Диссертация (1143695), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

В данной серии применена технология нанесения ТСПна винт. Использования покрытия на основе ПТФЭ позволяет достичь болееравномерного распределения нагрузки по виткам винта и снизить люфты ввинтовой паре до минимума.Внедрение винтовых пар с ТСП являетсяперспективным напредприятиях химической отрасли. Одним из таких предприятий являетсяООО «Альстром Тверь», в производственном цикле которого, в узлеформированиястеклохолстаиспользуетсявинтовоесопряжениеАТ052.000.00.000 СБ (Приложение 2) с жидкой смазкой. Основнойпроблемой данного винтового сопряжения является использование жидкойсмазки, т.к. она в процессе производства при попадании на продукции,приводит к возникновению брака готовых изделий.Также к проблемам данного винтового сопряжения можно отнести:1.При работе винтового сопряжения в условиях щелочных сред,жидкая смазка теряет свои антифрикционные свойства;2.Повышенный износ в режиме старт-стоп;3.Высокая нагрузка на первый виток приводит к снижениюнесущей способности винтового сопряжения и повышенному износу.17Данные недостатки снижают надежность винтовой пары и повышаютвероятность отказа.1.3 Фрикционное взаимодействие металлических покрытий и ТСПФ.

Боуденом в 1939 г было проведено первое исследование трениятвѐрдых тел с покрытиями [84]. Согласно Боудену, при соприкосновениитвѐрдых тел, находящихся под действием сжимающей нагрузки, в местах ихфактического касания образуются прочные соединения. Сила трения,развиваемая в таком соединении, определяется как произведение площадифактического контакта на величину напряжения среза. Если поверхностьодного из соприкасающихся тел покрыта тонкой пленкой мягкого металла, товеличина напряжения среза такого соединения мала.

Если при этомтвѐрдость соприкасающихся тел выше твѐрдости покрытия, то, чем выше ихтвѐрдость, тем меньше площадь фактического касания. На основании такихрассуждений Ф. Боуден приходит к выводу, что, чем меньше твѐрдостьпокрытия и выше твѐрдость соприкасающихся тел, тем меньше сила трения.Р.

Бартоном [85] было показано, что при малых нагрузках, влияниежѐсткости подложки на коэффициент трения отсутствует, и трениеподчиняетсязаконамАмонтона.Прибольшихнагрузкахначинаетпроявляться влияние жѐсткости подложки на коэффициент трения, которыйизменяется с изменением нагрузки и толщины покрытия.Работа Е. Рабиновича [96] посвящена расчѐту коэффициентов трения сучѐтом влияния жѐсткости подложки.И.В.

Крагельский и Н.М. Михин [41] предложили расчѐт коэффициентатрения, учитывающий механические свойства тонких покрытий. Расчѐтноеуравнение получено при анализе напряженного состояния, возникающегопри скольжении жѐсткой сферической микронеровности по идеальномужѐсткопластическому полупространству с пленкой, имеющей толщину,18несоизмеримо меньшей глубины внедрения микронеровности. Влияниепленки учитывалось касательным к поверхности идентора напряжением,действующим по границе контакта и равным прочности материала пленки насрез [48].Работы Н.М.

Алексеева [2] посвящены изучению механическихпроцессов при трении твердых тел с ТСП. Также получены уравнения,позволяющие определить усилие вдавливания микронеровности в покрытие взависимости от его механических свойств и геометрических параметровпроцесса: радиуса микронеровности, глубины еѐ внедрения и толщиныпокрытия. Полученные уравнения применимы для состояния пластическогоконтакта.Окружающая среда оказывает существенное влияние на смазывающиесвойства ТСП. В работах Холберга[89] исследована зависимостькоэффициента трения от относительной влажности для покрытия на основеMoS2 (рисунок 1.3).Рисунок 1.3Зависимость коэффициента трения от относительной влажности дляпокрытия на основе MoS2 [89]19В работах Мюллера [90] исследована зависимость срока службыпокрытия на основе MoS2 от в зависимости о его первоначальной толщины(рисунок 1.4).Рисунок 1.4Зависимость срока службы покрытия на основе MoS2 от в зависимости о егопервоначальной толщины [90]Полученные данные показывают, что чем толще покрытие, тембольше его ресурс.В работах Робертса [97] показано, что для напыленных магнетроннымметодом покрытий на основе MoS2 их долговечность возрастает сувеличением шероховатости поверхности контробразца (рисунок 1.5).20Рисунок 1.5Влияние шероховатости на долговечность напыленных покрытий из MoS2[97]Влияние низких температур на коэффициент трения ТСП на основедисульфида молибдена со связующим мочевино-формальдегидной смолыпредставлены на Рисунке 1.6 [50].

Как видно из представленных данных,коэффициент трения для этого случая незначительно повышается притемпературах ниже 150 °С. Близкие результаты для аналогичного по составуТСП ВНИИНП-212, а также ВНИИНП-230 в условиях вакуума былиполучены в работе [27].21Рисунок 1.6Влияние низких температур на коэффициент трения ТСП на основеMoS2 [50]Исследования влияния повышенных температур на фрикционныесвойства ТСП проводилось в работе [53]. На рисунке 1.7 представленырезультаты испытаний для ТСП ВНИИНП-212 (кривая 1) и ВНИИНП-213(MoS2 с кремнеорганическим связуюшим, кривая 2) проводимых начетырѐхшариковой машине трения [37, 45] на воздухе. Покрытия, толщиной10 мкм, наносились на предварительно фосфатированные шарики из сталиШХ6. Результаты испытаний показывают, что для ТСП ВНИИНП-212 притемпературе более 250°C коэффициент трения заметно возрастает, в то времякак для ТСП ВНИИНП-213 при температуре в диапазоне от 200°C до 400°Cкоэффициентхарактеризуюттрениявлияниеостаѐтсяпостоянным.связующегонаУказанныефрикционныеданныесвойствакомпозиционных ТСП.22Рисунок 1.7Влияния повышенных температур на фрикционные свойства ТСП [53]В связи с этим, рассмотрение процесса контактирования шероховатыхповерхностей с ТСП представляет значительный интерес, так как изучениеданного вопроса позволяет определить фрикционные характеристикиконтакта пар трения с ТСП.1.4 Взаимодействие твѐрдых тел при скольженииЗаконы трения объясняются с точки зрения молекулярно-механическойтеории, согласно которой трение имеет двойственную природу.

В общемвиде элементарная фрикционная связь с точки зрения механики сочетает всебе совокупность двух процессов, один из которых – деформацияповерхностных слоѐв материала, а второй – разрушение срезом адгезионнойсвязи. Несмотря на то, что каждый из этих процессов следует своим законам,23они описываются в единых терминах – напряжениях и деформациях,возникают одновременно и в одном и том же теле, что предполагает ихвзаимное влияние. Стоит отметить, что исследователи данного вопроса непришли к единому мнению относительно влияния на коэффициент тренияего составляющих.В первом приближении И.В.

Крагельский рассматривает коэффициенттрения как сумму двух его составляющих [39]:f  fa  fд ,(1.7)где fа – молекулярная (адгезионная) составляющая коэффициента трения;fд – механическая (деформационная) составляющая коэффициента трения.Подтверждениеданноговыраженияавторнаходитвэкспериментальных результатах, согласно которым кривые суммарногокоэффициента трения при наличии адгезии и при еѐ отсутствии полностьюсовпадают с расчѐтом по (1.8).Рассматривая контакт единичной цилиндрической неровности спластичным полупространством, М.А.

Коротков аналитически получает [19]:f И.Г. Горячевойиfa  fд.1  fa  fд(1.8)М.Н. Добычинымполученаследующаязависимость [13] при условии равномерного скольжения цилиндрическогоштампа по деформируемому основаниюf  f д  f a   f a  f д  1.Болееглубокуюпроблемусодержит(1.9)расчѐтмолекулярнойидеформационной составляющей трения. История этого вопроса знаетмножествовиденийприродытрения,соответственносуществуетразнообразие формул для определения коэффициентов трения. Каждыйподход имеет своѐ самостоятельное значение и может быть применѐн вопределѐнных рамках. Не задаваясь целью рассмотреть широкий спектр24теорий расчѐта составляющих силы трения, кратко остановимся на наиболееавторитетных из них.Молекулярное сопротивление движению, обусловленное диссипациейэнергии, затрачиваемой на формирование и разрушение молекулярныхсвязей в точках касания, описывается биномиальным законом трения [38]:fa 0p,(1.10)где β – пьезокоэффициент.Множество исследователей сходятся во мнении, что деформационнаясоставляющая коэффициента трения fд является функцией относительноговнедрения [39]:fд  Kа ск,R(1.11)где K – коэффициент, составляющий K = 0,7 для цилиндрическойнеровности и K = 0,55 для неровности сферической формы [39];аск - заглубление единичного индентора при скольжении.Величинузаглубленияможноопределитьисходяизсхемыпредварительного смещения неровности.

Согласно [57] в момент перехода отнеподвижного состояния к скольжению в случае пластического контактаплощадь фактического касания практически не изменяется, а происходитлишь еѐ перераспределение на контактирующих поверхностях – напряжениевоспринимается только фронтальной частью скользящей сферы. Этотпроцесс сопровождается изменением сближения между контактирующимителами. Из геометрических соображений следует, что величина заглубленияединичного индентора при скольжении аск составляета ск  2  а  1  f 2 ,(1.12)где f – коэффициент трения.25Отметим, что некоторые результаты экспериментов не согласуются сописанной выше схемой предварительного смещения [85, 93], согласнокоторым рост площади контакта значительно увеличивается с ростомсдвигающего усилия.

В работе [34], анализируя контакт идеальножѐсткопластических тел, отмечается рост ФПК при скольжении Аrск ипредложено следующее выражение для вычисления площади контакта послезаглубленияАr ск  Аr  1    f 2 ,(1.13)где ξ – коэффициент, принимающий значения ξ ≈ 20 для клиновых выступови ξ ≈ 12 для выступов в форме пирамиды.В основополагающей работе по металлическим покрытиям [2]предложены выражения для расчѐта суммарного коэффициента трения прискольжении клина и цилиндра по покрытию. В предложенных соотношенияхне фигурируют деформационная и адгезионная составляющая трения,поэтому сложно оценить влияние каждой из них на картину фрикционногопроцесса.1.5 Распределение нагрузки по виткам трибосопряжений типа винтоваяпараН.Е. Жуковский, решая задачу распределения нагрузки по виткамвинтовых сопряжений, полагал, что винт под действием осевой силы Fрастягивается, гайка сжимается, а витки резьбы винта и гайки на длинесвинчивания деформируются (рисунок 1.8).

При этом он предположил, чтосближение δi в i-м витке пропорционально нагрузке Fi на виток. Имсоставлены условие равновесия и условия совместности перемещений [28]:26F = F1 +…+ Fi +…+ Fn;δ1 – δ2 = Δ11 + Δ21;(1.14)δi – δi+1 = Δ1i + Δ2i;δn-1 – δn = Δ1(n-1) + Δ2(n-1),Рисунок 1.8Математическая модельвинт-гайка сжатия [28]где n – число витков гайки;i 1nвинта между i-м и i+1 витками;n1i  P Fi / EA 1 2i  P Fi / EA 2i 1– удлинение тела– укорочение тела гайкимежду i-м и i+1 витками; P – шаг резьбы; E – модуль упругости материаловвинта и гайки; A1, A2 – площади поперечного сечения винта и гайки.

Характеристики

Список файлов диссертации