автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Метод выбора керамических материалов для пары трения кулачок-толкатель

иЗ 9м

АКАДЕМИЯ ЬЛУК СССР >шс гитут ишшоведения им. А. А. Бдагонравова

На правах рукописи

Хуршудоб Андрей Георгиевич

УДК 621.822

МЕТОД ВЫБОРА КШКИЧЕОПОС ШШ1ШЩ Ш САРИ ТРЕПНЯ ЕУЛАЧШ-ТаЗШВЛЬ.

Специальность 05.02.04 - Трение и иэное в ишпннах.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991 г.

Рабата выполнена в Лаборатории узлов трения дл~ экстре-, чаль них условий Института машиноведения им. А. А. Е«агонравова АН СССР.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Дроздов Ю.Е

Офиц: шыше оппоненты: к

доктор технических нау-, профессор Григорьев 11. А. | кандидат технических наук

Кацура А. А.

. Ведущее предприятие: ВНИИмотопроы Минавтосельхомапа (г. Серпухов).

Завдгга диссертации состоится на еаседании специализированного ученого совета Д 00а 42.01 " /- ' -¿¿¿у>^ " 1992.г.

в _ часов в Инстит те машиноведения им. А. А. Благонравова

АН СССР по адресу. 101830, г. Москва, ул: Грибоедова, 4, тел. : 925-О0-28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института по адресу : Ы^ква, ул. Бардина, 4, тел. : 135-55-16.

Автореферат разе, лан " Я* "» 199¿ г.

Ученый секретарь спец..ализированнс д. т. н. /ПК. Усков

* IV ниг«

специализированного созет^ ^^Л^1!

озл/л хлрлктерпсписл vt-imn

Актуальность теш. Работоспособность газсрсспредегитолг^йгс ■еханизмов (ГИ.0 дштатс-..еЛ внутреннего сгорак:'л (по ■логом определяет качество раЗстц г. ресурс зксплуатацки пего ¡питателя. Изнашивание деталей Г. А оказьтеег сугэсгЕе.'шоо )тр:;ц2тельтеш'-е воздействие на токсические, toajicoznua, асустичеасие и экономические характеристики двигателя. Вмзгыч дамегтом ГРМ является распределительную вал. в npj{s«:o соторого заложена программа-' -движишь jsranaHOi.. Изнашп?сш'<? сулачков припод-.т к изменения программы двнтения клаяансз, а ;ледоват<.лыю, is отклонении от расчеотс: хоракгерксти:: ДЕС, зниженив экономичности и экологнчности.

В ü-лтоягре время в какгк развитых в тсхнологическок,-этносении странах пред-'римима.'отея попил« ро-ко лозкеиь долговечность узлов трент ЛЕС за счет применения ног:лс i ¡.'каркасов и технологий. 3 г-ачестве альтернативу традиционно !.»то pirr.au используется конструкционная керамика.которая обеспечивает высокую износостойкость и аадпростзЯизсть узлоз r¡- э-1шя, снижает их вес. Tais комяан'<я Kits bíshi ¡.fetors с 1G84 года испол" зуе: керамические накладки из нитрида кремния ''.а рыча-кных толкателях ГР1.Г. что позволило существенно повысить износостойкость деталей данного узла. Аналогичные исглзлов/ши проводятся компаниям:! Cutrains и Сольксзагеш АО КамАЗ планирует до 1995 года изготовить л установить на ДЕС канЛЗ около 3200 tlíc. толкателей с керамически!::! ирадпдкаыи.

В СССР принята Государственная научно-техническая программа "BUCOKOCKOPOCTHOÍI экологически чистил транспорт которая предусматривает развитие и финансирование исследования 4 оО-j-сти применения керамики в узлах ДВС. В этоя ситуации выработка научно-обоснованных рекомендаций по применению керамн-ки в ДБС,включая узел трения кулачок-толкатель,предстзз лет больную ценность-и является шетуалькой задачей.

Еель» данной работц является исследование вакононерносте тро- и и изншзтшшя пари гизраАяка-сталь в среде юшералыюх наела для ее использования п кулачковых механизмах (КМ) ЛВС получение котодичешзис рекомендаций по способам "овшеш; долговечности кулачковых ыехацизмов путем применения керами •л.

Посхавлеш задаш-

-о цр чьв оценки влияния шханичеашх и теплофшичесюи харак терисгик керамических материалов на контактные напряжения толг&пш смазочньа ЭГД-алэнок и величины контактных тешерату провести численное моделирование условий работы кулашсовоп • ' ыеханкзиа с г.о[к->а1ческоП накладкой на толкатель;

-провести постанову л экспериментальные исследования влияния рзжзаюв смазки на тренде и изнашивание пари керашка-сталь н улхаинчесгаа свойств керамики на триболох лческж характеГ'Псттз! нары применительно к условиям функциои-роваши кулачковых механизмов ДОС;

-..о результатам проведенных исследований разработать рекомендации по выбору и применению инструкционной керами а! в кулачковых механизмах ДБС.

Научная нэвтона состоит в •еруюцем: -проведено системзтичешюе исследование влияния механических свойств кхрглзио! износостоЛсость : тсмонт-ов пари трения керамика-сталь со смазкой и предложен механизм изнашивания; -на основан"« проведенных экспериментов получен критерий оценки условий перехо; процесса изнашивания пари трения керамика-сталь от "сильного" к "слабому"; получены зависимости гл1.осостойксик элементов пары трения керамика-сталь от р .кимов смаа;гл и механических свойств керамики; -получено решение задачи теплопроводности для фрикционного контакта двух двиаусзася тел, основанное на реаении интегрального уравнения Фредгольма 1 рода. Используемый алгорпт; позволяет с високой точностью находить Функцию разделения тепловых потогав меаду

и распределение гегаерагури коль поверхности комтшега грущихся тел, что било использовало для анализа п .ловых полей в поре трепли кулачок-толкатель.

Прагаическая {ценность работы: -проведенные экспериментальные исследования влияния рек"юз эмазки и такте механических харазг зрнстн:: керамики,как твердость и вязкость разрушения на износостойкость I ;етггов пари грення кера!.анса-сталь позволили опттгизирозать технологический гроцесс производства горячепрзссовшшой ¡краники (; лтрнд II карбид кремния) 'а НПО МЛ8С0&Р(£5&Т5»МОГ, б. ли испог..8Э-ваш при проектировании технологической линии для кзготоил-?-ния кера./лческих накладок на толклтели для ДЕС КамАЗ, -методика численного моделирования ¡1 результаты анализа у-лэ-вий г,;,-йоти кулачковых мехам чмов использовались г.о ЕНЖ.-мто промз Кинавтосельхоз.'.^-ча в процессе п~ерз, проектирч ва::::я н нешланий гарамических накладок на толкатели ДЗЗ ВЛЗ - 2108; изданный на основе данной методики пакет прикладных прогрш/. .1 предназначен для трибоанализа системы кулачок - толкатель, причем программный блок расчетов оГД-состояния тентакта н анализа мгновенных тепловых нолей |.км"т б1~ь использован для анализа у?"ов -рения других типов.

! лробация работ и. Основные ^ологеп'ля диссертации Снли доло-жэни на Двенадцатой юбилейной конференции молодых ученых КМАШ ЛН СССР (Москва, 1909 г.);на конференции "Тркбэтелника-кааг.но-зтооешно" (Москва, 1989 г.); на 12-ой ВсесоушсЯ конференции "Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов'Ч Обнинск, 1930 г.); на конкуренции "Современные проблем порошковой металлургии, Керамики ¡г композиционна материалов" (Киев, 1990 г.); на 384-ом заседании Всэсопного научно-технического семинара по ДВССКТУ им.Баумана, 1990 г.); [¡а заседании Ученого совета НТЦ ЛО НамЛЗ (Наб. Челни, 1990 г.); на четвертом Всесоюзном научно-техническом совегшии "Дим'>ми-■л и прочность автомобиля" (1.!осква, ИПМ ЛИ СССР, 1990 г.); на

о

научном сеиикаро по трение и износу в машинах им. Я Ы. Хрукрва (1Ьс"ваЛ2У^ЛНСХЮР,1991 г.).

Пубднкяции. По материалам диссертации опубликовано б печатных работ.

Струтаура и обгем работы. Диссертация состоит из введения, ыти глав,, ¡йодов,списка литературы. работа изложена на 155 страшщпх, включая иО рисунков и 17 таблиц. С0Я5ККЛШШ РАБОТА. ввадокки показана актуальность темы, составившей предмет кратко изяожгны содержание и струтаура работы. В парной главе сгахем^газкрув'гея сведения по трибологии кулачковых ьшш..,змоэ, анализируются су^оствуювде расчетные и вксаэркийихагаико методы оценки режишв смазки,трения и изна-вт&ню в Г4глачкей1х шхшшуах ДЭЗ.

Еопрсссмн азж&элотг кулаияш.« ыехаилзыоя в СССР _ашша-е:с-т. С. 11 Колэгликов, И Д Карлин, К. М. Рагульскиа, И. Я Тартаковс-ю«1, Р./-Иокусас, Е. 11 Воробьев, С. К. Еаронов, Ы.А.Рыхик, ЕЕ Е-робьев, ¡1 А. Если, М. А. Григорьев,Б. ¡Л Коган, Е Ы. Бунаков, Е Л. Бурьянов,.1Е Еорчимньй.И К. ¡¿Жарова и др.

Кэ барубоишх авторов это 6.№НапШоп,К.Но11гЬегд,А.0узоп, 2. 2мпэая^.Но.11апс1,0. Ооиз^п.С МТау1ог и др. Ръкйояш зластогзсродагаьэЕси (ЗГд) занимались Л. Ы. Эр-тель, А. И.Пз^русек.л, Л. К. Грубин.И Е ''оров'^лский, Д. С. Еоднкр, а II. йюздоз, II А. Гакахов, Е Е ПЬфобогав, из зарубежных ученых -О.Со,я>ср.е,К.Шсг»пзоп,йьфок,1&нг,П1гернлихт,Шрч,Й1лсон и др. прох&дизггй ахзг"з ¡визгах, «его:

-в процесс« контактирования толкателя с поверхностью кула'нса, г"\-югаадзЯ к верозше (±20... -40°) обычно реализуется рлким граии-щой спага с агашт&я ЭГД; коэффициент трения имеет величину поряди 0.08-0.12;

- ыхшза-ч токовая калр:!;йгнность контакта С до СбО-ЗБО'С ) создает неблагоприятные услогия длл сыэт"и, активирует процессы адгозин, схьативакия.зздирообразоваипа и оказывает сущест-

венное влнянле на долговвтаостА-'уага; . ■ ;;' , ..," .. .';:'

-суцествувотй на сегодняшний : день подход к анализу розэн .. :. ; мов смазки в КМ, основанный на otew'ÂtesbnQà-roxsane оыввочявЯ ;пленки обеспечизает тсропую коррелята с экспериментом.;! .'. юж быть использовзя при шдэлирозашя? КЫ. .' "'-.i. ^

Яри исследовании узлоз'тренкя кул!лж-толкатель выделяет -четыре осксггпя изяакиггг* гаяагжвama элементов уаля; - абразивный, адгезионный, усталости:^ и коррозионный. .

Распространенней причиной выхода узла га строя является задир.

На стойкость элементов кулачтовых мэханиэьш ico'всем видам .изнашивания влетет выбор материалов,тзгсолегня поверхностного упрочнения или получения материалов,обеспечение благоприятных условий сказки.

В настоящее вреья в разлгагых странах прсподятся тр.тСо-.•.огичесга:э исследования характеристик кс-ра;'н?Я1 на прелат еэ применения в кулачковых уех&чизмзх ЛЕС, что позволяет снизить абразивный ипнос, практически полностью устроить адгезию к схватывание, уменьшить опастнссть возникновения аадироп. В данной работе предлагается комплексное обоснованно критериев выбора керамики для кулачковых механизмов, основанное на теоретическом моделировании КМ с керагаческикг эленэнтам! а экспериментальном исследовании грибосисте!.« кераюка-ствль по СМЭЗГОЙ. ' ■ .

Во bü рой главе проводится теоретический ппал^я условий работы пары трения кулачок-плоский тод'лтеяь с керошр^ской накладкой на примере ДВС КамАЗ. На основании тачеттического и динамического анализа КМ получены зависимости величин аналогов скоростей скольжения, качения,суммарной скорое.и качени;,, ' скорости и ускорения то.-кателя от угла поворота кулачка. Ка базе этих зависимостей .производился ЭГД-расчет для 1сонтекта ' стального кулачка с толзсатэлем, имеющим кер?лчческую накладку.

. В процессе моделирования рассматриваюсь три основных вида • керамик»SiC,Si9H4,Zr02;основные хорактеристеки этих мзте;ф-лоз представлены в таблице 1.

..-, Расчет толщи сшзочг.ых пленок проводился по формуле,пред-, Оголенной в работе В. Е ПМробокова иЬН. Дроздова:

' • 0.73 -0.(6 1 Г 2 0.£С

hinin- 1.65• R'(10-i<.'Vcк/R ) • (Prax/E') • [1+0.18(fl.-0.ViK/K)+■

c 2 0.85 -i + 0. 45(г^0-Vck/K- ]

где Vc;:,Vk.Vii: - скорость скольжения,качения и с^кмарноя старость качгшк, соответственно,f-температурный коэффициент вязкости, К-косффициекг теплопроводности сшзки^-тезокоэффици-епт вЕЗ!к>сти,Р»^ах-кщгаигйлы1ь;& контактные напряжшия.

Для анализа рсхагав смазки в контакте использовалась отлосшелышя то*да» зкззочиой планки: Л -. hmin/ Ra' . .. где Ra,,Ra« - вкспорлуекгалънш значения разновеснчх шерохо-■г "■ватсс«"гй образцов, Ra - Ra*. Экперимзиталыга установлено,'что «ешзратура деталей Ш практически жшейно зависит от частоты врадания кулачка. Используя критерий заедания арэадолзаный Kl Н. Дроздовым, а так-лэ, фага присутствия следов зад;?роо5разо2ания на ко более, чем 3% кэ 240 оболедоъалных толкателей ДБС КамАЗ для КМ данного двигателя была установлена /'зксималыш возыолиая темпоратура разогрева ьасла на входе в контачг. На рис. 1 представлена зависимости величии Л для StC и &Ог от частоты вращения распределительного вала п для тешзератур смазки 95( T(n)~ccnst.) и 130 градусов.

Видно,что Ell с наклад.х»й из SiC (и близкий к нему по значений А км с Mjfyj oi' существенное прсимгт^стзо перед KU с ZrOjj.

Для анализа температурных полей на контакте в КМ была поставлена задача теплопроводности в следующем виде:

ТАБЛИЦА*1.

Основные механические и тепдсфиэитаекиэ хвроктердатига исследуемых атернахсв.

|к»тернал Е -1<Я, Ша п1сэ*с, Вг/м-К а-.оо'с, 1С"а м/с НУ. ГПа К1е,_ ШЬ хн

|Ст. 18ХГТ 2 1 0.3 55.0 1.53 3-7 60- ео

СЧ-21 0.65 0.2Е Б2.0 1.7 5 4.0-50

3.15 0.25 30.0 1.3 20-25 8-12

Б1С 4.3 0.15 ш.о 3.2 25-30 3-0

1гОг 1.85 0. Р5 1.3 0. СЗ 15-20 10-30

20и 1000 1300

ЕШЗ 2гОг-95'С; ЕлШ32гОг-иО'С: Б;:;-95'С: Е

]З.С-130С.

Рис. I. Зависимость величины относительной тог^ят слазочкоЯ пленки ст частота пра^енм кулачка для различных температур сказки.

210 200 190 180 170 160 150 140 110 5 120

1

—

.....

—

200

400

600

1000

1200

1400

600 п, оЬ/'гг>Гп

□ С4-21; Д^С; ОБ^Ч,': Х2гО;>. ' Рис. 2. Заысгассть велич-.пш суммарно!! температуры контакта в паре кулачок-толкатель от частота вращения П..

; SJ.-'ü; №. (6)-'tí 5¿ü,Pe¿) du,--•;'• H-1.2;....

",'■•■" "г.- •.'■:'•*;•■• ..••:

Üflb«* V <}>-.'[.O Qa-Cl-^ .'-V

• - c,(ü)", Qo - próax-ivcKl-.tfrp , .

.... - . ——— t.

. t(8,ü,P0l)f.«[(l-ü*)..' oxf»(. Ре^ЗКОМ^ IPe^(x-ú)! ), i-1,2; " tie --'решкае:: Егора для тепяовог'о источника ;в виде

пол^ы.дзигшсг^гося со скорссть.. Vck по полупространству с адиабатичёскиш!. границами ( в сьлу быстротечности процесса .вегр«» • кЬжюкхкзной теплоотдачей пренебрегаем). Ко - функция. Бесселя, Q-удельный тепловой поток. Данная система свелась к ';: интегральному уравнения вредгольма 1 рода:

»4 : ♦»

5, ( o(iiJ^(slü.'P¿1)dS-4. f(bc(ü)).+ (x,0,Pe2)dü, -iJ ч" •l'.i

5,- сЧ Í0-T( x, 0, Pe,) dú- №(2. ü.Pe,) dü-Jj jeC ú) -t (r, ü. Pe2) di

.' v J

Используя интегрируемость ядра ^и ц таимая е(х) -const, на каздоч малой участке равбиекик отрезка С-1,13 получаем : :uh -и h

:: ;e(rl+h/2)tS1- j tCx.C.Pe^dü+S^ ÍH'íi.u.PojJdül +

. i- o( :+3h/2)[5,-rt(¿,ü,Pe1)dü+!i-(|;(x,ü,Pel)du]+... -

^ "ПК -uU

-imx.ii.PejJdü, где h-2/к, к-число разбиений отрезка [-1,1). " -i'-

Даяное вкрамение сводится к системе линейных уравнений с неизвестными e(-l+h/2), o(-l:-3h/£),... ,е(-1+( к-1)/2). Значения Т(х> получаем лугем подстановки решения для е(х).полученного в таблично" виде, в выражение для температуры Т(х) системы уравнений, представленное в виде интегральной суммы.

Рас,четь :;реводились для частот вращения кулачка Г:00,1000 и

V ' 'i -

1300 об/мин для упругого контакта кулачка о толкателем (Р(х)-Рпах • (1 - у.г/Вг)'/г-, В - '•олуширша плосэдки контакта). "1

IIa рис.2 предстаь^ены результаты расчетов суммарной темпе-сатуры Т-То + Тбсл. для упругого юэнтакта при различных мате-

I

. риалах накладки р завг.^имости от частоты вращения кулачка. "..•. ,

Еидйо.что тепловая напряженность контактов гг02-сталь вине чем у остальных материалов, а абсолютная величина локальных температур мояет оказаться достаточной для активации фазовых, превращений в ZrO¿ при трении,что объясняет факты,отмеченные в литературе и ведущие к ухудшению шероховатости поверхностей ., /. ,

- 1 1 ; ttr

трения. - . у.

По результатам проведенных наследований были отобраны два , '. ' лаиболОо порспегаквных для данного узла трения типа керамики- ' , '- SIC и SijUj. Отмечено, что использование частично стабилизи- , рованпнх композит»? в быстроходных КИ требует больной осторож- ,. ности в связи с возможностью активируемых температурой и дав--лением фазовых превращений,ведущих к ухуг^ению состояния поверхности. . ■ В третьей главе проводится исследование влияния режимов смазки на трибологичеекке характеристики пары трения керамика-сталь. В ходе экспериментов по схеме плоскостьСкерамический образец) - стальной ролик моделировались ос: >вные пара-, метры Неполученные в процессе численного моделирования. Та-'' кимп параметрами являлись: Уск 4 4.72 м/с; , Т - 95±5вС; . Ртах < 9.6-100 Н/м\по SIC); Fmax < 1350 Н; 0.02< hmir> <0.1 ыкм.

Особое внимание уделялось выполнению требований по Ves:, Frrax (Ртах), Т"С и hmin, что должно было обеспечить подобие условий стендовых испытаний условиям работы реального узла.

Рол.;', диаметром 40 мм с fia-0.16 мкм изготовлялся'из стали 10ХГТ о цементацией и закалкой до KRC 5"5-53; керамические образцы имели размеры 5*5Ж15 мм и шероховатость рабочей поверхности Ra-0.02-0.04 мкм. В процессе испытаний, проводг т.:

в емкости с маслом Ы-10-Г2к автоматически поддерзиьалась веданная температура,осуществлялись измерения и вались теыпе-;' ратуры неподвижного образца и коэффициента трения. Нагрузка на .образцы составляла 1338 Н, путь трения был равен 18000 м, скорости сколыкния изменялись от 0.25 до 5 м/с.

3 процессе испытаний было изучено влияние бязкости масла на коэффициент трения (при температурах 35,50 и 95i 5в0),влк-,. яние .релимов смазки на трение и накаливание материалов пагч. . На рис. 3,4 представлены графики зависимости линейного износа керамических и стальных образцоь от скорости скольжения. Для полного цикла экспериментальных исследований были подготовлены 9 композиций горячеиресссванной керамики: 5 из нитрида и i из карбида кремния. В п; /цессе исследований влияния реиимоа смазки на трибологические характеристики пары керамика-сталь были отобраны три композиции: SijN^-li.SljN^-S и SlC-1.

Убывающий характер зависимостей рис.3,4,а чех-ха,аналогичное уменьшение с ростом Vck величин fTp,равновесных церохова-тоотей приработанных поверхностей Ru ,Ra ,Rp' свидетельствуют а нарастании ЭГД-явлег!й в контакте. С ростом Vck возрастало тепловыделение при трении и температура неподвижного образца- с 95 до Ш-112вС.

Для количественной оценки условий перехода была исполь-• зована относительная толщина смазочной пленки А . Гл рис. 5 показан рост д с увеличением Vck. При вычислении А учитываюсь влияние фрикционного р-.-зогрева на hnun,использовались экспериментальные значения температуры и Еероховатости образцов. Анализ полученых зависимостей позволил установить критическую величину Ак~1.1 ± 0.1, которая определяет нижнюю границу режима трения,характеризующегося относительно слабым изнашиванием. Шли этой границы находятся режим "сильного" изнашивания и переходкий рэмим.

Проведенный на основе подученного критерия анализ результатов гл.2 ( см. рис.1) сведетельствует о преимуществах Sic

200 • 175 150 125 100 75

25 0

?м ■

Ц-КЛ <

□ " V

\ ° ' /

, ч ■

]

г—^ и^ггг Т

О 1 2 5 4 !

Уск, т/о

ОЭ!,^- 2; ДЗ^^- 5; 05!С - 1.

Рис. 3. Зависимость линейного износа стальных образцов от скорости скольжения. . , /

14 12 10

8 б 4 2 О

■А-

■ (. Г ^ •

к 1

< "—1 1

Ф ч- ' \

2:

7ск, т/с . ДБ!,!^- 5;

0 3!С

4 1..

Рис. 4. Зависимость линейного износа керами^ск:« образцов, от скорости скольжения.

п -<

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

тс.

2 . 3

Ус к, т/с .

□ - 5,- дэ;,^ - 2. 5. Зависимость величины относительной тояцины смазочной пленки от скорости скольжения.

(и близкого к нему по величинам Л перед 2гO¿ данной

■": композиции.

В четвертой глазе исследуется влияние механических характеристик керамики на износостойкость элементов пары трения . кер&чкка-сталь в среде минерального масла М-10-Г2К. '. ■ Данное экспериментальное исследование проводилось По схеме плоскость-ролик при нагрузках 1338,1725 и 1977 Н, пути трения 180С м и скорости скольжения 0.25 м/с. г ; '" Использовались 9 гсрячепрессовенных керамик. Определялись весовой (сталь), линей!, ^й ( керамика и сталь) и объемный (пересчитанный) износы с'разцов.

В качестве основных механических характеристик керамик.'.' рассматривались микротхердость Ну (при нагрузке 1 К) и вяз.' кость разрушения К1с, полученная методом якдентирования. Ка рис. 6 представлена зависимость износостойкости керамики 1/йУк от твердости керамики. По своему характеру эта зависимость идентична зависимости такого показателя, кш; относительная износостойкость металлов от твердости при Рбразивцом изнашя-' вании. Исследование пверхностей трения методами электронной микроскопии показало абразивный характер изнашивания керамики с преобладанием пластического микрорезан; ; у наиболее вязких керамкк(51}Ы^,51С-1) и элементами хрупкого разрушения у менее-вязкой керамики, что существенно увеличивало шероховатость керамических образцов и повышало Износ стальных. В литературе полное поведение керамики ог ючалоеь только при изнашивании керамики -акрепленным или""незакрепленным абразивом, а для случаев изнашивания в паре с металлом отмечено не было.

Первопричиной появления абразивных частиц в зоне трения, по-видимому,является отделение верен и блоков верен на начальном этапе приработки в следствии высоких контактных напряжений, локальных температур и адгезионных процессов и связано с микроаниготропией и дефектностью керамики. Отделению частиц в процессе трения способствуют усталостные явления на поверх-

35.0 ? 20.0 П 21.0

О ь-»

¿с 20.0 <1

^ 15.0 10.0 5.0 0.0

с 3

/ Л

1 Í Л

s U < -3

..g ^ — *

Ф X¡é ---------- -—1

1.4

2.2 . 2.4

Ну . ГО ' !!Ла.

2.6

2.8

1.6 Г.З 2.0

!

□ 1333 К; Л1705 Н; .01975 Н. Рис. б. Зависимость износсстог.лости играми ;и от твердости..

СО I

сэ о

N

1.0

1.5

2.0 . 2.5 3.0 3.5, 4.0 ( K1c/Hv ) •10 -а 1333 К Д1706 Н; О 1975 Н.

5.0

Рис

\ Зависимость износостойкости с тал к от параметра (К1с/%) керамики.

ности трения. Продукты износа керамист картируют стальную поверхность и усиливают изнашивание керамики.

На рис.7 представлена зависимость износостойкости стаи 1/лУс от параметра К1с/Ну керамики. В литературе отмечалось, что параметр К1с/Ну характеризует стойкость поверхности керамики " хрупко),& ■ разрушению при абразивном изнашивании. Боль сие величины К1с/Ну соответствуют вязким коамикам, поверхности трения которых формируются в основном за счет пласгическиго микрорезания гГразивными частицами и характеризуются малыми «качениями шероховатость. При небольших величинах Ш.г/117 на поверхностях трения храмики развиваются процессы хрупкого разрушения,что существенно ухудшает качество поверхности, увеличивает пе~зховатост*> и способствует повышенному изна:.и-вачию более мягкого металлического контробразца

Таким образом, калшпмсасю свойства керамяо! оказшзкгг влияние кэ только на гаиососхойкосаъ сгло-' гадеи&и:», но и ст али.

В проведенных исследованиях коэффициент трения,как премило, убывал с рост и нагрузки; диапазон значений 1"тр составлял 0.07-Г 12.

В пятой главе ¡гказечы примеры внедрения полученных результатов.

Трибологические характеристики,установленные в работе били использованы . НП0"ЛВТ0ПР01йМЕРИАЛЫ" ар:: выработке критериев оценки -лчества керамики при проектировании технологической линии п*- производству кер мических накладок на толкатели двигателей КамАЗ, во ВНИКмотопроме Миньатосельхозмаш при выборе материалов керамичесгой накладки на толкатель для двигате.ей ВАЗ-2108 и К.3-6.103 (й^битского мотозавода), оаювииз РЕЗУЛЬТАТЫ.

1. Экспериментально установлено,что в условиях трения керамики по стали при налич.а1-смазки основное в;. з.лие на износостойкость элемен.оа пары оказывает механические характерно-

Г-.

теки керамики. Износостойкость керамики 1/дУк при трении по стали з среде минерального масла прямо пропорциональна твер- • цости керамик.» Износостойкость стали 1/дУс при трении по кераммсе в среде минерального масла прямо пропорциональна • па; 1метр/ (Iüc/Hv\ где и1с и Hv - вязкость / разрушения и твердость керамики, соответственно. /

2. Получен критерий перехода режимов смазки пары трения керамика-сталь от сильного изнашивания к слабому. На основании данного критерия и численного анализа влияния

• свойств керамики на толщины смазочной пленки в контакте толкателе с кьрами"ео.сой накладкой со стальным кулачком установлено, что условия смазки в наибольпей степени зависит от равновесной шероховатости керамики, что требует особого внимания при примэн нии частично стабилизированных композиции". способных к фазивым превращениям на поверхности.

3. Получены зависимости величин износа- керамики и стали от твердости " вяз1сости разрушения керамики, контактной нагрузки, скорости скольжения.

4. IIa основании чпслениого моделирования условий работы 1Ш

с керамической накладкой на толкатель показано, что теялофи- . зические характеристики материала накладки оказывают существенное влияние на величины Фрикщ шногс разогрева контакта. Прирост величины температуры в контакте кулачка с ншсладкой из Sic или чугуна может иметь веллчину порядка 52-58*С ,а с накладкой из Zr02 - поряди 78° С. Для услов:гЛ пластического м-фоконтакга величина температурной вспызки иогет достигать .температуры фазовых превращений на поверхности поэтому, частично стабилизированные компог щии желательно использовать в узлах трения с пониженными значениями скоростей скольжения.

5. Создан "акет прикладных программ для исследования три; бологических характеристик кулачковых механизмов, включающий программные блоки чнализа характеристик смазочньп. материалов и анализа температурных полей в зс..е контакта пары трения.

которые необходимы рщя оценки и контроля терырагсптируеыых • адгезионых процессов, предотзраг ?ния схватываний и еаднро-образовак®.

6. ■ На основании численного моделирования тепловых процес-job показано, что использование кратной пары тления (керамический кулачок) менее выгодно, чем прямой. ; 7. Установлена экспернментг„ш1ые зависимости коэффи_иента трения по стали для различных видов керамики в среде минерально"© г-сла.

Овдовею пологешс. диссертационно.* работы изложены : следу-югисс публикациях:

1. Дроздов &1L , Хуршудов А. Г. /Керамичес: ле материалы в уз-nax ^p.ния//Вестник машиноитроения,1S8S, N11, с. 2Р-30.

Оценка применимости кера»*чческих материалов в узлах тре-ши/Хуршудов А. Г. // Двенадцатая юбилейная конференция молодь»: ученых ИЫАШ "Н СССР (Москва, 1989).: Тез.докл., с.50.

3.Расчеты режимов трения,пары кулачок-толкатель/Хуршудов А. Г.//Четвертая Московская научно-техниче сая конференция "Тги-

' ботехнйка-Мзшностроекиэ"' Шсква, 1989). Тез. докл. !.L , 1989, с. 115.

4. Цеханизы изнашивания нитрида и карбида кремния по стали в с; уде минера ¿ного шила/ 'Дроздов КХЕ.Хуриудов А. Г., Мзндру-сов Е'Е. .Финкель Ч А. //Труды чонференцш "С временные проблемы пс ошковой металлургии,керамик- и композиционных иг ерпа-лов" (Киев,1990).: Киев,1990,с. 91-95. ' .

5. ДроздоЕ ¡0.Н. .Хурш; 10В А. Г. .Уандрус^в Р Е. .Кинкель РА./ Влияние мехат. ¿еских характеристик керамических материалов на

. закономерности трения и изнашивания пары керамика-иаль при трении со смазкой//Вестник машиностроения, 1991, Н2,с.12-15,л

6. The influence of-n..chanical charactorist я? of the ceramic materials on the regularity oi friction and wear of ceramic/ste^1. couple under the fric' ton with lubricant / Ju. N. Drozdov,/ G. Khi-shudov, V. E. t/ahc^usov, D.! Vaieev// Abstracts of '.th Int. S .mp. on Ceramic i.iaterials a Corponents for Engines,

, Jurw 1С 12.1991.Gotebors,Sweden. ' 1 Hi'-A: CCCP.Cfli:.:» 118.Тпряк lie sk3.Подписано в ■ печать I-l.70.SI.