Основи триботехники 1

Основні поняття триботехники

Сполученими або контактують називають дотичні безпосередньо або через шар мастильного матеріалу поверхні взаємодіючих деталей.

Вивченням процесів взаємодії контактуючих поверхонь при їх відносному переміщенні займається наука, що одержала назву триботехника (від грец. Tribos - терти).
Основна мета цього вивчення - знаходження шляхів зниження тертя і зношування.

Відомо, що до 90% машин виходять з ладу через зношування поверхонь тертя деталей. В машинах істотна частина енергії втрачається на подолання тертя (наприклад, в автомобілях - до 50%).
Одним з основних понять триботехники є зовнішнє тертя - явище опору відносному переміщенню, що виникає між двома тілами в зонах дотику поверхонь і супроводжується розсіюванням енергії.

Контакт поверхні деталей має вигляд плям, зумовлених нерівностями цих поверхонь: відхиленням форми, хвилястістю, шорсткістю. Тому фактична площа контакту в десятки разів меншою за номінальну (геометричній).

Взаємодія контактуючих тіл характеризується механічними, теплофізичними, фізико-хімічними та електромеханічними процесами, що супроводжуються зношуванням деталей. В результаті взаємодії з навколишнім середовищем, що труться деталей покриваються різними окисними плівками, які при стиранні швидко відновлюються. Наявність поверхневих плівок зменшує силу тертя.

За наявністю відносного руху між контактуючими деталями розрізняють:
тертя спокою - тертя двох тіл при мікросмещеній (наприклад, за рахунок їх деформації) до переходу до відносного руху;
тертя руху - тертя тіл, що знаходяться у відносному русі.

Тертю спокою притаманні фреттинг-корозія і окисне зношування. які характерні для деталей з'єднань машин (з'єднань з натягом, різьбові, шліцьові, шпонкові).

Зношування від фреттинг-корозії відбувається в з'єднаннях на невеликих постійно контактують поверхнях в умовах їх коливальних тангенціальних мікролюфтов або пружних деформацій. Циклічні мікросмещеній виступів мікронерівностей призводять до їх втоми і обламування. Залишаючись в зоні контакту і перетворюючись в абразивні частинки, вони виробляють мікрорізання, утворюючи дрібні поглиблення і продукти корозії у вигляді порошку від світло-до темно-коричневого кольору.
Підвищення твердості контактуючих поверхонь, збільшення натягу в з'єднанні знижують зношування від фреттинг-корозії.

При окислювальному зношуванні контактують деталі вступають в хімічну взаємодію з навколишнім середовищем (наприклад, повітрям). що призводить до розвитку корозії і механічного зношування.

За характером відносного руху розрізняють тертя ковзання і тертя кочення.
Тертя руху, при якому швидкості тіл в точці дотику різні за величиною або напрямку, називають тертям ковзання. У разі рівного розподілу швидкостей в точках торкання по величині й напрямку тертя руху називають тертям кочення.

Такі деталі, як диски фрикційних муфт, різьбова пара ковзання гвинт-гайка, гальмівні колодки і т. Д. Які працюють в умовах тертя ковзання, схильні до контактного схоплюванню, водневого і абразивного зношування.

Водневе зношування пов'язане з виділенням водню при терті контактуючих тіл і розкладанні води, нафтопродуктів або деструкції пластмас. Присутність водню призводить до крихкості поверхонь контакту деталей, появи дрібних тріщин і утворення дрібнодисперсного порошку матеріалу.

Динамічні та кінематичні складові триботехники

Зовнішнє тертя характеризується силою тертя - силою опору при відносному переміщенні одного тіла по поверхні іншого тіла під дією зовнішньої сили. Сила тертя спрямована по дотичній до спільного кордону між тілами.

Параметрами навантаження сполучених поверхонь є тиск q. припадає на одиницю площі, а при відсутності взаємних переміщень - напруга зминання σсм.

Основним кинематическим параметром є швидкість ковзання v. т. е. швидкість руху точки однієї з сполучених поверхонь щодо збігається з нею точки іншій поверхні.

Для кількісної оцінки зношування і його результату - зносу використовують такі показники, як інтенсивність зношування і граничний знос.

Інтенсивністю зношування J називають відношення товщини шару h. знятого в результаті зношування, до шляху тертя S (переміщення точки, в якій визначається знос, щодо сполученої поверхні):

Під граничним зносом деталі або вузла розуміють такий знос, після досягнення якого подальша експлуатація виробу неекономічна або неприпустима.

Практично безизносності труться пари з малим коефіцієнтом тертя можна отримати, реалізуючи в вузлі рідинну мастило або використовуючи явище виборчого перенесення.

При рідинної мастилі поверхні деталей повністю розділені рідким мастильним матеріалом (шаром масла). Деталі безпосередньо не торкаються один одного поверхнями і не зношуються. Коефіцієнт тертя при цьому визначається в'язким тертям рідини і малий за величиною (f = 0,005). Режим рідинного змащення реалізують в підшипниках ковзання, наприклад, у вкладишах колінчастого вала двигунів.

Виборчий перенесення - фізико-хімічний процес утворення і автоматичної підтримки на поверхні тертя захисної металевої плівки, що значно знижує коефіцієнт тертя і знос.
Плівкоутворювальним матеріалом є, наприклад, мідь і її сплави (бронза, латунь). З цих матеріалів може бути виготовлена ​​одна з деталей пари тертя або пленкообразующая присадка мастильного матеріалу, наприклад, мідний порошок.

Після початкового освіти на поверхнях деталей захисної плівки встановлюється режим виборчого перенесення, т. Е. У разі зношування або порушення цілісності плівки відбувається автоматичне її відновлення.

Явище виборчого перенесення успішно використовують у вузлах тертя, що працюють в екстремальних умовах: у вакуумі, в агресивних середовищах хімічної промисловості.

В даний час триботехнике приділяється велика увага, так як для багатьох машин витрати на ремонт у зв'язку зі зношуванням деталей за період їх роботи в кілька разів перевищує вартість нової машини.