автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение работоспособности металлорежущего оборудования за счет введения фуллероидных наномодификаторов в смазочные материалы

ФЕДОСОВ Андрей Викторович

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗА СЧЕТ ВВЕДЕНИЯ ФУЛЛЕРОИДНЫХ НАНОМОДИФИКАТОРОВ В СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и

физико-технической обработки Специальность 05.02.04 - Трение и износ в машинах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский институт машиностроения

(ЛМЗ-ВТУЗ)

Научный руководитель: доктор технический наук, доцент

Петров Владимир Маркович Научный консультант заслуженный деятель науки и техники РФ доктор технический наук, профессор Вейц Владимир Львович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Максаров Вячеслав Викторович; доктор технических наук Фадин Юрий Александрович

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Санкт-

Петербургский завод прецизионного станкостроения».

Защита состоится 20 апреля 2006 года в 16 час. 00 мин. в аудитории 232 главного учебного корпуса на заседании диссертационного совета К 212.222.01 при Санкт-Петербургском институте машиностроения» (ЛМЗ-ВТУЗ) по адресу: 195197, г. Санкт-Петербург, Полюстровский пр., 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского института машиностроения

Автореферат разослан 17 марта 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Бабошкин А.Ф.

го обА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В процессе эксплуатации работоспособность металлорежущего оборудования может снижаться, из-за постепенных изменений, связанных с износом, происходящим в парах трения, под влиянием внутренних и внешних физико-химических процессов и воздействия окружающей среды. В свою очередь, изменения в основных узлах станков могут приводить к снижению производительности и ограничению устойчивости процесса резания, а также снижению точности обрабатываемых изделий и ухудшению их качества относительно выбранных критериев. Большинство способов восстановления работоспособности машин предполагает прямое вмешательство в трибосопряжения с предварительной их разборкой и частичной заменой элементов. В тоже время, изменение характеристик смазочной среды посредством введения активных препаратов (АП), дает возможность сохранить, а в отдельных случаях и повысить работоспособность трибосопря-жений металлорежущего станка без дорогостоящих операций замены изношенных пар. Поэтому актуальной является разработка методов и средств, позволяющих продлить межремонтные сроки, а также повысить эффективность ремонтных работ.

Наиболее перспективными АП, находящими применение для жидких смазочных материалов (ЖСМ), в настоящее время являются наномодификаторы карбоно-вой группы - фуллероидные материалы. Использование фуллероидных наномоди-фикаторов (ФН) в ЖСМ обеспечивает многофункциональное воздействие на пары трения скольжения металлорежущего оборудования, что приводит в итоге к значительному уменьшению адгезионного и усталостного изнашивания и обеспечению сохранения физико-химических характеристик смазочной среды, параметров качества поверхностного слоя и точности формируемых деталей пар трения. Указанное является залогом повышения работоспособности пар трения скольжения и обеспечения требуемых высоких эксплуатационных характеристик металлорежущего оборудования.

Дель диссертационной работы. Основной целью исследований, выполненных в работе, является повышение работоспособности узлов металлорежущего оборудования, включающих силовые фрикционные пары за счет применения активных препаратов - фуллероидных наномодификаторов к смазочным материалам системы смазки.

Для достижения поставленной цели возникла необходимость решить следующие задачи:

• на базе накопленного опыта расчетно-экспериментальных работ синтези-ровагь информативно содержательную модель процесса трения и износа пар трения скольжения металлорежущего оборудования с учетом влияния применяемых АП\

• на основе полученных экспериментальных данных выполнить классификацию современных АП к ЖСМ по основным классификационным признакам;

• на базе выполненных экспериментальных работ по применению в узлах трения АЛ ФН сформировать физическую модель их работы в ЖСМ применительно к материалам силовых пар трения скольжения узлов металлорежущего оборудова-

ния;

рос. националы!

библиотека

I/

• разработать алгоритм введения АП в ЖСМ, методики и технологические приемы эксплуатации реальных объектов с ЖСМ, содержащих в своем составе АП типа ФН;

• разработать алгоритм адаптации АП к ЖСМ, применяемых в узлах металлорежущего оборудования с целью обеспечения рациональных по разработанным критериям режимов работоспособности;

• предложить эффективные методы и средства производственных испытаний ЖСМ с АП, и провести необходимые исследования триботехнических материалов узлов трения с применением ФН;

• разработать систему комплексной диагностики эксплуатационных параметров качества поверхностного слоя элементов трибосопряжений металлорежущего оборудования при условии применения АП.

Объект исследования. Объектом исследования в диссертации являются три-босопряжения узлов металлорежущего оборудования, работающие в условиях граничного трения и при ограниченном доступе смазочного материала в зону трения, работа которых соответствует параметрам работоспособности в течение регламентированного срока службы станка.

Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов. В работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования, включая методы теории подобия. Решения задач базируются на полученных в диссертации экспериментальных данных и известных теоретических положениях теории трения и изнашивания, принципах прикладной механики, технологии машиностроения, теории сопротивления материалов и математической статистики. Достоверность и обоснованность результатов исследования обусловлены использованием фундаментальных положений физики твердого тела, положений динамики механических систем, корректных математических моделей процессов трения, применением эффективных вычислительных методов и средств программного обеспечения для ПЭВМ. Научные положения и выводы, полученные аналитически, подтверждены экспериментально и положительными результатами применения в производственных условиях. Достоверность результатов исследования контактных взаимодействий трибосопряжений подтверждена удовлетворительным соответствием результатов с основополагающими решениями, полученными в работах по процессам трения в трибо-сопряжениях технологических систем механической лезвийной обработки, а также результатами исследований других авторов. Новизна выполненных технических решений подтверждается соответствующими техническими актами, приложенными в работе.

На защиту выносятся:

• результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров пар трения скольжения и эксплуатационных характеристик качества работы трибосопряжений металлорежущего оборудования;

• принцип действия и конструкции триботехнического стенда «Износ», а также приспособления для накатывания износостойких покрытий, выполненного на базе токарного станка, методики измерения с применением измерительно-

вычислительных комплексов (ИВК) для оценки параметров качества поверхностного слоя деталей пар трения «Профиль», «Latimet Automatic»;

• предложенная модель процесса трения и изнашивания, учитывающая с необходимой полнотой влияние АП в ЖСМ на параметры трения и износа трибосоп-ряжений;

• система комплексного мониторинга параметров качества и диагностики состояния поверхностного слоя пар трения для обеспечения управления процессом трения и износа деталей трибосопряжений металлорежущего оборудования;

• выдвинутая, экспериментально обоснованная и инструментально подтвержденная модель действия АП ФНтЖСМя поверхности трения;

• созданная и апробированная на практике эффективная система адаптации АП в ЖСМ на основе дифференцированного учета физико-химических свойств АП ФН.

Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:

• предложена научно обоснованная модель процесса трения скольжения при наличии АП ФН в ЖСМ в качестве основы для выполнения комплекса исследований по достижению заданных параметров работоспособности трибосопряжений металлорежущего оборудования;

• на основе экспериментальных данных предложена модель влияния АП ФН в ЖСМ на параметры процесса трения и формирование параметров качества при эксплуатации трибосопряжения;

• на основе предложенной модели разработан алгоритм системы адаптации АП в ЖСМ к параметрам процесса трения и параметрам качества контактирующих поверхностей. Разработанный алгоритм адаптации позволяет на этапе триботехни-ческих и натурных испытаний учесть влияние основных физико-химических характеристик АП, в зависимости от их концентрации и введения в ЖСМ, на работоспособность пар трения скольжения;

• разработаны методы комплексной оценки показателей качества поверхностного слоя пар трения, основанные на использовании триботехнических стендов, специальных аппаратных средств и новых ИВК;

• предложен применительно к трибосопряжениям метод модификации АП ФН смазочных материалов, используемых в металлорежущем оборудовании.

Практическая полезность работы.

Разработанная система адаптации АП в ЖСМ, применяемых в металлорежущем оборудовании, позволяет обеспечить высокую работоспособность пар трения скольжения при жестких ограничениях на эксплуатационные параметры, параметры процесса трения, качества и точности контактирующих поверхностей.

Система, работая совместно с ИВК «Профиль», позволяет осуществлять оценку микрогеометрии поверхности; работая совместно с ИВК «Latimet Automatic», позволяет проводить визуальный мониторинг поверхностей трения и оценку микротвердости; с ИВК «Износ» - осуществлять оценку триботехнических характеристик ЖСМ и пар трения; с ИВК «ПИРСП» - осуществлять оценку реологических свойств ЖСМ и пластичных смазочных материалов. При работе с информатизационной сис-

темой «Thixomet Standard» производится металлографическая оценка поверхностей трения.

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками ПИМаш -В.М. Петровым, В.А. Никитиным, Д.В. Васильковым; СПбГПУ - С.Г. Чулкиным,

При этом лично автору принадлежат:

• обоснование направления исследований, постановка задач и разработка методологии исследований; планирование и проведение экспериментальных исследований, связанных с триботехническими испытаниями на триботехнических стендах, металлорежущем оборудовании и комплексной оценкой параметров качества на приборах и ИВК\

• разработка модели для оценки комплексного влияния АП ФН на проектируемые антифрикционные материалы, смазочные материалы и покрытия;

• обобщение экспериментальных исследований, построение на их основе моделей и установление основных закономерностей исследуемых процессов;

• разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий в промышленности на основе АП ФН.

Реализация результатов. Предложенные методы комплексной оценки основных эксплуатационных параметров качества трибосопряжений и методы проектирования конструкционных смазочных материалов, покрытий триботехнического назначения и СОТС нашли применение:

• в станкостроении и в энергетическом машиностроении при проектировании индивидуальных ответственных пар трения «металл - металл», «металл - композиционный материал» (ОАО «Санкт Петербургский Завод прецизионного станкостроения», ОАО Концерн «Силовые машины» J1M3);

• в машиностроении на операциях механической лезвийной обработки, при разработке новых масляных СОТС и СОТС на водной основе, содержащих наномо-дификаторы карбоновой группы фуллероидные материалы (ОАО Концерн «Силовые машины» ЛМЗ, ЗАО Завод «Композит»).

Кроме того, учитывая общность рассматриваемых проблем в транспортном машиностроении, реализация результатов исследований осуществлена:

• при отработке технологий применения антифрикционных препаратов к жидким смазочным материалам двигателей внутреннего сгорания на этапах триботехнических и стендовых испытаний (ГОУ ВПО СПбГПУ, кафедра ДВС, ФГУП ВНИИЖТ г. Москва, ФГУП ВНИКТИ г. Коломна);

• на железнодорожном и автомобильном транспорте при разработке новых жидких и пластичных смазочных материалов (ФГУП Русэкотранс).

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс и использованы при подготовке профилирующих дисциплин на технологическом факультете ГОУ ВПО ПИМАШ, таких, как:

• «Триботехника» - по разделу «Применение модификаторов и антифрикционных препаратов для создания триботехнических материалов с особыми свойствами».

• «Взаимозаменяемость и стандартизация» и «Метрология» - по разделу «Методы и средства контроля параметров точности и качества»

• «Основы технологии машиностроения» - по разделу «Влияние параметров точности и качества на основные эксплуатационные характеристики пар трения ».

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в период с 2000 г. по 2005 г. на ряде научно - технических конференций, симпозиумов, совещаний и семинарах: Международной научно-практической конференции "Автоматизация технологических процессов в машиностроении. Режущий инструмент и оснастка" (г. С.-Петербург, 2003); Международной научно-практической конференции "Технологии третьего тысячелетия" (г. С.-Петербург, 2003); 6-ой Международной практической конференции - выставке «Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций»; «Fullerenes and Atomic Clasters», 4th Biennial International Workshop in Russia; IWFAC*99 (1999, St.Petersburg, Russia); Международном симпозиуме по транспортной триботехнике «Триботехника на транспорте»; «Транстрибо-2001, 2002, 2005» (г. С.-Петербург, СПбГТУ, 2001, 2002, 2005); Международной научно - практической конференции "Качество поверхностного слоя деталей машин" (г. С.-Петербург, 2003);Международной научно-практической конференции, посвященной 300 - летию Санкт-Петербурга: «Безопасность водного транспорта» (г. С.-Петербург, 2003);ФГУП «Рособоронэкспорт» ДГУП «Гранитный» (г. Североморск, 2002);ФГУП ПКБ ЦТ МПС (г. Москва, 2003); ГУП Московский метрополитен (г. Москва, 2004); ФГУП ВНИКТИ (г. Коломна, 2004), ФГУП ВНИИЖТ (г. Москва, 2004). Основные результаты выполнены в рамках НИОКР per. № 01200 407457 код ВНТИЦ 020302228 0321.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 136 наименований и содержит 179 страниц текста, включая 9 таблиц, 51 рисунок и три приложения, которые подтверждают работоспособность разработанных алгоритмов и внедрение результатов диссертационной работы на отраслевом и региональном уровнях.

Содержание работы

В введении обоснована актуальность работы, показана ее научная и практическая значимость, сформулированы цель и задачи исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дается анализ проблемы, связанной с обеспечением требуемой работоспособности технологического оборудования Исследование отражает результаты, полученные на основе анализа публикаций в научно- технических изданиях России и зарубежных стран.

В процессе эксплуатации на основные узлы металлорежущего оборудования воздействуют различные виды энергии, вызывая в них процессы связанные, как правило, со сложными физико-химическими явлениями и приводящими к деформации, износу, коррозии и другим видам повреждений деталей. Из-за износа появля-

7

ются дополнительные зазоры в сопряжениях, уменьшается жёсткость, снижается плавность перемещений и т.п. Экспериментально установлено, что наибольший износ деталей пар трения технологического оборудования связан с нарушением условий смазывания и изменением режимов трения. В частности, режим гидродинамического трения (хотя и встречается в трибосопряжениях станков достаточно редко) может замениться граничным, а в отдельных случаях из-за неисправностей систем смазки, трением с ограниченным доступом смазочного материала. Изменение режимов трения, например, для направляющих скольжения, приводит к появлению скачков при медленных перемещениях, неточности позиционирования и пр. Особенно это сказывается при осуществлении малых перемещений с требуемой точностью и при малых скоростях перемещения.

Процессы в механических системах технологических машин (включая металлорежущее оборудование) характеризуется разнообразием и высокой сложностью. Анализ этих процессов, выполненный в основополагающих работах Д.Н. Решетова, В.А. Кудинова, Е.И. Ривина, B.JI. Вейца и др., позволил выявить т.н. технологическую систему и установить основные закономерности динамических процессов. Дальнейшее развитие исследований в этом направлении выполнено Ю.И. Городецким, B.JI. Заковоротным, Д.В. Васильковым, В.В. Максаровым и др.

Анализ результатов исследований позволил установить существенное влияние процессов трения на динамику технологической системы. Поэтому процессы резания и трения в технологических системах, имея много общего, начиная от основополагающих работ В.А. Кудинова, рассматриваются в общей постановке.

При этом в качестве исходных положений принимаются:

• немгновенность распространения воздействий "в фрикционных сопряжениях при изменениях режимов движения (что в простейшем случае отражается постоянными времени, входящими в дифференциальные уравнения процессов);

• формирование характеристик трения в фрикционных соединениях с учетом реологических процессов, протекающих в тонком поверхностном слое с учетом влияния промежуточного (третьего) тела;

• формирование условий управления процессами контактного взаимодействия с целью достижения оптимальных (квазиоптимальных) динамических характеристик системы.

Вопросам, связанным с плавностью перемещения приводов и задачам динамического трения посвящено достаточно большое количество работ, среди которых необходимо выделить работы H.JI. Кайдановского, С.Э. Хайкина А.Ю. Ишлинского, И.В. Крагельского, Ю.И. Костерина, Б.В. Дерягина, В.Э. Пуша, Д.М. Толстого, A.B. Кудинова, Jle Суан Аня, М.Е.Эльясберга, В.Л. Вейца и В.В. Максарова и др.

В инженерной практике для решения вопросов, связанных с повышением плавности перемещений, применяют следующие методы: увеличение жесткости привода; применение специальных смазок с активными препаратами; принудительное высокочастотное осциллирование; применение специальных разгружающих устройств с элементами качения; уменьшение перемещаемых масс и электронное управление приводом. Наиболее перспективным является применение смазочных материалов с заранее заданными триботехническими свойствами, позволяющими

реализовать как фрикционный, так и антифрикционный контакт в режимах граничного трения. В инженерной практике существуют подходы, основные положения которых изложены в работах: И.В. Крагельского, Д.Н. Гаркунова, А.Ю. Ишлинского и Н.В. Гитиса., позволяющие оценивать смазочные материалы, покрытия и антифрикционные материалы с позиции их применения для решения триботехнических задач при проектировании и эксплуатации металлорежущего оборудования.

С проблемой обеспечения работоспособности технологического оборудования связаны задачи износа контактирующих поверхностей. При решении данной задачи необходимо выполнение двух условий: условия структурной приспосабливаемости (СП) и условия совместимости триботехнических материалов. Это направление исследования достаточно подробно отражено в работах: Б.И. Костецкого, М.М. Хрущева, H.A. Буше, P.M. Матвеевского, Ю.А.Фадина и др. Работы Л.И. Погодаева позволяют основные процессы трения и изнашивания при СП рассматривать с энергетической точки зрения.

Для реализации граничного трения, чаще всего преобладающего в парах трения скольжения, и организации несущих плёнок используются смазочные материалы, содержащие присадки и активные препараты. Поскольку в технологическом оборудовании в качестве жидких смазочных материалов обычно используются индустриальные масла (например, И-20, И-40), как правило, не содержащие присадок, то актуально применение индустриальных масел в качестве базы, но содержащих АП.

В соответствии с этим сформулированы цель и поставлены задачи исследований, представленные выше.

Во второй главе представлены результаты анализа контактных взаимодействий в процессе трения и износа при наличие смазочного материала, содержащего АП.

На базе результатов анализа моделей процесса контактного взаимодействия пар трения скольжения металлорежущего оборудования, разработанных В.Э. Путем, В.А. Кудиновым, М.Е. Эльясбергом, В.Л. Вейцем и В.В. Максаровым, моделей оценки антискачковых свойств триботехнических и смазочных материалов направляющих скольжения станков, предложенных В.А. Кудиновым, И.В. Крагельским и

H. В. Гиттисом, моделей оценки кинетики изнашивания при циклически силовых воздействиях, разработанных Э.Д. Брауном, Ю.А. Евдокимовым, A.B. Чичинадзе, Ю.А. Глуховым и моделей оценки структурной приспосабливаемости и совместимости материалов контактирующих поверхностей (Н.М. Алексеева, H.A. Буше, В. И. Савенко, Е. Д. Щукина) синтезирована обоснованная обобщенная физическая модель процесса трения. Эта модель позволяет описать основные характеристики работоспособности, связанные, прежде всего, с чувствительностью, плавностью перемещений и деформативностью привода, а также трением и износом ответственных пар трения скольжения.

Анализ контактного взаимодействия, выполненный на основе обобщенной модели, предусматривает следующую последовательность действий:

I. Для оценки плавности и чувствительности перемещений необходимо провести анализ исходных данных и определить: силы трения на направляющих при длительном покое скачок силы трения при переходе от покоя к движению (S); частоту

разрывных колебаний (со). Наименьшее возможное перемещение из состояния покоя (X)) определяется в соответствии с методикой, разработанной М.Е. Эльясбергом (в модификации, предложной В.Л. Вейцем), по формуле

0)

¿■К

л:, «2-а уз.---

где а- вещественный корень характеристического уравнения системы, г- вещественная часть комплексных сопряжений корней того же уравнения, у2. Уз~ коэффициенты уравнения характеристики трения. Необходимый коэффициент жесткости привода с„ при нормированном значении [х;] определяется по приближенной формуле

(2)

где & - экспериментально найденный коэффициент.

Важнейшей характеристикой плавности движения привода является т.н. критическая скорость ). Определение критической скорости связано со значительными сложностями. Приближенная оценка ее величины может быть выполнена по формуле В.Э. Пуша, однако погрешность такой оценки может быть велика. Поэтому целесообразно воспользоваться эффективной методикой, разработанной В.Л. Вейцем. Важной характеристикой, определяющей точность позиционирования узлов на направляющих скольжения, является величина максимального скачка хтах

=С,-е" +(С2 -сое©-*, +С3 •ЯП©-*,)-*"' + 5 +у5 (3)

с

где С], С2, Сз, коэффициенты, определяемые в зависимости от •, N - нормальное усилие на направляющих. Формула (3), как показ±пи исследования при применении различных смазок со всевозможными присадками, дает значения, достаточно близкие к экспериментальным при надлежащей оценке параметров характеристик трения (обычно определяемых экспериментально).

Заметим, что рассмотренная методика основана на использовании квазистатических характеристик трения. Переход к расчетам на основе динамических характеристик трения (по предложениям В.А. Кудинова, В.Л. Вейца и В.В. Максаро-ва) требует специально выполненных исследований применительно к прецизионным парам трения, что в настоящей работе не рассматривалось. 2. Для определения приведенной жесткости привода необходимо провести анализ структурной схемы привода металлорежущего станка (с учетом влияния деформаций всех валов и передач), определить угловую податливость епр приводного механизма, приведенную к выходному звену с учетом потерь на трение:

— . (4)

где е] - угловая податливость ] - того вала; ¡ц - передаточное отношение передачи между валами 1 и/; 77^ - коэффициент полезного действия передач, связывающих] - тое звено с выходом. Определение податливости нелинейного элемента осуществляется методом линеаризации в рабочей точке:

_ <><Р,

дМ,

м--м„ (5)

где - крутящий момент на у - ом валу от сил трения, приложенных на направляющих, определенный с учетом потерь в передачах. Определение приведенного коэффициента жесткости с привода осуществляется по формуле:

где епр - угловая податливость приводного механизма (без выходного звена), определенная по формуле (4); is - передаточное отношение между поступательными и угловыми перемещениями выходного звена, определяемое в зависимости от его типа; г]е, - коэффициент полезного действия выходного звена определяемый в зависимости от его типа; £ег суммарная податливость элементов выходного звена с учетом приведения к поступательному перемещению; определяется также в зависимости от типа выходного звена (винт - полноохватная гайка, винт - винтовая гайка, зубчатое колесо - зубчатая рейка, червяк - червячное колесо и т.п.).

3. Для оценки антискачковых свойств триботехнических материалов и смазочных материалов необходимо проанализировать начальное состояние системы (пара трения, характеристика пленки, пятно контакта, его протяженность, скорость перемещений). Определить параметры пленочного голодания (ПГ) при разных скоростях скольжения (и) и изнашивания пленки (и) (время существования элементарного участка фактического касания (//и), время полного восстановления пленки (s/v), время полного износа пленки (h/u), где / и s - средние значения протяженности участков фактического касания и расстояние между ними в направлении скольжения, h - толщина пленки на поверхности трения). Экспериментально определить параметры модели ПГ на ползунковом стенде 77МТ-1 и в последующем оценить параметры микрогеометрии поверхности на ИВК «Профиль». Построить зависимости для коэффициента трения f в режиме ПГ: /= F(l) и/= F(s), а также квазистатическую характеристику трения/= F(tr),f = F(v) - зависимости/от скорости скольжения и, и продолжительности неподвижного контакта t„. Оценить комплексный параметр фрикционных автоколебаний (количество испытаний без автоколебаний,

выраженное в %) а = " "' 100%.

п

Построить зависимости показателей ПГ от параметров трения, a=F(lJ; a^F(Af); a=F(k); a~F(fLp) с определением характеристик антискачковых свойств, где Af -разность между коэффициентом трения fm при ПГк/ц в режиме нормальной смазки

4/"-/Пг-/н> /ф.к -параметры антискачковых свойств, где /ср=^ (fö+f0+ fc); k=f0/fö,

где f0 - динамический коэффициент трения при минимальной скорости скольжения, fu - коэффициент трения после остановки / - статический коэффициент трения при времени остановки более 60с.

На основании этого сформировать базу данных и архив.

4. Для оценки кинетики изнашивания при циклических силовых воздействиях необходимо сформировать исходные данные: h(t) - величину линейного износа; УУ -скорость линейного износа, v' - относительную скорость перемещения; р - нормальное давление, S - площадь контактирования, т - напряжение сдвига на контактной поверхности, cr„„„, ffmax - наибольшие и наименьшие напряжения в цикле нагружения.

Определить критическую точку с наибольшим интенсивным температурно-силовым воздействием с помощью критерия (f(v(x,J,p(x,J, t(xJ а™ (х,))=0). На основе упрощенной модели усредненно - однородного распределяют перменных v ; р; т; по поверхности опеределить показатели

составить критериальное уравнение на основе II теоремы подобия

^ = (8) h {Js <rm Р VSj

где ")N/h - безразмерная скорость изнашивания; <р,- оператор функциональной зависимости;^, /Js - относительная скорость перемещения; р/отах - характеристика нормального давления; ат Jo max = г - степень асимметрии цикла нагружения; т/р = / - коэффициент трения; N = t/t4 - число циклов нагружения; h/Js-безразмерная величина износа.

Определить дополнительные условия подобия во всем интервале изменения времени tB i=l, ...и или цикла N

я-,(о) = idem,яМ = idem,...,{t -О' = idem. (9)

?!

Достаточность условий (9) следует из основных теорем подобия и сходимости степенных многочленов к функциям 7ij(t) в интервалах пересечения областей точек t,.j, t, и tl+i (i - 0, п) при достаточном числе q - членов разложения. При стационарном на-гружении устанавливаются следующие условия подобия (обозначены соответственно AI, А2, A3, A4, А5, А6):

ut4ljs = idem, p! <jm3Ji=idem, T/p = idem, 'N-idem, a^ / <7^ = idem И (10)

ä(o)/-Js=idem,....,h(t)/-Js = idem, или при достаточно больших п hl4s~=idem. (11) Провести триботехнические исследования с целью фиксации интегральной характеристики - линейной величины износа, h=h(N). Графически или графоаналитически определить моделируемую зависимость ~^f/h=<p(N), а также оценить выборки значений hu при заданных Nk, Окончательные результаты испытаний по моделированию кинетики изнашивания при трении скольжении могут быть представлены в виде выборок hu при заданных Nu (где /-число членов выборки, ^-значения параметра натурных испытаний). Статистическая обработка этих значений позволяет определить средние значения (hk) с доверительными интервалами и оценкой однородности выборок hu.

5. Для оценки структурной приспосабливаемости и совместимости контактирующих поверхностей необходимо сформировать, опираясь на данные экспериментальных исследований, начальные условия: вид и характер трения, схему трения; физико-химические и механические свойства материалов пар трения; свойства ЖСМ\ способ смазывания, оценить глубину слоя подповерхностного течения НП от нагрузки методом измерения микротвердости по диаграмме вдавливания индентора или предварительно определить по формуле:

Н„ ~U0-H0exp-Ba(i//р, (12)

где Н0, В — коэффициенты, зависящие от перечисленных выше факторов и характеризующие конкретное сопряжение. В частности, в работах Буше Н.А, установлено, что Н0~(\р-1), а- показатель деформационного упрочнения, ^-степень упрочнения, р =р/НВ безразмерное давление, НВ - твердость по Бринеллю. Оценить условия нагруженности поверхности к, используя зависимости к-к(у,) k=\¡/k0= k¡, при у <Нп и к = ко, при у > Н„.

Оценить нагруженность триботехнического материала а; а = ~ где, <у - интенсив-

к

ность напряжения

_ . с\и -Н ехр-Я. (v _')" 7>1 т,

a =2fa//exp— - -iПу ■ (13)

Р

Экспериментально определить макронапряжения в поверхностном слое и рассчитать зависимости:

Е d<P,Wi-d<P,V¡ l+v dc sin2^2-sin2^,

где E - модуль упругости, v - коэффициент Пуассона d0- межплоскостное расстояние в ненапряженном образце, ф- угол, образуемый рентгеновским лучом с нормалью, к поверхности, <р- азимутальный угол с компонентой a¡ Определить несущую способность смазки от условий контактирования

"V , (14)

= (15)

где а0 — несущая способность граничного слоя при /*-» 0, определяемая энергией когезионного и адгезионного взаимодействия в окрестности точки приложения сосредоточенной силы (г0г — предел текучести граничного слоя при сжатии; 1к — длина пятна фактического контакта; 5 — толщина граничного слоя; А, В, С, Б - коэффициенты, М - число, пропорциональное молекулярной массе (по А.С Ахматову). Рассчитать толщину граничного слоя

г г Ы + Щи-cosaU

°о> 8о =,- '/, -л Га, > (16)

\ ЗАГ(1 + Я)

где 80 - толщина граничного слоя при начальном пластическом течении микронеровности, К — предел текучести материала при сдвиге; Тог - предел текучести граничного слоя при сдвиге; а — угол наклона боковой стороны микронеровности к основанию; X - коэффициент боковой утечки смазки из зазора определяемый, как Х=гпоп/гпрод, где гП0П/гПр0Д — радиусы микронеровностей в поперечном и продольном направлениях.

Рассчитать среднее значение граничного слоя за цикл взаимодействия неровностей:

(17)

где М = Ввта(1 + Х)/(1-со&а)?1)к (к— сближение микронеровностей,).

Изложенная последовательность действий при оценке характеристик контактного взаимодействия элементов позволяет представить достаточно полную картину и составляет основу для принятия решения о рациональном выборе смазки и соответствующего АП. Разработка алгоритмов и соответствующего программного обес-

13

печения для решения комплекса задач применительно к различным технологическим системам должна учитывать структурные и конструктивные особенности соответствующего оборудования.

В третьей главе проведен анализ существующих АП, применяемых к ЖСМ, и их разделение по структуре входящих в состав активных составляющих, характеру действия и основным активным компонентам, оказывающим воздействие на поверхности трения. На основании анализа предложена следующая классификация АП: металлосодержащие; содержащие политетрафторэтилен; эпиламные (эпиламо-подобные) и металлоорганические; АП на базе геомодификаторов трения; содержащие дисульфид молибдена и углеродосодержащие (карбоновая группа).

Наиболее перспективными АП, применяемыми в смазочных и антифрикционных материалах, в настоящее время являются наномодификаторы карбоновой группы - фуллероидные наномодификаторы (ФН): фуллереновая сажа, фуллерены, на-нотрубки, астралены (см. рис. 1). Эти материалы представляют собой новую аллотропную форму углерода, отличающуюся от графита и алмаза Бр2 - Яр3 гибритиза-цией внешних электронных оболочек. ФН обладают:

Рис. 1. Микрофотографии, полученные на электронном микроскопе JEM - 100С а - фуллереновая сажа; б - астралены; в - многослойная нанотрубка; г - фрактальная сетка образованная астраленами.

• значительной сорбционной активностью, связанной с высокой кривизной поверхности наноразмерных частиц, обладающих большой нескомпенсированной поверхностной энергией.

• высокой поляризуемостью частиц и их способность выстраиваться в цепочки со значительными тепло- и электропроводностью, что обеспечивается наличием электронных облаков из делокализованных р - электронов.

Результатом этих физико-химических свойств является многофункциональность действия ФН (см. рис. 2). Фуллероидные наночастицы, в силу особенностей строения уменьшают кавитационный износ, способны «залечивать» структурные дефекты поверхностного слоя металлов, препятствовать адгезионному изнашиванию, снижать температуру в зоне трения, предотвращать физико-химических изменения характеристик смазочной среды материалов поверхностей трения, повышать устойчивость смазочного материала к окислению, осуществлять протекторную защиту металла от водородного воздействия (водородного охрупчивания), снижать абразивный износ твердыми оксидами металла, замедлять рост оксидных пленок до толщин, способных к самоотслоению из-за различия коэффициентов термического расширения.

Рис. 2. Модель комплексного влияния АП ФН в ЖСМ на материалы в зоне трения и, как следствие, формирование параметров качества в ходе работы трибосопряжения

Рассмотренный механизм действия АП ФН в ЖСМ на материалы в зоне трения, а также анализ чувствительности к изменению параметров трибосопряжения в эксплуатационных условиях, позволяют обоснованно выбрать ФН в виде АП ЖСМ систем смазки технологического оборудования.

В четвертой главе приведены данные об основных характеристиках спроектированных стендов, приспособлений и ИВК, а также результаты экспериментальных исследований влияния АП ФН в ЖСМ на работоспособность пар трения, выполненных из материалов триботехнического назначения, применяемого в современном станкостроении: чугун-чугун (СЧ 21 - СЧ 21), чугун-сталь (СЧ 21 - 20Х),

азотированная сталь (38ХМЮА) -бронза Бр.ОС-1-22, чугун ВЧ -45- антифрикционные сплавы (БК2, Бр.ОС-1-22, А020-1).

Исследования проводились: на триботехническом стенде «Износ» выполненном на базе токарного станка; на триботехническом приспособлении накатки износостойкого покрытия по схеме ролик - неподвижная колодочка; на стенде модели 77 МТ-1 по схеме - торцевое трение трех неподвижных цилиндрических образцов 010 мм по перемещающемуся возвратно-поступательно плоскому образцу; серийных машинах трения 2070 СМТ-1, СМЦ-2, по схеме - скольжения ролика по неподвижному ролику и колодочке. Кроме этого, проводились натурные испытания АП ФН к ЖСМ на технологическом оборудовании, в частности на токарном станке. Оценка основных динамических и триботехнических характеристик, а также параметров качества и реологических свойств смазочных композиций осуществлялась с помощью программно-аппаратных комплексов в составе ИВК «Профиль», «Latimet Automatic», «ПИРСП», информатизационной системой «Thixomet Standard» для металлографической оценки поверхностей трения, исследования микроструктуры ФН и поверхностей трения проводились на электронном микроскопе модели «JEM -100С» и растровом электронном микроскопе «JSM-35CF».

На базе разработанных оригинальных программных комплексов и программно-аппаратных средств выполнен значительный объем сопоставительных расчетно-экспериментальных исследований с целью обоснования исходных предположений, созданных методов, алгоритмов и методик. В частности было установлено следующее:

• использование АП ФН в экспериментальных смазочных составах позволило существенно снизить износ для стальных и чугунных образцов. Результаты исследования представлены в табл. 1;

Таблица 1

Наименование смазочного состава Линейный износ 1„, мкм (77МТ-1) для пар трения Пятно износа d„, мкм (ЧШМ 3,2)

Сталь 20Х-чугун СЧ21 Чугун СЧ 21 - чугун СЧ 21 Сталь ШХ 15

Масло индустриальное И-20 26 8 0,579

И-20 + ГМТ' 70 28 0,803

И-20 + Мовз 32 36 0,658

И-20 + «Ресурс»" 30 26 0,723

И-20 + 0.01% Аб"" (без подготовки) 28 24 0,682

И-20 + 0.01% Ая (с подготовкой) 13 18 0,488

И-20 + 0.01% ФС "* (без подготовки) 13 7 0,572

И-20 + 0.01% ФС (с подготовкой) 9 4 0,394

"геомодификатор трения, "металлосодержаший АП, '"астралены, "" фуллереновая сажа

• экспериментальные составы с АП ФН позволили получить более низкую шероховатость поверхности и более износостойкую поверхность по стандарту DIN 4776 для всего диапазона материалов триботехнического назначения. Данные представлены в табл. 2;

Наименование смазочного состава лш Я» мкм МКМ Яг,, мкм мкм ¡5™ чкм МКМ Як, МКМ Яук, МКМ МКМ н. МКМ

Чугун СЧ 21

Масло индустриальное И-20 02 1,49 0Д7 3,60 23,66 102,2 0,63 0,54 2.43 0,93 512

И-20 + ГМТ 0Д7 1.82 0,35 2,76 21,77 124,8 0,76 0,69 и1 2.93 1707

И-20 + 0.01% ФС (без подготовки) 0,14 0,93 0,18 1,52 22,22 67,24 0,65 0,49 038 1Д2 512

Сталь 20Х

Масло индустриальное И-20 0,1 0,44 0.1 0.73 22,22 121,7 0,18 0,31 0Д4 0,78 320

И-20 + ГМТ 0,13 0,88 0,17 1,44 19,21 48,21 0,22 0,36 0,86 0,75 284,4

И-20 1 МоБз 0,12 0,92 0,16 2,19 25,55 54,36 0Д7 0Д7 1,64 0,59 284,4

И-20 + «Ресурс» 0,12 0,65 0,15 0,87 21,65 88,1 0Д6 0.3 03 1,6 640

И-20 + 0.01% Ав (без подготовки) 0,09 0,52 0,11 0,71 19,5 102,2 0,12 03 0Д8 0,86 320

И-20 + 0.01% Аэ (с подготовкой) 0.09 0,50 0,11 0,71 17,26 60,83 0,16 0,25 03 0,73 365,7

И-20 + 0.01% ФС (без подготовки) 0,09 0,42 0,1 0.7 17,87 63,88 0,17 0Д4 одя 0,76 320

И-20 + 0.01% ФС (с подготовкой) 0,07 0,71 0,11 оз 17,5 40,56 0,27 ОД 0,86 0,87 320

• для образцов, испытанных с АП ФН, равновесная шероховатость достигается быстрее, чем при использовании базового масла;

• исследования микротвердости и технологических остаточных напряжений (ТОН), представленные в табл.3, показали, что введение АП ФН в ЖСМ позволяет управлять процессом изменения микротвердости и организации сжимающих напряжений на поверхности. Изменение микротвердости и ТОН позволяют, в целом, быстрее адаптировать (приспосабливать друг к другу трущиеся поверхности рис.3,4), а увеличение сжимающих напряжений повышает износостойкость поверхностей;

Таблица 3

Наименование смазочного состава или обработки Сталь 20Х

Микротвердость (Н/мм2) ТОН (МПа)

Масло индустриальное И-20 3007 - 353,04

И-20 + ГМТ 3239 -509,95

И-20 + МОБ2 3610 -441,3

И-20 + «Ресурс» 3292 -

И-20 + 0 01% Ав (без подготовки) 2419 -

И-20 + 0.01% Ав (с подготовкой) 2710 - 402,07

И-20 + 0.01% ФС (без подготовки) 3900 -

И-20 + 0.01% ФС (с подготовкой) 3426 - 362,85

Механическая обработка 3345 - 68,65

Закалка 4557 - 304,01

Отжиг 1252 - 205,94

• триботехнические испытания, проведенные на стендах и машинах трения (2070 СМТ-1, СМЦ-2, 77МТ-1) показали, что АП ФН позволяют снизить коэффициент трения, повысить износостойкость и индексы задира и схватывания (рис. 5, табл.4);

Масштабная шкала I

а)

б)

Рис 3 Микрофотографии поверхности трения образцов из стали 20Х после испытания на машине трения 77МТ-1, XI ООО- а) в базовом масле б) в базовом масле с АП ФН

Рис 4. Микрофотографии поверхности трения образцов из стали 20Х после испытания на машине трения 77МТ-1 и травления по методике и препаратами фирмы ВиЕНЬЕЯ, полученные на растровом микроскопе «ЛБМ-ЗбСР», ХЗООО а) в базовом масле; б) в базовом масле с АП ФН

1тр

0,2 -0,18 " 0,1 в -0,14 ■ 0,12 ■ 0,1 ■ 0,08 -0,0в -0,04 -0,02 -О -

-И-10

- И-20+ФС бет пол-ки И-20-ьФС с под-кой

31

5с 1м 2м Зм 4м 5м вм 7м 8м 9м Юм 11м 12м 13м 14м 15м

Рис. 5. Зависимость коэффициента трения от продолжительности испытаний на задир при нагрузке 1700Н для трибопары СЧ-21-баббит БК 2 на серийной машине трения 2070 СМТ-1

• натурные испытания использования АП в ЖСМ в системе смазки токарного станка показали уменьшение потребляемой мощности двигателя привода главного движения, уменьшение вибрации (повышение виброустойчивости на разных режимах работы станка (табл.5));

• для обрабатываемых заготовок из стали 40Х отмечено снижение шероховатости, контрольной и экспериментальной партий (табл.6).

Наименование смазочного состава Коэффициент трения ^ при испытании пар трения с различными составами при нагрузке 1100 Н с постоянной подачей смазочного состава

чугун СЧ-21-баббитБК2 Чугун СЧ-21- бронза Бр.ОС-1-22

Масло индустриальное И-20 0,042 0,159

И-20 + 0.01% Аэ (без подготовки) 0,036 0,111

И-20 + 0.01% Аб (с подготовкой) 0,031 0,106

И-20 + 0 01% ФС (без подготовки) 0,039 0,086

И-20 + 0.01% ФС (с подготовкой) 0,024 0,074

Таблица 5

Режимы резания Мощность исх. сост Мощность эксперим.

№ t, мм S, мм/об п, об/мин V, м/мин Показания Nc, Вт Показания Nc, Вт

1 5 ОД 250 39,25 38 -8 3300 74 -34 3250

2 5 0,2 630 98,91 53 8 6700 100 15 6200

3 5 0,3 250 39,25 41 -5 3950 82 -24 3800

4 5 0,3 630 98,91 59 14 8050 112 40 7600

5 5 0,3 1250 196,25 93 42 14550 87 152 13600

6 5 0,4 1250 196,25 112 55 18350 103 97 17400

Таблица 6

Режимы резания Шероховатость исход. Шероховатость эксперим.

№ t, мм S, мм/об и, об/мин V, м/мин Ra, мкм Rz, мкм Ra, мкм Rz, мкм

1 5 0,2 250 39,25 2,58 12,10 2,38 11,14

2 5 0,2 630 98,91 2,72 14,93 2,34 12,15

3 5 0,3 250 39,25 2,74 12,66 2,54 11,75

4 5 0,3 630 98,91 4,01 18,58 3,00 14,89

5 5 0,3 1250 196,25 5,34 22,02 5,10 23,36

6 5 0,4 1250 196,25 6,23 29,94 5,81 25,00

При исследовании состояния поверхностного слоя образцов и деталей пар трения с использованием перечисленных ИВК и методов физических исследований (рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии, металлографии), а также натурных испытаний технологического оборудования были получены скоррелиро-ванные с динамическими характеристиками параметры и функции, которые показали высокий уровень значимости динамических характеристик трибосопряжений металлорежущего оборудования при наличии АП ФН в ЖСМ.

В пятой главе рассмотрены вопросы адаптации АП ФН к ЖСМ, применяемым в системе смазки металлорежущего оборудования. Установлено, что задача адаптации должна решаться комплексно, начиная с проектирования станка и учитывая особенности эксплуатации оборудования. Для решения задачи повышения работоспособности металлорежущих станков разработана система адаптации АП ФН к ЖСМ, позволяющая совместно с моделями, корректно выбранными триботехниче-скими испытаниями, инструментальными методами оценки параметров качества и

точности на ИВК, металлографическими исследованиями и натурными испытаниями технологического оборудования добиться заданной экономически эффективной производительности, требуемого качества и точности обработанных изделий. Систему адаптации можно разделить на восемь укрупненных блоков взаимодействующих друг с другом: организация и оценка исходных данных; определение вида лезвийной механической обработки; обеспечение условий работоспособности металлорежущею оборудования; определение вида трения; оценка параметров износа; определение тепло-физических характеристик пар трения; оптимизация; определение технических ограничений.

Алгоритм схемы адаптации АП ФН к ЖСМ построен по блочной оптимизированной схеме с возможностью многовариантных расчетов режимов работоспособности и представлен на рис.б. Для реализации алгоритма и производства расчетов были разработаны программные продукты с использованием среды программирования Borland Delphi 6 на языке Pascal.

В работе выполнен анализ экономической эффективности использования системы адаптации АП ФН к ЖСМ для улучшения работоспособности токарного станка при обработке ответственных заготовок из жаропрочной стали в энергомашиностроении. На основе разработанных методик и моделей проведен выбор экономически эффективных режимов обработки, использование которых позволило снизить затраты энергии, трудоемкости обработки в среднем на 10% и улучшения показателей качества, в частности точности размеров и шероховатости, на 12%.

Общие результаты и выводы

1. Предложена совокупность моделей, с использованием которых разработаны конкретные алгоритмы, определяющие состояние трибосопряжений металлорежущего оборудования и позволяющие выполнить необходимую количественную оценку основных статических и динамических свойств трибосистемы с учетом возможного изменения, условий работоспособности, трения и износа за счет применения АП ФН в ЖСМ.

2. Выполнена классификация АП по их основным классификационным признакам, связанным с особыми физико-химическими характеристиками рассматриваемых АП.

3. На основании выполненных собственных экспериментов и анализа результатов известных расчетно-экспериментальных работ других авторов представлена модель работы АП ФН в ЖСМ применительно к материалам пар трения скольжения металлорежущего оборудования.

4. Разработан алгоритм введения АП ФН в ЖСМ, методики и технологические приемы испытаний металлорежущего оборудования и механизмов машин с близкими по условиям эксплуатации пар трения.

5. Разработан алгоритм адаптации АП ФН в ЖСМ к конкретным объектам металлорежущего оборудования, основанные на использовании современных программных средств. Предложены эффективные методы получения необходимых исходных данных для выполнения динамических расчетов применительно к контактным взаимодействиям в процессе трения с использованием экспресс-методов количественной оценки и моделирования.

I Моделирующая cui

| Архивы

j | Сервис

_ tfl

тип*

Составляющие Технологической системы оборудовании^

it] Схема контакта пар трения (по Крагельскому)

114

Размерно-технические характеристики

115

Физико-механические характеристики материалов пары трения

1161 Смазочные материалы с АП

11.7 [ Нормативныедокумент/

ГОСТ. ОСТы СТП ГУ

116.1 Фазико-химичеа свойства

цщ

1163

кие|

Реологические сВоистВа\ Грибатехнические свойства

1151 | Задаваемые I 1.15.2 | Определяемые'

121

Количество режущих /фомок

122 | Характер движения |

123 I Кинематика резания

1J11 | YiTitX

ОдналезВшшя

Пюголезвииная

11 I Исходные данные 12 Г Вид обработки |—

114 И ГеометршТ

1112

Контрольные режимы/фения

г- 13

IX

Обеспечение условий

15

Цценка пцраметроВ Ш

/й Тепло-физические

.тямщыаша!

151

152

Выполнение условии структурной приаюсобливаемости и совместимости 'фхноави генка онтискачкоОых свойств чатеоиалов пои пленочном голодании

Л2 Оценка износа на теории подобия

17 | Оптимизация

Силы трения

ГТйТТ_

\ 162 | Момент/трения \ | 16.3 | Температуры

1511

Показатели собственной прочности материала

1.512

Показатели пластических свойств материала

18 Уехнические ограничена

171 \Скорасш перемещения \ \ 1.72 \ Точность I

I 173 | Износ I 174 I Температщю

15 а Показатели микрогеометрии поверхности

1514 Показатель характеризующий совместимость материалов

1515

Характеристики внешнего воздействия

1516

иг 1 Сихве (V |

1 "2 \ Граничное |

1 Ui 1 Пглужидкостное |

1 I Гидродинамическое I

, Выпо/чение условии плавности ,J 1 и бетрывковости переметений

Jr£ili

Ч132

выполнение условий жесткости и чувствительности перемещений

i 11U | Инструмент 1

1 1112\ Заготовка

1113 Технологическая

оснастка

13111 Увеличение жесткости привода] 1312\ПВименение специальных смазок с АГТ\ I1313. [Высокочастотное осциллиооВание]

U14

Специальные разгружающие устройства с элементами качения

1315\^ Уменьшение перемещаемых масс

181\ По точности

Линейные размеры зоны номинального контакта (масштабный Фактов!

183 Па техническим возможностям технологической системы

184 По организационным Возможностям производство

[1531 I Критерии подобия

Т1532 \ А/ 11533 \А2

185

15Ш\ЛЗ 11535\А4

По экологическим и ститарнын нормам

1153.6 \А5 \153.7\A6~

—11821\

' 1&22\ волнистаспйГ

11823 | Деформапшвность

[ 182.4] ТОН 11825 [ ГВердость

1521 Показатели пленки

1522

Показатели

1523

I Электронное управление

18111

Формы

Фтшшнк. Показали

кпяебавм!

1524

язатело автоколебаний

трения при пленочном гплодпнт_

I 18.12\ Размеров \

\1813 \Располажению поверхности

Рис. 6 Алгоритм автоматизированной системы выбора рационального состава АЛ в СМ системы смазки станка. (*) без смазочного материала в зоне трения, МС - металлорежущий станок; А1, А2 ,АЗ ,А4 ,А5, А6 - критерии подобия приведены в гл.2

6. Разработанный алгоритм позволяет на основе адаптации АЛ ФН к ЖСМсинтезировать рациональную по условиям эксплуатации изделий микрогеометрию поверхности и оценить уровень ТОН в металле поверхностного слоя пары трения. При выполнении оптимизационных процедур предложены и реализованы в рамках эффективных алгоритмов оценки параметрических характеристик и характеристик микрогеометрии по стандарту DIN 4776.

7. Для осуществления имитационного моделирования при экспериментальном исследовании контактных взаимодействий в процессе трения и механической обработки резанием широко использованы программно- аппаратные комплексы и разработанные стенды. Данные стенды и ИВК являются эффективными имитаторами протекающих процессов при трении для широкого класса трибосопряжений и позволяют проводить программу модельных исследований без непосредственного привлечения дорогостоящих универсальных средств.

8. Разработанные методики и программно-аппаратное обеспечение для ИВК явились основой для комплексного исследования состояния поверхностного слоя v. материалов пар трения до и после испытаний с возможностью достоверного определения необходимых параметрических и непараметрических количественных оценок

и качественных характеристик, отображающих эксплуатационные свойства трибосопряжений металлорежущего оборудования.

9. На базе обоснованных обобщенных моделей и показателей состояния качества трибосопряжений разработаны, испытаны и предложены для реализации, также на транспорте и в промышленности новые смазочные материалы на основе упорядоченных кластеров углерода фуллероидных материалов, как наиболее перспективных для решения триботехнических задач.

10. Основные результаты исследований были внедрены и получили широкую апробацию в условиях действующего производства ОАО КОНЦЕРН «Силовые машины» (JIM3, Электросила, «Завод турбинных лопаток»), ЗАО «Завод «Композит», ОАО «Санкт-Петербургский завод прецизионного станкостроения», ГОУ ВПО СПбГПУ, ФГУП Русэкотранс, ФГУП ВНИКТИ, ФГУП ВНИИЖТ и других организациях и предприятиях РФ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных ра- ♦ ботах.

1. Федосов A.B., Алексеев С.П. Комплексный подход при оценке потерь на трение в металлорежущих станках за счет применения новых смазочных композиций и конструкционных материалов / Доклад. Третий международный симпозиум по транспортной триботехнике "Повышение износостойкости и долговечности машин и механизмов на транспорте", 25-27 мая, 2005г. С-Петербург. Сборник трудов. - С. 10-12.

2. Петров В.М., Васильев A.C., Федосов A.B. Перспективы применения твердых смазочных материалов при обработке металлов резанием // Инструмент и технологии, № 13,2003.-С. 75 -78.

3. Федосов A.B., Чеботарев A.B. Особенности применения твердых смазочных материалов и технологических сред при лезвийной обработке заготовок применяемых в современном судостроении / Доклад. Научно-техническая конференция сту-

дентов и аспирантов, 1-4 июня, 2004г. С-Петербург. Сборник трудов. - С. 235 238.

4. Нанесение покрытий на стальных образцах с помощью мелкодисперсных порошков геомодификаторов трения масляных СОТС / Погодаев Л.И., Петров В.М., Федосов А.В. и др. / Доклад. Третий международный симпозиум по транспортной триботехнике "Повышение износостойкости и долговечности машин и механизмов на транспорте", 25-27 мая, 2005, С-Петербург. Сборник трудов - С. 260 -266.

5. Исследование влияния ремонтно-восстанавливающих препаратов на параметры точности и микрогеометрии поверхности деталей машин / Петров В.М., Васильев Л.С., Федосов А.В., Чулкин С.Г. / Доклад. Международной научно-практической конференции. "Прогрессивные технологии обработки материалов, режущий инструмент и оснастка", 18-20 декабря, 2002, С-Петербург. // Инструмент и технологии, №9-10,2002. - С. 31 -37.

6. Исследование структурных изменений поверхностных слоев стальных образцов под действием геомодификаторов трения / Петров В.М., Васильев А.С., Федосов А.В. и др. / Доклад. Международной научно - практической конференции. "Технологии третьего тысячелетия", 24-25 апреля, 2003г. С-Петербург // Инструмент и технологии, №11,2003. - С. 185 - 191.

7. Оценка параметров шероховатости и микротвердости поверхностного слоя образцов после триботехнических испытаний с разными модификаторами трения / Петров В.М., Федосов А.В., Чулкин С.Г. и др. / Международная научно-практическая конференция: "Качество поверхностного слоя деталей машин", 24-26 июня, 2003.- СПб.: ПИМАШ, 2003. - С. 130 - 137.

8. Использование упорядоченных кластеров углерода для управления трением и износом ответственных трибосопряжений машин / Никитин В.А., Петров В.М., Федосов А.В. и др. / Доклад. 6-ая практическая конференция. "Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций", 13-16 апреля, 2004 г.- СПб.: СПбГТУ, 2004. - С. 486-491.

9. Fulleroid nanomaterials as modifying agents of consistent lubricants/ V.A.Nikitin, A.N.Ponomarev, A.V. Fedosov and avers//Abstracts of Invited Lectures and Contributed Papers. Fullerenes and Atomic Clasters. 6Л Biennial International Workshop in Russia. June 30 —July 4,2003, St.Petersburg, Russia, 2003. - P. 112-115.

10. Фуллероидные наномодификаторы смазочных материалов в трибосопряжениях / Петров В.М., Федосов А.В., Летенко Д.Г., Никитин В.А. / Доклад. Третий международный симпозиум по транспортной триботехнике "Повышение износостойкости и долговечности машин и механизмов на транспорте", 25-27 мая, 2005г. С-Петербург. Сборник трудов - С. 197 -202.

11. Федосов А.В., Алексеев С.П., Чеботарев А.В. Комплексное исследование влияния препаратов снижающих трение и новых смазочных материалов на эксплуатационные параметры качества ответственных деталей судовых механизмов и машин / Доклад. Научно-техническая конференция студентов и аспирантов, 1-4 июня, 2004 г. С-Петербург. Сборник трудов. - С. 62-63.

Отпечатано в ООО "АРКУШ", Санкт-Петербург, ул. Рубинштейна, д 2/45 ИНН 7825442972 / КПП 78501001 Подписано в печать 15 03.2006 г. заказ №1503 от 15.03 2006 г, тир. 100 экз.

¿OQgft-

IT 6 2 55

ч

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Динамические характеристики трения. Проблема возникновения фрикционных автоколебаний.

1.2. Основной подход при оценке плавности и чувствительности перемещений в металлорежущих станках.

1.3. Основной подход при оценке антискачковых свойств материалов направляющих станков.

1.4. Задачи совместимости и структурной приспосабливаемости. Общий подход.

1.5. Моделирование кинетики изнашивания при циклических силовых воздействиях.

1.6. Цель и задачи исследования.

2. АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ПРОЦЕССЕ ТРЕНИЯ И ИЗНОСА ПАР ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ.

2.1. Оценка плавности и чувствительности перемещений.

2.2. Определение приведенной жесткости привода.

2.3. Оценка антискачковых свойств триботехнических и смазочных материалов направляющих скольжения станков.

2.4. Оценка кинетики изнашивания при циклических силовых воздействиях.

2.5. Оценка структурной приспосабливаемости и совместимости материалов контактирующих поверхностей.

3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ, ПРОТЕКАЮЩИМИ В ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ, ПОСТРЕДСТВОМ ПРИМЕНЕНИЯ АКТИВНЫХ ПРЕПАРАТОВ ФУЛЛЕРОИДНЫХ НАНОМОДИФИКАТО-РОВ.

3.1. Основные эксплуатационные требования, предъявляемые к смазочным материалам, применяемым в технологическом оборудовании.

3.2. Классификация и основные характеристики активных препаратов, применяемых к ЖСМ.

3.3. Применение наномодификаторов карбоновой группы (фулле-роидных наномодификаторов) для решения триботехниче-ских задач.

3.3.1. Общее состояние проблемы получения и использования фуллероидных наномодификаторов.

3.3.2. Подготовка и способы введения фуллероидных наномодификаторов в смазочные материалы.

3.3.3 Механизм работы углеродных фуллероидных наномодификаторов в трибосопряжениях.

3.4. Результаты и выводы по главе.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ В МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С УЧЕТОМ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ И СОСТОЯНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ.

4.1. Выбор методов и средств триботехнических испытаний и контроля показателей качества поверхностного слоя трибосопря-жений.

4.2. Триботехнические стенды.

4.3. Измерительно-вычислительные комплексы контроля параметров качества поверхностного слоя деталей пар трения и свойств ЖСМ с АП.

4.4. Стендовые и натурные испытания ЖСМ с АП.

4.4.1. Результаты исследования образцов на стенде модели 77 МТи стандартной четырехшариковой машине трения ЧШМ 3,2.

4.4.2. Исследования структурных изменений поверхностных слоев стальных образцов под действием активных препаратов.

4.4.3. Результаты исследования триботехнических характеристик пар трения с использованием в ЖСМ АП ФН на стандартных триботехнических стендах 2070 СМТ-1 и СМЦ-2.

4.5. Оценка реологических характеристик ПСМ содержащих АП.

4.6. Натурные испытания АП ФН к жидким смазочным материалам на токарно-винторезном станке.

4.7. Результаты и выводы по главе.

5. РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВЫБОР СОСТАВА АП В СМ СИСТЕМЫ

СМАЗКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ.

5.1. Алгоритм автоматизированной системы выбора рационального состава АП в СМ системы смазки.

5.2. Технико-экономическое обоснование эффективности применения в металлорежущем оборудовании индустриального масла И-20 Н/М, содержащего в своем составе АП ФН.

5.2.1. Постановка вопроса

5.2.2. Методика оценки экономической эффективности применения индустриального масла И-20 Н/М на металлорежущем оборудовании.

5.2.3. Расчет экономической эффективности применения масла И-20 Н/М на металлорежущем оборудовании.

5.2.4. Расчет интегрального экономического эффекта и срока окупаемости затрат.

5.3 Результаты и выводы по главе.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

На современном этапе развития производства необходимо обеспечивать рациональное управление процессом механической обработки с целью достижения заданной производительности при получении требуемых параметров точности и качества обработанной поверхности заготовок. Наиболее важным элементом технологической системы является металлорежущее оборудование, при проектировании и эксплуатации которого возникает ряд проблем. Основными из которых, являются проблемы, связанные с процессами трения и износа в сопряжениях. Высокая актуальность связана с невозможностью компенсации последствий проявления трения и износа трибосопряжений известными способами, что приводит к потере работоспособности и снижению эффективности работы станка. Особенно актуально решение данной проблемы для дорогостоящих, сложных станков с ЧПУ и технологических комплексов. Трибосопряжения, образуемые взаимодействующими элементами звеньев механических систем технологических машин, рассматриваются как сложные системы, требующие для исследования и выработки научно обоснованных рекомендаций системного подхода [11, 13, 42, 75, 90].

Металлорежущее оборудование включает, различные механизмы, предназначенные для преобразования движения одного или нескольких тел от источника энергии к исполнительным органам. Входящие в состав механизмов звенья соединяются кинематическими парами, образующие кинематическую цепь. Относительное движение элементов кинематических пар сопровождается процессами трения. Наличие трения в кинематических парах определяет в большинстве случаев эксплуатационные показатели отдельных механизмов и технологического оборудования в целом, в частности: точность и качество механической обработки [67, 109], устойчивость технологической системы [29], производительность механической обработки [16,87], плавность перемещений, энергетические показатели, показатели долговечности, динамические показатели [17] и пр. Многообразие явлений, сопровождающих процесс трения в различных трибосопряжениях, определяет сложность исследований и разработки на их основе эффективных методов решения инженерных задач, включая задачи нахождения рациональных и оптимальных параметров управления [11, 110].

В настоящее время существует несколько подходов к решению задач, связанных с явлениями при взаимодействии контактирующих тел:

- Во-первых, известны методы математического моделирования процессов трения на основе дифференциальных и интегральных уравнений, описывающих контактные деформации и учитывающих процессы на основе механики сплошной среды [39]. Этот подход позволяет качественно оценить процессы, происходящие в зоне трения;

- Во вторых, в инженерной практике используются эмпирические методы, которые основаны на условиях регистрации конкретных экспериментальных данных для сопряжений в заданных условиях [9,10, 104]. Подобный подход позволяет количественно оценить процессы, однако в этом случае отсутствует универсальность полученных зависимостей и необходимо отдельно учитывать масштабный фактор;

- В третьих для изучения процессов трения и износа, наряду с теоретическими и эмпирическими методами исследования, находит широкое применение теория подобия, соединяющая в себе положительные качества обоих методов исследования - хорошую достоверность результатов экспериментального и большую общность теоретического метода [37]. Результаты экспериментов в теории подобия обрабатываются с помощью безразмерных комплексов (критериев подобия). Критерии подобия включают основные параметры изучаемого процесса. Их находят путем специального анализа общих уравнений теории процесса, записанных в дифференциальной или в конечной формах.

Необходимо также отметить, что процесс трения к настоящему времени является достаточно широко изученным. Разработан ряд моделей трения в контакте твердых тел и соответствующих подходов в их исследовании. Однако возможность применения этих моделей трения для конкретных инженерных расчетов весьма ограничена, поскольку требует учета специфических условий работы узла. Сложности в разработке адекватных моделей, прежде всего, обусловлены многоплановостью проявления процесса трения и изнашивания, необходимостью учета значительного количества факторов, предъявляемыми требованиями оптимизации процесса трения относительно многих критериев. При оценке качества работы узлов трения чаще всего пользуются характеристиками — критериями, полученными на основе анализа процесса трения на макроскопическом уровне,— в рамках механики сплошных сред [39,]. К таким критериям относятся значение коэффициента трения, уровень интенсивности изнашивания, удельная работа разрушения, критическое давление и температура заедания и т. п. Каждый из указанных критериев может служить лишь необходимым, но не достаточным условием квазиоптимального режима работы трибосопряжения. Кроме того, даже в рамках упомянутого ограничения различные феноменологические критерии обладают неодинаковой степенью универсальности. Наиболее общим среди них обычно признается известное правило знака градиента механических свойств материала контактирующих тел по их глубине [1,2,3,14]. Многочисленные опыты [14] показывают, что при положительном градиенте устойчивый режим работы трибопары, как правило, сопровождается гораздо меньшим износом сопряженных поверхностей, чем при отрицательном знаке градиента. Одним из способов, приводящих к появлению устойчивого положительного градиента механических свойств, является использование в качестве смазочной среды смазочных материалов, содержащих активные препараты (АГГ), не являющиеся присадками. В этом случае отличная по своим физико-химическим свойствам, чем исходный материала пленка, самовоспроизводящаяся в процессе трения образуется на контактирующих поверхностях трибопары благодаря эффекту адсорбционного взаимодействия, а также некоторых сопутствующих электрохимических реакций [5, 108, 129].

Для постановки и решения задач достижения заданной работоспособности современного технологического оборудования необходимо разработать комплексный подход, основанный на положениях теории, определяющей ключевые характеристики рассматриваемого процесса трения и изнашивания. Такой подход, используя достижения существующих моделей трения, описывающих отдельные аспекты процесса, позволит с достаточной полнотой отобразить в задачах синтеза разнообразные критерии, применением которых можно определить необходимые технические параметры, гарантирующие работоспособность узлов трения технологического оборудования. Данная работа посвящена разработке эффективных методов повышения работоспособности металлорежущего оборудования на основе применения АП - фуллероидных наномодификаторов (ФН) к жидким смазочным материалам (ЖСМ) системы смазки станка.

Объект исследования. Объектом исследования в диссертации являются трибосопряжения узлов металлорежущего оборудования, работающие в условиях граничного трения и при ограниченном доступе смазочного материала в зону трения, работа которых соответствует параметрам работоспособности в течение регламентированного срока службы станка.

Для достижения требуемой работоспособности необходимо использование многоуровневых моделей, которые с достаточной полнотой позволят отразить особенности работы трибосопряжения металлорежущего оборудования, а также, в случае необходимости, внести в процессе эксплуатации необходимые изменения условий трибоконтакта за счет введения смазочных материалов содержащих активные препараты -фуллероидные наномодификаторы.

Таким образом, исследуются важнейшие аспекты проблемы управления процессом контактного взаимодействия пар сухого и граничного трения, решение которой позволит улучшить работоспособность и обеспечить надежность работы трибосопряжений технологического оборудования.

Целью диссертационной работы. Основной целью исследований, выполненных в работе, является повышение работоспособности узлов металлорежущего оборудования, включающих силовые фрикционные пары за счет применения активных препаратов - фуллероидных наномодификаторов к смазочным материалам системы смазки.

Методы исследований. В работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования, включая методы теории подобия. Решения задач базируются на полученных в диссертации экспериментальных данных и известных теоретических положениях теории трения и изнашивания, принципах прикладной механики, технологии машиностроения, теории сопротивления материалов и математической статистики.

Научная новизна результатов исследований.

Предложена научно обоснованная модель процесса трения скольжения при наличии АП ФН в ЖСМ в качестве основы для выполнения комплекса исследований по достижению заданных параметров работоспособности трибосопряжений металлорежущего оборудования.

На основе экспериментальных данных предложена модель влияния АП ФН в ЖСМ на параметры процесса трения и формирование параметров качества при эксплуатации трибосопряжения.

На основе предложенной модели разработан алгоритм системы адаптации АП в ЖСМ к параметрам процесса трения и параметрам качества контактирующих поверхностей. Разработанный алгоритм адаптации позволяет на этапе триботехнических и натурных испытаний учесть влияние основных физико-химических характеристик АП, в зависимости от их концентрации и введения в ЖСМ, на работоспособность пар трения скольжения металлорежущего оборудования.

Разработаны методы комплексной оценки показателей качества поверхностного слоя пар трения, основанные на использовании триботехнических стендов, специальных аппаратных средств и новых измерительно-вычислительных комплексов (ИВК).

Предложен применительно к трибосопряжениям метод модификации АП ФН смазочных материалов, используемых в металлорежущем оборудовании.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

Разработанная система адаптации АП в ЖСМ, применяемых в металлорежущем оборудовании, позволяет обеспечить высокую работоспособность пар трения скольжения при жестких ограничениях на эксплуатационные параметры, параметры процесса трения, качества и точности контактирующих поверхностей.

Система, работая совместно с ИВК «Профиль», позволяет осуществлять оценку микрогеометрии поверхности; работая совместно с ИВК «Latimet Automatic», позволяет проводить визуальный мониторинг поверхностей трения и оценку микротвердости; с ИВК «Износ» -осуществлять оценку триботехнических характеристик ЖСМ и пар трения; с ИВК «ПИРСП» - осуществлять оценку реологических свойств ЖСМ и пластичных смазочных материалов (ПСМ). При работе с информатизационной системой «Thixomet Standard» производится металлографическая оценка поверхностей трения.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обусловлены использованием фундаментальных положений физики твердого тела, положений динамики механических систем, корректных математических моделей процессов трения, применением эффективных вычислительных методов и средств программного обеспечения для ПЭВМ. Научные положения и выводы, полученные аналитически, подтверждены экспериментально и положительными результатами применения в производственных условиях. Достоверность результатов исследования контактных взаимодействий трибосопряжений подтверждена удовлетворительным соответствием результатов с основополагающими решениями, полученными в работах по процессам трения в трибосопряжениях технологических систем механической лезвийной обработки, а также результатами исследований других авторов. Новизна выполненных технических решений подтверждается соответствующими техническими актами, приложенными в работе. На защиту выносятся:

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров пар трения скольжения и эксплуатационных характеристик качества работы трибосопряжений металлорежущего оборудования.

2. Принцип действия и конструкции триботехнического стенда «Износ», а также приспособления для накатывания износостойких покрытий, выполненного на базе токарного станка, методики измерения с применением ИВК для оценки параметров качества поверхностного слоя деталей пар трения «Профиль», «Latimet Automatic».

3. Предложенная модель процесса трения и изнашивания, учитывающая с необходимой полнотой влияние АП в ЖСМ на параметры трения и износа трибосопряжений.

4. Система комплексного мониторинга параметров качества и диагностики состояния поверхностного слоя пар трения для обеспечения управления процессом трения и износа деталей трибосопряжений металлорежущего оборудования.

5. Выдвинутая, экспериментально обоснованная и инструментально подтвержденная модель действия АП ФНшЖСМи поверхности трения.

6. Созданная и апробированная на практике эффективная система адаптации АП в ЖСМ на основе дифференцированного учета физико-химических свойств АП ФИ.

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками ГОУ ВПО ПИМаш - В.М. Петровым, В.А. Никитиным, Д.В. Васильковым; ГОУ ВПО СПбГПУ - С.Г. Чулкиным, При этом лично автору принадлежат: обоснование направления исследований, постановка задач и разработка методологии исследований; планирование и проведение экспериментальных исследований, связанных с триботехническими испытаниями на триботехнических стендах, металлорежущем оборудовании и комплексной оценкой параметров качества на приборах и ИВК\ разработка модели для оценки комплексного влияния АП ФН на проектируемые антифрикционные материалы, смазочные материалы и покрытия; обобщение экспериментальных исследований, построение на их основе моделей и установление основных закономерностей исследуемых процессов; разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий в промышленности на основе АП ФН.

Реализация результатов работы. Предложенные методы комплексной оценки основных эксплуатационных параметров качества трибосопряжений и методы проектирования конструкционных смазочных материалов, покрытий триботехнического назначения и смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) нашли применение: в станкостроении и в энергетическом машиностроении при проектировании индивидуальных ответственных пар трения «металл -металл», «металл - композиционный материал» (ОАО «Санкт Петербургский Завод прецизионного станкостроения», ОАО Концерн «Силовые машины» ЛМЗ); в машиностроении на операциях механической лезвийной обработки, при разработке новых масляных СОТС и СОТС на водной основе, содержащих наномодификаторы карбоновой группы фуллероидные материалы (ОАО Концерн «Силовые машины» ЛМЗ, ЗАО Завод «Композит»).

Кроме того, учитывая общность рассматриваемых проблем в транспортном машиностроении, реализация результатов исследований осуществлена: при отработке технологий применения антифрикционных препаратов к жидким смазочным материалам двигателей внутреннего сгорания на этапах триботехнических и стендовых испытаний (ГОУ ВПО СПбГПУ, кафедра ДВС, ФГУП ВНИИЖТ г. Москва, ФГУП ВНИКТИ г. Коломна); на железнодорожном и автомобильном транспорте при разработке новых жидких и пластичных смазочных материалов (ФГУП Русэкотранс).

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс и использованы при подготовке профилирующих дисциплин на технологическом факультете ГОУ ВПО ПИМАШ, таких, как:

1. «Триботехника» - по разделу «Применение модификаторов и антифрикционных препаратов для создания триботехнических материалов с особыми свойствами».

2. «Взаимозаменяемость и стандартизация» и «Метрология» - по разделу «Методы и средства контроля параметров точности и качества».

3. «Основы технологии машиностроения» - по разделу «Влияние параметров точности и качества на основные эксплуатационные характеристики пар трения ».

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в период с 2000 г. по 2005 г. на ряде научно -технических конференций, симпозиумов, совещаний и семинарах: Международной научно - практической конференции "Качество поверхностного слоя деталей машин" (г. С.-Петербург, 2003); «Fullerenes and Atomic Clasters», 4th Biennial International Workshop in Russia; IWFAC*99 (1999, St.Petersburg, Russia); Международной научно-практической конференции "Автоматизация технологических процессов в машиностроении. Режущий инструмент и оснастка" (г. С.-Петербург, 2003); Международной научно- практической конференции "Технологии третьего тысячелетия" (г. С.-Петербург, 2003); Международной научно-практической конференции, посвященной 300 - летию Санкт-Петербурга: «Безопасность водного транспорта» (г. С.-Петербург, 2003); Международном симпозиуме по транспортной триботехнике «Триботехника на транспорте»; «Транстрибо-2001, 2002, 2005» (г. С.-Петербург, СПбГТУ, 2001, 2002, 2005); 6-ой Международной практической конференции - выставке «Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций»; ФГУП «Рособоронэкспорт» ДГУП «Гранитный» (г. Североморск, 2002); на V съезде Российского Автотранспортного Союза и Расширенного заседания Совета Службы автомобильного и городского транспорта и транспортной инспекции Министерства Транспорта России (г. Москва, 2003); ФГУП ПКБ ЦТ МПС (г. Москва, 2003); ГУП Московский метрополитен (г. Москва, 2004); ФГУП ВНИКТИ (г. Коломна, 2004), ФГУП ВНИИЖТ (г. Москва, 2004).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 136 наименований и содержит 179 страниц текста, включая 9 таблиц, 51 рисунок и три приложения, которые подтверждают работоспособность разработанных алгоритмов и внедрение результатов диссертационной работы на отраслевом и региональном уровнях.

1. Алексеев Н.М., Буше Н.А. Некоторые аспекты совместимостиматериалов при трении 1. Подповерхностные процессы.// Трение и износ.-1985.T.VI.№5.-C.773-783.

2. Алексеев Н.М., Буше Н.А. Некоторые аспекты совместимости материалов при трении П. Поверхностные процессы.// Трение и износ. -1985.T.VI.№6.-C.965-974.

3. Алексеев Н.М., Буше Н.А. Некоторые аспекты совместимости материалов при трении III. Микропроцессы механической фрикционнойприспосабливаемости.// Трение и износ. - 1987. Т.8.Х22. - 197-205.

4. Антифрикционная композиция. - Патент на изобретение РФ JSro2188834, от 10.09.2002. (Рыбин В.В., Пономарев А.Н., Абозин Ю.В., БахареваВ.Е., Никитин В.А., Петров В.М., Малинок М.В.)

5. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. - М.: Физматгиз, 1963. - 472 с.

6. Балабанов В.Н. Безразборное восстановление трущихся соединений автомобиля, (методы и средства).-М.:Астрель,2002.-64 с.

7. Белецкий М.С. Рентгенографическое и электроннографическое исследование структур пленок поверхностно - активных веществ,адсорбированных поверхностью деформированного алюминия: Дис. д-ра. техн. наук / В АМН. Л, 1954. 370 с.

8. Белкин Н.М., Виноградов Г.В., Леонов А.И. Ротационные приборы. -М.: Машиностроение, 1968.-С. 155 -219.

9. Билик Ш.М. Пары трения металл-пластмасс в машинах и механизмах. - М.: Машиностроение, 1965. - 311 с.

10. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. - М.: Машиностроение, 1968.-543 с.

11. Брайсон А., ХО Ю-ШИ. Прикладная теория оптимального управления/ Пер. с анг.- М.: Мир, 1972.- 544 с.153

12. Брейтуэйт Е.Р. Твердые смазочные материалы и антифрикционные покрытия / Пер. с анг.-М.:Химия, 1967.- 320 с.

13. Бусленко Н.П. Лекции по теории сложных систем. - М.: Советское радио,1973.-440с.

14. Буше Н.А., Копытько В.В. Совместимость трущихся поверхностей. - М.: Наука, 1981.-128 с.

15. Валетов В.А. Оптимизация микрогеометрии поверхностей деталей в приборостроении.- Л.: ЛИТМО, 1989.-100 с.

16. Васильков Д.В. Теория и практика оптимизационного проектирования механической обработки маложестких заготовок: Дис. д-ра. техн. наук:05.03.01/ГТУ. СПб., 1997. 426 с.

17. Васильков Д.В., Вейц В.Л., Лонцих П.А. Динамика технологической системы при обработке маложестких заготовок.- Иркутск: Иркут. Ун-та,1994.-98 с.

18. Васильков Д.В., Вейц В.Л., Шевченко B.C. Динамика технологических систем механической обработки. - СПб.: ТОО «Ивентекс», 1997. - 230 с.

19. Васильков Д.В., Петров В.М. Контроль состояния поверхностного слоя конструкционных материалов // Инструмент. - 1996, Ш 2. - 28-29.

20. Вейц В.Л. Вопросы динамики машин: Дис. д-ра. техн. наук./ ЛПИ. Л., 1966.330 с.

21. Вейц В.Л. Динамика машинных агрегатов. - Л.: Машиностроение, 1969. -370 с.

22. Вейц В.Л. Расчет механизмов подачи тяжелых станков на плавность и чувствительность перемещения // Станки и инструмент.- 1958. jsr2 3. - 3-7.

23. Вейц В.Л., Доброславский В.Л., Панов Ф.С. Способ повышения надежности неподвижных фрикционных соединений деталей / а.с. JV2165040, БИ,М., 1964,-№ 17.

24. Вейц В.Л., Дондошанский В.К., Чиряев В.И. Вынужденные колебания в металлорежущих станках. - М.: Машгиз, 1959. - 288 с.154

25. Вейц В.Л., Коловский М.З., Кочура А.Е. Динамика управляемых машинных агрегатов.- М.: Наука, 1984.-325 с.

26. Вейц В.Л., Кочура А.Е. Динамика машинных агрегатов с двигателями внутреннего сгорания. -Д.: Машиностроение, 1976.- 384 с.

27. Вейц В.Л., Кочура А.Е., Федотов А.И. Колебательные системы машинных агрегатов.-Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1979.- 256 с.

28. Вейц В.Л., Максаров В.В., Лонцих П.А. Динамические процессы, оценка и обеспечение качества технологических систем механическойобработки.-Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001.-299с.

29. Вейц В.Л., Максаров В.В., Лонцих П.А. Динамика и моделирование процессов резания при механической обработке. - Иркутск: Р1ГИУВ,2000.-189 с.

30. Вейц В.Л., Максаров В.В. Динамика технологических систем механической обработки резанием в 5-ти частях. Часть5. Автоколебанияв технологических системах механической обработки.- СПб.: Изд-воСЗТУ - СПбИМаш, 2002. - 224 с.

31. Вейц В.Л., Чиряев В.И. Некоторые вопросы расчетов механизмов подачи тяжелых металлорежущих станков на плавность и чувствительностьперемещения // М.: ЭПИМС, 1958. - 32 с.

32. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. - М.: Металлургия, 1984.- 280 с.

33. Вульфсон И.И. О влиянии фазовых сдвигов на развитие квазилинейных фрикционных автоколебаний. - Вильнюс: Вибротехника, 1970. -С. 26-31.

34. Гаркунов Д.П., Крагельский И.В., Поляков А.А. Избирательный перенос в узлах трения.-М.:Транспорт, 1969.-104 с.

35. Гаркунов Д.Н. Повышение износостойкости на основе избирательного переноса.-М.:Машиностроение,1977.- 214 с.

36. Гитис П.В. Исследование антискачковых свойств материалов направляющих станков. // Трение и износ. - 1986. T.VII.X25. - 859-865.155

37. Глухов Ю.А. Моделирование кинетики изнашивания при циклических силовых воздействиях. // Трение и износ. - 1985. т.У1.>Г22. - 312-317.

38. Гончаренко Ю.В., Петров В.М., Шабанов А.Ю. Восстанавливающие антифрикционные препараты. - М.: Русэкотранс,2003. - 40 с.

39. Горячева И.Г., Добычин М.Н. Контактные задачи в трибологии. - М.: Машиностроение, 1988. - 256 с.

40. Грин А.П. Пластическое течение металлических соединений при совместном действии сдвига и нормального давления //Машиностроение.- 1955.№6. - 43-58.

41. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. - М.: Машиностроение,!981.- 244 с.

42. Денисов А.А., Колесников Д.П. Теория больших систем управления.- Л.: Энергоиздат, 1982.-288 с.

43. Дерягин Б.В. Что такое трение. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 230 с.

44. Дерягин Б.В., Кротова П,А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел.-М.: Паука, 1973.-280 с.

45. Дерягин Б.В., Пуш В.Э., Толстой Д.М. Теория фрикционных автоколебаний с периодическими остановками // Труды III Всесоюзнойконференции по трению и износу машин, Т. 2. - М.: Пзд-во АПСССР,1960.-С. 132-152.

46. Джонсон У., Меллор П.Б. Теория пластичности для инженеров. / Пер. с англ. А.Г. Овчинников.- М.: Машиностроение, 1979.- 567 с.

47. Егоров СП. Оптимизация в системах автоматизированного проектирования технологических процессов. - М.:ПРШЗинформэнергомаш, 1987.-С.87.

48. Егоров Н. Оптимизация режимов фрезерования криволинейных поверхностей на станках с ЧПУ: Дис. канд. техн. наук. Л.: 1984. - 268.

49. Елецкий А.В. Повые направления в исследованиях фуллеренов// Успехи физических наук.-1995.т.164.№9. - 1007-1009.

50. Елизаветин М.А., Сатель Э.А. Технологические способы повышения долговечности машин.-М.: Машиностроение, 1969.-400 с.156

51. Епифанов Г,И, О двухчленном законе трения / Исследования по физике твердого тела. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 60-70.

52. Епифанов Г.И., Ребиндер П.А. Влияние поверхностно-активных сред на граничное трение и износ / Развитие теории трения и изнашивания. - М.:Изд-во АН СССР, 1957. - 47-58.

53. Епифанов Г.И., Санжаровский М. Исследование естественной площади трения // Трение и износ, .№15, Изд-во АН СССР, 1962.-С. 41-44.

54. Захаров СМ., Никитин А.Н., Загорянский Ю.А. Подшипник коленчатых валов тепловозных дизелей.-М.: Транспорт, 1981.-180 с.

55. Зимов А.Д. Адгезия пыли и порошков. Изд.2-е, пер. и доп.- М.:Химия,1976.-432 с.

56. Зимов А.Д. Адгезие жидкости и смачивание. - М.:Химия, 1974.-416 с.

57. Зорев Н.Н. Вопросы механики процессов резания металлов. - М.: Машгиз, 1956. - 367 с.

58. Ишлинский А.Ю. и Крагельский И.В. О скачках при трении// Ж-л Техническая физика.- 1944. Т. 14. вып. 5-6. - 276-283.

59. Кайдановский Н.Л. Природа механических автоколебаний, возникающих при сухом трении // Техническая физика.- 1949. Т. 19. Вып. 9. - 985-996.

60. Кайдановский Н.Л., Хайкин Э. Механические релаксационные колебания // Техническая физика. - 1933. Т .3. Вып.1. - 91-109.

61. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин: Учебное пособие для машиностр. спец. вузов. - М.: Высш. шк.,1991.-319с.:ил.

62. Ко Р., Брокли Измерение трения и колебаний, вызванных силами трения//Проблемы трения и смазки.-М.: Мир, 1970. Вып. 4. - 9-14.

63. Колев К.С., Горчаков Л.М. Точность обработки и режимы резания.- М.: Машиностроение, 1976.- 144 с.

64. Комплексные исследования состояния поверхностного слоя ответственных деталей машинных агрегатов / Васильков Д.В., ПетровВ.М., Иванов Ю., Прима В.И.// Тяжелое машиностроение. -1998, №3.-С.31-34.

65. Конструкционные материалы. Справочник/ Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - М,: Машиностроение, 1990.-688 с.

66. Костерин Ю.И. Релаксационные колебания и природа изменения силы трения на фрикционном контакте / Труды III Всесоюзной конференции158ПО трению и износу в машинах. - М.: Изд-во АН СССР, 1960, Т.2. - 65-71.

67. Костерин Ю.И., Крагельский И.В. Релаксационные колебания в упругих системах трения // Трение и износ в машинах. 1958, Вып.12. - 119-143.

68. Костецкий Б.И. Сопротивление изнашиванию деталей машин.-М.-Киев.: Машгиз, 1959.- 220 с.

69. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах.-Киев: Технжа, 1970.- 385 с.

70. Крагельский И.В. Трение и износ. - М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.

71. Крон Г. Исследование сложных систем по частям (диакоптика)/ Пер. с англ.-М.:Наука,1972.- 544 с.

72. Кудинов В.А. Динамика станков. - М.: Машиностроение, 1967. - 359 с.

73. Кудинов В.А. Динамические характеристики процесса сухого трения / Сухое трение. - Рига: Изд-во АН Латв. ССР, 1961.-е. 37-41.

74. Кудинов В.А., Толстой Д.М. Трение и колебания // Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х т. / Под ред. И.В.Крагельского иВ.В.Алисина. - М.: Машиностроение, 1979. - Т.2. - 11-22.

75. Ле Суань Ань. Автоколебания при трении // Машиноведение.- 1973. N22. - С . 20-25.

76. Ле Суань Ань. Механические релаксационные автоколебания // Механика твердого тела. - 1973. №2. - 47 - 50.

77. Левит Г.А., Лурье Б.Г. Расчет направляюш;их механизма подач по характеристикам трения // Станки и инструмент. - 1962. N2\. - 35-38.

78. Левит Г.А., Лурье Б.Г. Расчет гидростатических замкнутых направляющих // Станки и инструмент. - 1963. №10. — 28-34.

79. Левит Г.А., Лурье Б.Г. Совершенствование методов смазки направляющих механизма подач // Станки и инструмент. - 1961. JSToU.- С . 29-30.

80. Левит Г.А., Цырлин М.М., Лапидус А.С. Материалы, конструкции и системы смазки опор планшайб тяжелых карусельных станков. Расчет159гидростатических незамкнутых направляющих // Станки и инструмент.-1963. №10.-С. 34-40.

81. Лихтман И.В., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А.. Физико-химическая механика металлов. - М.; АН СССР, 1961.- 304 с.

82. Лурье Б.Г. Коэффициенты трения материалов для направляющих станков // Станки и инструмент.- 1959. №3. - 17-19.

83. Максаров В.В. Теория и методы моделирования и управления процессом стружкообразования при лезвийной механической обработке Дис. док.техн. наук.:05.03.01/ Северо-Западный заочный политехническийинститут. СПб., 1999. 337 с.

84. Матвеевский P.M. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов.- М.:Наука, 1971.-227 с.

85. Методы комплексного исследования реологических свойств полимерных систем. Виноградов Г.В., Малкин А.Я., Плотникова Е.И., и др. //Механика полимеров. - 1997.М18. -С.-226-229.

86. Муращкин Л.С., Муращкин Л. Прикладная нелинейная механика станков. - Л.: Машиностроение, 1977. - 192 с.

87. Новое в области испытания на микротвердость/ Под. Ред. М.М.Хрущев.- М.:Наука,1974.-272с.

88. Папок К.К., Рагозин Н.А. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям (химмотологический словарь).Изд. 4-е. пер. и доп., - М.: Химия, 1975.- 392с.

89. Пановко Я.Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. - М.: Физматгиз,I960.-193 с.

90. Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа. NQ 2196731,20.12.2003.(Пономарев А.Н., ПикитинВ.А.).

91. Петров В.М. Повышение эффективности обработки лезвийным инструментом на основе учета физико-механических характеристикматериалов: Дис. канд. техн. наук.:05.03.01/ ПИМАШ. СПб. 1995. 224 с.

92. Петров В.М. Применение модификаторов в узлах машин для решения триботехнических задач. - СПб.: СПбГПУ, 2004. - 282 с.

93. Петров В.М., Васильев А.С., Федосов А.В. Перспективы применения твердых смазочных материалов при обработке металлов резанием //Инструмент и технологии, №13, 2003. - 75 -78.

94. Петров В.М. Управление процессами контактного взаимодействия элементов трибосопряжения машин и технологических систем путемприменения активных сред: Дис. д-ра. техн. наук: 05.02.04/ ПИМАШ.СПб. 2004. 335 с.

95. Петров Н.П. Гидродинамическая теория смазки. - М.: Изд-во АН СССР, 1948.-552 с.

96. Поверхностная прочность материалов при трении/ Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Караулов А.К. и др./ Под общ. ред. Костецкого Б.И.-Киев.: TexHiKa,1976.- 296 с.161

97. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н., Дудко П.П. Повышение надежности трибосонряжений.-СПб.: МКС, 2001. - 304 с.

98. Поляк Б.Т. Введение в оптимизацию.- М.:Наука, 1983.-384 с. Юб.Приборы и комплексы контроля качества машин/ Васильков Д.В.,Валетов В.А., Петров В.М. и др./ Под ред. Галасовой К.П. - СПб.: АОНПЦ КОНТАКТ, 1995. - 18 с.

99. РТМ — 44 -62. Методика статистической обработки эмпирических данных. - М.: Гостандарт, 1963. - 112 с.1О8.Ребиидер. П.А. Избранные труды. Физико - химическая механика. М.:Наука, 1979. 384с.

100. Сборник стандартов «Смазка». -М.: Изд-во Стандартов, 1967.- 512 с.

101. Словарь - справочник по трению, износу и смазке деталей машин/ Под ред. Шведкова Е.Л., Ровинский Д.Я., Зозуля В.Д., Браун Э.Д. - Киев:Наук, думка, 1979. - 187 с.

102. Справочник по триботехнике. Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения/ Под. общ. ред. М. Хебды. - М.:Машиностроение, 1990.- 412 с.

103. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. - М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.

104. Толстой Д.М., Каплан Р.Л. К вопросу о роли нормальных перемещений при внешнем трении / Новое в теории трения. - М.: Наука, 1966. - 42-59.

105. Томсон Э. , Энг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов/ Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1969. -504с.162

106. Фиалков А.С. Формирование структуры и свойств углеграфитовых материалов.- М.: Металлургия, 1965.-288 с.

107. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Механические испытания. Конструкционная прочность. - М.:Машиностроение, 1974.Т. 1.-368 с.

108. Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века. -М.: Техносфера,2003.-336 с.

109. Хитрик В.Э., Шмаков В.А. Нестационарная характеристика трения скольжения в задачах динамики машин/ Нелинейные задачи динамики и163прочности машин. По. Ред. В.Л. Вейца.-Л.:Изд-во Ленингр. Ун-та, 1983.-С. 152-175.

110. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Исследование изнашивания металлов.-М.: Изд-во АН СССР, I960.- 260 с.

111. Шабанов А.Ю. Очерки современной автохимии. Мифы или реальность?- СПб.: Иван Федоров, 2004.-216 с.

112. Шпилевский М.Э., Шпилевский Э.М., Стельмах В.Ф. Фуллерены и фуллереноподобные структуры- основа перспективных материалов//Инженерно-физический журнал.- 2001. Т.74.№6.- 106-112.

113. Эльясберг М.Е. Автоколебания металлорежущих станков. Теория и практика. - СПб.: Изд-во ОКБС, 1993.-180 с.

114. Bowden F.P., Tabor D. Friction und Lubrication of Solis.- Oxford, 1950.

115. Hutchison J.L., Jefferson D. A. and Thomas J.M.. The ultrastucture of minerals as revealed by high resolution electron microscopy. Surf. DefectProp. Solids,6,320 (1977).

116. Buseck P.R. and Cowley J.M.. Modulated and intergrowth structures in minerals and electron microscope methods for theis study. Amer.Mineral.,68,18(1983).

117. Veblen D.R. and Buseck P.R. Seфentint minerals: intergrowths and new combination structures. Science, 206,1398 (1979).