Происходит преобразование механической энергии в тепловую, около 30% всей вырабатываемой энергии расходуется на преодоление трения

Вид материала

Документы

Содержание Избирательный перенос Эффект Ребиндера Водородное изнашивание Водородное изнашивание Эрозионно-механическое изнашивание Изнашивание при фреттинг коррозии Факторы, влияющие на характер и интенсивность Эксплуатационные факторы Конструктивные факторы Технологические факторы Субъективные особенности оператора Влияние температуры поверхности трения на изнашивании Влияние скорости относительного перемещения и нагрузки

Подобный материал:

• «Использование экологически чистых источников энергии», 172.37kb.
• Основы возобновляемой энергетики – Лекция, 456.25kb.
• Сверхъединичные теплогенераторы – блеф или реальность?, 276.71kb.
• Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую, 55.07kb.
• 1. Основные понятия и обозначения электрических величин и элементов электрических цепей., 277.03kb.
• О тарифах на тепловую энергию и услуги по передаче тепловой энергии для потребителей, 196.87kb.
• Рабочей программы дисциплины Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (наименование), 32.41kb.
• Калугина Светлана Владимировна Моделирование систем хранения с целью уменьшения потребления, 400.87kb.
• Расчет сложных цепей постоянного тока, 93.75kb.
• Острова в океане темной энергии игорь Караченцев и Артур Чернин, 154.11kb.

Избирательный перенос

Избирательный перенос – вид молекулярно механического изнашивания. – вид контактного взаимодействия контакта при трении который возникает в результате протекания на поверхности комплекса механо-физико-химических процессов, приводящих к снижению трения и автокомпенсации износа. Впервые был открыт Крагельским при трении медных сплавов о сталь в условиях граничной смазки.

В условиях избирательного переноса сопротивление относительно перемещения поверхности обусловлено молекулярной составляющей силы трения.

Образуется сервовитная пленка в ней реализуется реализонно дифузионно вакансионный механизм деформации. Он протекает без накопления дефектов характерных для усталостного изнашивания. Сервалитная пленка образуется в зоне трения в результате электрохимических процессов развивающихся при трении в системе сталь смазочные материал и медный сплав. Ее мы можем рассматривать как гальванический элемент. Электрохимические процессы возникающие при трении приводят к резкому изменению структуры поверхостных слоев материалов. В результате этих процессов в поверхностном слое меде зарождается большое число вакансий и дислокаций, которое проводит к образованию в зоне контакта рыхлой медной суспензией. Она обладает высокой пластичностью и малыми сдвигами сопротивления.

Из-за наличия сил молекулярного взаимодействия и схватывания в процессе трения сервалитная пленка переносится на стальную поверхность. Это способствует сглаживанию шероховатостей и заполнению микронеровностей. Т.о. образуется защитный слой, при этом в 100 раз возрастает площадь фактического контакта и приближается к номинальной площади фактического контакта. Рыхлая структура сервалитной пленки обеспечивает диффузионно-вакансионный механизм сдвига, при котором деформация пленки в процессе трения происходит без накопления остаточных напряжений и дефектов. Поэтому коэффициент трения уменьшается до значения, характерных процессов трения со смазочным материалом, усталостное изменение структуры материала исключается.

При избирательном переносе реализуется право положительно коэффициента механических свойств материала по нормали поверхности трения. ИП обеспечивает безызностную работу сопряжения вследствие эффекта автокомпенсации износа. Эффект автокомпенсации износа заключается в том что частицы износа не выходят из зоны трения а взаимодействуют со смазочным материалом, образуя суспензию, покрывающую рабочую поверхность. В условиях интенсивного износа линейная интенсивность изнашивания составляет 10^-12.

Для реализации избирательного переноса нам необходимо наличие в смазочной среде поверхностно активных веществ (их вводят в качестве присадок). Молекулы характеризуются тем, что под действием молекулярных сил они могу адсорбироваться по поверхности. ПАВы вызывают явления пластифицирования в результате взаимодействия с металлами.

Эффект Ребиндера заключается в снижении прочности разрыхления поверхности твердого тела и облегчения деформации под влиянием адсорбции поверхностно активных веществ.

Сопоставляя процессы которые проходят в условии избирательного переноса и процессы, происходящие при обычном трении можно отметить, что в обыных процессах трения схватывание является вредным разрушительным явлением, то при избирательном переносе в сопряжениях в сочетании с автокомпенсацией износа схватывание обеспечивает перенос более мягкого материала (меда) на более твердую стальную поверхность, схватывание создает условие безызносности. Вследствие разрыхления поверхности металла и создания сервалитной пленки, схватывание не вызывает увеличения силы трения и не вызывает повреждения рабочих поверхностей. При обычном трении смазочный материал рассматривается как защитный слой по отношении к твердым поверхностям, при избирательном переносе – выполняет роль разрыхляющей среды превращающей верхние слои в квазиожидкое состояние.

При обычном трении при высоких давлений и температур поверхностные слои материала приближаются к аморфному состоянию из-за пластических деформаций, при избирательном переносе поверхностные слои сохраняют кристаллическую структуру.

Эффект избирательного переноса реализуется не только в паре медь-сталь но и в паре пластмасса сталь, сталь-сталь, алюминий-чугун. Для созданий условий избирательного переноса в узлах трения применяют жидкие и пластичные смазочные материалы, обеспечивающее возникновение сервалитной пленки, платинируют один из элементов сопряжения, используют мелаталлблокирующие смазочные материалы для пары сталь-сталь, используют композиционные материалы, используют пластмассы с наполнителем Сu₂О.


Водородное изнашивание

Водородное изнашивание - процесс разрушения металлического элемента пары трения вследствие поглощения металлом водорода.

Водород попадает в металл при выплавке, в ходе гальванических процессов, в ходе смазывания, в результате коррозии, физико-химической обработки. В узлах трения в процессе работы всегда выделяется водород. В зоне контакта в условиях повышенных температур смазочные материалы, пластмассы и другие углеводороды всегда выделяют водород. Водород концентрируется в нагретых местах, и в процессе трения он концентрируется в поверхностных слоях. Часть водорода просачивается в пространственные дефекты металла, в зародышах микротрещин, протоны водорода постепенно образуют молекулы.

При образовании молекул водорода наблюдается распирающее действие (поверхность водорода распирает поверхность в месте дефекта). Происходит охрупчивание металла и разрушение поверхности.

Водородное изнашивание – сопутствующий вид изнашивание, и проявляется в той или иной степени практически во всех узлах трения, водородному изнашиванию подвержены детали из стали, чугуна, титана и ряда других металлических материалов. Наблюдается интификация процессов водородного изнашивания, следовательно, изнашивается техника быстрее. Дл я снижения негативного воздействия водородного износа необходимо по возможности исключить из состава узлов трения те пластмассы и смазочные материалы, которые склонны к интенсивному выделению водорода. Для этого в смазочные материалы вводят соединения кремния и органические соединения, содержащие хлор эти соединения связывают водород в металле в безвредное химическое соединение.

Мы можем снизить проникновение водорода в поверхностные слои если изменить температуру поверхности до 50-60^оС, также создать определенный электрический потенциал.

Также проводят химикотермическую обработку металла, удаляют водород из металла, нагреваю и выдерживают при температуре 250^оС.


ЛЕКЦИЯ


Эрозионно-механическое изнашивание

Характерным процессом трения материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой. При этом виде изнашивания на поверхности трения образуются менее простые химические соединения, которые в процессе работы удаляются с поверхности износа. К эрозионно-механическому изнашиванию относится, согласно ГОСТу, окислительное изнашивание

Окислительное – это изнашивание при котором основное влияние на разрушение поверхности оказывает взаимодействие материала с кислородом воздуха.

Скорость относительного окислительного изнашивания не велика 0,05..0.1 мкм/ч.


Изнашивание при фреттинг коррозии

Это коррозионно-механическое изнашивание тел при малых колебательных относительных перемещениях. Изнашивание при фретинге и при фреттинг коррозии обычно происходит с нагревом валов муфтами на опорных поверхностях пружин, на опорах двигателя и редуктора

Необходимые условия возникновения фреттинг коррозии являются относительное проскальзывание сопряженных поверхностей, которое вызывается вибрацией, возвратно-поступательным перемещением, периодическим изгибом или скручиванием сопряженных деталей.

Фреттинг процесс сопровождается схватыванием, окислением, коррозией и усталостным разрушением микрообъема. В результате фреттинг коррозии усталостная прочность поверхности уменьшается в 3-6 раз, на поверхностях детали в местах сопряжений образуются натиры, налипания металла, вырывы, раковины и поверхностные микротрещины. При фреттинг коррозии в отличие от других видов изнашивания, продукты износа не могут выйти из зоны контакта рабочих поверхностей деталей.

Изнашивание при фреттинг коррозии влечет за собой нарушение размерной точности соединения. Это наблюдается тогда, когда часть продуктов изнашивания уходит из зоны контакта.

Если наблюдается заедание и заклинивание, то продукты износа не уходят из зоны трения. Для фреттинг коррозии характерно малые скорости относительного перемещения поверхности (3мм/с) и путь порядка 0.025 мм. Путь эквивалентен амплитуде колебаний при частоте до 30 Гц. Для фреттинг коррозии характерно локализация повреждений поверхности на площадках действительного контакта вследствие малых относительных смещений.

Активное окисление и интенсификация и повреждение поверхностей под действием кислорода воздуха. Смазочные материалы не обеспечивают интенсивной защиты поверхностей от фреттинг коррозии.

Для снижения интенсивности используют пластичные смазочные материалы, те материалы защитные свойства которых определяются их чувствительностью к сдвигу.

Обычно рекомендуют разбавлять пластичные смазочные материалы жидкими (смазочными маслами или использовать загустителями доводить вязкость смазочного материала до нужной консистенции).

С уменьшением частоты обработки поверхности, износостойкость данной поверхности в условии фреттинг коррозии и присутствии смазочного материала повышается.

Если материал имеет низкую твердость, то с увеличением шероховатости износ возрастает. Поэтому оптимум шероховатости зависит от соотношения материалов детали, наличия смазочного материала, режимов работы сопряжения. Для предотвращения изнашивания при фреттинг коррозии широко используют метод подбора пар коррозионно стойких материалов контактирующих деталей.


ЛЕКЦИЯ


Факторы, влияющие на характер и интенсивность

изнашивания элементов машин

Изнашивание машин представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов и обусловлено различными по своей природе факторами. Для выявления полной совокупности факторов рассматривают систему: механизм – оператор – внешняя среда – режим работы – эксплуатационные воздействия. Под механизмом рассматривают или машину в целом или сборочную единицу или сопряжение в зависимости от цели исследования.

И = φ (Э,К,Т,О).

• Эксплуатационные факторы: характер производимых работ, режим использования механизма, виды и периодичность технических управляющих воздействий, климатические условия работы механизма, состояние смазочных материалов и рабочих жидкостей, состояние фильтрующих и уплотнительных элементов. Наиболее важные характер и режим. От этих факторов зависит температурный режим, нагрузочный и скоростной режим в котором работают детали сопряжений.
  
• Управляющее воздействие которое проводится в процессе технического обслуживания: регулировочные, крепежные и смазочные операции позволяют значительно снизить отрицательное влияние агрессивных компонентов внешней среды и внутренних процессов. От содержания и периодичности проведения технического обслуживания машин во многом зависит интенсивность изнашивания машин.
  
• Конструктивные факторы: вид трения рабочей поверхности, характер нагружения, концентрация напряжений, наличие защитных покрытий, наличие компенсаторов износа, кинематика и динамика работы механизма и соотношение материалов деталей сопряжения. Важнейшими конструктивными факторами являются кинематика и динамика. От кинематики зависит вид трения и условия изнашивания. Динамика определяет характер нагружения, формирование полей внутреннего напряжения деталей. Соотношение материалов деталей сопряжения оказывают решающее влияние на фрикционное взаимодействие и как следствие долговечность машин.
  
• Технологические факторы: структура поверхностного слоя металла, метод обработки поверхности, наличие остаточных напряжений, качество сборки сопряжений, наличие технологических сопряжений, картер и емкость машин, показатели микрогеометрии поверхности трения. Основными являются методы обработки поверхности и качество сборки сопряжений. От методов обработки определяют структуру материала их физико-механические свойства, наличие остаточных напряжений и микрогеометрию поверхности трения. От качества сборки сопряжения зависит размерная точность механизма и количество технологических загрязнений в картере двигателя, коробки переключения передач, балансиров, редукторов в баках гидросистемы.
  
• Субъективные особенности оператора: уровень профессиональной подготовки, квалификацию, андрогенетические и психометрические данные (частота включения выключения механизма, быстрота реакции и уставаемость).
  

Все факторы могут быть выражены в количественной форме в виде показателей.

И = φ ([V,P,t_ср,w_a,w,E]; [x,y,x,f_тр,a,A_н,A_ф,λ,t,c,h,R]) – конструктивные θ,S,HB,R – технологические.

m, τ – человеческие.


Влияние температуры поверхности трения на изнашивании

От температурного режима работы сопряжения зависит интенсивность изнашивания деталей. Часть энергии которая образуется в процессе трения расходуется на нагрев. Температура поверхности трения обусловлена конструкцией сопряжения: схема фрикционного контакта; режимом работы механизма; состоянием и нагревом смазочного материала, а также температура окружающего воздуха.

U


T

При повышении температуры увеличивается интенсивность износа, т.к. изменяется структура кристаллической решетки (вакансии и т.д.), увеличивается подвижность атомов, образуются свободные узлы, которые способствуют охватыванию поверхности.


Влияние скорости относительного перемещения и нагрузки

см. адгезионное изнашивание


Влияние структуры материала и механизма поверхности

Структура и качество материала обеспечиваются на стадии производства.

Оптимальная износостойкость достигается совокупностью свойств:

1. физико-механические – высокое сопротивление сжатию, изгибу, значительные силы молекулярно-механического сцепления, большая твердость и вязкость при отсутствии хрупкости;
   
2. физические – большая теплопроводность и небольшие различия температуры, коэффициента расширения;
   
3. физико-химические – высокая насыщенность и равномерность микрораспределения микрорежущих компонентов, устойчивость против коррозии.
   

Всегда нужно соблюдать правило положительного градиента.


Влияние эксплуатационных факторов

1. Вид качества и количества смазочного материала;
   
2. Закаленность, которая характеризуется концентрацией абразивных частиц в окружающей среде, влажность среды;
   
3. периодичность и качество проведения технического обслуживания и ремонта.