Дисипативні властивості фрикційного контакту та їхній вплив на фретингостійкість трибосистем - Автореферат

Як відомо, в процесі динамічного контактування твердих тіл, що має місце при терті, відбувається безперервне підведення до трибосистеми механічної енергії та її розсіювання (дисипація), яке здійснюється як за захисними, так і за ушкоджуючими механізмами. Відповідно, у збільшенні розсіювання підведеної механічної енергії за захисними механізмами фактично закладено ресурс підвищення працездатності вузлів тертя. Таким чином, вивчення закономірностей дисипації механічної енергії, яка визначається реологічними властивостями як матеріалу пари тертя, так і мастильного матеріалу, та її звязку з фретингостійкістю має важливе значення для вирішення актуальної проблеми підвищення працездатності трибосистем. Робота виконувалася відповідно до державних наукових і науково-технічних програм з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки «Новітні технології і ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі», затверджених постановою Кабінету Міністрів України від 24.12.2001 № 171, сформульованого на основі Закону України «Про пріоритетні напрямки розвитку науки» від 11.07.2001 № 2623-ІІІ пріоритетного напрямку «Машинобудування і приладобудування як основа високотехнологічного відновлення усіх галузей», плану проведення науково-дослідних робіт Хмельницького національного університету в рамках держбюджетної теми № 5Б-2008 «Внутрішнє тертя фрикційного контакту і керування динамічною напруженістю та зносостійкістю механічних трибосистем» (№ ДР 0108U001278) та плану держбюджетних науково-дослідних робіт кафедри безпеки життєдіяльності. В процесі експериментальних досліджень проводились: оцінка дисипативних властивостей контакту методом крутильного маятника, вимірювання коефіцієнта тертя в процесі фретингування із застосуванням методу тензометрії.Дисипативні властивості контакту оцінювалися величиною логарифмічного декременту коливань, що розраховувався за формулою: , (1) де A0 - початкова величина амплітуди коливань; - амплітуда Ne-го коливання. При подачі на котушку 6 коротких періодичних імпульсів струму для забезпечення поповнення втрат енергії маятника за цикл із частотою, рівною частоті власних коливань маятника, в установці реалізується нанесення пошкоджень на контактуючі поверхні зразків у режимі попереднього зміщення. Оскільки вимірюване під час досліджень на триборелаксаторі попереднє зміщення фактично являє собою суму двох складових - попереднього зміщення, обумовленого обємною пружною деформацією коливальної системи, та контактного попереднього зміщення, - на основі побудови та розвязання математичних моделей коливальної системи отримано вираз для визначення початкової амплітуди контактного попереднього зміщення: , (2) де A02, ?-початкова величина амплітуди попереднього зміщення, що визначається за показниками датчика переміщень триборелаксатора, та частота коливань маятника триборелаксатора відповідно при випробовуваннях пари зразків; ?0 - частота коливань маятника при випробовуванні спеціального монолітного зразка (рис. Досліджувався вплив таких факторів, як початкова амплітуда коливань, нормальний тиск, температура у зоні контакту, структурний стан матеріалу зразків, мікрошорсткість контактуючих поверхонь та тривалість часу контактування. Це повинно сприяти зниженню декременту коливань за двома причинами: внаслідок зростання жорсткості контакту, а також через зменшення внеску магнітопружного згасання, що має місце при збільшенні статичних стискаючих напружень.Проведено комплексні дослідження зміни дисипативних властивостей фрикційного контакту з урахуванням прояву в умовах динамічного навантаження реологічних властивостей матеріалів пари тертя і мастильного матеріалу, які впливають на формування трибологічних характеристик сполучення. Розроблена методика оцінки механічних втрат у контакті заснована на вимірі характеристик збуджених згасаючих крутильних коливань системи, яка включає в себе досліджуваний плоский кільцевий контакт, що піддається циклічному тангенціальному навантаженню в режимі реверсивного попереднього зміщення. Досліджено амплітудні, навантажувальні і температурні залежності логарифмічного декременту коливань (контактного розсіювання механічної енергії) в умовах попереднього зміщення з урахуванням впливу термообробки сталі, мікрошорсткості і тривалості контактування трибосполучення. На підставі аналізу еволюції амплітудних залежностей логарифмічного декременту коливань, а також залежності його граничних значень [?] і тангенціальної жорсткості контакту від кількості циклів фретингування встановлено стадійність розвитку пошкоджуваності з характерним початковим (інкубаційним) періодом фретинг-корозії. Дослідження розвитку фретинг-процесу в умовах граничного мащення показало, що граничні шари, які формуються при цьому, сприяють істотному збільшенню тривалості інкубаційного періоду, який залежить від товщини граничного шару і тиску в контакті.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Проведено комплексні дослідження зміни дисипативних властивостей фрикційного контакту з урахуванням прояву в умовах динамічного навантаження реологічних властивостей матеріалів пари тертя і мастильного матеріалу, які впливають на формування трибологічних характеристик сполучення.

2. Розроблена методика оцінки механічних втрат у контакті заснована на вимірі характеристик збуджених згасаючих крутильних коливань системи, яка включає в себе досліджуваний плоский кільцевий контакт, що піддається циклічному тангенціальному навантаженню в режимі реверсивного попереднього зміщення. Триборелаксатор конструктивно сполучений із динамометром для виміру моменту найбільшої сили тертя спокою і з приставкою для нанесення пошкоджень на контактуючі поверхні зразків при фретингу з повним проковзуванням.

3. Досліджено амплітудні, навантажувальні і температурні залежності логарифмічного декременту коливань (контактного розсіювання механічної енергії) в умовах попереднього зміщення з урахуванням впливу термообробки сталі, мікрошорсткості і тривалості контактування трибосполучення. Показано, що з підвищенням амплітуди збуджуваних коливань і зростанням шорсткості механічні втрати збільшуються; у той же час зростання нормального тиску, контактної температури і тривалості контактування приводить до зниження втрат. Встановлено взаємозвязок між граничними значеннями логарифмічного декременту коливань [?] і моментом найбільшої сили тертя спокою.

4. На підставі аналізу еволюції амплітудних залежностей логарифмічного декременту коливань, а також залежності його граничних значень [?] і тангенціальної жорсткості контакту від кількості циклів фретингування встановлено стадійність розвитку пошкоджуваності з характерним початковим (інкубаційним) періодом фретинг-корозії.

5. Дослідження розвитку фретинг-процесу в умовах граничного мащення показало, що граничні шари, які формуються при цьому, сприяють істотному збільшенню тривалості інкубаційного періоду, який залежить від товщини граничного шару і тиску в контакті. Збільшення досліджуваних товщин квазітвердого граничного мастильного шару до 0,1 мкм сприяє підвищенню тангенціальної жорсткості контакту, що проявляється в зменшенні логарифмічного декременту коливань в режимі попереднього зміщення і супроводжується зростанням інкубаційного періоду.

6. Встановлено, що за певних температурних і навантажувально-швидкісних режимів фретингу в умовах граничного тертя релаксаційне внутрішнє тертя матеріалу підкладки може виступати одним із факторів, що контролюють фретингостійкість мастильного шару: зі збільшенням внутрішнього тертя сталі зростає фретингостійкість пари тертя. Виявлено відповідність температури формування максимумів внутрішнього тертя (піка Сноєка) сталі і контактного декременту коливань температурним умовам, при яких реалізується максимальна фретингостійкість мастильного шару.

7. Розвинуто реологічні уявлення про природу зміни температурної стійкості граничних мастильних шарів з добавками поверхнево-активних і хімічно-активних речовин. На основі зіставлення температурних залежностей коефіцієнта зовнішнього тертя і релаксаційного внутрішнього тертя в сталі (пік Кестера) запропоновано механізм прояву критичних температур стійкості мастильних шарів, що враховує динамічні релаксаційні процеси в металевій підкладці.

8. З підвищенням дисипативної здатності пластичних мастильних матеріалів, введених у трибосполучення, тривалість інкубаційного періоду фретинг-процесу збільшується з одночасним зниженням коефіцієнта зовнішнього тертя. Проведено експериментальну оцінку ефективності підвищення фретингостійкості трибовузла технічними пластичними мастильними матеріалами з урахуванням демпфірувальних властивостей, які проявляються ними, стійкості до продавлювання та опору зсуву.

9. На основі встановленого взаємозвязку між дисипативними властивостями пластичних мастильних матеріалів і їхньою фретингостійкістю запропоновано метод порівняльної експрес-оцінки антифретингової здатності пластичних мастильних матеріалів, що полягає в побудові амплітудних залежностей логарифмічного декременту контактних коливань, збуджуваних у режимі попереднього зміщення в системі, на робочі поверхні якої наносяться порівнювані мастильні матеріали.

1. Шевеля В. В. Реология контактных явлений при реверсивном предварительном смещении / В. В. Шевеля, В. Орлович, В. А. Кирилков // Проблеми трибології. - 2005. - № 2. - С. 152-158.

2. Шевеля В. В. Изменение диссипативных свойств контакта на ранних стадиях низкоамплитудного фреттинга / В. В. Шевеля, В. А. Кирилков // Проблеми трибології. - 2006. - № 1. - С. 141-147.

3. Шевеля В. В. Диссипативные процессы при вибрации номинально неподвижных соединений / В. В. Шевеля, В. А. Кирилков // Вібрації в техніці та технологіях. - 2006. - №1(43). - С.147-148.

4. Шевеля В. В. Развитие фреттинг-коррозии в условиях граничного трения / В. В. Шевеля, В. А. Кирилков, В. П. Федына // Проблеми трибології. - 2007. - № 2. - С. 102-108.

5. Шевеля В. В. Влияние релаксационного внутреннего трения на динамические параметры трибосистемы / В. В. Шевеля, Г. С. Калда, В. А. Кирилков, В. П. Федына // Наукові нотатки. - 2007. - Вип. 20. - С. 553-557.

6. Шевеля В. В. Диссипативные свойства и фреттингостойкость пластичных смазок / В. В. Шевеля, В. Орлович, В. А. Кирилков, В. П. Федына // Проблеми трибології. - 2007. - № 3. - С. 55-60.

7. Кирилков В. А. Дослідження вязкопружних властивостей металевого контакту / В. А. Кирилков // Матеріали II Міжнародної конференції «Динаміка наукових досліджень 2003», 20-27 жовт. 2003 р. Т. 35. - Дніпропетровськ : Наука і освіта, 2003. - С. 28-29.

8. Шевеля В. В. Метод исследования начальных этапов фреттинга / В. В.Шевеля, В. А. Кирилков // Матеріали III Міжнародної конференції «Динаміка наукових досліджень 2004», 21-30 черв. 2004 р. Т. 61. - Дніпропетровськ : Наука і освіта, 2004. - С. 33-34.

9. Шевеля В. В. Дослідження фретингостійкості змащувальних плівок жирної кислоти / В. В. Шевеля, В. А. Кирилков // Матеріали VIII Міжнародної конференції «Освіта і наука 2005», 7-21 лют. 2005 р. Т. 58. - Дніпропетровськ : Наука і освіта, 2005. - С. 86-87.

10. Шевеля В. В. Дослідження дисипативних властивостей контакту при фретингу // В. В.Шевеля, В. Орлович, В. А. Кирилков // 7-й Міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові : тези доповідей, 18-20 трав. 2005 р. - Львів : КІНПАТРІ ЛТД, 2005 - С.125.