Установление связи между параметрами трибоконтакта при приработке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Установление связи между параметрами трибоконтакта при приработке

Зелинский В.В. (МИ ВлГУ, г. Муром, РФ)

Одной из проблем в машиностроении является обеспечение необходимого триботехнического качества узлам трения при изготовлении или ремонте машин. Это достигается проведением технологической приработки изделий, являющейся по существу единственным средством формирования требуемых триботехнических показателей. Приработочные процессы относятся к нестационарным и поэтому слабо изучены. Нагрузочно-скоростные режимы приработки, например двигателей внутреннего сгорания (для которых ее правильным проведением достигают также и снижение экономических затрат), до сих пор не имеют трибологического обоснования, что нередко является причиной повреждения подшипников коленчатого вала. Правильное решение таких прикладных задач состоит в установлении принципиальных теоретических закономерностей и взаимосвязей между параметрами трибоконтакта в процессе приработки и нахождения на этой основе приемов управления им технологическими методами.

С целью изложенного проводились системные экспериментальные исследования процесса приработки для обширной группы подшипниковых сплавов на специальной установке, имитирующей работу подшипника скольжения. Испытания осуществлялись по оригинальным методикам при различных нагрузочно-скоростных режимах с контролем характеристик трения, их критических значений, видов трения во взаимосвязи с динамикой изменения внешних воздействий. Установлены структура общей нагрузочной способности трибосопряжений и ее изменение в зависимости от нагрузки и скорости. Профилографированием прирабатывающейся поверхности изучалась и оценивалась динамика изменения ее микрорельефа по ходу приработки. С помощью растрового электронного микроскопа оценивались характеристики качества и изменение микроструктуры поверхности, характер и степень повреждаемости.

Методом рентгеноструктурного анализа субмикроструктуры вглубь от поверхности трения образцов, изучением поверхности с помощью спектроанализатора и другими методами было установлено, что, несмотря на непрерывно изменяющиеся условия трения (под влиянием внешних воздействий в сочетании с природой трения), основным и определяющим при технологической приработке является пластическое деформирование поверхности подшипникового материала. Изучение повреждений показало, что главными причинами, обусловливающими возможность их появления, являются чрезмерные уровни упрочнения и толщины деформированного слоя. Проведенные ранее исследования, а также изучение работ других авторов показали, что степень упрочнения практически пропорциональна глубине распространения деформации. Следовательно критерием оценки близости процесса приработки к «опасному» уровню деформирования можно считать лишь один из параметров, например толщину деформированного трибослоя. При этом возможность локализации деформирования в ограниченном объеме (например, вследствие наличия барьеров в движении дислокаций, образования застойных зон и т.п.) не является препятствием к использованию теоретических зависимостей толщины деформированного трибослоя от параметров трибоконтакта, т.к. эти зависимости отражают пропорциональное изменение, в том числе, и степени упрочнения.

Анализ исходной шероховатости рабочей поверхности подшипников скольжения показал, что средний угол между боковой поверхностью микронеровности и его основанием составляет 7…10о. Отсюда следует, что исходные микронеровности имеют достаточную протяженность в направлении скольжения и поэтому пластическое течение возможно и в пределах высоты исходных микронеровностей. Этому способствует облегченный выход дислокаций на их боковую ненагруженную поверхность. По мере приработочного снижения высоты микровыступов происходит смыкание деформированных областей под ними, что подтверждается методом построения линий скольжения. Поэтому пластическое течение в трибослое возможно в течение всего периода приработки. Оно может возникнуть и при наличии смазки. Для этого необходимо только, чтобы максимальное касательное напряжение max в контакте достигло уровня

max = k, (1)

где k - постоянная пластичности. Глубина распространения пластического деформирования в пределах объема микронеровности или в приповерхностном объеме (при сглаженных микронеровностях) может превысить критическое значение и привести к разрушению и отделению фрагментов поверхности.

На основе изложенного была принята модель трибоконтакта, согласно которой жесткий эквивалент микронеровности вала (аппроксимируемый конической поверхностью, составляющей с основанием угол ) сближен нагрузкой с жесткопластическим полупространством на величину a, движется под действием касательной силы и деформирует полупространство на глубину h. В решении задачи использовалось уравнение баланса работ внешних и внутренних сил

А = АД + АТ (2)

где А - работа внешней силы, АД - работа деформации материала, АТ - работа силы трения на контактной поверхности. Работа внешней силы определялась через элементарное перемещение микронеровности, для определения АД и АТ использовались уравнения работ при плоском деформировании

, (3)

, (4)

где i - интенсивность напряжений, i - интенсивность деформаций, dV - дифференциал деформируемого объема, к - средняя удельная сила трения, u - перемещение, dS - дифференциал площади контакта. Совместное решение уравнений (1), (2), (3), (4) с учетом геометрических соотношений, условий пластичности и постоянства объема позволило получить условие пластического равновесия [1] в виде

ц (s, , в,) = k / Ц(а, h ) (5)

где s - напряжение текучести, - коэффициент контактного трения, а - уровень сближения поверхностей, Ц - безразмерная характеристика трибодеформации, зависящая от а и h.

В уравнении (5) параметры трибоконтакта (параметр механических свойств поверхности s , геометрический параметр в , нагрузочный параметр а, и параметр трения µ ) через условие пластичности функционально связаны с ограничивающим процесс приработки по повреждаемости параметром h . Изменение любого из параметров контакта влечет за собой изменение толщины деформируемого трибослоя и, следовательно, степени близости процесса приработки к явлениям «перегрузки» поверхности трения пластической деформацией.

Расчеты с использованием УПР позволили установить распределение пластически деформируемой области в зависимости от в, а, м [2]. Выявлено, что глубина внедрения а линейно влияет на глубину деформированной области, а с уменьшением µ (всегда сопровождающее приработку), резко увеличивается глубина деформированного слоя. Влияние в аналогично, но слабее. трибоконтакт подшипник скольжение

Анализ результатов расчетов с позиций технологического управления приработкой позволяет параметры, влияющие на условия ее протекания, оценить следующим образом. Глубина пластически деформированного объема h - является контролирующим параметром приработки. Непревышение его критического уровня гарантирует отсутствие повреждений и легко обеспечивается снижением а. Уровень сближения а и угол в - параметры, управляющие процессом. Линейное влияние а на h позволяет предполагать упрощение разработки безопасной и экономичной технологии приработки. Угол в - параметр исходный. Им можно повысить эффективность приработки за счет механической обработки цапф валов, обеспечивающей рельеф поверхности с углом в не менее 100. Практикой установлено, что чрезмерная гладкость валов вредит качеству и продолжительности приработки. Коэффициент контактного трения µ является параметром, задающим направление приработки, т.к. он изменяется только в сторону уменьшения, что обусловливает природа приработки.

Таким образом, установленная связь между параметрами трибоконтакта и предельным состоянием трущейся поверхности, замкнутая условием пластического равновесия, в совокупности с зависимостями этих параметров от внешних воздействий позволяет решать задачи управления процессом приработки технологическими методами.

Литература

Зелинский В.В. Условие пластического равновесия при трении нагруженных поверхностей.//Производственные технологии и качество продукции. Материалы Междунар. науч.-техн. конф.- Владимир: ВлГУ, 2001, с. 203-206.

Буше Н.А., Зелинский В.В. О пластическом течении при приработке // Состояние и перспективы развития дорожного комплекса. Сб. науч. трудов Междунар. науч.- техн. конф. - Брянск: БГИТА, 2001, Вып.2, с. 72 - 74.

Размещено на Allbest.ru