Введение к работе
Актуальность работы. Известно, что на скорость и характер изнашивания трущихся материалов существенное влияние оказывает температура фрикционного контакта, так как с повышением температуры интенсифицируются процессы разрушения поверхностного слоя трущихся элементов Поэтому в первую очередь интерес представляет изучение распределения высоких температур по зоне трения Сложность определения температур в зоне трения обусловлена невозможностью применения измерительных преобразователей без нарушения режима работы трибопары, поэтому в настоящее время для измерения температур непосредственно в зоне трения применяют метод естественной термопары Существенный вклад в развитие термоэлектрического метода измерения температур в зоне трения внесли Ф Боуден, К Ридлер, Д Тейбор, И В Крагельский, С Н Постников, А И Свириденок и др Однако этот метод позволяет определить только температуру, усредненную по зоне трения
Температурное поле в зоне трения носит случайный характер, так как источниками нагрева являются микронеровности на поверхностях трущихся элементов, которые имеют различную микрогеометрию и твердость, и поэтому зона трения не может характеризоваться каким-нибудь одним значением температуры Большую сложность при измерении максимальных температур вносит кратковременность температурных вспышек При высоком качестве обработки поверхности плотность расположения микронеровносгей чрезвычайно высока (на 1 мм2 приходится 106 - 107 микронеровностей) Если предположить, что из указанных микронеровностей одновременно контактируют 0,01-0,1 %, то и при этом одновременно в контакт вступают 100-1000 микронеровностей на 1 мм2 При указанной плотности расположения микронеровностей длительность существования температурной вспышки составляет 10"7 —10 секунды (при скорости трения 10 м/с) Случайный характер расположения микронеровностей в совокупности с неоднородно-стями свойств поверхностного слоя, в частности, твердости и микродефектов структуры, приводит к тому, что распределение температур по микронеровностям также является случайным
Поэтому характеризовать температуру поверхностей трения, в том числе возникновение на малых локальных площадках зоны трения высоких температур, можно только на основе вероятностных характеристик распределения температур по зоне трения Вследствие этого анализ температурного поля в зоне трения должен проводиться на основе вероятностного описания свойств материалов трущихся элементов и их поверхностей, а также взаимодействия последних друг с другом в процессе трения Решению этой задачи и посвящена диссертационная работа
Актуальность работы подтверждается ее включением в тематический план НИР «Разработка научной базы для технологий триботехнических испытаний и диагностики электрическими методами» при поддержке Рособразования
Объект исследования: зона сухого трения электропроводящих тел
Предмет исследований: температурное поле в зоне сухого трения электропроводящих тел
Целью диссертационной работы является разработка термоэлектрического метода контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения, позволяющего повысить достоверность контроля максимальных температур
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи
1) провести теоретический анализ особенностей метода естественной термопары при контроле температур в зоне сухого трения, с учетом многоточечное контакта в зоне трения, малой длительности существования единичных микроконтактов и термоэлектрической неоднородности материалов пар трения,
разработать методику определения объемной (усредненной по некоторому об му) термоэлектрической способности (ТЭС) материалов,
разработать методику определения поверхностной ТЭС материалов,
разработать устройство для измерения поверхностной термоэлектрической с собности электропроводящих материалов,
разработать методику определения вероятности появления в зоне трения темп тур, превосходящих заданный предел, на основе предварительного исследования тер электрической неоднородности элементов пары трения,
разработать экспериментальную установку для апробации термоэлектрическ метода контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической нео родности материалов трибосопряжения
Методы и средства исследования. В работе используются методы анализа экв лентных электрических схем при исследовании процессов контактирования микроне ностей в зоне трения, вероятностного, численного, корреляционного и регрессионн анализов и цифровой обработки сигналов
Экспериментальные исследования проводились с использованием современ средств измерения и на оригинальных установках, выполненных с использован средств вычислительной техники
Положения, выносимые на защиту:
метод определения поверхностной ТЭС материалов,
методика определения вероятности появления в зоне трения температур, прево дящих заданный предел, на основе предварительного исследования термоэлектричес неоднородности элементов пары трения,
принцип действия устройства для измерения термоэлектрической способности верхностных слоев материалов, предусматривающего использование электронного бл управления ключами и цифровой обработки сигналов
Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в том, что
разработана модель распределения температурного поля в приповерхностной ласти материала, основанная на взаимодействии электрического и теплового поле учетом распределения плотности электрического тока при электроимпульсном лок ном нагреве,
разработан метод определения поверхностной ТЭС электропроводящих матери-основанный на использовании электроимпульсного токового нагрева локальной зон учетом распределения температурного поля в приповерхностной области материала,
разработана методика определения вероятности появления в зоне трения темп тур, превосходящих заданный предел, включающая в себя методики определения об ной и поверхностной ТЭС материалов и алгоритм расчета закона распределения коэф циент преобразования (КП) естественной термопары методом композиции законов пределения ТЭС материалов трибосопряжения,
предложен алгоритм определения термоэлектрической способности поверхност слоев материалов, основанный на анализе переходных тепловых процессов, получен с помощью устройства для измерения ТЭС поверхностных слоев материалов
Практическая ценность результатов работы заключается в следующем
1) Разработан термоэлектрический метод контроля температур в зоне сухого тр с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения,
2)Предложено термоэлектрическое устройство контроля термоэлектрической собности поверхностных слоев материалов, основанное на методе электроимпульс теплопередачи, защищенное Патентом РФ № 2306553,
3) Предложено термоэлектроимпульсное устройство контроля термоэлектричес способности поверхностных слоев материалов, основанное на методе электроимпу ной теплопередачи, защищенное Патентом РФ №2307345
Результаты диссертационного исследования и указанные устройства используются для проведения научно-исследовательских работ сотрудников, аспирантов и студентов ОрелГТУ
Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на 4 Международных конференциях и семинарах
Международный научный симпозиум «Гидродинамическая теория смазки - 120 лет», Орел, 2006 г
Международная 5-я научно-практическая конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», Москва, 2006 г,
Международная школа-семинар молодых ученых «Проблемы экономики и менеджмента качества», Тамбов, 2006 г,
Шестая международная научно-техническая конференция «Чкаловские чтения», Егорьевск, 2007 г
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе два патента РФ
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 200 страницах машинописного текста, иллюстрируется 66 рисунками (в том числе 17 в приложении), 65 таблицами (в том числе 37 в приложении), состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 137 наименований
