Введение к работе
Актуальность работы. Одной из важнейших задач, стоящих перед отечественной промышленностью, является создание товарного машиностроения, выпускающего продукцию, которая отвечает требованиям качества и конкурентоспособна на мировом рынке. Для решения этой задачи требуется повышение динамического качества технологических машин, что в свою очередь базируется на результатах глубоких научных исследований.
В технологических машинах, в частности, в металлорежущих станках остаются не решенными проблемы обеспечения малых и реверсивных перемещений и исключения массопереноса в высоко-нагруженных контактных соединениях. Одной из основных причин указанных явлений является молекулярное взаимодействие между контактирующими поверхностями в высоконагруженных трибосоп-ряжениях. Оно проявляется в динамике контактных взаимодействий через последовательное формирование и разрыв адгезионных связей.
Важным вопросом при построении динамических моделей технологических машин является математическое описание взаимодействия подсистем в трибосопряжениях, т.е. представление оператора, отображающего динамическую характеристику процессов резания и трения. Для повышения достоверности расчетов при моделировании необходимо дифференцированное описание процессов трения с отказом от квазистатического представления.
Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные Д.В.Васильковым, В.Л.Вейцем, Б.В.Дерягиным, Т.Н.Лоладзе, Е.М.Макушком, А.П.Семеновым, В.Э.Хитриком, ВАШмаковым и др., показали, что между контактирующими поверхностями, особенно при малых относительных скоростях, происходит местная адгезия - возникают пятна схватывания. Указанное было исследовано применительно к процессам резания и трения в рамках нелинейной модели.
Уменьшение сил молекулярного взаимодействия в трибосоп-ряжении может быть достигнуто технологическими методами направленного формирования условий донорно-акцепторного взаимодействия между контактирующими поверхностями путем их модификации. В последнее время на основе данной методологии широкое распространение получили ряд новых технологий модификации поверхностного слоя материалов. Поскольку в парах трения имеет место, как правило, трение скольжения, представляют интерес технологии внедрения в смазочные материалы различных наномоди-фикаторов. Из всего многообразия применяемых на сегодняшний день модификаторов особого интереса заслуживают фуллереносо-
«ЇС НАЦИОНАЛЬНАЯ і
БИБЛИОТЕКА I
держащие материалы, формирующие в контактном соединении особые физико-механические и химические свойства, делающие их применение в триботехнике перспективным.
Применение новых технологий модификации трибосопряжений в станках требует проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований с целью повышения их динамических качеств. Постановка и решение данной проблемы безусловно является актуальной.
Цель работы - повышение динамического качества технологических машин посредством управления процессами трения в трибо-сопряжениях на основе использования модифицирующих смазывающих составов.
Для достижения данной цели поставлены и решены следующие задачи:
1. Модельное представление системы звеньев технологиче
ской машины при динамическом нагружении с учетом реологии в
контактном соединении.
-
Параметризация свойств реологических моделей трибосопряжений на основе кусочно-линейного описания их характеристик.
-
Разработка динамических моделей технологических машин различного класса с учетом реологии контактных взаимодействий в трибосопряжениях.
-
Получение критериальных характеристик адгезионной способности, которые определяют способность пары трения формировать во времени адгезионные связи при различных условиях контактных взаимодействий и при наличии наномодификаторов в трибосопряжений.
-
Разработка методик и алгоритмов определения реологических характеристик и параметров динамической модели на основе использования специальных расчетных методов и автоматизированных измерительных комплексов.
-
Прогнозирование возможности существования образующихся в поверхностных слоях материалов бинарных соединений на основе анализа конфигурационных моделей.
-
Выполнение комплекса экспериментальных исследований с целью обоснования правомерности полученных теоретических положений и выводов.
-
Разработка научно обоснованных технологических рекомендаций для промышленности
Научная новизна полученных в работе результатов заключается в:
реализации модельного представления системы звеньев технологической машины при динамическом нагружении с учетом реологии в контактных соединениях;
параметризации свойств реологических моделей трибосопряжении на основе кусочно-линейного описания их характеристик;
- разработанных динамических моделей кусочно-линейного
типа, в которой заложены функции переключения, учитывающие
физические условия контактных взаимодействий в трибосопряжении
применительно к различным технологическим машинам;
формировании динамической характеристики трения в трибосопряжении пары трения на основе молекулярно-механического представления о контактном взаимодействии в виде развитых реологических моделей с переключениями, которые реализуются в зависимости от силовых и кинематических характеристик движения;
прогнозировании возможности существования образующихся в поверхностных слоях пары трения бинарных соединений на основе анализа конфигурационных моделей материалов в трибосопряжении;
критериях адгезионной способности пары трения по формированию во времени адгезионных связей при различных условиях относительных перемещений с учетом трибологических особенностей наномодификаторов в трибосопряжении.
Практическая ценность выполненных разработок заключается в:
разработанных технологиях применения наномодификаторов в трибосопряжениях с целью повышения динамического качества станков;
алгоритмах и программах решения задач улучшения динамики станка, которые явились основой для формирования областей допустимых режимов в пространстве варьируемых параметров с учетом трибологических особенностей наномодификаторов в трибосопряжениях.
Достоверность полученных результатов подтверждается использованием разделов теорий резания, динамики сложных систем, трибологии; удовлетворительным совпадением результатов расчетов и экспериментов; положительным эффектом внедрения разработанных методик и предложенных рекомендаций в промышленных условиях.
Реализация в промышленности. Технологии внедрения наномодификаторов типа "Форсан" в трибосопряжениях нашли широкое применение в закрытых устройствах редукторного типа. К ним относятся коробки скоростей и подач металлорежущих станков, редукторы и различные передаточные устройства, а также различные насо-
сы, гидросистемы технологических машин и др. Они приняты к внедрению на ряде предприятий России.
Апробация работы. Научные результаты, представленные в диссертации, докладывались в интервале 2000-2004 г.г. на ряде научно-технических семинаров в СПбГТУ, СПбИМаш и др.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 17 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 259 страницах машинописного текста, содержит 109 рисунков, 26 таблиц, список литературы, включающий 155 наименований.
