Содержание к диссертации
Введение
1. Природа трения, износа, механизм смазочного действия. Обзор исследований избирательного переноса стр. 8
1.1. О природе трения и износа стр. 8
1.2. Функции и механизм действия смазочных материалов стр. 18
1.3. Избирательный перенос стр. 28
2. Приборы и методика экспериментального исследования стр. 46
2.1. Машина возвратно-поступательного трения czrp. 46
2.2. Стенд для испытания передач винт-гайка / СБГ / стр. 50
2.2.1. Устройство и технические характеристики.стр. 50
2.2.2. Контроль величины нагрузки на гайку. Методика градуировки стр. 55
2.2.3. Измерение коэффициента трения и ІОД передачи стр. 55
2.2.4. Контроль распределзния нагрузки по виткам резьбы гайки стр. 66
2.2.5. Методика измерения износа резьбы стр. 66
2.3. Прибор для исследования контактных свойств из-нашиваеннх тел / ДИП / стр. 66
2.3.1. Устройство и технические характеристики стр. 66
2.3.2. Градуировка узла измерения момента трения стр. 72
2.3.3. Градуировка узла измерения сближения стр.77
2.4. Метод скольяящего пучка рентгеновских лучей стр.79
3. Исследование физико-химических процессов под влиянием активных присадок в режиме избирательного переноса СТР. 85
3.1. Влияние продуктов превращения глицерина на трибологические свойства пар трения стр. 85
3.2. Исследование структурных изменений в поверх ностных слоях материалов при трении под вли янпем модельных присадок стр. 89
3.3, Исследование химических процессов в смазочной среде под воздействием присадок, возбуждающих ИП, и их влияние на параметры трения. Методика создания многокомпонентных присадок, инициирующих ИП стр. 100
3.4, Исследование триботехнических свойств Зк -присадки, возбуждающей режим избирательно- го переноса стр.109
4. Исследование контактных свойств пар трения применительно к режиму избирательного переноса стр.115
4.1. Исследование контактной жёсткости пар трения в процессе их изнашивания стр. 115
4.2. Влияние смазочных композиций, вызывающих избирательный перенос, на характер приработки и изменение контактных свойств партрения стр. 134
4.3. Влияние состояния и свойств контакта в режиме ИП на динамические характеристики пар трения стр. 156
4.4. Исследование граничном вязкости смазочной среды в режиме избирательного переноса стр.164
5. Количественные закономерности процесса избирательного переноса стр.189
5.1. Механизм избирательного переноси стр.189
5.2. Возможности оценки сил трения в режиме избира-рательного переноса с помощью значений энергии активации стр.198
6. Исследование работоспособности тяжелонагруженных передач в режиме избирательного переноса стр.207
6.1. Эксплуатационные условия тяжелонагруженных передач с большим уровнем скольжения и воможности реализации ИП стр.207
6.2. Исследование эффективности избирательного переноса Б передаче винт - гайка стр.211
6.3. Методика расчета на износ передачи винт-гайка., стр.220
6.3.1. Распределение нагрузки по виткам резьбы, стр.221
6.3.2. Изнашивание передачи винт-гайка. Методика расчета стр.226
6.3.3. Пример расчета на износ передачи винт-тайка стр.233
Общие выводы стр.242
Приложение стр.244
Литература стр.251
- Функции и механизм действия смазочных материалов
- Стенд для испытания передач винт-гайка / СБГ /
- Исследование структурных изменений в поверх ностных слоях материалов при трении под вли янпем модельных присадок
- Влияние смазочных композиций, вызывающих избирательный перенос, на характер приработки и изменение контактных свойств партрения
Функции и механизм действия смазочных материалов
В обширной области применения технических смазочных материалов QptitJ основное место отводится конструкционным, моторным и трансмиссионным смазочным материалам. Главными функциями этих материалов являются уменьшение потерь мощности от трения подвижных сопряжений машин механизмов, а также снижение их износа. Кроме того к смазочным материалам предъявляется множество специальных требований J soJ.
При внешнем трении твердых тел, как известно, большое влияние на величины сил трения и объём износа оказывают свойства и состояние смазочных слоев и приповерхностных слоев трущихся тел -отражающие состояние третьего тела. Граничные смазочные слои при этом будут оказывать большое влияние на состояние поверхностных слоев.
Известна классификация Сё J по которой все многообразие видов трения может быть заключено между ювенильным и гидродинамическим трением.
Если трение на подавляющем большинстве пятен касаюія для каждого данного момента времени протекает в одном и том же режиме, то в этом случае физическая сторона удельных составляющих сил трения однородна и процесс трения будет однороден. Однако существуют переходные, рубежные режимы трения, которые следует рассматривать, как качественно новые виды этого процесса, Таким гетерогенным процессом будет являться рубежный режим гидродинамического трения - переходный режим от граничного к гидродинамическому трению / рис. 2 /.
При увелйчении толщины слоя смазки ослабевает действие силового поля твердой фазы, при этом на значительном удалении от нее полярные молекулы смазки будут стремиться располагаться параллельно движению, общая структура смазки перейдет в жидкокристаллическую смектическую фазу. Для случая жирных кислот поверхности скольжения будут образованы гидрофобными концевыми группами. На верхнем от поверхности уровне молекулы будут непрерывно срываться и увлекаться движением, их места при этом будут занимать новые молекулы смазки, граничный слой будет непрерывно регенерировать. Такой механизм трения объясняет весьма "легкое" скольжение твердых тел в опытах, описанных в работе " У и соответствует минимальному значению коэффициента трения по кривой Герси-Штрибека /j2fj рис.3 аналогичной диаграмме /рис.2 /. На рис.3 по оси абсцисС отложена безразмерная величина, характеризующая режим трения.
В зависимости от смещения в области Б к области А или В рубежный режим будет "более" граничным или "более" гидродинамическиы.
Экспериментальные исследования показали важность использования такого вида трения в парах сталь-бронза 22 J.
Схема изменения коэффициента трения при различных режимах. I -трение вденильных поверхностей, П-трение окисленных физико-химически чистых поверхностей, ШЗобшо» рубежного режима граничного трения, ІУ-граничное трение,
У-область рубежного режима гидродинамического трения, УІ-гидродинамическое трение. Теория гидродинамического трения нашла достаточно полное развитие в фундаментальных трудах Петрова Н.П., Жуковского Н.Е., Чаплыгина С.А., Рейнольдса 0., Збммерфельда А. и продолжает дополняться в современных работах Коровчинского М.В., Петрусевича А.И., Грубина А.Н., Камерона А, определивших самостоятельное направление развития гидродинамического трения - эласто-гидродинамическую теорию смазки / ЭГД /. ЭГД охватывает области трения тяжёлонагружен-ных пар - зубчатые зацепления, подшипники качения и т.п. В условиях эласто-гидродинамического контакта характер трения и толщина разделяющей смазочной плёнки определяются упругими свойствами материала поверхности и вязкостными свойствами смазочного материала,
Наименее изученным режимом трения является граничное трение и его рубежные режимы ввиду сложности физико-химических процессов, протекающих на контакте в присутствии граничных адсорбционных слоев,
Исследования граничного трения нашли отражение в работах советских ученых Ахматова А.С., Дерягина Б.П., Крагельского И.В., Костецкого Б.И., Матвеевского P.M., а также зарубежных ученых Гарди, Камерона А., Боудена Ф., Бризко, Трия и многих других.
Стенд для испытания передач винт-гайка / СБГ /
Условия процессов трения и изнашивания винтовых пар, как будет показано в гл. б, отличаются от условий при модельных испытаниях материалов на износостойкость, например, от условий трения при испытаниях на машине возвратно-поступательного трения /1,1/. В связи с чем для более обоснованных рекомендаций промышленности по применению новых смазочных и конструкционных материалов необходимо модельные испытания материалов дополнять стендовыми испытаниями передач, являющихся лучшим приближением работы реальных механизмов. Для исследования работы передач винт-шайка в лаборатории общей теории трения ЙМАШ на основании С 6 J разработан и создан при участии Уральского завода тяжелого машинетроения /УРАЖАЩ/ испытательный стенд л? J. Стенд сконструирован применительно к исследованию силовых передач винт-гайка скольжения, работающих в режиме избирательного переноса, однако на стенде могут проводиться испытания силовых и ходовых винтовых пар, работающих в режиме граничной смазки, сухого трения, шариковых и роликовых винтовых пар, а также передач винт-гайка с различным профилем резьбы, при небольших доработках на стенде могут испытываться гидростатические передачи винт-гайка.
В отличие от известных ранее стендов /ёз-ее т/ - стенд СВГ характеризуется высокой точностью и достоверностью получения измеряемых параметров; момента трения, К1Щ передачи , величины износа, - что весьма важно применительно к исследованию избирательного переноса, характеризуемым весьма малыми величинами интенсивности износа и коэффициентами трения,
Высокие точности контролируемых параметроB достигаются, в частности, тем, что стенд / рис, 10 / выполнен по разомкнутой силовой схеме, где отсутствует взаимное влияние исследуемой пары трения и нажимной технологической гайки, как например, на стенде, описанном в работе C/6 3J- Вращающий момент передается на рабочие винты /I/ от электродвигателя /2/ привода типа ПМУ через червячный редуктор /3/ и зубчатые пары /4/. Исследуемая гайка /5/ находится в обойме /6/, имеющей для измерения момента сопротивления в паре тензобалки /7/, опирающиеся / при перемещении гайки по винту/, через подшипники /8/ на опорные колонны /9/. Нагружающее усилие осуществляется путем передачи масла от насосной установки типа 5АГ48-22Н под необходимым давлением в гидроцилиндры /10/ и передается гайке /5/ через шарнирный параллелограмм /II/ и упорный подшипник /12/, момент трения которого предваштельно измеряется. Шарнирный параллелограмм передает усилие на гайку через сферические опоры для лучшего центрирования гайки.
Возвратно-поступательное движение гайки по винту ограничено концевыми выключателями, которые через контакторы ПМА-410034 осуществляют автоматическое реверсирование двигателя / см. схему рисУ//
Для исключения влияния сил трения поршня о стенки гидроцилиндра /10/ на нагружающее усилие, с целью увеличения точности измерения, гидроцилиндры могут быть выполнены подвижными, перемещающимися синхронно с движением гайки /5/.
На стенде могут проводиться испытания пар винт-гайка, как с использованием жидких, так и пластичных смазочных материалов. Жидкие смазочные материалы заливаются в свободное пространство между внутренней обоймой подшипника /12/ и вращающимся винтом. По мере работы пары смазочное масло просачивается по зазорам передачи и, стекая по винтовой поверхности, собирается в укрепленных на винтах тарелках, из которых оно по мере накопления перекачивается в полость между обоймой подшипника /12/ и винтом для дальнейшей смазки передачи.
Пластичные смазочные материалы помещаются в полость между внутренней обоймой подшипника /12/ и при вращении винта затягиваются в зону трения, осуществляя таким образом смазку передачи. Аля увеличения производительности стенд выполнен двухпозиционным. Общий вид стенда приведен на рис,10 . Данные о технических характеристиках и измеряемых величинах стенда /СВГ/ приведены в табл.1, 2.
Исследование структурных изменений в поверх ностных слоях материалов при трении под вли янпем модельных присадок
Исследование структурных изменений поверхностных слоев в режиме избирательного переноса под влиянием введенных активных компонентов смазочной среды проводилось с помощью скользящего пучка рентгеновских лучей / гл.2 стр.79 /, при использовании монохроматического излучения Со К#% длиной волны Д = 0,178892 ММ. Дифракционное изображение, полученное при отражении потока рентгеновских лучей, направленных под определенным углом к поверхности исследуемого образца / рис,32 /, фиксировалось на специальной фотоплёнке. По закону дифракции Вульфа-Брегга целое число длин волн должно быть равно произведению Zd-Sin в , то-есть пл Zc/Sc/? Угол падения рентгеновских лучей для данных исследований выбирался сх = 1 и СХг = ЗО . Для характеристики изменения структуры поверхностных слоев металла в процессе трения в различных сма зочных средах определялся параметр: Значения зтлов вычислялись с учетом соответствующих масштабов по линейным измерениям на дифракционной картине, зафиксированной на рентгеновской фотопленке. Измерения проводились на компараторе типа ИЗА-2 с погрешностью не более i I мкм. В результате статистической обработки по 12 измерениям по полученным средним значениям определялись углы в . Рентгенограммы снимались непосредственно после фрикционных испытаний, которые проводились на машине возвратно-поступательного трения /тп.2 стр. 4 /. Время испытаний составляло 6 часов, нагрузка на образец достигала 9,81 МПа, скорость скольжения -0,04 м/с. Перед началом съемки рентгенограмм образцы промывались последовательно бензином и спиртом. Испытаниям подвергались два типа пар трения: 1. Медь МОО - Ст.45 2. Бронза БрАЖМц 10-0-1,5 - Ст. 34ХНІМ Основной смазочной средой /базовое масло/ было выбрано масло для гипоидных передач ГОСТ 403-53, атакже медицинское вазелиновое масло. Испытывались следующие присадки: 1. Альдегид акриловой кислоты /акролеин - Ь%/\ 2. Альдегид кретоновой кислоты /Ь%/\ 3. Акриловая кислота /Ъ%/\ 4. Акрилат одновалентной меди /Ь%/\ 5. Комплексная трехкомпонентная присадка ПАВ, Основания структурного состава поверхностных слоев дополня лись исследованиями элементного состава поверхности трения. В настоящее время для исследования элементного состава на поверхности с успехом используются дисперсионные рентгеновские микроанализаторы / -7, позволявшие определять состав поверхностных слоев на глубине нескольких мкм от поверхности. В наших исследованиях использовался микроанализатор типа ЕЗАХ-Vo фирмы "Филиппе". Глубина сканирования составляла до 2 мкм. Данные обрабатывались, как на микрокалькуляторе, так и с помощью ЭВМ прибора BDAX VQ% На рис.33 приведена распечатка ЭВМ некоторых данных с прибора. Данные рентгеноструктурных исследований о влиянии активных компонентов смазочной среды приведены в табл. б . На рис,34-36 приведены некоторые рентгенограммы исследованных поверхностей. В табл. / приводятся данные исследования поверхностей трения с помощью микроанализатора ED АХ- 16. Полученные результаты исследований по методу скользящего пучка и с помощью микроанализатора позволяют следующим образом характеризовать структуру поверхности трения, образовавшуюся под воздействием указанных присадок.
Влияние смазочных композиций, вызывающих избирательный перенос, на характер приработки и изменение контактных свойств партрения
Изменения, протекающие на фрикционном контакте в режиме избирательного переноса, затрагивающие изменения характера контактирующих поверхностей, их фазовый и химический состав, а также изменения свойств смазочной среды будут оказывать влияние на изменение контактных свойств сопряжения и, в частности, их контактную жёсткость. На приборе ДИП было исследовано влияние следующих смазочных композиций на контактные свойства пар трения: 1. З-х компонентная присадка в вазелиновом масле. 2. Глицедол / кубовый остаток от производства глицерина /. 3. 5 % дисперсный раствор акрилата одновалентной меди в вазелиновом масле. 4.Металлоплакирующая смазка № 28 / классификация Берлинского маслозавода /. 5. Металлоплакирующая смазка № 29 / классификация Бердянско-го маслозавода/. 6. Металлоплакирующая смазка № 30 / классификация Бердянско-го маслозавода /, 7. 3-х компонентная присадка в вазелиновом масле при трении по схеме обратной пары. Зависимость сближения от нормальной нагрузки для условий трения в режиме ИП имеет так же, как и в случае трения в инактив-ной среде, гистерезисный характер / рис.39,- адг&е1Ямванда деталей пары. Дяя нескольких циклов нагружений, в исходном состоянии и для начальных этапов изнашивания наблюдается, как и в случае трения в инактивных средах, смещение петли и изменение ее площади. Для последнего цикла изнашивания эти изменения практически мало ощутимы. Величина остаточной пластической деформации уменьшайся с ростом упрочнения в поверхностных слоях деталей пары трения и с ростом фактической площади контакта при циклическом деформировании стыка. Такт, образом, по величине остаточной пластической деформации можно судить о свойствах контакта в момент его циклических деформирований. На рис приведеш графики изменений величины остаточной пластической деформации в зависимости от циклов нагружения и для различных этапов изнашивания. Из сопоставления графиков, полученных при трении в среде, вызывающей ИП, а также при использовании металлошгакирующих смазок с графиками для пар трения, работающих в среде вазелинового масла, видно, что в случае избирательного переноса величина остаточной пластической деформации для 2-4 этапов изнашивания значительно меньше, чем величины &е » полеченных для этих этапов в среде вазелинового масла, Эти результаты можно объяснить тем, что увеличение плошали фактического контакта в условиях ИП значительно выше, чем в процессе приработки в инактивной среде. С ростом ФПК уменьшается фактическое давление на пятнах касания, что снижает обший уровень пластической деформации стыка. Кроме того, вследствие высокой подвижности пленки меди на контакте отмечавшейся в работах /""38,39 46 7, будет лучше обеспечено выравнивание фактических давлений на отдельных пятнах относительно средней величины При этом число пятен касания с высоким уровнем г&актических давлений снижается. Наибольшее уменьшение 0( наблюдается пОРІ тоєнии в среде глицедола и ме-таллоплакируюшей смазки is 30 из анализа микрорельефа поверхности обтзазіїов для этих смазок под микроскопом было выявлено наличие медной пленки с весьма малой шероховатостью / Я = 0 08 мкм/ Для 3-х компонентной присадки и присадки акрилата меди снижение величины Х0 в деформируемых парах наступает, начиная с 3-4 этапов изнашивания, для данных условий трения, - образование стабильной несушей пленки на контакте начинается, по-видимому, после прохождения парой 155 м пути трения, что соответствует 3-4 этапам изнашивания.
