которые бы накапливали опыт применения ИП и разрабатывали свою техническую документацию.

Проблема расширения и применения ФАБО

Как известно, износостойкость зависит от окончательной (финишной) технологической обработки поверхностей деталей. Имеются обширные экспериментальные исследования по влиянию шероховатости поверхностей трения на интенсивность изнашивания деталей. Установлено, что от финишной обработки деталей зависит не только первоначальный (приработочный) износ, но и установившийся износ. В последние годы разработаны новые технологические процессы финишной обработки деталей, которые позволяют снизить приработочный износ деталей и повысить антифрикционные свойства сочленения (улучшить смазку деталей, снизить коэффициент трения). К таким методам можно отнести вибрационную обработку поверхностей трения и алмазное выглаживание. Однако триботехники считают, что использованы еще не все резервы повышения износостойкости деталей в части применения новых финишных обработок.

В связи с изложенным крайне необходима разработка нового технологического метода окончательной обработки деталей, при котором вообще исключалась бы абразивная обработка поверхности. К таким методам относится разработанная финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО). Новая высокопроизводительная оснастка и химические составы обеспечивают высокое качество антифрикционного покрытия.

Сущность ФАБО состоит в том, что поверхность трения детали покрывается тонким слоем латуни, бронзы или меди путем использования явления переноса металла при трении. Перед нанесением покрытия обрабатываемую поверхность обезжиривают и покрывают глицерином или смесью, состоящей из двух частей глицерина и одной части 10%-ного раствора соляной кислоты. В процессе трения окисная пленка на поверхности стали разрыхляется, поверхность медного сплава пластифицируется и создаются условия для его схватывания со сталью. Толщина перенесенного слоя бронзы или латуни 1-2 мкм.

Преимущество ФАБО перед другими финишными операциями состоит в том, что этот метод чрезвычайно прост и не требует сложного оборудования. ФАБО придает стальной или чугунной поверхности высокие антифрикционные свойства. Опыт использования ФАБО для цилиндров двигателей внутреннего сгорания дал возможность существенно изменить мощность двигателя, хороший результат дало и применение ФАБО колес железнодорожного транспорта. Все это свидетельствует о необходимости и целесообразности проведения более обширных исследовательских работ, а также применения данного метода в более широких масштабах.

Проблема совершенствования смазывания деталей сочленений

Смазка резко снижает интенсивность изнашивания. Достаточно ввести в зону контакта деталей небольшое количество смазочного материала, как сила трения может снизиться в 10 раз, а износ поверхностей трения до 1000 раз.

Эффективность смазочной системы зависит от ее конструктивного совершенства и качества смазочного материала. Пока нет четких рекомендаций по дозировке и длительности подачи смазочных материалов в конкретные узлы трения машин. При переводе трущихся деталей машин в режим ИП необходимо создавать принципиально новые смазочные системы, которые бы обеспечили автоматическое регулирование параметров работы системы в зависимости от режима работы машины, то есть необходимо разрабатывать адаптированные смазочные системы, предупреждающие износ трущихся деталей машин и снижающие потери на трение.

В настоящее время уровень технического совершенства машин во многом определяется именно степенью организации смазывания узлов трения. Больше всего нуждается в смазочных системах станкостроительная, автомобильная и тяжелая промышленность. Увеличение выпуска смазочных масел должно сопровождаться повышением их эффективности, что требует проведения научно-исследовательских разработок по конструктивному и технологическому совершенствованию производства основных узлов систем, создания поточных линий, улучшения планирования и использования экономических стимулов повышения производительности труда. При этом большое внимание следует уделять использованию современных достижений триботехники. Смазочные системы должны использоваться в ряде машин (среди них металлорежущие станки кузнечно-прессовые машины, башенные краны и лифты, экскаваторы, тракторы, магистральные локомотивы, грузовые автомобили и автобусы, сельскохозяйственная техника и др.). По экспертной оценке специалистов оснащению смазочными системами и многоотводными насосами, обеспечивающими точность и своевременность подачи смазки, подлежит до 85% машин и оборудования (около 2,5 млн. единиц).

Для значительного повышения технического уровня и качества машин, их экономичности и надежности необходимо решить проблему смазывания. Это может быть обеспечено за счет повышения технического уровня и качества смазочного оборудования, его унификации и стандартизации, за счет конструктивного совершенства узлов трения машин, разработки и применения новых эффективных технологических процессов обработки трущихся деталей и других методик.

Повышение технического уровня смазочного оборудования целесообразно проводить по следующим основным направлениям:

создание комплектного оборудования по принципу системы машин;
расширение номенклатуры смазочных систем для различных видов стационарных и мобильных машин, а также различных производственных и климатических условий;
создание автоматических систем, адаптирующихся к режимам работы основных узлов трения машин;
уменьшение габаритов и металлоемкости узлов и аппаратов смазочных систем;
повышение точности и стабильности подачи смазочного материала;
совершенствование специализации и кооперирования производства;
перевод смазочных систем на использование смазочных материалов, обеспечивающих режим ИП, чтобы исключить ремонт узлов трения машин по причине износа.

Проблему смазывания деталей нельзя отделит от изучения взаимодействия смазочного материала с металлом и влияние на это взаимодействие структурных факторов металла и легирующих элементов смазочного материала. Исследование такого взаимодействия с определением сил трения и износостойкости пар трения позволит оптимизировать структуру и химический состав металла и состав компонентов смазочного материала. Это научное направление, успешно развиваемое в последние годы и потребовавшее разработки новых физических методов исследования тонких поверхностных слоев металла (десятые доли микрометра), должно получить дальнейшее развитие в организациях как занимающихся созданием смазочных материалов, так и разрабатывающих износостойкие и антифрикционные сплавы. Именно результаты этих исследований будут положены в основу теории безызносности трущихся деталей.

Проблема исследования электрических, магнитных и вибрационных явлений при изнашивании

В литературе по триботехнике за последние 30-50 лет неоднократно обращалось внимание на роль электрических, магнитных и вибрационных процессов в трении, износе и смазке машин. Последние исследования процесса водородного изнашивания показали, что здесь кроются большие резервы в части повышения срока службы деталей машин и режущего инструмента. Электрические, магнитные, вибрационные, а также тепловые явления непосредственно не влияют на интенсивность изнашивания деталей или влияют незначительно, но они кардинально влияют на поведение водорода. Разрушительной силой в данном случае является именно водород, а не электрическое или магнитное поле. Это связано с тем, что водород имеет электрический заряд, который взаимодействует с указанными полями. Вибрации с высокими частотами также воздействуют на скорость изнашивания не сами по себе, а посредством электрических явлений, которые, в свою очередь, влияют на движение водорода и способствуют его образованию. Тепловые явления, как и напряжения, влияя самостоятельно на трение и износ, являются процессами образования водорода и способствуют продвижению его в зону контакта.

Все изложенное требует глубокой и всесторонней проработки как в теоретическом плане, так и при проведении экспериментальных исследований. Следует заметить, что исследование магнитных и электрических явлений при трении – это один из наиболее достоверных и эффективных путей изучения самой природы трения и изнашивания. Для управления процессом трения следует провести исследования по раздельному изучению электрических, термоэлектрических и магнитных явлений, установить роль каждого в зависимости от внешних условий трения и видов разрушения поверхностного слоя. Особенно следует обратить внимание на выявление нелинейности распределения зарядов в подвижном электрическом источнике зоны фрикционного контакта. Именно в нелинейности кроются многие до сего времени еще не известные процессы трения и изнашивания, определяющие кинетику и интенсивность этих физико-химических процессов.

Проблема разработки методов расчета деталей на износ

Наибольшее внимание при разработке методов расчета деталей на износ необходимо уделить методам расчета типовых наиболее изнашиваемых узлов машины: направляющих металлорежущих станков, зубчатых передач, подшипников скольжения и качения, кулачковых механизмов, фрикционных передач, уплотнений валов. По вопросам расчета указанных сочленений имеются фундаментальные разработки, которые подробно описаны в технической литературе и широко используются на практике.

Главной трудностью на пути подобных расчетов является то, что в процессе трения происходят физико-химические изменения в поверхностных слоях трущихся металлов, которые трудно поддаются математическому анализу.

Проблемы необычных условий работы машин и приборов

Сложность этой проблемы состоит, прежде всего, в том, что все узлы трения все чаще обязаны работать в условиях, принципиально отличных от тех, которые сформировались в нашу эпоху на поверхности Земли и которые с точки зрения человека являются наиболее привычными и естественными. Неудивительно, что опыт по разработке узлов трения, накопленный в машиностроении за весь период его развития, относится главным образом именно к земным условиям. Совершенно иными являются условия работы космических объектов, характеризуемые высоким и сверхвысоким вакуумом, интенсивным воздействием различных излучений, необычными тепловыми ус?

Проблема подготовки инженерных кадров по триботехнике

Многими учеными-триботехниками подтверждена необходимость широкой популяризации достижений триботехники, глубокого изучения ее разделов, взаимной информации и обмена опытом. Во многих вопросах требуется активное участие специалистов, и именно специалистов по триботехнике.

В России научные кадры по триботехнике готовят во многих городах. Однако инженерные кадры по триботехнике выпускаются лишь в некоторых университетах. Учитывая важность подготовки специалистов по триботехнике,
Госкомитет СССР по науке и технике еще в 1976 году рекомендовал
Министерству высшего и среднего специального образования СССР совместно с заинтересованными министерствами и ведомствами обеспечить: o на специальных факультетах подготовку кадров (из числа лиц, имеющих соответствующее высшее образование и стаж практической работы) по проблемам повышения износостойкости машин и оборудования; o организовать в системе повышения квалификации специалистов, работающих в различных отраслях промышленности, чтение лекций по проблемам износостойкости машин и оборудования для соответствующих служб предприятий.

Помимо подготовки инженерных кадров по триботехнике, необходимо организовать подготовку специалистов среднего звена.[5] Для этого следует создать среднее учебное заведение по изучению вопросов триботехники, в том числе и новейших разработок. Эти вопросы должны быть в центре внимания при проведении учебы с инженерно-техническими работниками в производственных объединениях, комбинатах, заводах и фабриках. Для этого нужно создать хорошие кинофильмы, наглядные пособия, издать учебные пособия.

Вопросы подготовки кадров по триботехнике необходимо решать незамедлительно. Это окажет серьезное влияние на качество будущих машин, их долговечность, на экономию топлива и смазочных материалов, черных и дефицитных цветных металлов.

Проблемы компьютерной трибологии

Будучи междисциплинарной наукой, трибология требует применения системных моделей, информационных систем по разным разделам трибологии, трансляторов, соединяющих эти разделы, экспертных систем для проектирования и диагностики. Имеется необходимость более эффективного использования информации, получаемой при исследовании трибологических процессов.
Диагностические системы в значительной мере сами базируются на слиянии компьютерных технологий и знании механизмов трибологических процессов.

Свое дальнейшее развитие получила и компьютерная технология проектирования узлов трения. На этапе анализа здесь предлагается использовать интерпретаторы – экспертные системы. На этапе синтеза используются гибридные экспертные системы, которые содержат модели работы узла, базы знаний по данным разделам и систему правил. Фактически, требуется продолжить работу по информационным системам в области трибологии на новом уровне развития аппаратных, программных средств и систем коммуникации с учетом имеющегося опыта и проделанной работы специалистов.
Большое значение в трибологии имеет также теледиагностика, причем задачей компьютерной трибологии здесь является содержательная часть создания системы.

Компьютеры являются также и неотъемлемой частью системы экспериментальных трибологических исследований в современных испытательных установках. Задача компьютеров состоит в контроле и управлении режимом эксперимента, регистрации измеряемых параметров, обработке результатов.
Задачей, относящейся к области компьютерной трибологии, является поиск режимов, при которых реализуются заданные свойства трибосистемы, что достигается встраиванием в управление испытательной системой программы моделирования исследуемого процесса, ряд параметров которой задается из эксперимента, а также заданием критериев поиска. Для реализации этой идеи в масштабах отрасли предстоит проделать большую работу.

При моделировании, компьютерном эксперименте, в системах диагностики и мониторинга имеется общая проблема интерпретации результатов. Как известно, визуализация информации позволяет интенсифицировать процесс познания человека, подключив интуитивные способности исследователя. Это достигается с помощью специальных средств компьютерной графики. Применение технологии виртуально-интуитивного извлечения информации позволит при моделировании и эксперименте более эффективно выявлять новые трибологические эффекты и явления.

Проблемы экономики и триботехники

Работа узлов трения машин, оборудования и транспортных средств осуществляется на всех этапах создания общественного продукта.
Триботехнические характеристики узлов трения наравне с конструкцией машин, качеством их изготовления, режимом эксплуатации и другими аспектами оказывают существенное влияние на многие экономические (и экологические) показатели работы машин, механизмов и технологического оборудования.
Большинство машин (85-90%) выходит из строя по причине износа деталей.
Расходы на ремонт машин оборудования и транспортных средств составляют в нашей стране десятки миллиардов рублей в год. При развитии промышленности эта цифра естественно увеличивается. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машины в несколько раз превышают ее стоимость: для автомобилей в 6 раз, для самолетов до 5 раз, для станков до 8 раз. Трудоемкость ремонта и технического обслуживания многих строительных и дорожных машин за срок их службы примерно в 15 раз превышает трудоемкость изготовления новых. Большие материальные потери народное хозяйство терпит от повышенного трения в узлах машин. Известно, что больше половины топлива, потребляемого автомобилями, тепловозами и другими видами транспорта, расходуется на преодоление сопротивления, создаваемого трением в подвижных сочленениях. Потери от трения и затраты, связанные с ними, составляют от 1% до 4% национального продукта стран, что не может не оказывать существенного влияния на развитие экономики любой страны. В последние годы проявляется повышенное внимание к развитию триботехники, к оптимизации триботехнических решений и внедрений в практику достижений триботехники. По оценкам экспертов, широкое внедрение в производство уже известных достижений триботехники способно на 25-30% сократить потери от трения, причем первые 10-15% из них – без заметных капитальных вложений.

В целом триботехника должна решать узловые проблемы экономики, относящиеся к сырьевым, энергетическим и трудовым ресурсам страны. Эти важные задачи потребуют в ряде случаев пересмотра планов научно- исследовательских работ, решения теоретических вопросов трения, изнашивания и смазки машин. Ряд прогрессивных методов повышения ресурса деталей, эффективных смазочных материалов, покрытий и т. п., подробно описанных в литературе и проверенных на отдельных предприятиях, не может получить массового применения в промышленности. На их пути встает стремление сохранить традиционную технологию и предельно низкую себестоимость продукта, игнорируя то обстоятельство, что экономия на заводе часто приводит к потерям при эксплуатации и ремонте впускаемых изделий.
Разработка научных программ по проблемам износостойкости диктуется экономической значимостью этой проблемы для народного хозяйства. Управление процессом изнашивания является центральным звеном таких национальных проблем, как экономия энергии, сокращение расхода материалов, а также надежность и безопасность механических систем.

Кроме того, здесь не стоит забывать о проблеме износостойкости и людских ресурсов. В связи с увеличением количества действующих машин и оборудования за последние годы во всех развитых странах возникла проблема специалистов для обслуживания и ремонта. Рост потока машин всюду опережает увеличение числа опытных механиков. Для подготовки механиков высокой квалификации необходимо несколько лет обучения и накопления опыта. Очень велики затраты на обслуживание автомобилей и их ремонт. Здесь вопросы триботехники являются главными в снижении эти видов затрат. Выход из строя деталей, разрегулировка, производство смазочных работ, контроль технического состояния узлов трения – все это требует привлечения к работе опытных высококвалифицированных специалистов. И здесь вопросы триботехники являются главным фактором в сокращении потребности в людских ресурсах.

Триботехника, интересы здоровья и охраны окружающей среды

Этот вопрос к настоящему времени находится еще в стадии постановки, однако модно утверждать, что триботехника имеет непосредственное отношение к здоровью людей и охране окружающей среды.

Использование асбестосодержащих накладок в тормозах автомобилей, наличие паров топлива в кабинах транспортной техники, повышенные вибрации в машинах в результате износа подшипников, биение валов, зубчатых передач – все эти и им подобные недостатки, относящиеся к низкому уровню решений вопросов триботехники, оказывают существенное влияние на здоровье обслуживающего персонала и население города. Причинами крупных аварий и катастроф были утечки через уплотнения взрывоопасных продуктов, задиры и повышенный износ ответственных деталей, разрушение контактных поверхностей подшипников, рельсов, бандажей колес, поломки зубьев шестерен, заклинивание плунжерных пар и т. п. Двигатели автомобилей с изношенными цилиндрами и поршневыми кольцами не только потребляют больше топлива, но и значительно увеличивают загазованность городов и поселков. Недостаточная износостойкость уплотнительных устройств, перегрев подшипников, износ валов часто вызывают течи масла, топлива, рабочей жидкости гидравлических систем. Все это приводит к непроизводительному потреблению энергии, порче асфальтовых покрытий и уничтожению растительности. Непредусмотренный ремонт машин в пути, проведение технического обслуживания машин в полевых условиях приводит к загрязнению окружающей среды отходами масла, к потерям топлива и т.п. Особое внимание необходимо обратить на попадание в окружающую среду отработанных картерных масел двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и методов их утилизации. Наибольшую опасность представляют моющие присадки к маслам, что вызывает увеличение количества загрязняющих примесей и накопление их в масле при картерной смазке. Среди этих загрязнений – полициклические ароматические углеводороды с сильно выраженными канцерогенными свойствами.

Научно-технические направления, которые необходимо осуществить в ближайшем десятилетии, для того чтобы машины, механизмы и технологическое оборудование нового поколения отвечали необходимым требованиям по экологии, следующие: o разработка и применение смазочных материалов 4 и 5 поколений и присадок к ним. Смазочные материалы должны быть менее токсичными и обеспечивать значительное снижение потерь на трение и износ узлов трения различного класса и назначения, в том числе в ДВС; o применение для ряда узлов трения экологически чистых масел, животного и растительного происхождений; o применение новых экологически чистых триботехнических конструкционных материалов и технологий для повышения износостойкости и несущей способности пар трения разного класса и назначения; o использование экологически чистых фрикционных и антифрикционных материалов, не содержащих асбеста, свинца, фенола и других токсичных ингредиентов и добавок; o совершенствование конструкций антифрикционных узлов трения (в том числе уплотнений); o рационализация и оптимизация работы узлов трения на основе учета конкретных условий и критериев эксплуатации; o использование ускоренных методов испытаний и рационального цикла испытаний для выбора оптимальных материалов (в том числе смазочных) для конкретных конструкций узлов трения и условий их эксплуатации; o использование таких режимов эксплуатации машин, транспортных средств и технологического оборудования, которые снижают объем вредных выбросов в окружающую среду; o ускорение перевода машин и механизмов на использование более чистых источников энергии (солнечной, водородной, электрической); o повышение знаний инженеров и обслуживающего персонала в области триботехники, а также взаимосвязи триботехнических показателей с экономикой и экологией.

Проблемы технического обновления различных отраслей машиностроения

Ушедший в историю 20 век не освободил механиков от многолетних и не всегда успешных поисков путей обновления морально и физически устаревшего, изношенного оборудования, ставшего во многих отраслях машиностроения основной причиной снижения эффективности и ресурса работы.

Любое обновление устаревшего оборудования затрагивает три главнейших аспекта: конструктивный, металловедческий и триботехнический – по причине их технологической связи. Причем триботехнический аспект в общей системе обновления устаревшего оборудования не менее значим и так же сложен, как и два других. Это касается различных видов механического изнашивания: абразивного, гидроабразивного, ударноабразивного в условиях трения скольжения, качения, удара по абразиву и металлу с охлаждением при низких температурах всухую, а также при наличии смазочного материала.

Если анализировать многочисленные экспериментальные данные, убедительно свидетельствующие о сложности проблемы обновления устаревшего оборудования и инструмента путем комплексного подхода к ее решению, то очевидным становится то, что триботехнические, а также металловедческие аспекты в ней или трудно решаемы, или требуют новых научных и технологических решений.
Такая ситуация характерна для подавляющего большинства различных отраслей машиностроения. Поиск таких решений уже ведется.

Необходимо добавить, что организационная сторона обновления оборудования стала не менее значима, чем научная. Организационная сторона проблемы в условиях рыночной экономики усложняется отсутствием единого координирующего центра, способного объединить усилия ведущих научных коллективов на наиболее приоритетных направлениях с возможностью контролировать и выверять значимость получаемых результатов по конечной поставленной цели применительно к определенным отраслям машиностроения. В настоящее время имеет место разобщенность, несогласованность и несопоставимость выполняемых исследований отдельными учеными и даже организациями по причине неудовлетворительной взаимной информированности и недостатка творческого общения; резко сократилась журнальная информация, а малочисленность вузовской аспирантуры привела к невозможности решать фундаментальные задачи металловедения, триботехники, технологии машиностроения по причине острого дефицита не только денежных средств, научных и технических кадров, но и устаревшей или вообще полностью отсутствующей в ВУЗах испытательной базы. В настоящее время ВУЗы, несмотря на имеющиеся конструкторские возможности, не могут предложить новые изделия в готовом виде даже для опытных испытаний в натурных условиях.

Такова действительность, не учитывать которую при решении столь важной проблемы нельзя, но искать возможные решения необходимо, если учесть, что в большом комплексном перечне проблем, которые необходимо решить для дальнейшего развития технического прогресса, обновление морально и физически устаревшего оборудования всегда будет стоять в ряду первоочередных задач.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: сочинение 5 класс, источники реферат, оформление доклада.

Триботехника – наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазки машин. В некоторых странах, в том числе и России, вместо термина триботехника употребляют термины трибология и трибоника.

Содержание работы

Файлы: 1 файл

Содержание.docx

1. Основные понятия . . . 2-3

2. История развития триботехники . . . 4-7

4. Перспективы развития триботехники . . 11

5. Список литературы . . . 12
1. Основные понятия

Необходимо также дать пояснения некоторых терминов, которые будут наиболее часто встречаться в тексте.

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

Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износ – результат изнашивания, определяемый в установленных единицах.

Смазка – действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсивность изнашивания.

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.

Антифрикционные материалы – материалы, используемые для работы в несущих или направляющих узлах трения (подшипниках скольжения, радиальных и торцовых уплотнениях).

Фрикционные материалы – материалы, предназначенные или используемые для работы в узлах трения, передающих или рассеивающих кинетическую энергию движущихся масс (в тормозах, муфтах, сцеплениях, демпферах, вариаторах и др.).

Присадка – вещество, добавляемое к смазочному материалу для придания ему новых свойств или усиления существующих.

Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

2. История развития триботехники

Первые попытки осмыслить природу трения были сделаны Аристотелем. Опираясь на наблюдаемые факты, он отмечал, что любое, в том числе равномерное, перемещение реальных тел в горизонтальной плоскости всегда встречает внешнее сопротивление, причем это сопротивление зависит от веса тела.

Значительный вклад в изучение причин трения внес Леонардо да Винчи. Обосновывая невозможность создания вечного двигателя, одной из причин этого он считал трение. Леонардо да Винчи впервые ввел понятие коэффициента трения, показал, что сила трения зависит от материала соприкасающихся поверхностей, от качества их обработки, прямо пропорциональна нагрузке и может быть уменьшена путем установки роликов или введения смазки между поверхностями трения. Он является изобретателем роликового и шарикового подшипников.

Открытие Галилеем в конце XVI века закона инерции и понятия о массе тела позволило четко разграничить сопротивление движению, вызываемое инерцией и возникающее лишь при изменении скорости, от сопротивления внешней среды, которое имеется и при постоянной скорости и вызвано силами внешнего трения.

В 1699 г. француз Амонтон впервые сформулировал знаменитый эмпирический закон линейной зависимости силы трения от нагрузки:

где f - коэффициент трения;

N - нормальная к плоскости трения нагрузка.

Высказанная Амонтоном идея, объясняющая природу трения, как подъем одного тела по неровностям другого разделялась многими крупными ученными вплоть до конца XVIII в.

Большую роль в дальнейшем развитии представлений о трении сыграл Л. Эйлер, первый убедительно объяснивший (в 1750 г.) причину того факта, что сопротивление при переходе от состояния покоя к относительному движению всегда больше, чем сопротивление скольжению при тех же условиях.

Создателем науки о трении по праву считается великий французский ученый Шарль Кулон. В своем труде "Теория простых машин" (1781 г.) он охватил основные аспекты трения: сопротивление скольжению, сопротивление качению и сопротивление страгиванию.

При исследовании трения скольжения различных металлов, минералов и сортов дерева Кулон обобщил закон Амонтона, показав, что часть силы трения не завист или слабо зависит от нагрузки:

где А - часть силы трения, зависящая от "сцепляемости" поверхностей трения и площади касания.

Кулон был первым, кто понял, что трение обусловлено множеством факторов (нагрузкой, скоростью скольжения, материалом трущихся деталей, шероховатостью их поверхностей и др.). Исследуя трение качения, Кулон впервые вывел формулу сопротивления перекатыванию:

где - коэффициент трения качения, имеющий размерность длины;

N - вес свободно катящегося цилиндра радиусом r.

Эта классическая формула используется и сейчас, хотя предпринимались многочисленные попытки ее опровергнуть. Несмотря на фундаментальный вклад Кулона в теорию трения, он игнорировал энергетический и тепловой аспекты этого явления, без которых механизм трения понять невозможно.

Первым ученым, доказавшим, что механическая энергия при трении не исчезает, а превращается в тепло, был англичанин Бенжамин Томпсон (1798 г.). Наблюдая за сверление пушечных стволов, он пришел к выводу, что сильный нагрев заготовок есть прямой результат перехода подводимой к сверлу механической энергии в тепловую вследствие интенсивного трения инструмента о металл.

Дальнейший вклад в энергетические аспекты теории трения был сделан Майером (1842 г.), Джоулем (1843 г.), Гельмгольцем (1847 г.). Тогда же ( в середине XIX в.) были высказаны и первые предположения об адгезионной природе трения (адгезия - сцепление, слипание поверхностей прижатых друг к другу тел). Исследование роли адгезионных связей в трении получило дальнейшее развитие в различных физических теориях трения в 30-40-х годах XX в. (советские ученые В.Д. Кузнецов, Б.В. Дерягин, англичанин Д.А. Томлинсон и др.). В течение многих лет выдвигались и обосновывались различные гипотезы и модели трения. Однако оказалось, что познать в известном смысле сложную и сверхсложную систему (явление) -- это значит разумно упростить ее, сохраняя все необходимые и достаточные факторы.

Таким выдающимся упрощением явилась модель дискретного контактирования твердых тел при трении и гипотеза о двойственной природе фрикционного контакта твердых тел. В 50-60-х годах XX в. И.В. Крагельским, Ф. Боуденом и Д. Тейбором на основе этой модели была создана современная молекулярно-механическая теория трения. На сегодняшний день важнейшим итогом развития этой теории является четкая картина процессов трения и износа твердых тел, охватывающая физические (включая механические) и химические сопутствующие явления.

Анализ предложенных модели и гипотезы позволил И.В. Крагельскому сформулировать и рассмотреть три последовательных и взаимосвязанных этапа процесса трения, а именно:

- взаимодействие поверхностей с учетом влияния среды взаимодействия;

- изменение поверхностных слоев в результате взаимодействия;

- разрушение поверхностей вследствие двух предыдущих этапов.

Эта знаменитая триада И.В. Крагельского легла в основу многих последующих трибологических моделей при решении отдельных частных задач.

Согласно молекулярно-механической теории процесс трения представляется, как результат двух взаимосвязанных процессов: деформации контактирующих микронеровностей и молекулярного взаимодействия материалов на пятнах фактического контакта.

Силы молекулярного взаимодействия, развивающиеся в зоне фактического контакта, оказывают сопротивление взаимному перемещению поверхностей и тем самым влияют на силу трения. Согласно молекулярно-механической теории трения суммарный коэффициент трения равен

f = F/N = (Fм + Fд)/N = fм + fд ,

где F - суммарная сила трения;

N - нормальная нагрузка;

Fм - молекулярная (адгезионная) составляющая силы трения;

Fд - механическая (деформационная) составляющая силы трения;

fм- молекулярная (адгезионная) составляющая коэффициента трения;

fд - механическая (деформационная) составляющая коэффициента трения.

Измененный тонкий поверхностный слой испытывает очень большие деформации, его свойства в сочетании с объемными свойствами определяют износостойкость и сдвиговые сопротивления.

3. Этапы развития триботехники в России

Триботехника, как и другие науки, непрерывно развивается. Этапы ее развития связаны с созданием корабельной техники, металлообрабатывающей промышленности, железнодорожного транспорта, автомобильной промышленности, авиации и космонавтики.

Крупный вклад в науку о трении внес Л. Эйлер. Выведенные им зависимости о трении гибкой нерастяжимой нити, перекинутой через шкив, до сих пор применяют во всем мире при расчете сил трения в элементах с гибкой связью.

Мировую известность получили работы Н. П. Петрова по теории смазки подшипников. Над проблемой смазки работали Н. Е. Жуковский и С. А. Чаплыгин, математически разработавшие вопрос о теории смазочного слоя (за границей над гидродинамической теорией смазки работали О. Рейнольдс, А. Кингсбери, Герси и др.).

Следует отметить, что в 1880-1881 годах Д. И. Менделеев разработал научные основы производства смазочных масел из мазута тяжелых кавказских нефтей.

В период развития индустрии в России широко развернулись работы в области триботехники. Большое влияние на развитие представлений о молекулярном механизме процессы внешнего трения оказали работы Б. В. Дерягина, предложившего в 1934 году свой вариант двучленного закона трения. Теория Б. В. Дерягина оказала большое влияние на все последующие попытки создания теории в любой современной теории по трибологии.

Весьма перспективна возможность значительного улучшения фрикционно-износных характеристик некоторых пар трения при граничной смазке за счет реализации эффекта избирательного переноса, открытого Д. Н. Гаркуновым и И. В. Крагельским в 1965 году. Следует отметить еще две работы отечественных трибологов, также удостоенных дипломами за открытия: эффекта аномально низкого трения при бомбардировке ядрами гелия некоторых материалов (А. А. Силин, М. А. Тальрозе, Е. А. Духовский и др.) и явления водородного изнашивания (А. А. Поляков, Д. Н. Гаркунов).

Читайте также: