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

Текст из файла (страница 2)

- коэффициент взаимного перекрытия.

– условная контурная площадь трения, полученная вращением элементов пары трения вокруг центров вращения.

- 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. Трение слоистых твердых тел

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 )

Для стабильной работы узлов трения в экстремальных условиях t (-180 до 900 ), где использование жидких смазок невозможно в качестве смазочного материала используют твердые тела с низким напряжением сдвига.

Основное свойство слоистых тел – ярко выраженное анизотропное свойство.

В качестве смазочного материала наиболее часто используют графит, десуфид-молибден, реже нитрид бора и карбид титана.

Эти материалы используют в узлах и агрегатах, где использование смазки затруднено.

Графит

Графит – это материал с анизотропной структурой и имеет пластинчатую структуру. Расстояние между слоями 3-4 Ангстрема. Т.к. расстояния между слоями более чем в 2 раза больше чем расстояние между узлами кристаллической решетки в одном слое, а сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния, то при трении графита перпендикулярно слоям взаимодействие сильное, то параллельно слоям взаимодействие слабое коэффициент трения низкий.

Рис.2.1

Графит по стали на воздухе 0.1 после снятия нагрузки остается ориентированность слоев, которая образует угол атаки к плоскости трения 5%.

Недостатки графита:

Хрупкий

Трудно получить гомогенизированную структуру

Не любит динамических нагрузок

Слабый на срез (не используют как силовой элемент)

Плохая сжимаемость

Достоинства:

Дешевизна и доступность

Область применения:

Используется в диапазоне температур -150 - 500 при температуре свыше 500 градусов при наличии окислителя горит в нейтральной среде, разлагается без последующего восстановления при снижении температуры.

В вакууме происходит дегазация графита, и коэффициент трения возрастает до 0.5 – 0.6

Из-за плохой сжимаемости и расширения при работе во всем температурном диапазоне необходимо создавать компенсаторный механизм (компенсируется коэффициент теплового расширения и усадка)

Десуфид-молибден ( )

Слоистая структура со слабым взаимодействием между слоями обеспечивает коэффициент трения на воздухе 0.1 параллельно слоям и 0.26 если перпендикулярно слоям.

Достоинства:

Стабильность характерестик -150 – 800

Коэффициент трения на воздухе равен трению в вакууме

Низкий и стабильный коэффициент трения

Широкий диапазон применения

Допустима область применения до -180 но увеличивается на 20 %

Хорошая адгезия в составе смазочных покрытий

Стойкость характеристик в вакууме

Совместимость с любым материалом

Недостатки:

Разлагается на молибден и серу

На сегодня это лучший материал среди твердо-смазочных покрытий.

Десуфид молибдена используют в виде порошка, суспензии, в составе спеченных материалов, щетках генераторов электродвигателей, в подшипниках скольжения.

Нитрид бора

Структура пластинчатая. Коэффициент трения на воздухе 0.2-0.4. Обеспечивает устойчивое трение без скачков в диапазоне 500-900 , поэтому часто используется в комбинации с графитом, что позволяет получить при этом плюсы графита при температуре ниже 500 и кратковременно работать в диапазоне 800-900 .

Карбид титана

Используется очень редко, когда деталь выполнена из титана и имеет подвижное соединение.

Композитные материалы

Область применения металлов в узлах трения очень ограничена. Как правило используют материалы относящиеся к группе самосмазывающиеся с низким коэффициентом трения (текстолит, капрон-Б, нейлон, полиэтилен и фторопласт).

Минус всех полимеров – плохой теплоотвод.

С точки зрения стабильности и низкого коэффициента трения вне конкуренции фторопласт.

Достоинства фторопласта:

• -150 – 320 ; -40-250 - эффективный диапазон

• При температурах свыше 320 градусов фторопласт течет (при температурах выше 220 и наличии кислорода возможно образование фосгена)

Рис.2.2

С падением температуры меняется природа трения, она становится вязкой и упругой, а коэффициент трения начинает расти. Под нагрузкой фторопласт принимает ориентированную структуру, и молекулярные цепи располагаются в направлении сил растяжения, проявляются анизотропные свойства.

Недостатки:

• Недостаточная механическая прочность

• Плохая теплопроводность

• Высокий коэффициент теплового расширения

• С ростом скорости возрастает адгезионная составляющая фторопласта, и коэффициент трения может вырасти до 0.3

Область применения:

• В чистом виде фторопласт используется редко

• Используют в поверхностях спеченных пористых металлов, которые позволяют использовать механические и тепловые свойства металлов и антифрикционные свойства фторопласта

• Иногда с целью размыкания электрической цепи в качестве каркаса используют стекловолокно

• В качестве наполнителя до 5-15% может добавляться и десуфид молибдена

Лекция №3

Математическая формулировка контактной гидро-динамической задачи

Решение КГД задачи в самом общем виде состоит из совместного решения трех составных частей:

1. Гидро-динамическая задача – перетекание смазочного слоя под нагрузкой между двумя телами

2. Контактная – взаимодействие двух трущихся тел

3. Тепловая – описывает выделение и распределение тепла в контакте между тремя взаимодействующими телами

Основные допущения:

• Жидкость Ньютоновская (сила сопротивления пропорциональна скорости взаимодействия)

• Вязкость не зависит от давления и температуры\

• Твердые тела абсолютно жесткие и гладкие (нет деформации в контакте и нет шероховатости)

• Скольжение на границе см смазка - твердое тело отсутствует (ламинарное течение)

Рассмотрим взаимодействие двух тел:

Взаимодействие – как контакт двух криволинейных поверхностей. Тогда элементарный объем смазки в контакте имеет сложное напряженное состояние и элементарный его эпюр можно представить в следующем виде:

В этом случае получается сложно нагруженное состояние в результате разложения по осям нагрузок, действующих на элементарный объем смазки.

Характеристики

Список файлов лекций