Лекции по трибологии (1033304), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

- контурная площадь трения

– контурная площадь трения

ТЕПЛОВАЯ ПРОВОДИМОСТЬ КОНТАКТА.

Общая проводимость контакта складывается из проводимостей пятен контакта и газовой (масляной) пленки.

Тепловая проводимость контакта пропорциональна плотности и фактической площади контакта и обратно пропорциональна высоте третьего тела под нагрузкой.

Теплопроводность, с учетом микрорельефа, может быть записана в следующем виде:

где – плотность контакта

- множитель, зависящий от теплопроводности первого и второго тела

- фактическая площадь контакта

- высота третьего тела под нагрузкой

Величина, обратнопропорциональная тепловой проводимости, называется контактным сопротивлением.

При наличии смазки в контакте, распределение тепловых потоков несколько изменится, а решение задачи несколько усложнится:

где - толщина масляной пленки

- коэффициент теплопроводности смазочного слоя.

- количество тепла, генерируемого единицей объема граничного слоя в единицу времени.

– теплопроводности трущихся тел.

- высота каждого из тел.

При большой толщине масляного слоя, система стремится к равновесию и

Наличие масла в контакте уменьшает неравенство в распределении тепловых потоков, что может привести к температурному скачку на границе масляного слоя и твердой поверхности даже в случае однородности материалов.

Лекция 2.

СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ТЕПЛОВОМУ ИМПУЛЬСУ И ТЕПЛОВЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ ПРИ ТРЕНИИ.

Возникновение температурного градиента приводит к разным объемным и линейным расширениям, что в свою очередь приводит к возникновению тепловых напряжений.

Сопротивление материала тепловому импульсу понимается, как стойкость материала сохранять свои характеристики в условиях мгновенной генерации тепла. При тепловом импульсе, тепловые напряжения возникают под действием переменных температурных градиентов, а так же зависят от скорости приложения теплового импульса (по важности эти величины равнозначны).

Величина сопротивления тепловому удару:

где - сопротивление трещинообразованию (напряжение)

- максимальная тепловая напряженность в процессе работы узла.

Выполнение этого соотношения для хрупкого материала указывает на пограничное состояние.

При S>1 материал не разрушается.

Число циклов сопротивления тепловому импульсу определяется по следующей зависимости:

где S>1 при нормальной работе

m>0 – определяется эмпирически для каждого типа материалов

где Е – модуль упругости второго рода

u – коэффициент теплового расширения

– теплопроводность материала (чем больше , тем больше )

ТРЕНИЕ СЛОИСТЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.

Основным свойством слоистых теля является ярко выраженное свойство анизотропии (различие свойств по направлениям).

Такого рода тела используются в виде смазочного материала в случаях, когда использование жидких, консистентных или газообразных смазок затруднено или невозможно.

Наиболее широкое применение в технике получили следующие слоистые твердые тела: графит, дисульфид молибдена, нитрат бора, карбид титана. Используются они в виде специальных покрытий и получили название твердосмазочных покрытий (ТСП).

Наиболее типичным представителем является графит, на его примере и рассмотрим работу ТСП.

Так как взаимодействие между слоями обратнопропорционально квадрату расстояния между ними (закон Кулона), то взаимосвязь в плоскости кристаллической решетки существенно выше, чем между параллельными слоями.

Пластинчатая структура углерода обеспечивает высокие напряжения сдвига в плоскости, параллельной слоям. Особенностью углерода является то, что после приложения нагрузки и ее снятии, слои ориентируются и принимают угол атаки к плоскости трения ≈ 6⁰.

– внутренний коэффициент трения данного материла.

Углерод, в условиях атмосферы при наличии сильного окислителя (кислорода), обеспечивает . При работе в вакууме происходит дегазация и .

Углерод можно использовать только в узлах трения, где плоскости скольжения параллельны слоям. В случае, если слой перпендикулярен плоскости скольжения, углерод дает нестабильный и высокий коэффициент трения 0.25-0.5 (в атмосфере) и колется.

Достоинства углерода:

• дешевый доступный материал

• обеспечивает стабильность фрикционных характеристик в температурном диапазоне:

-180…+500⁰С

Недостатки углерода:

• Хрупкость

• Плохая сжимаемость

• Слаб на срез.

• Высокий коэффициент расширения.

Так же широко применяется дисульфид молибдена. Он обладает пластинчатой структурой, аналогичной графиту. Обладает стабильным коэффициентом трения - если слой параллелен плоскости скольжения и - если слой перпендикулярен плоскости скольжения. Коэффициент трения стабилен как в вакууме, так и в атмосфере.

Диапазон применения от -150⁰С до +800⁰С. При температуре свыше +800⁰С он распадается на молибден и серу. В этом случае молибден ведет себя как абразивный материал и при снижении температуры не восстанавливается. Уникальные характеристики объясняются высокими адгезионными свойствами.

Достоинства дисульфида молибдена:

• низки и стабильный коэффициент трения во всем температурном диапазоне

• высокие адгезионные характеристики позволяют использовать его при контактных нагрузках до 3000 МПа.

• стойкость характеристик в вакууме

• высокая технологичность (легкость) использования в составе разного рода покрытий, наносимых в виде суспензий, порошковых наполнителей и прочее.

Дисульфид молибдена используют в порошковой металлургии для снижения коэффициента трения. Использование дисульфида молибдена в виде добавок позволяет получить пару трения со стабильным коэффициентом трения, плюс простую конструкцию.

Сплав дисульфида молибдена в серебром в щетках генераторов (высокоскоростного) увеличивает износостойкость щеток в 2-3 раза.

Недостаток:

1. Температура ограниченна 800⁰С.

Нитрат бора. BN₂

Пластинчатая структура. Природа взаимодействия аналогична графиту или сульфиду молибдена.

f = 0.2-0.4 параллельно слоям на воздухе

f → 0.6 параллельно слоям в вакууме

Нитрит бора позволяет паре трения работать в температурном диапазоне до 900⁰С с относительно стабильным коэффициентом трения.

При t>900⁰ нитрит бора разрушается, бор выделяется в чистом (твердом) виде и возникает абразивный износ. Для расширения стабильности коэффициент трения в эксплуатационном диапазоне, нитрат бора используют в сочетании с графитом.

Карбид титана.

Использование титана в аэрокосмической промышленности привело к необходимости разработки методов технологичности его использования.

Потребность в карбиде титана появилась с началом использования титана в узлах трения.

Коэффициент трения = 0.25-0.3.

Температурный диапазон близок к нитрату бора (даже до 950⁰С)

За счет модификации поверхностных слоев титана (базовый металл – титан) получается слоистая структура порядка 50 микрон.

Живучесть этого слоя и обеспечивает ресурс пары трения из титана.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ В УЗЛАХ ТРЕНИЯ.

Использование полимеров в узлах трения чаще всего бывает вызвано следующими причинами:

• Борьба за вес

• Повышение шумоизоляции

• Снижение вибрации

• Удешевление конструкции

• Получение диэлектрической прослойки

Наиболее часто используемые полимеры:

• Капрон (нейлон)

• Полиэтилен (ПЭТ)

• Поливинилхлорид (ПВХ)

• Политетрафторэтилен (фторопласт)

• Текстолит

Эту группу полимеров иногда называют «самосмазывающимися материалами», особенно фторопласт, капрон и текстолит в силу своей природной «жирности».

Чем ниже поверхностная прочность среза, тем ниже коэффициент трения.

Чем больше соотношение P/S, тем эффективнее данный материал может работать в виде пары трения.

Для расширения фрикционного диапазона первых трех полимеров в качестве наполнителя используют графит или дисульфит молибдена.

Фторопласт.

Наиболее стабильные характеристики по коэффициенту трения обеспечивает фторопласт, но в силу невысокой механической прочности в виде несущих элементов конструкции в чистом виде использоваться не может.

Для фторопласта характерно:

• Стабильный коэффициент трения в широком диапазоне температур

• Эксплуатационный диапазон от -40⁰ до 320⁰С.

• С дальнейшим ростом температуры фторопласт течет и форму не восстанавливает.

• Фторопласт при температуре свыше 220⁰С может выделять фосген.

• При высоких скоростях скольжения характерна ориентация молекулярных цепей вдоль сил растяжения и повышенный износ металла в зоне трения.

При температурах -40⁰С и ниже меняется характер трения у фторопласта. Его природа становится вязко-пластичной, что может привести к росту коэффициента трения в 1.5-2 раза.

Достоинства фторопласта:

1. Стабильный коэффициент трения в широком диапазоне температур (для полимера).

Недостатки:

1. Невысокая механическая прочность

2. Плохая теплопроводность

3. Высокий коэффициент теплового расширения

4. Рост атгезионной составляющей трения до 0.3 с ростом скорости скольжения.

В чистом виде фторопласт применяется редко. Для улучшения механических и тепловых характеристик фторопласта детали из фторопласта делают либо с каркасом (втулки скольжения, шестеренки), либо фторопласт вводят в поверхность спеченного пористого металла (медь, бронза, феррит).

В этом случае мы имеем прочностные свойства металла, его тепловые свойства и коэффициент трения фторопласта.

В качестве армирующего элемента иногда используют стекловолокно.

В случае если контакт с тепловыделением в стекловолокно могут добавлять дисульфит молибдена от 5 до 15%. Такое часто бывает в сепараторах быстроходных подшипников.

Характеристики

Список файлов лекций