автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Повышение работоспособности узлов трения агрегатов гидравлических систем транспортной техники

На правах рукописи

¿{М^рг-

Меделяев Игорь Алексеевич

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ АГРЕГАТОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ

Специальности: 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин 05.02.04 - «Трение и износ в машинах»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 9 СЕН 2011

Москва -

2011

4854693

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики

Научный консультант: Доктор технических наук, профессор

Албагачиев Али Юсупович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Лужнов Юрий Михайлович Доктор технических наук, профессор Куксенова Лидия Ивановна

Доктор технических наук, профессор Мороз Владимир Петрович

Ведущая организация: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Государственный университет -учебно-научно-производственный комплекс» (ФГОУ ВПО «Госуниверситет -УНПК»)

Защита диссертации состоится «04» октября 2011г. в 14:00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.126.03 при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, 64, зал заседаний Ученого Совета

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ)

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу диссертационного совета университета

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Д.С. Фатюхин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Причиной выхода из строя 85 - 90 % деталей машин является износ. По данным Международного совета по трибологии потери средств от трения и износа в развитых странах составляют 4-5% национального дохода, а преодоление сопротивления трения поглощает во всём мире 20-25% вырабатываемой за год электроэнергии. Поэтому одно из основных требований, предъявляемых к современным машинам и механизмам, состоит в обеспечении достаточной их долговечности при уменьшении их удельного веса на единицу мощности и интенсивную эксплуатацию.

Работы A.C. Ахматова, С.Б. Айнбиндера, Ф.П. Боудена, Д. Бакли, Э.Д. Брауна, H.A. Буше, И.А. Буяновского, H.A. Воронина, Д. Тейбора, Б.В. Дерягина, Ю.Н. Дроздова, Н.Б. Дёмкина, В.Д. Кузнецова, И.В. Крагельского, Б.И. Костецкого, ЛИ. Куксеновой, Ч. Кайдаса, Ю.М. Лужнова, Н.М. Михина, P.M. Матвеевского, В.П. Мороз, А.П. Семёнова, Г.И. Фукса, У.Б. Харда, М.М. Хрущова, В.В. Харламова, A.B. Чичинадзе, В.Ф. Пичупша, С.М. Захарова показали, что при трении поверхностные слои определяют поведение и свойства всего объёма материала, его эксплуатационные характеристики.

Управление трением, правильный подбор материалов по критериям трения и износостойкости, рациональное конструирование узлов трения и деталей машин и оптимизация условий эксплуатации могут существенно продлить ресурс работы и повысить эффективность машин.

Изложенное убедительно показывает актуальность проблемы износостойкости пар трения в машинах и механизмах транспортной техники, одной из составляющих которой является авиационная техника.

Для агрегатов (насосов, насосных станций, гидромоторов, гидроприводов) гидравлических систем авиационной техники актуальность проблемы обеспечения работоспособности и ресурса пар трения обусловлена следующими причинами:

а) применяемые пары трения - со смазочным материалом - в агрегатах большой мощности, работают в режиме смешанной смазки и подвергаются воздействию высоких механических и тепловых нагрузок. В части обеспечения работоспособности и ресурса пары трения находятся на пределе своих возможностей, и нередко нагрузки превышают допустимые (регламентированные), в особенности при изменении состояния смазочного материала (рабочей жидкости). Высокие механические и тепловые нагрузки приводят к реализации режима схватывания материалов пар трения, снятию агрегатов с испытаний и отказам в эксплуатации.

Эти сипуации обусловлены отсутствием надёжных экспериментальных данных о критериях работоспособности пар трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

б) предельная нагруженность пар трения и нерегламентированные условия их работы возникают и при технологической обкатке (приработке) пар трения (после изготовления) в части «формирования» пары трения в процессе её приработки;

в) практически не исследованы воздействия состояния смазочного материала (рабочей жидкости) - в частности, газосодержания и содержания твёрдых частиц -на пары трения, влияние которых на их работоспособность является критическим;

г) без экспериментального исследования основных закономерностей процессов, определяющих работоспособность трущихся поверхностей, формирование и сохранение защитных смазочных плёнок, невозможно обеспечить надёжную работу пар трения;

д) в дальнейшем тенденция к росту механической и тепловой нагрузок на пары трения будет сохраняться, и отсутствие экспериментально-теоретических исследований не позволяет обеспечить создание и отработку новых более долговечных пар трения.

По данным предприятия «Рубин» за 5 лет (1990 ■*■ 1994г.г.) сход агрегатов с обкатки составил 76,8%, а с приемо-сдаточных испытаний - 22%; количество дополнительных обкаток составило 65,1%; некоторые агрегаты проходили обкатку 23 раза. При этом гидропривод ГП25 проходил обкатку 3 раза, а насос НП123 - 4 раза.

Это показывает актуальность исследования процесса трения и изнашивания узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники при смешанной смазке, разработки технических решений и практических рекомендаций по обесцечению их работоспособности при действии высоких механических и тепловых нагрузок, что позволит получить общенаучный и практический подход к решению проблемы обеспечения работоспособности других механических и тепловых систем транспортной техники.

Работа соответствует «Приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации» (2006г.) по направлению «Транспортные, авиационные и космические системы» и направлена на развитие технологий, входящих в «Перечень критических технологий Российской Федерации» (2006г.) по направлениям: «Технологии создания новых поколений ракетно-космической, авиационной и морской техники», «Технологии создания энергоэффективных двигателей и движителей для транспортных систем».

Объектом исследования в данной работе являются агрегаты (насосы, насосные станции, гидромоторы, гидроприводы) гидравлических систем авиационной техники.

Предметом исследования служат пары трения скольжения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка технических решений и практических рекомендаций по работоспособности узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники при действии высоких механических и тепловых нагрузок на основе исследования изнашивания металлических материалов в условиях смешанной смазки при использовании в качестве смазочных материалов рабочих жидкостей гидравлических систем.

Задачи исследования. Исходя из поставленной цели, в работе были сформулированы и решены следующие основные задачи диссертационного исследования: ^ провести анализ современных представлений о природе трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки;

^ разработать методы исследования трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки; ^ выполнить экспериментальное исследование трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки; ^ провести исследование температуры поверхности трения при смешанной смазке;

^ разработать физические представления о трении и изнашивании при смешанной смазке;

разработать научные основы управления трением и изнашиванием металлических материалов при смешанной смазке;

^ разработать технические решения и практические рекомендации по работоспособности узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники при действии высоких механических и тепловых нагрузок, а также осуществить внедрение результатов исследований в промышленное производство.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методы исследования трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

2. Результаты экспериментального исследования трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

3. Результаты исследования температуры поверхности трения при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

4. Физические представления о процессе трения и изнашивания при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

5. Научные основы управления процессом трения и изнашивания металлических материалов при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

6. Технические решения и практические рекомендации по работоспособности узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники при действии предельных механических и тепловых нагрузок.

Научная новизна полученных результатов заключается в том, что:

1. Разработан экспериментальный метод определения предельных значений удельной нагрузки, скорости скольжения и толщины смазочного слоя в паре трения при смешанной смазке. Для его реализации создана установка для испытаний материалов на трение и износ.

2. Разработан алгоритм расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения пар трения по изменению коэффициента трения с учётом толщины смазочного слоя.

3. Разработана методика экспериментальной оценки температуры поверхности трения при смешанной смазке с учётом толщины смазочного слоя в паре трения.

4. Разработан алгоритм расчёта разности температур в стыке торцевой пары трения, который в сочетании с алгоритмом расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения повышает эффективность подбора материалов для пар трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и позволяет прогнозировать их работоспособность в области высоких удельных нагрузок и скоростей скольжения с учётом применяемого смазочного материала.

5. Предложены критерии оценки износостойкости пар трения со смазочным материалом: критерий РпрУ, характеристики механических свойств (твёрдость, предел прочности, относительное удлинение) и соотношение твердостей стали и бронзы.

6. Сформулированы основные физические представления о процессе трения и изнашивании при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

7. Разработаны научные принципы управления процессом трения и изнашивания в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и способы их решения.

8. Получены следующие новые научные результаты:

^ установлены для условий смешанной смазки закономерности изменения коэффициента трения, скорости изнашивания, сопротивления сдвигу, температуры, удельного теплового потока от удельной нагрузки, скорости скольжения и толщины смазочного слоя; ^ установлено влияние содержания воздуха в смазочном материале на коэффициент трения и сопротивление сдвигу;

показано, что одной из важных характеристик пары трения является сопротивление сдвигу;

^ выявлены закономерности внешнесилового воздействия на процесс трения и изнашивания металлических материалов в условиях смешанной смазки; установлено явление трибомутации при комплексной термохимической обработке поверхностей трения смазочным материалом и механическим нагружени-ем: до начала механического нагружения нужно создать смазочную плёнку на поверхностях трения за счёт использования теплоты смазочного материала и активизации физико-химических процессов на поверхностях трения; установлено, что приработка материалов пары трения в условиях смешанной смазки наиболее эффективно происходит при двух режимах внешнесилового воздействия:

о при постоянной скорости скольжения и росте удельной нагрузки с одновременным регулированием фрикционного тепловыделения циклическим нагружением пары трения; о в режиме запуска;

установлена оптимальная равновесная эксплуатационная шероховатость поверхностей трения для условий смешанной смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и показана взаимосвязь шероховатости поверхности, трения и изнашивания; ^ установлены начальные условия переноса бронзы на поверхность стали в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники; установлено, что избирательный перенос в залах трения агрегатов при заданных режимах нагружения и применяемых смазочных материалах отсутствует; ^ установлено влияние режимов нагружения и вида смазочного материала на твёрдость поверхностей трения в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и выяснено физическое состояние смазочной плёнки в процессе работы пары трения; ^ выявлена связь коэффициента трения пары «сталь-бронза» с механическими свойствами бронзы и соотношением твердостей стали и бронзы в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники; ^ получена связь предельных значений коэффициента трения, температуры поверхности трения и коэффициента взаимного перекрытия с предельной удельной нагрузкой, определяющей при фиксированной скорости скольжения границы схватывания материалов в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники; ^ подтверждена - для условий смешанной смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники - гипотеза о решающем влиянии тем-

пературы на работоспособность пары трения, для которой предельные значения удельной нагрузки и скорости скольжения непосредственно связаны с температурами вспышки, поверхности трения и смазочного материала на входе в узел трения;

установлена взаимосвязь изменения коэффициента трения и линейного износа при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники. 9. На основе полученных результатов разработаны:

^ научно-обоснованные технические решения и практические рекомендации по обеспечению работоспособности и ресурса пар трения в условиях смешанной смазки при высоких уровнях механической и тепловой нагрузок в агрегатах авиационной техники;

практические рекомендации по техобслуживанию колёсной строительной и дорожной техники.

Научная значимость работы заключается в решении проблемы обеспечения работоспособности узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники при действии высоких механических и тепловых нагрузок.

Личный вклад автора в разработку проблемы. Автором осуществлены: научное обоснование работы, разработка методов исследования изнашивания металлических материалов при трении в условиях смешанной смазки, экспериментальное исследование изнашивания металлических материалов при трении в условиях смешанной смазки, исследование температуры поверхности трения при смешанной смазке, анализ и обобщение результатов исследований, разработка физических представлений о процессе трения и изнашивания при смешанной смазке, разработка научных основ управления процессом трения и изнашивания металлических материалов при смешанной смазке, разработка и внедрение технических решений и практических рекомендаций по работоспособности узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

Методы и средства исследований включают анализ источников научно-технической информации, постановку и проведение теоретических и экспериментальных исследований, базирующихся на применении основных положений трибологии, гидравлики, математической обработки результатов эксперимента.

Экспериментальные исследования выполнены: на разработанной установке для испытаний материалов на трение и износ; на основе разработанной методики экспериментальной оценки температуры поверхности трения пары «сталь-бронза» с учётом толщины смазочного слоя в паре трения.

Достоверность результатов обеспечивается корректностью постановки задач исследования, обоснованностью принятых допущений и ограничений, подтверждается достаточным объёмом и сходимостью результатов экспериментальных исследований и расчётов, а также положительным опытом применения экспериментальных данных и разработанных методов расчёта в практике проектирования и стендовой отработки агрегатов.

Практическая ценность работы заключается: ^ в разработанном экспериментальном методе исследования изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки;

S в алгоритме расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения пар трения по изменении» коэффициента трения с учётом толщины смазочного слоя;

S в алгоритме расчёта разности температур в стыке торцевой пары трения; S в методике экспериментальной оценки температуры поверхности трения пары

«сталь-бронза» с учётом толщины смазочного слоя в паре трения; S в номограммах взаимосвязи предельных значений удельной нагрузки Рпр, скорости скольжения V и толщины смазочного слоя Н в паре трения, позволяющих по критерию РщУ определить условия перехода к режимам схватывания и переноса бронзы на поверхность стали с учётом реально существующего в паре трения значения толщины смазочного слоя Н. S в рекомендациях:

о по обеспечению работоспособности и ресурса пар трения со смазкой при высоких уровнях механической и тепловой нагрузок в агрегатах авиационной техники;

о по техническому обслуживанию колёсной наземной строительной и дорожной техники;

S в разработанной и запатентованной оригинальной конструкции установки для

испытаний материалов на трение и износ; S в разработанных и запатентованных способах управления процессом изнашивания при трении в условиях смешанной смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

Реализация работы. Результаты работы внедрены и используются: S в ОАО «Авиационная Корпорация «Рубин» при разработке: о основных направлений гидравлических машин (ГМ) - насосов, насосных станций, гидромоторов, гидроприводов - авиационной техники; о новых образцов ГМ, модернизации существующих ГМ и их составных частей, а также технических заданий, по которым выполняются опытно-конструкторские работы;

о npoipaMM и методик испытаний новых (модернизации) образцов ГМ и их составных частей;

V в ОАО «345 механический завод» при техническом обслуживании колёсной строительной и дорожной техники.

Апробация работы. Научные положения и основные результаты исследований докладывались и обсуждались на симпозиуме и научно-технических конференциях: «Триботехника - машиностроению» (Москва, 1987), на VII Международной научно - практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (Сочи, 2004), на Международной научно - технической конференции «Полимерные композиты и трибология» (Гомель, 2005), на VI Международном Симпозиуме по фрикционным изделиям и материалам «Ярофри - 2006» (Ярославль, 2006), на Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении» (Москва, 2010), на заседании научного семинара Лаборатории трибологии Института проблем механики им. А.Ю. Ишлинского (2009.), на заседании научного семинара Кафедры ТИ-1 «Технологическая информатика и технология машиностроения» Московского государственного университета приборостроения и информатики (2010), на VIII Международном Симпозиуме по фрикционным изделиям и материалам «Ярофри - 2010» (Ярославль, 2010).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 44 научных работах, в том числе 2 монографии, 15 статей в журналах, включённых в перечень ВАК РФ.

Структура и объём. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 172 наименований, приложений. Основная часть работы содержит 417страниц текста, 150 рисунков, 11 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, которая определяется ее направленностью на решение вопросов обеспечения работоспособности и ресурса пар трения со смазкой при высоких уровнях механической и тепловой нагрузок в агрегатах авиационной техники, развитие которой относится к приоритетным государственным задачам России. Определена цель и сформулированы задачи исследования, изложены научная новизна и практическая ценность работы, положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе литературных данных и результатов эксплуатации проанализирован режим смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники, рассмотрены особенности трения и изнашивания металлических материалов в присутствии смазочного материала.

Анализ показал, что повышенная маневренность авиационной техники обусловливает высокофорсированные режимы нагружения агрегатов (насосов, насосных станций, гидромоторов, гидроприводов) гидросистем по давлению рабочей жидкости и частоте вращения вала и, как следствие, приводит:

1. К возникновению высоких динамических удельных нагрузок на пары трения (блок цилиндров - распределительный золотник, башмак - наклонная шайба, торцевые уплотнения, работоспособностью которых определяется надёжность агрегатов).

2. К быстрой смене контактных взаимодействий.

3. К образованию в парах трения клиновидного зазора из-за нарушения в них перпендикулярности поверхностей контакта к оси вращения, наличия торцевого биения и динамической неуравновешенности вращающихся частей и, как следствие, к реализации режима смешанной смазки, при которой нагрузка частично воспринимается смазочной плёнкой (гидродинамическая смазка) и частично микронеровностями поверхностей контакта сопряжённых деталей (граничная смазка). При этом виде смазки важное значение приобретают объёмная характеристика смазочного материала - его вязкость, так и способность смазочного материала создавать на поверхностях трения прочные граничные слои.

4. К неравномерности локального износа сопряжённых поверхностей, что приводит к потере герметичности пар трения, образованию сложной картины трения между ними. Дополнительный вклад в износ пар трения вносят частицы загрязнителя, попадающие в клиновидный зазор в момент пуска и резкого заброса давления и превышающие при этом величину клиновидного зазора.

Наблюдаемые в эксплуатации отказы aiperaTOB, их сходы со стендовых испытаний и обкатки по парам трения дают основание считать, что при трении в условиях смешанной смазки в зависимости от режимов нагружения имеют место элементы трения:

а) без смазочного материала (сухое трение); б) при граничной смазке; в) при гидродинамической смазке.

Трение при смешанной смазке наиболее полно отражает процессы, происходящие в паре трения; является неустойчивым и при повышении нагрузки переходит в трение при граничной смазке.

Поэтому работу пар трения скольжения целесообразно рассматривать при смешанной смазке двух типов:

а) первый тип: включает трение при гидродинамической смазке и граничной смазке;

б) второй тип: включает трение при граничной смазке и трение без смазочного материала (сухое трение).

Введение двух типов трения при смешанной смазке даёт возможность описать поведение пар трения скольжения в зоне, находящейся слева от минимума кривой Герси-Штрибека.

В этом случае трение при граничной смазке является основой для объяснения поведения узла трения при смешанной смазке. Выявление присущих граничной смазке закономерностей позволяет описать поведение узлов трения при смешанной смазке.

На текущий момент времени трение при смешанной смазке является малоизученной областью трибологии. Известна работа В.В. Харламова, в которой излагаются основные положения теории трения при смешанной смазке, суть которой сводится к описанию взаимодействия поверхностей трения на площадях фактического контакта (ПФК) в опорах скольжения и движения жидкой смазки между ПФК с позиций теории фильтрации жидкостей в пористых средах.

Трение при смешанной смазке является наиболее сложным с точки зрения описания физики процесса и его моделирования. Поэтому можно сделать вывод, что создание экспериментальной модели исследования трения при смешанной смазке в узлах трения агрегатов с последующей разработкой физических основ теории смешанной смазки и практических рекомендаций применительно к узлам трения агрегатов гидросистем авиационной техники является актуальной задачей.

Анализ трения и изнашивания металлических материалов в присутствии смазочного материала показал, что в зависимостях коэффициента трения и скорости изнашивания от удельной нагрузки и скорости скольжения, сочетания свойств материалов трения и смазочного материала прослеживаются три области работа пары трения: области повреждаемости при малых и высоких нагрузках и стационарная область с минимальным трением и изнашиванием (область нормального трения и изнашивания); выявляется тенденция к взаимосвязи между трением и изнашиванием.

При этом объём и уровень знаний о силовом воздействии и условиях испытания на трение и изнашивание твёрдых тел в условиях смешанной смазки минимален и не позволяет более полно судить о поведении трибосистемы в процессе эксплуатации, при которой поверхностный слой деталей машин и смазочный материал подвергаются динамическим воздействиям, приводящим к упругопластическим деформациям, генерированию теплоты трения, нарушению динамического равновесия между разрушением и восстановлением смазочной плёнки на поверхностях трения, повреждаемости материалов трения.

Анализ работ К. Джонсона, AJO. Ишлинского, Ф. Кеннеди, Ф. Линге, A.B. Чичинадзе показал, что имеется ещё один немаловажный, но очень малоизученный аспект воздействия теплоты трения на элементы пары трения, который заключается в нарушении термоупругой стабильности контакта (макроконтакта). Неравно-

мерный нагрев по толщине может привести к тепловым деформациям элементов пары трения - выпучиванию отдельных участков поверхности. В результате чего контакт поверхностей будет осуществляться по вершинам отдельных «термических» неровностей, даже если в исходном (приработанном) состоянии контактирующие поверхности были плоскими.

Ухудшение условий контактирования, концентрация нагрузки, тепловыделения в зонах контакта термически деформированных поверхностей приводит к росту напряжений и износа, дальнейшему росту температуры и к существенному ухудшению работоспособности узлов трения.

Следует отметить, что для трения при смешанной смазке исследование температурного поля остается проблематичной, так как имеют место трудности технического замера температур, возникающих в местах контакта, в которых смазка присутствует в небольших количествах. Поэтому исследования в области «температуры трения» являются в настоящей работе одним из основных направлений для получения закономерностей, способствующих повышению долговечности поверхностей трения.

При этом отсутствие данных о влиянии коэффициента взаимного перекрытия на работоспособность узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники также осложняет прогнозирование их долговечности с учётом температуры поверхности трения. Поэтому наряду с оценкой температуры поверхности трения целесообразно выяснить влияние на неё коэффициента взаимного перекрытия пар трения.

Анализ работ И.В. Крагельского, Н.Б. Дёмкина, B.C. Комбалова, A.A. Мата-лина, Э.В. Рыжова, П.И. Ящерицына показал, что одним из основных факторов, определяющих изнашивание пар трения, является шероховатость их поверхностей. Исходная шероховатость поверхностей, близкая к оптимальной равновесной эксплуатационной шероховатости, уменьшает износ, температуру на поверхности трения и коэффициент трения. Этой шероховатости соответствует минимум коэффициента трения и величины износа. Если такую шероховатость получить на поверхности в процессе механической обработки, то величина износа и длительность приработки поверхностей трения будут минимальными. В этой связи следует отметить, что вопрос об оптимальной равновесной эксплуатационной шероховатости при трении в условиях смешанной смазки для узлов трения агрегатов не решен и является весьма актуальным.

Анализ работ А.Д. Дубинина, В.Д. Кузнецова, И.В. Крагельского, Б.И. Ко-стецкого, A.B. Чичинадзе, Г.М. Сорокина показывает, что явления трения и изнашивания взаимно обусловлены: трение приводит к изнашиванию, а изнашивание поверхностей деталей в ходе работы приводит к изменению трения. Изнашивание поверхностей деталей возникает под действием трения и зависит от материалов пары трения, качества обработки их поверхностей, нагрузки, скорости относительного перемещения поверхностей, их температур и, пожалуй, самое важное - от качества и количества смазочного материала.

Анализируя диаграмму изнашивания Лоренца, можно заметить, что целесообразно создавать такие условия изнашивания, которые позволили бы сократить продолжительность этапа приработки, что можно достичь специальными технологическими мероприятиями, и естественно продлить зону установившегося режима изнашивания.

Анализ принципов выбора смазочных материалов на современном этапе позволил установить, что основными критериями при выборе смазочного материала являются: конструкция узла трения, режим работы (нагрузка, скорость скольжения, температура), особенности рабочего и технологического процесса, удобства смазки, требования надёжности, параметры внешней среды (температура воздуха, его влажность, запылённость, наличие агрессивных газов), экономические факторы, профессиональность обслуживающего состава.

Исследования С.Г. Арабяна, А.Б. Виппера, И.А. Холомонова, М.А. Григорьева, Б.М. Бунакова, В.А. Долецкого, В.А. Рокшевского, Н.З. Савченко, В.А. Сомова, Г.Ф. Беногу, Ю.Л. Шепельского, Б.Н. Шафаренко показали, что наличие в смазочном материале воздуха (растворённого, и особенно нерастворённого) и воды снижает срок его службы и эксплуатационные свойства машин. В смазочном материале активизируются процессы трения и износа за счёт снижения антиизносных и антикоррозионных свойств, что приводит к значительному износу деталей и преждевременному выходу их из строя. Пузырьки воздуха увеличивают вязкость смазочного материала, что ухудшает его смазочные свойства и приводит в процессе работы пары трения к разрыву сплошности смазочной плёнки. Происходит схватывание материалов трения.

Анализ влияния содержания воздуха и воды на работу пар трения показывает актуальность этой проблемы и необходимость постановки исследований с целью снижения содержания воздуха и воды в смазочном материале.

Выполненный обзор опубликованных работ по тематике трения и изнашивания металлических материалов при смешанной смазке позволил сформулировать научные предпосылки для исследования изнашивания узлов трения агрегатов в условиях смешанной смазки.

Во второй главе представлены методы исследования изнашивания металлических материалов при трении в условиях смешанной смазки:

- экспериментальный метод определения предельных значений удельной нагрузки, скорости скольжения и толщины смазочного слоя в паре трения;

- алгоритм расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения пар трения по изменению коэффициента трения с учётом толщины смазочного слоя в паре трения.

При разработке экспериментального метода определения предельных значений удельной нагрузки, скорости скольжения и толщины смазочного слоя в паре трения, превышение которых вызывает перенос и схватывание материалов трения, основная задача состояла в проектировании и изготовлении машины трения, с помощью которой можно было воспроизводить возникновение клиновидного зазора между поверхностями трения с учётом условий работы пар трения (блок цилиндров - распределительный золотник, башмак - наклонная шайба, торцевые уплотнения) агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

В итоге для реализации метода создана установка для испытаний материалов на трение и износ (патент РФ № 1711572), на которой выполнены экспериментальные исследования работы пар трения.

Применяемая на машине трения система ориентирования пяты 3 на жидкостной подушке имеет принципиальную особенность, состоящую в том, что с повышением скорости скольжения образца 1 пята 3 из-за наличия сил инерции не успевает отслеживать торцевое биение вращающегося образца 1 и между поверхности-

ми трения образуется клиновидный зазор Н, увеличивающийся с ростом частоты вращения и уменьшающийся с ростом удельной нагрузки на пару трения.

Если частота возмущений со намного меньше собственной частоты колебаний пяты 3, то пята отслеживает торцевое биение с минимальным фазовым запаздыванием. При увеличении ш пята 3 не успевает за вращающимся образцом и занимает положение, показанное на рис. 1.

Рис. 1. Схема ориентирования узла трения:

1-контробразец; 2-образец; 3-пята; 4-опора узла нагружения; Н - зазор в паре трения (толщина смазочного слоя); С-рабочий зазор между полусферическими поверхностями пяты 3 и опоры 4 узла нагружения; У-скорость скольжения образца; Ы-нормальная нагрузка на пару трения

При отсутствии сил инерции и действии периодической возмущающей силы критическая частота безотрывной работы определяется из соотношения

1ГС?

I

I

N

I x

atia^ 1 + -JE-, (1)

где co0 - собственная частота колебаний системы ориентирования; X„p - величина предварительного поджатая пяты, обеспечивающего заданную величину зазора С; А - амплитуда перемещения верхнего образца.

Отсюда видно, что с увеличением величины предварительного поджатая пяты или снижением величины торцевого биения граница безотрывной работы пяты сдвигается в зону более высоких частот вращения и наоборот.

Анализируя в этой связи работу пар трения (блок цилиндров - распределительный золотник, башмак - наклонная шайба, торцевые уплотнения) агрегатов гидравлических систем авиационной техники следует отметить, что условия их работы достаточно удовлетворительно воспроизводятся на машине трения.

Наличие на машине трения системы автоматической разгрузки образцов позволяет исключить повреждение поверхностей скольжения при переходе к предельным режимам работы и многократно использовать пары трения, что существенно повышает точность эксперимента, исключая переборки, доводку и замену пар трения.

Для оценки влияния содержания воздуха в гидравлической жидкости на трение и изнашивание пар трения подвод воздуха в линию подачи гидравлической жидкости в узел трения осуществляли от воздушной сети низкого давления. Контроль расхода воздуха в линии подвода воздуха выполняли газовым счётчиком барабанного типа, а контроль расхода жидкости в линии подачи гидравлической жидкости в узел трения - датчиком ТДР-3.

Для исследования трения и изнашивания пар трения разработаны и применены схемы силового взаимодействия образцов трения.

В бронзовых образцах устанавливали термопару для измерения температуры поверхности трения. Диаметр спая термопары, как и расстояние от его центра до поверхности трения составляло 0,5мм. Термопарой, укрепленной в узле трения, дополнительно регистрировали температуру смазочного материала, окружающего образцы трения.

Толщину Н смазочного слоя в паре трения определяли как разность между средними за период значениями Н при исходной скорости и скорости, равной нулю. С этой целью сигнал от индуктивного датчика, установленного между образцами трения и фиксирующего зазор между ними, выводили также на электроннолучевой осциллограф и регистрировали мгновенные значения зазора в паре трения. Для фиксации момента V=0 на осциллограф был выведен также сигнал от преобразователя частоты вращения ПЧ-2.

Для оценки предельных значений Рпр. удельных нагрузок при заданной скорости скольжения и предельных значений Нщ, толщины смазочного слоя в паре трения разработана методика проведения эксперимента, анализа и обработки экспериментальных данных. В процессе эксперимента при определении предельных значений Р„р. удельных нагрузок при заданной скорости скольжения нормальную нагрузку на пару трения увеличивали последовательно до резкого возрастания момента трения и срабатывания автоматической системы разгрузки пары трения.

Математическая обработка результатов эксперимента позволила установить, что для обеспечения достоверности и надежности измеряемых значений темпера-

туры, линейного износа и коэффициента трения при доверительной вероятности 0,95 необходимое и достаточное количество экспериментов п = 3.

В процессе исследования изнашивания были изучены, применяемые в агрегатах, сочетания материалов пары трения «сталь-бронза» при их работе в смазочных материалах, которыми являются гидравлические (рабочие) жидкости гидросистем. При назначении режимов нагружения исходили из реальных нагрузок и скоростей скольжения, которые имеют место при работе агрегатов.

В процессе испытаний коэффициент трения с увеличением удельной нагрузки на пару трения при фиксированной скорости скольжения снижался, затем имел область с минимальным трением и изнашиванием (область нормального трения) и при достижении предельных значений удельной нагрузки резко увеличивался, что соответствовало предельному значению коэффициента трения и началу схватывания материалов пары трения.

Несмотря на отличие условий эксперимента (метода, материалов, машин трения, смазочных сред и т.д.), получаемая зависимость коэффициента трения от удельной нагрузки на пару трения при фиксированной скорости скольжения по характеру изменения совпадала с классическими зависимостями коэффициента трения от удельной нагрузки, но её принципиальным отличием от них является то, что она учитывает толщину смазочного слоя в паре трения. Это позволило в процессе эксперимента по испытанию пар трения при смешанной смазке установить предельные значения удельной нагрузки Рпр при фиксированной скорости скольжения по изменению коэффициента трения с учётом толщины Н смазочного слоя в паре трения.

Экспериментальные исследования работы пар трения скольжения при смешанной смазке, выполненные на машине трения, показали, что рост коэффициента трения приводит к схватыванию пары трения. Увеличение коэффициента трения начинается при достижении предельного значения скорости скольжения при данной нагрузке или предельного значения нагрузки при данной скорости скольжения, при которых прекращается образование устойчивой смазочной плёнки. Происходит обнажение ювенильных микроучастков контактирующих поверхностей, обладающих высокой склонностью к адгезии, непосредственное соприкосновение которых приводит к неустойчивости сил трения и, как следствие, к переносу бронзы на поверхность стали и схватыванию. Значительное влияние на протекание физико-химических процессов в зоне трения оказывает повышение температуры, возникающее из-за трения и увеличивающееся с ростом нагрузки и скорости скольжения. В зоне непосредственного контакта развиваются высокие контактные температуры, превосходящие температурный порог применимости смазочного материала. При его превышении в зоне контакта начинается деструкция смазочного материала, и он теряет способность препятствовать металлическому контакту поверхностей трения. Коэффициент трения в начальный период работы пары трения с ростом нагрузки или скорости скольжения снижается, затем имеет область стационарного изменения с минимальным трением и изнашиванием (область нормального трения) и при достижении предельных значений нагрузки или скорости скольжения, резко увеличивается.

Анализ зависимости предельного значения f„p коэффициента трения от Рпр и V показал, что характер её изменения аналогичен получаемым впоследствии зависимостям PnpV при Нпр = const (где Нпр - предельная толщина смазочного слоя в паре трения). Таким образом, итоговая зависимость РпрУ при Нпр = const представляет

зависимость коэффициента трения от Рщ, и V, изменение которого учитывается при определении Р„р при фиксированной скорости скольжения.

Для получения обобщенной критериальной зависимости P„pV при H„p=const необходимо иметь несколько зависимостей Р„р= f(V) и Н„р= f(V) при разных величинах торцевых биений в паре трения. Эти зависимости были получены в эксперименте и позволили построить искомые зависимости РщУ при постоянных значениях зазора Нпр. В этом случае достаточно для полученных при различных торцевых биениях зависимостей H^ftV) провести линии Нщ, = const и в точках пересечения с зависимостью H„p=f(V) найти соответствующие этим значениям значения Рпр.

Поясним это положение на следующем примере (рис. 2). Для получения критериальной зависимости РщУ при Н„р = const, например, при Н = 2 мкм, проводим линию Нпр = 2 мкм до пересечения с зависимостями H„p=f(V).

Рис. 2. Связь предельных значений удельной нагрузки, зазора в паре трения (Х12Ф1-БрОСН 10-2-3) и скорости скольжения (Кю=1,0, гидравлическая жидкость 7-50с-3, Тг =125°С): 1,2,3 -Нпр = Г(\г), 8 = 60,120,160 мкм соответственно; 4,5,6 -РпР= Г(V), 5 = 60,120,160 мкм соответственно; 7- Рпр У=18 МПа м/с, Н„р =1,0мкм; 8 - 43 и 2,0; 9 - 78 и 3,0; 10 -124 и 4,0; 11-173 и 5,0; 12 - 239 и 6,0; 13 - 313 и 7,0; 14 - 398 и 8,0; 15 - РпрУ= 488 МПа м/с, Н^ = 9,0мкм

Из точек пересечения восстанавливаем линии, перпендикулярные Нпр = const. Эти линии проводим до пересечения с зависимостями Р„р= f(V). Поскольку зависимости Рпр= f(V) и Hnp=f(V) получены при различных значениях торцевых биений, то перпендикулярные линии из точек пересечения зависимостей HIlp=f(V) проводим К зависимостям Pnp= f(V), учитывая торцевые биения, при которых определены зависимости Рпр= f(V) и Hnp=f(V). Например, зависимости 1 и 4 на рис. 2 получены при 5 = 60 мкм. Для нахождения Рпр при Нпр = const проводим линию из точки пересечения зависимостей Нщ, = const и Hnp=f(V) - это линия 1, до пересечения с зависимостью Plip= f(V) - линия 4. В точке пересечения находим значение PIip, соот-. ветствующее Нщ, = const. Аналогичным образом проводим линии из точек пересечения зависимостей Нпр = const и Hnp=f(V) - линии 2,3 до пересечения соответственно с линиями 5,6 зависимости PIip= f(V). В результате в точках пересечения получаем значения критериального комплекса PripV.

Определяем среднее значение критериального комплекса PnpV и строим кривую 8 (см. рис. 2), определяющую границу работоспособности пары трения при постоянном зазоре Нщ, = 2 мкм.

В итоге аналогичных построений зависимостей PnpV при Нщ, = const получены номограммы для определения границ работоспособности пар трения по критерию PnpV при Нпр = const (рис. 2,3).

Номограммы позволяют оценить режимы работы пар трения агрегатов, при которых во время работы происходит их схватывание, и дают ориентацию при назначении оптимальных режимов приработки (обкатки) пар трения по допустимой скорости роста нагрузки в процессе приработки, показывают возможность регулирования фрикционного тепловыделения в процессе приработки пар трения и снижения вероятности их схватывания.

Для пояснения номограмм рассмотрим пример пользования ими для пары трения "блок цилиндров - распределительный золотник" с коэффициентом взаимного перекрытия, равным 0,8. Пусть имеются гидромашины, у которых для указанной пары трения значения критериального комплекса PnpV равны 24 и 35 МПа м/с. Поскольку рассматриваем случай с Квз=0,8, то обратимся к результатам, приведенным на рис. 3.

Из них следует, что предельные значения критериального комплекса PnpV составляют 26 МПа м/с при Нпр=0,5 мкм и 60 МПа м/с при Нпр=0,75 мкм (кривые 5 и 6 соответственно). Сравнивая их со значениями, равными 24 и 35 МПа м/с, приходим к выводу, что нормальная работа материалов этой пары для гидромашины, у которой Pj,aV = 24 МПа м/с, будет обеспечиваться до PnpV = 26 МПа м/с при Нпр=0,5 мкм, а для гидромашины с PyflV = 35 МПа м/с - до PnpV = 60 МПа м/с при Нпр=0,75 мкм, т.е. анализ пар трения по критерию PnpV позволил определить условия их перехода к режимам схватывания и переноса с учётом реально существующего в паре трения зазора Н, от величины которого зависит расход перетечек по зазору пары трения и, как следствие, степень охлаждения зоны контакта.

Анализ номограмм (рис. 2, 3) показал, что на значения критериального комплекса PnpV оказывают влияние: а) толщина смазочного слоя в паре трения; б) коэффициент взаимного перекрытия, увеличение которого снижает предельные значения критерия P„pV.

В процессе эксперимента получены номограммы сравнительной экспресс -оценки материалов пар трения по критериальному комплексу P„pV при одном торцевом биении. Одна из них представлена на рис. 4.

12

со о 11- .

со \ V

6 5 1

к V

4 Л о

з <

ги 1 *-

6 i £ X

12

15

18

V,MIc

Рис. 3. Связь предельных значений удельной нагрузки, зазора в паре трения (Х12Ф1-БрОСН 10-2-3) и скорости скольжения (Кю=0,8, гидравлическая жидкость 7-50с-3, Tf =125'С): 1,2 - Н„р = f (V), 5=60,160мкм соответственно; 3,4 -Pnp=f (V), 5 =60, 160 мкм соответственно; 5- Р„р V= 26 МПа м/с, Нпр =0,5мкм; 6 - 60 и 0,75; 7 -115 и 1,0; 8 -154 и 1,15; 9-215 и 1,35; 10 - 242 и 1,5; 11 - 344 и

1,75; 12- Рщ,У:

-428 МПа м/с, Н,,„ = 2,0мкм

Её анализ показывает, что из исследованных пар трения лучший критериальный комплекс РпрУ в жидкости 7-50с-3 имеет пара ЗОХЗВА - БрОСН 10-2-3, а в жидкости АМГ-10 - пара ШХ -15 - БрОСН 10-2-3, что обусловлено избирательной активностью жидкостей к поверхностям трения контактирующих материалов и повышением Н^ с увеличением скорости скольжения (рис. 5). Рост величины Нщ, приводит к улучшению смазки поверхностей скольжения и смещению границ схватывания в область больших значений Р„р. Наряду с относительной скоростью скольжения значительное влияние на величину Н оказывает удельная нагрузка. Её повышение при постоянной скорости скольжения приводит к снижению Н, что подтверждается результатами эксперимента (см. рис. 5).

Таким образом, разработан экспериментальный метод оценки материалов торцевых пар трения по критериальному комплексу РпрУ. Установлено, что численные значения этого комплекса зависят от коэффициента взаимного перекрытия и смазочного зазора в паре трения, величина которого возрастает с увеличением

торцевого биения, скорости скольжения и уменьшается с ростом удельной нагрузки.

п

¡25

а с а.

20

15

10

5

0

0 3 6 9 12 15 18

У.мУс

Рис. 4. Зависимость предельных значений удельной нагрузки от скорости скольжения при Квз = 1,0 (Т> = 125°С, 8=60мкм): 1,5 - ЗОХЗВА-БрОСН 10-2-3; 2,4 - Х12Ф1 -БрОСН 10-2-3; 3 - ШХ15 - БрОСН 10-2-3; 1-3 - гидравлическая жидкость АМГ-10; 4,5 - гидравлическая жидкость 7-50с-3

Установлен характер связи критериального комплекса РпрУ и зазора Н с областями, в которых схватывание материалов пар трения отсутствует. Подтверждена целесообразность использования критериального комплекса для режимов трения при смешанной смазке в широком диапазоне скоростей скольжения и удельных нагрузок, а также показана возможность сравнительной экспресс - оценки пар трения на его основе.

Выполненные исследования позволили понять физическую сущность явлений, протекающих в контактной зоне трения, выявить факторы и причины, приводящие к схватыванию поверхностей контакта, установить характер изменения коэффициента трения с учётом толщины смазочного слоя в паре трения и сделать вывод о возможности определения предельных значений нагрузки и скорости скольжения расчётным путём по изменению коэффициента трения для условий трения при смешанной смазке.

В основу физической модели трения при смешанной смазке при разработке алгоритма расчёта было положено:

- представление о дискретности контакта двух сопряжённых металлических поверхностей;

- контактные поверхности представляют набор сферических выступов заданного радиуса. Причём, соседние выступы одной поверхности расположены достаточно далеко один от другого и не взаимодействуют друг с другом;

- решающее влияние на режим трения температуры, нагрузки, скорости скольжения и коэффициента взаимного перекрытия пары трения.

Ъ ю

I

8

6

4

2 0

0 4 8 12 16 20 24

Руд,МПа

Рис. 5. Зависимость зазора в паре трения Х12Ф1-БрОСН 10-2-3 от удельной нагрузки и скорости скольжения при Кю=0,8 (гидравлическая жидкость 7-50с-3, ТУ=125"С, 5=60мкм): 1 - V = 2м/с; 2 - 4,3 - 6; 4 - 8м/с

При этом учитывали особенность работы системы ориентирования на машине трения, состоящую в том, что при изменении режимного фактора (Руд и V) в паре трения изменяется смазочный зазор Н, определяющий степень охлаждения контактной зоны трения.

С учётом принятой физической модели трения при смешанной смазке разработан алгоритм расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения по изменению коэффициента трения с учётом толщины смазочного слоя в паре трения. В основу алгоритма расчёта положено уравнение для оценки коэффициента трения, полученное А.Д. Дубининым и уточнённое нами при разработке алгоритма расчёта.

В итоге алгоритм расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения по изменению коэффициента трения с учётом толщины смазочного слоя в паре трения включает следующие соотношения:

где:

f = A + АУгВ + У тг (Д + Е),

аппРуУ

(3)

А = 1,54

В =

p»\bi

к■

1 2 1 1

G,

1,54

1_ J_ £, + Еа

aU

А fSy»-. J щ>

e = V>7<:,K.

£

¡V,

к=-

1.04пд

-А

1

+ — G,

В уравнении (3): 81р - площадь трения; Е| и Е2 - модули упругости материалов пары трения; в! и С2 - модули сдвига материалов пары трения; К - коэффициент соотношения между нормальной и касательной удельными нагрузками в паре трения; Тг -температура гидравлической жидкости; I - механический эквивалент теплоты; Ощ - коэффициент распределения тепловых потоков между материалами пары трения через разделяющую смазочную плёнку; а - коэффициент теплоотдачи между гидравлической жидкостью и материалами пары трения; и - периметр сечения трущегося тела, участвующего в теплообмене с окружающей средой; - коэффициент теплопроводности гидравлической жидкости; ?ча1 - шаг микронеровностей; 71 - удельный вес; агкоэффициент температуропроводности; т0 - сопротивление сдвигу; р - пьезокоэффициент; Ц1 - коэффициент Пуассона; НВ) - твёрдость; I -продолжительность работы пары трения; А - торцевое биение в паре трения: Кп -коэффициент, зависящий от термоэлектронных процессов, возникающих при трении и характеризует относительную величину тепловой энергии, рассеиваемую непосредственно микрообъёмами поверхностного слоя в результате термоэлектронных и термоионных эмиссий, термодиффузии, структурных превращений и других явлений и представляет собой произведение коэффициентов, учитывающих влияние удельного давления Кр и скорости скольжения Ку:

Кп=КрКу 10

-6

^ = 0,93^-0,53,

(4)

КЕ

Ку = 10 V -10" V + 0,28F + 0,012

Оценка коэффициента распределения тепловых потоков с учётом изменения , выполняется по соотношению A.B. Чичинадзе:

1+ К.

где р;, С;, \ - теплофизичеекие свойства материалов пары трения.

Для многослойной структуры металл - смазочная плёнка - металл определяются приведенные теплофизичеекие свойства с учётом эффективной глубины проникновения теплоты за период трения.

В свою очередь коэффициент а теплоотдачи между гидравлической жидкостью и материалами пары трения:

ЫшI,

а=4> (6)

где: N11 - критерий Нуссельта; с! - диаметр трубопровода, подводящего гидравлическую жидкость к узлу трения.

В зависимости от режима течения жидкости критерий Нуссельта определяется по соответствующим формулам:

а) для ламинарного течения жидкости

ГРг

"я, о- '

Ыи = ОД 7 Яе0,33 Рг°'43 О0'1

V

б) для турбулентного течения жидкости

4,0,25

„0,8 тц.0,43

Ш = 0,021 Яе ' Рг^

(7)

(8)

В уравнениях (7), (8): Яе - критерий Рейнольдса; Рг - критерий Прандтля; & -критерий Грасгофа; {- индекс для жидкости: со - индекс для материала трения. При этом:

- критерий Рейнольдса Яе = ---/£», (9) где: йГ - средняя скорость движения жидкости; р - плотность жидкости.

V

- критерий Прандтля Рг = —, (10)

а

Л,

где: v - кинематическая вязкость; а = ——— .

СрР/

- критерий Грасгофа = РЫ, (11)

где: g - ускорение силы тяжести; |3 - коэффициент объёмного расширения жидкости; Ьх - температурный напор.

о Рг'Ро

где: ро - плотность жидкости при 20°С.

В итоге получен алгоритм в виде системы уравнений (3-^-12) для расчёта коэффициента трения скольжения в зависимости от скорости, нагрузки, температуры, упругих и термических констант материалов пары трения, физических свойств материалов трения и гидравлической жидкости, геометрических параметров пары

трения. Сравнительный анализ расчётных и экспериментальных значений коэффициента трения показал их удовлетворительное соответствие (рис. 6).

* 0Я9 0.08 0Д7 оле

0Л5 ОД 4 0.03 0.02 0Л1

о

о 2 4 6 8 Руд, МПа

Рис.6. Зависимость коэффициента трения от удельной нагрузки при трении стали ЗОХЗВА по бронзе БрОСН 10-2-3 в гидравлической жидкости 7-50с-3 при скорости скольжения 7,07м/с и температуре жидкости на входе в узел трения ТГ=30°С: 1-эксперимент; 2-расчёт по предложенному алгоритму; 3, 4 -расчёт по методу И.В. Крагельского. Коэффициент взаимного перекрытия Квз=0,967

Это даёт основание заключить, что полученная система уравнений позволяет достаточно точно определять как текущие, так и предельные значения коэффициента трения с учётом смазочного зазора в паре трения.

Одновременно был выполнен расчёт коэффициента трения по уравнению И.В. Крагельского для упругого контакта. Анализ уравнения И.В. Крагельского показал:

- в уравнении не учитывается влияние режимного фактора, определяемого нагрузкой и скоростью скольжения (учитывается только влияние нагрузки)',

- значения коэффициента трения практически не зависят от микрогеометрии поверхности и определяются физико-химическим состоянием поверхностей трения (параметры То и Р) и механическими свойствами менее жёсткого из взаимодействующих тел;

- не учитывается влияние смазочного материала на трение и изнашивание сопряжённых поверхностей.

3 А

2 Л"

Анализ экспериментальных и расчётных значений коэффициента трения (см. рис. 6), полученных по предложенному алгоритму расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения по изменению коэффициента трения и по уравнению И.В. Крагельского для упругого контакта, показывает на удовлетворительную сходимость значений коэффициента трения, полученных в эксперименте и по алгоритму расчёта, что указывает на достоверность данного метода расчёта коэффициента трения.

Таким образом, разработан алгоритм расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения по изменению коэффициента трения с учётом толщины смазочного слоя в паре трения.

В третьей главе описаны материалы и условия испытаний, классификация пар трения по кинематическим признакам, структура гидравлической машины и определены основные процессы, воздействующие на её узлы, представлены результаты экспериментального исследования процесса трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки.

Установлено, что износ пар трения в значительной мере зависит от вида гидравлической жидкости и её максимально допустимой, рабочей, температуры: чем выше уровень температуры, тем ниже износ.

Выявлено резкое снижение коэффициента трения и сопротивления сдвигу с ростом температуры жидкости на входе в узел трения (рис. 7).

f 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

РдоМПа

Рис.7. Зависимость коэффициента трения от удельной нагрузки при трении стали ЗОХЗВА по бронзе БрОСН 10-2-3 при разных значениях температуры гидравлической жидкости 7-50с-3:1- Т(= 20°С, 2 - 60,3 - Тг=100°С; Квз=0,9; У=7,07м/с

По результатам эксперимента оптимальная температура жидкости на входе в узел трения составила 60+80 С. С повышением температуры гидравлической жидкости на входе в узел трения коэффициент трения покоя и момент страгивания контробразца относительно образца пары трения снижаются. Минимальные значе-

ния указанных параметров наблюдались при температуре гидравлической жидкости, равной 100 С. Однако при этой температуре пара трения выдерживает меньшее значение предельной удельной нагрузки Рпр, чем при температурах 20 С и 60 С. При температурах 20°С и 60'С различие в значениях предельной удельной нагрузки составляет 8%. Минимальные значения коэффициента трения покоя и момента страгивания при температуре Тг гидравлической жидкости на входе в узел трения, равной 100 С обусловлены наличием на поверхности трения хемосорбционной смазочной плёнки с высокой адгезией, чем при температуре =20'С.

Повышение температуры Тг обусловливает снижение внутреннего трения жидкости из-за снижения вязкости и одновременное увеличение поверхностной активности жидкости к контактирующим поверхностям.

Вязкостно-температурные свойства гидравлических жидкостей в Период пуска в значительной мере влияют на износ и схватывание материалов трения. Чем ниже вязкость жидкости, тем легче она при прочих равных условиях поступает к поверхностям трения, снижая их износ и предотвращая их схватывание. С ростом температуры Тг жидкости на входе в узел трения коэффициент трения и сопротивление сдвигу снижаются за счёт интенсификации физико-химических процессов в зоне трения, ускоряющих образование хемосорбционных плёнок на поверхностях трения.

Скорость скольжения, как следует из результатов эксперимента, так же влияет на температуру контактирующих поверхностей. Связанное с этим тепловыделение является одним из источников активации химических процессов, интенсивность которых зависит от сочетания температуры Тг гидравлической жидкости и скорости скольжения: при равном уровне температуры Т> гидравлической жидкости повышение скорости скольжения снижает коэффициента трения покоя менее интенсивно, чем при одновременном увеличением температуры Тг гидравлической жидкости и скорости скольжения.

Установлено, что повышение температуры Тг снижает значения предельной удельной нагрузки Рпр на пару трения и сокращает область нормального трения (рис.8).

Для её расширения, как показывают результаты эксперимента, целесообразно выполнять:

а) ступенчатое снижение температуры 7} до её нормального значения. Если повышение температуры Тг гидравлической жидкости на входе в узел трения снижает коэффициент трения покоя (момент страгивания), то в области высоких удельных нагрузок и скоростей скольжения происходит значительное выделение фрикционной теплоты, взаимодействие которой с теплотой гидравлической жидкости приводит к нарушению динамического равновесия между скоростями образования и разрушения хемосорбционных плёнок на поверхностях трения с превалированием последней и, как следствие, к снижению предельной удельной нагрузки Рпр на пару трения. Результата эксперимента (см. рис.7) указывают путь регулирования фрикционной теплоты в процессе испытания пары трения, состоящий в ступенчатом снижении температуры Тг гидравлической жидкости на входе в узел трения. В этой связи дегазацию гидравлической жидкости в гидросистеме, образование хемосорбционных плёнок и пуск узла трения следует выполнять при температуре =100°С. При переходе в область средних удельных нагрузок и скоростей скольжения температура Тг гидравлической жидкости на входе в узел трения сни-

жается до 60 С, а в диапазоне высоких удельных на!рузок и скоростей скольжения - до 20*С.

б) регулирование параметров режимного фактора', удельной нагрузки и скорости скольжения, изменение которых позволяет поддерживать динамическое равновесие между разрушением и восстановлением плёнок на поверхностях трения. Подтверждением этому является гармонический характер изменения силы трения.

в) переход с одного вида жидкости на другой, т. е. осуществлять циклическое применение гидравлических жидкостей. Подтверждением этому являются значения предельных удельных нагрузок Рщ, в зависимости от температуры гидравлической жидкости, полученные при трении стали ЗОХЗВА по бронзе БрОСН 10-2-3 в гидравлических жидкостях АМГ-10 и 7-50с-3 (см. рис.8). Их анализ показывает, что для данной пары трения в исследованном диапазоне изменения температуры Tf значения предельной удельной нагрузки Р„р в жидкости 7-50с-3 выше, чем в АМГ-10. Например, при равном уровне температуры Tf = 50*С и V=2m/c в гидравлической жидкости АМГ-10 значение Р„р =2,7МПа, а в 7-50с-3 - Р„р =3,8МПа.

Т„°С

Рис.8. Влияние температуры гидравлической жидкости на предельную удельную нагрузку при трении стали ЗОХЗВА по бронзе БрОСН 10-2-3: АМГ-10: 1 - У=2м/с; 3 - 4м/с; 7-50с-3:2 - У=2м/с; 4 - 4; 5 - 7м/с

При циклическом применении гидравлических жидкостей важна последовательность их воздействия на пару трения. В этой связи были проведены испытания пар трения по следующим схемам:

о исходная жидкость - жидкость ВРЖ-2 - исходная жидкость; о жидкость 7-50с-3 - исходная жидкость АМГ-10; о жидкость ВРЖ-2 - исходная жидкость.

Результаты эксперимента показали, что:

1. Предельные значения удельных нагрузок после испытаний материалов пар трения по схеме "исходная жидкость - жидкость ВРЖ-2 - исходная жидкость" выше предельных удельных нагрузок, полученных в исходной жидкости. В частности, при температуре жидкости Тг = 100°С и У= 1,5 м/с при трении стали ЗОХЗВА по бронзе БрОСН 10-2-3 предельные значения удельных нагрузок Рщ, составили: в АМГ-10 - 0,6МПа, в ВРЖ-2 - 1,5МПа и вновь в АМГ-10 - 1,0МПа, т.е. конечная предельная нагрузка Рщ, в АМГ-10 увеличилась примерно в 1,67раза по сравнению с Рпр, полученной на начальном этапе испытаний в АМГ-10. Предельные значения температуры поверхности при указанных условиях испытания составили: в АМГ-10 - 44'С, в ВРЖ - 2 - 93'С и вновь в АМГ-10 - 8б'С.

Аналогичная ситуация прослеживается при испытании этой же пары при использовании в качестве исходного смазочного материала гидравлической жидкости 7-50с-3. При температуре жидкости Тг = 100°С и 1,5м/с предельные значения удельных нагрузок Рпр составили: в 7-50с-3 - 1,5МПа, в ВРЖ-2 - 2,95МПа и вновь в 7-50с-3 - 5,0МПа. Предельные значения температуры поверхности при указанных условиях испытания составили: в 7-50с-3 - 78,5 С, в ВРЖ - 2 - 80°С и вновь в 7-50с-3 - 89 С (рис. 9).

Рис.9. Связь предельных значений температуры поверхности и скорости скольжения при циклическом воздействии гидравлической жидкости при трении стали ЗОХЗВА по бронзе БрОСН 10-2-3: 1-й цикл: 7-50с-3 при температуре 160°С (1) и 100°С (2); 2-й цикл: ВРЖ-2 при температуре 160°С (3) и 100 °С (4); 3-й цикл:7-50с-3 при температуре 160°С (5) и 100 °С (6); Рвн=0,2 МПа; Квз =1

2. Предельные значения удельных нагрузок при трении стали ЗОХЗВА по бронзе БрОСН 10-2-3 по схеме "жидкость 7-50с-3 - исходная жидкость АМГ-10"

при температуре Тг = ЮО'С повышаются примерно на 40-50% по сравнению с предельными удельными нагрузками, полученными после испытаний пары в жидкости АМГ-10.

3. При использовании в качестве исходных смазочных материалов жидкостей 7-50с-3 и АМГ-10 предельные значения удельных нагрузок, полученные при трении стали ЗОХЗВА по бронзе БрОСН 10-2-3 по схемам "исходная жидкость - жидкость ВРЖ-2 - исходная жидкость" и "жидкость ВРЖ-2 - исходная жидкость", одинаковы.

Поэтому с позиций рационального нагружения материалов в части повышения значений предельных удельных нагрузок и, как следствие, расширения области нормального трения следует проводить испытания пар трения по схемам "жидкость 7-50с-3 - исходная жидкость АМГ-10", "жидкость ВРЖ-2 - исходная жидкость".

Содержание газа (воздуха) в гидравлической жидкости в зависимости от ее температуры оказывает на область нормального трения неодинаковое влияние: при нормальной температуре 20*С повышение содержания газа в жидкости снижает ее, а при температуре, превышающей нормальную, содержание газа повышает ее за счет улучшения образования смазочных хемосорбционных пленок на поверхностях трения.

Обобщенные результаты исследований влияния содержания воздуха в гидравлической жидкости 7-50с-3 для пары трения Х12Ф1-БрОСН 10-2-3 при коэффициенте взаимного перекрытия Кю = 1 и торцовом биении в паре трения 5 = бОмкм представлены на рис.10. Коэффициент растворимости воздуха в гидравлической жидкости Кр = 9,3% при Тг = 20 °С. Расход гидравлической жидкости через узел трения в = 0,25,0,5 и 0,8 л/мин.

Установлено, что уменьшение или увеличение расхода гидравлической жидкости изменяет как структуру потока и газосодержание, так и область нормального трения. Значения критериального комплекса РпрУ при нормальной температуре (20 °С) гидравлической жидкости наглядно иллюстрируют полученные закономерности (см. рис. 10, линии 3,5,6 и точки 7,8).

Для пояснения результатов эксперимента рассмотрим значения предельной нагрузки Рпр при V = 2 м/с и нормальной температуре 20 °С гидравлической жидкости при ее разных расходах через узел трения. При расходе гидравлической жидкости через узел трения 0,25 л/мин предельная нагрузка Рщ, = 8,2 МПа (см. рис. 10 точка 7), при расходе 0,5 л/мин - Рщ, = 11,3 МПа (см. рис. 10, линия 6) и при расходе 0,8 л/мин - Ррр = 12,2 МПа (см. рис. 10 точка 8). Анализ этих значений показывает, что при уменьшении расхода гидравлической жидкости с 0,5 до 0,25 л/мин значение Рщ, снижается на 27,4%, а при ее увеличении с 0,5 до 0,8 л/мин значения Рщ, повышается на 8%, т. е. уменьшение расхода гидравлической жидкости через узел трения сокращает область нормального трения, а ее увеличение расширяет область нормального трения.

Аналогично снижению расхода гидравлической жидкости через узел трения увеличение газосодержания в гидравлической жидкости сокращает область нормального трения (см. рис. 10, линии 3,5,6).

Анализ результатов эксперимента показывает значительное влияние на трение и изнашивание энергии активации гидравлической жидкости. Рост температуры жидкости на входе в узел трения: • повышает энергию активации жидкости;

• повышает реакционную способность поверхностных слоев материалов трения за счёт увеличения температуры в объёмах поверхностных слоёв и смещения констант химических реакций;

• способствует дегазации жидкости;

• исключает влияние воздуха на образование хемосорбционных плёнок и процесс трения;

• предельные значения температуры гидравлической жидкости при равных уровнях Рщ, и V определяются видом жидкости.

Рис.10. Зависимости предельных нагрузок Рпр от скорости скольжения V при различном содержании воздуха в гидравлической жидкости: 1 - К„ = 0; V = const, увеличение Руя, Tf = 135°С; 2 - Кв = 0, циклическое нагруже-ние, Tf= 135°С; 3 - Кв = 40%, Tf = 20°С; 4 - Кв = 20%, Тг= 135°С; 5 - Кв = 20%, Tf = 20°С; 6 - Кв = 0, Tf = 20°С; 7 - G = 0,25 л/мин; 8 - G = 0,8 л/мин. Зависимости 3 + 8 получены при V = const и увеличении Руд; для зависимостей 1+6 G = 0,5 л/мин; Кв - коэффициент содержания воздуха в гидравлической жидкости

Изнашивание пар трения при смешанной смазке является сложным физическим процессом, зависящим от механического взаимодействия трущихся поверхностей, возникающего теплового воздействия, химического взаимодействия смазочной среды с поверхностями, а также геометрии контакта (характером и формой контактной площади сопряжённых пар трения, их сближением) и физических свойств, как материалов трения, так и смазочной среды.

Результаты эксперимента показали, что процессы трения и изнашивания, а также сопутствующие им процессы взаимосвязаны и их следует рассматривать как единый физический процесс, обусловленный внепшесиловым воздействием на материалы трения.

Анализ условий работы пар трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и, в частности, условий внешнесилового воздействия показал, что наиболее энергонагруженным («жёстким») режимом их работы, в отличие от нормального, является режим запуска, который приводит: а) к повышенному износу пар трения; б) их лучшей приработке; в) к большей вероятности проявления процесса схватывания.

В этой связи исследовали внешнесиловое воздействие на трение и изнашивание металлических материалов в условиях смешанной смазки при изменении режимного фактора (удельной нагрузки Руд и скорости скольжения V) в следующих направлениях:

а) при постоянной скорости скольжения удельную нагрузку на пару трения увеличивали постоянно, ступенями;

б) при постоянной удельной нагрузке на пару трения повышали постепенно, ступенями, скорость скольжения;

в) одновременно увеличивали как удельную нагрузку на пару трения, так и скорость скольжения.

Об эффективности внешнесилового воздействия судили по величине предельной удельной нагрузке Рпр, которую выдерживали пары трения при условии их испытания на машине трения.

Сравнительный анализ результатов исследований, полученных при трёх режимах внешнесилового воздействия на трение и изнашивание металлических материалов, позволил заключить, что:

1. Эффективность процесса трения и изнашивания, в частности приработки, в значительной мере определяется режимом нагружения.

2. В случае режима нагружения, реализуемого при постоянной скорости и повышении удельной нагрузки, приработка протекает более эффективно.

3. Повторное внешнесиловое воздействие во всех рассмотренных случаях нагружения приводит к снижению коэффициента трения по сравнению с предыдущими значениями.

4. Регулирование фрикционного тепловыделения за счёт изменения смазочного зазора в паре трения оказывает существенное влияние на трение и изнашивание металлических материалов и на расширение области нормального трения. Например, при скорости скольжения У=2м/с были получены следующие результаты: без регулирования фрикционного тепловыделения Р^б^МПа и (^=18,6Вт, а при регулировании фрикционного тепловыделения Рпр=6,8МПа и (¿пр=32,7Вт, т.е. при регулировании фрикционного тепловыделения величина предельной удельной нагрузки Р„р повысилась примерно на 25% по сравнению с величиной предельной удельной нагрузки Р„у, полученной без регулирования фрикционного тепловыделения.

Результаты исследований показывают, что эффективность внешнесилового воздействия на процесс трения и изнашивания (в том числе и приработки) достигается при постоянной скорости скольжения и допустимой скорости роста удельной нагрузки и регулировании фрикционного тепловыделения циклическим внепшесиловым воздействием на пару трения.

Исследования по влиянию режимов запуска на трение и изнашивание пар трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники показали:

а) коэффициент трения и износ пары в режиме запуска значительно выше, чем при нормальном режиме трении;

б) скорость изнашивания пары трения с ростом числа запусков снижается, проходит через минимум и возрастает при последующем увеличении числа запусков (рис.11);

в) приработка пары трения в режиме запуска происходит быстрее, чем при нормальном режиме трения.

мкм/мин'

1 -

0.8

0.6

0.4 0.2

5 8 11 14 17 20 23

Руд, МПа

Рис.11. Зависимость скорости изнашивания бронзы от удельной нагрузки и числа запусков (п=1-5) при трении стали Х12Ф1 по бронзе БрОСН 10-2-3 в гидравлической жидкости АМГ -10 (Тг = 20 °С) при скорости скольжения У=2 м/с

Результаты эксперимента позволили заключить, что процесс трения и изнашивания в значительной мере определяется внешнесиловым воздействием на пару трения.

Основными факторами, влияющими на процесс трения и изнашивания пар трения, являются нагрузка, скорость скольжения, продолжительность испытания, температура поверхности трения, удельный тепловой поток и вид гидравлической жидкости. Управляя режимными параметрами, можно влиять на неустановившееся состояние контакта тел (приработку материалов трения) и на область нормального трения. Приработка материалов пары трения наиболее эффективно происходит при двух режимах внешнесилового воздействия: а) при постоянной скорости скольжения и росте удельной нагрузки с одновременным регулированием фрикционного тепловыделения циклическим нагружением пары трения, что приводит к расширению области нормального трения; б) в режиме запуска. Результаты исследований применены при построении схем обкатки агрегатов. В качестве одного из вариантов механического нагружения предложен и реализован режим запуска.

Х12 Ф1: Р&=0.08мкм БрОСН 10-2-3: Р12=0.16мкм Ки=0.035 5

1

2

'—Г г

1 3

На основе проведенных исследований установлены зависимости предельных значений коэффициента трения, температуры в поверхностном слое бронзового образца и коэффициента взаимного перекрытия от предельной удельной нагрузки, определяющей - при фиксированной скорости скольжения - границы схватывания поверхностей трения. Из них следует важное положение о том, что уменьшение коэффициента взаимного перекрытия сопровождается ростом предельных значений удельных нагрузок и снижением коэффициента трения. Установлено, что уменьшение коэффициента взаимного перекрытия приводит к снижению коэффициента трения, расширению области нормального трения и диапазона изменения тепловой и удельной нагрузок на пару трения за счёт улучшения теплопередачи между поверхностями трения и смазочным материалом. В итоге границы схватывания смещаются в область более высоких удельных нагрузок и температур (рис.12).

2 § 12 а

ю 8 б

4 \ 2

0 I

0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 1

Рис.12. Зависимость предельной удельной нагрузки от коэффициента взаимного перекрытия Квз при трении стали ЗОХЗВА по бронзе БрОСН! 0-2-3 в гидравлической жидкости 7-50с-3

При фиксированных значениях коэффициента взаимного перекрытия и скорости скольжения решающее влияние на процесс трения и изнашивания наряду с температурой поверхности трения оказывает температура смазочного материала на входе в узел трения. С её ростом предельные значения коэффициента трения смещаются в область меньших удельных нагрузок на пару трения и скоростей скольжения. При этом рост температуры смазочного материала с 60 до 100°С снижает коэффициент трения в период пуска пары трения, создает ей "мягкие" стартовые условия и снижает вероятность её выхода из строя. При прочих равных условиях больший коэффициент взаимного перекрытия приводит к росту общей температуры узла трения и снижению его сопротивляемости разрушению; уменьшение коэффициента взаимного перекрытия снижает температуру поверхности трения.

Таким образом, исследования подтвердили гипотезу о влиянии коэффициента взаимного перекрытия на работоспособность пар трения агрегатов гидравлических

систем авиационной техники, для которых предельные значения удельной нагрузки и скорости скольжения непосредственно связаны с температурами поверхности трения и смазочного материала на входе в узел трения.

Результаты исследований по оценке взаимосвязи шероховатости поверхности, трения и изнашивания металлических материалов в условиях смешанной смазки позволили установить оптимальную равновесную эксплуатационную шероховатость К2 поверхностей трения, равную 0,16мкм и 2,5мкм для стали и бронзы соответственно. Суммарная скорость изнашивания данной пары трения меньше скорости изнашивания эталонной пары трения, имеющей шероховатость поверхностей контакта 0,08мкм и ОДбмкм для стали и бронзы соответственно (рис. 13).

л,

м км/мин 0,03

0,02

0,01

0

1 2 3 4 5 6

№ пары трения

Рис. 13. Гистограмма скорости изнашивания бронзы от шероховатости поверхностей контакта при трении стагш Х12Ф1по бронзе БрОСНЮ -2 -3 в гидравлической жидкости АМГ-10 (Тг = 20 °С); Квз. = 0,035

Значения критериального комплекса РщУ для пары трения, имеющей оптимальную шероховатость Л7 поверхностей трения, в 2-3 раза выше, чем для эталонной пары трения.

При оптимальной шероховатости поверхностей трения (0,16мкм и 2,5 мкм для стали и бронзы соответственно) сопротивление сдвигу в паре трения минимально по сравнению с другими исследованными парами трения с разной шероховатостью поверхностей трения (рис. 14).

Одним из основных показателей эффективности работы пары трения в условиях смешанной смазки является сопротивляемость данной пары схватыванию и

переносу одного материала на другой. Процессы схватывания во многом определяют трение и износ материалов при реализации режимов трения при граничной смазке и трения без смазочного материала (сухого трения).

Т, МПа

0,07

0,06 0,05 0,04

0,03

0,02

0,01 0

1 2 3 4 5 6

Номера пар трения

Рис. 14. Гистограмма сопротивления сдвигу от шероховатости поверхностей контакта при трении стали Х12Ф1 по бронзе БрОСН 10-2-3 при разных значениях температуры гидравлической жидкости АМГ-10: 20 °С (а) и 100 °С (б)

Установлено, что превышение предельно допустимых значений удельной нагрузки Рпр и скорости скольжения V для конкретной пары трения в процессе её работы приводит к резкому росту силы трения Б™ и величины износа. Нормальный режим трения сменяется режимом повреждаемости при высоких (предельных) температурах трения. Именно в области повреждаемости при высоких температурах трения проявляются явления схватывания и переноса одного материала на другой.

Анализ результатов эксперимента позволяет сделать вывод о том, что развитие процесса схватывания во времени в парах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники включает в себя несколько стадий:

а) сближение атомов контактирующих материалов за счёт пластической деформации;

б) разрушение смазочной плёнки и образование активных центров на поверхности более твердого материала;

в) объёмное взаимодействие (схватывание).

Применительно к агрегатам гидравлических систем авиационной техники установлены начальные условия переноса бронзы на поверхность стали. Для пары трения Х12Ф1-БрОСНЮ-2-3 при начальной температуре 100°С жидкости АМГ-10, нагрузке 11,8МПа и скорости скольжения 10м/с в течение одной минуты имеет резкое увеличение силы трения, рост температуры поверхности трения до 280-320°С, температура жидкости вблизи зоны трети достигает 150-160°С. Многократное повторение эксперимента подтвердило полученные результаты. Осмотр образцов после окончания эксперимента показал перенос бронзы на поверхность стали, на бронзовом образце имеются следы микровырывов бронзы и начальный износ. На обоих образцах на внутренней и внешней поверхности имеются цвета побежалости. Микроструктурный анализ показал, что полученный на машине трения перенос бронзы идентичен переносу бронзы в парах трения агрегатов. При заданных режимах нагружения и применяемых смазочных материалах избирательный перенос в узлах трения агрегатов отсутствует.

Анализ результатов эксперимента показывает значительное влияние на продолжительность жизни смазочной плёнки и на достижение предельной нагрузки таких факторов, как удельная нагрузка и скорость скольжения, температура смазочного материала, температура поверхности трения, коэффициент распределения тепловых потоков, коэффициент взаимного перекрытия.

Установлено, что управление этими факторами за счёт технологических, конструкторских и металловедческих мероприятий расширяет область нормального трения и увеличивает продолжительность жизни смазочной плёнки.

Анализ результатов эксперимента по измерению твёрдости и изменению коэффициента трения в зависимости от режимов нагружения (Руд и V) даёт основание считать, что в контактной зоне трения происходит изменение физического состояния смазочной плёнки, которая приобретает свойства квазиупругого твёрдого тела с низким сопротивлением сдвигу, а твёрдость поверхностей трения практически не изменяется с изменением режимов нагружения и вида смазочного материала.

Исследования подтвердили положительное влияние нагрева и последующего ступенчатого снижения температуры смазочного материала на расширение диапазона нормального трения и повышение ресурса работы пары трения, а также показали, что:

а) коэффициент трения и сопротивление сдвигу на начальном этапе работы пары трения тем ниже, чем выше температура смазочного материала;

б) при ступенчатом снижении температуры смазочного материала прослеживается рост удельной нагрузки на пару трения за счёт регулирования фрикционного тепловыделения и снижения в связи с этим тештонапряжёшюсти пары трения;

в) увеличение удельной нагрузки на пару трения на 16-24% и повышение ресурса её работы на 30-40%.

Разработаны и экспериментальным путём проверены способы создания паре трения мягких «стартовых» условий в период её запуска, обеспечения динамического равновесия между образованием и разрушением смазочных плёнок на поверхностях трения и расширения диапазона нормального трения за счёт;

1. Цикличности механического нагружения.

2. Динамичности изменения температуры смазочного материала в процессе обкатки (приработки).

3. Цикличности применения смазочного материала.

4. Изменения коэффициента взаимного перекрытия пары трения.

Установлено влияние механических свойств пары «сталь-бронза» на коэффициент трения при смешанной смазке.

Эксперименты показали, что коэффициент трения изменяется с изменением не только внешнесилового воздействия, но и механических свойств: твердости, предела прочности и относительного удлинения.

При раздельном учете влияния механических свойств бронзы на коэффициент трения стали по бронзе при смешанной смазке выявились две принципиально различные зависимости: при увеличении характеристик прочности бронзы (твердости, предела прочности) коэффициент трения снижается, при повышении показателей пластичности (относительного удлинения) увеличивается.

При совместном учете показателей прочности и пластичности минимальные значения коэффициента трения для пары «сталь - бронза» в условиях смешанной смазки фиксируются при максимальных значениях твердости, предела прочности и минимальных значениях относительного удлинения бронзы.

Сопоставление зависимостей коэффициента трения и износостойкости от характеристик прочности (твердости, предела прочности) при трении стали по бронзе, при смешанной смазке, свидетельствует об их полном подобии. При увеличении характеристик прочности износ и коэффициент трения при скольжении стали по бронзе уменьшаются, а износостойкость повышается. Все характеристики пластичности влияют на характеристики трения и изнашивания однозначно: при скольжении стали по бронзе повышение пластичности вызывает увеличение износа и коэффициента трения. Результаты исследований позволяют заключить, что при трении стали по бронзе в условиях смешанной смазки взаимосвязь механических свойств бронзы с коэффициентом трения аналогична взаимосвязи этих характеристик бронзы с износостойкостью при раздельном учете.

Полученные результаты исследований дают основание считать, что коэффициент трения зависит от структуры и механических свойств стали и бронзы и определяется соотношением их твердостей. Твёрдость бронзы в этом соотношении является ведущим показателем. С её ростом коэффициент трения и износ снижаются, а износостойкость возрастает.

Коэффициент трения в известной мере является показателем концентрации напряжений в твердом теле. Показательна в этом плане зависимость коэффициента трения от критерия Рм/ НУб.№> характеризующего напряженное состояние контакта и безразмерную площадь фактического касания тел (здесь Руд - удельная нагрузка, НУ6.(() - твердость изнашивающегося материала с учетом ее изменения от температуры). Характер связи коэффициента трения и критерия Руд / НУ6 показывает, что при сохранении общей закономерности изменения коэффициента трения от удельной нагрузки решающая роль при трении твердых тел принадлежит тепловым флуктуациям, приводящим к снижению прочности межатомных связей и впоследствии к их разрыву, а внешняя сила облегчает и направляет их разрушающее действие.

Установлено, что коэффициент трения в условиях смешанной смазки в принципиальном плане стоит в одном ряду с износом и износостойкостью (рис. 15).

Механические свойства бронзы (предел прочности, твёрдость, относительное удлинение) и соотношение твердостей стали и бронзы влияют на эти характеристики с таким же знаком эффекта, как на коэффициент трения. Если предел проч-

ности бронзы положительно влияет на коэффициент трения, то он так же влияет на износостойкость.

Применительно к насосу НП96Т, в котором в качестве смазочного материала используется топливо ТС-1, изучено влияние покрытий поверхностей контакта на трение и изнашивание металлических материалов в условиях смешанной смазки.

На основании полученных результатов для применения в насосе НП96Т рекомендованы следующие сочетания материалов трения:

• Х12Ф1-БрОСНЮ-2-3 для пар трения "блок цилиндров - распределительный золотник", "башмак-наклонная шайба";

• ЗОХЗВА - БрОСНЮ-2-3 + Ag (3-х слойное покрытие) для пары трения "плунжер-блок цилиндров".

f 0.09 0.03 0.07

от

0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

1 д

2

3

б

8

10

12

h, мкм

Рис. 15. Зависимость коэффициента трения f от износа h при трении сталей ВНС-54

(1.2) и Х12Ф1 (3) по бронзе БрОСН 10-2-3 в гидравлических жидкостях AMT -10

(1.3) и 7-50с-3 (2): время испытаний 310 мин

В четвёртой главе представлены результаты исследований температуры поверхности трения скольжения при смешанной смазке и алгоритм расчёта температуры в стыке торцевой пары трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

Расчётным путём установлено решающее влияние температуры вспышки на прочность граничного смазочного слоя, разделяющего поверхности трения, и на общий температурный режим трения пары «сталь - бронза».

Снижение коэффициента взаимного перекрытия приводит к уменьшению температуры вспышки. При фиксированном значении коэффициента взаимного перекрытия повышение температуры смазочного материала на входе в узел трения сопровождается незначительным различием значений температуры вспышки (рис. 16). При достижении предельных значений температур вспышки и поверхности

трения наблюдается резкий рост коэффициента трения. Температура вспышки оказывает решающее влияние на прочность граничного смазочного слоя.

Показано проявление в паре трения эффекта «грелки». В процессе трения имеет место возникновение на поверхности трения отдельных «горячих пятен» за счет неравномерного распределения на ней удельной нагрузки, что обусловлено наличием изначальных неровностей (волнистости, шероховатости) на взаимодействующих поверхностях. Эти участки располагаются выше уровня окружающей поверхности за счёт термоупругого выпучивания материала поверхностей трения и уменьшают область действительного контакта при одновременном повышении локальной температуры по сравнению с ее первоначальным значением.

Т, "С 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Руд, МПа

Рис. 16. Зависимости температуры поверхности трения (1-3) и вспышки (4-6) от удельной нагрузки при температурах Тг гидравлической жидкости 7-50с-3 на входе в узел трения, равных 20 (1,4), 60 (2,5), 100 °С (3,6), для пары трения ЗОХЗВА - БрОСНЮ-2-3 с коэффициентом взаимного перекрытия Ки = 0,9:8 = 60 мкм; V = 7,07 м/с; 1*^=10 мин

В связи с этим на движущейся поверхности, учитывая условие устойчивости пары трения, имеет место возникновение как минимум трёх пятен с высокими локальными температурами, обусловливающими ползучесть материала трения и постепенное перемещение пятен. Образуется термоупругая волна, продольная ось которой совпадает с вектором скорости относительного движения тел (деталей пары трения). Изменение геометрии волны в процессе ползучести материала («разрушение» более нагретой волны) компенсируется процессом непрерывного восстановления волны при выпучивании материала на менее нагретой ее границе. Равновесие геометрии волны определяется термоупругими свойствами материала, а трение

происходит на движущейся волне. При этом в контакт вступают массы материала волны на её менее нагретой границе. В результате волна перемещается от более нагретых участков материала к менее нагретым.

При снятии удельной нагрузки контактная зона трения охлаждается, и пятно контакта исчезает, как бы «проваливается». При последующем нагружении пары трения новое пятно контакта возникает около предыдущего пятна. При снятии нагрузки оно исчезает, и при дальнейшем нагружении поверхности появляется новое пятно. Цикличность нагружения приводит к циклическому возникновению пятен контакта на новых, последующих, участках поверхности и их исчезновению на предыдущих участках. Поверхность работает подобно «грелке».

Процесс перемещения пятен продолжается до тех пор, пока они не пройдут всю поверхность трения. В результате происходит постепенная подготовка поверхности к восприятию более высоких удельных нагрузок.

Проведенные на машине трения исследования по оценке температурной нагруженносга пар трения подтвердили гипотезу о решающем влиянии температуры на работоспособность материалов трения, для которых предельные значения удельной нагрузки и скорости скольжения непосредственно связаны с температурами вспышки, поверхности трения и смазочного материала на входе в узел трения.

Это позволило наметить пути расширения диапазона нормального трения за счет снижения коэффициента взаимного перекрытия и регулирования фрикционного тепловыделения. При этом измеряемая температура поверхности трения представляется наиболее информативным диагностическим параметром, определяющим реальное состояние узла трения.

Выполнена оценка характера распределения температуры поверхности по диаметру образца в присутствии смазочного материала и её влияния на трение и изнашивание, в том числе и на процессы переноса и схватывания пар трения.

Полученные результаты свидетельствуют о неравномерном характере распределения температуры по поверхности трения: прослеживается тенденция снижения температуры с увеличением расстояния от оси вращения образцов.

Максимальные значения измеряемой температуры имеют место при минимальном расположении термопары от оси вращения образцов. Рост нагрузки независимо от точки расположения термопары - расстояния от оси вращения образцов -повышает температуру поверхности трения.

Дополнительное влияние на температуру поверхности трения оказывают скорость скольжения и температура смазочного материала. Их рост приводит к более высоким значениям температуры поверхности трения.

Экспериментальные исследования температуры поверхности трения скольжения при смешанной смазке, выполненные на машине трения, создали предпосылки для разработки методики оценки температуры в стыке торцевой пары трения (торцевого уплотнения).

При оценке температуру в основу физической модели трения при смешанной смазке была положена модель, принятая при разработке алгоритма расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения в паре трения, и дополненная тем, что предельные значения удельной нагрузки и скорости скольжения непосредственно связаны с температурами вспышки, поверхности трения и смазочного материала.

Температура Т5 в стыке торцевой пары трения может быть определена по уравнению:

Т„=Т +АТ, (13)

о корп

где: Тхорп - температура стенки корпуса узла трения; ДТ - разность температур в стыке торцевой пары трения.

Температура Т,щрП стенки корпуса узла трения измеряется хромель-копелевой термопарой в соответствии с разработанной методикой её оценки.

В некоторых случаях (например, при сравнительной оценке материалов трения по тепловыделению или при обосновании ускоренных испытаний узла трения) требуется экспресс-оценка температуры в стыке торцевой пары трения, которую можно выполнить по разности температур ДТ.

Разность температур ДТ может быть определена расчётом. Для её оценки разработан алгоритм расчёта разности температур ДТ в стыке торцевой пары трения. При его разработке применён методический приём, состоящий в том, что распределение теплового потока от места стыка по деталям торцевого уплотнения и от них к смазочному материалу представляется в виде схемы, составленной из термических сопротивлений поверхностей и деталей торцевого уплотнения.

Принятая схема торцевого уплотнения для расчёта разности температур ДТ в паре трения при её работе на машине трения и схема тепловых потоков от места стыка представлены соответственно на рис. 17 и 18.

041

Рис. 17. Схема стыка торцевого уплотнения на машине трения: 1 - образец из стали ЗОХЗВА; 2 - образец из Ниграна - В

Принятые допущения: поверхность "А" соприкасается с большим объёмом металла и имеет температуру, равную температуре охлаждающего смазочного материала;

• поверхности "В" и "С" охлаждаются движущимся смазочным материалом;

• поверхность "О" соприкасается с большим объёмом металла и имеет температуру, равную температуре охлаждающего смазочного материала; для расчёта теплопроводности через поверхность "О" выделяется цилиндр высотой 10мм, наружным диаметром 40мм и внутренним диаметром 34мм.

<2с Од - -^

<2

Рис. 18. Схема тепловых потоков от стыка торцевого уплотнения:

- термическое сопротивление образца из стали к поверхности "А"; Ив - термическое сопротивление на поверхности "В"; 11с - термическое сопротивление на поверхности "С"; Ио - термическое сопротивление нижнего образца из бронзы или ниграна В к поверхности "В"; - термическое сопротивление верхней ветви; Ян,,», - термическое сопротивление верхней ветви; С) - суммарный тепловой поток; Он - тепловой поток в нижний образец; (¡)ь - тепловой поток в верхний образец; (}А -тепловой поток к поверхности "А"; СЬ - тепловой поток к поверхности "В"; <3С -тепловой поток к поверхности "С"; СЬ - тепловой поток к поверхности "Б"

Тепло от места стыка через кольцевую поверхность образцов передаётся к поверхностям "А" и "Б" путём теплопроводности, а через цилиндрические поверхности "В" и "С" образцов к смазочному материалу путём конвекции при вынужденном движении смазочного материала.

Теплоотдача от поверхностей "В" и "С" к жидкости при её вынужденном движении вычисляется при следующих предположениях:

• скорость движения Уг жидкости в узле трения принимается равной половине окружной скорости вращения поверхности "А" стального образца;

• расчётная поверхность "В" при расчёте принята равной половине этой поверхности у образца, так как предполагается линейная зависимость температуры от поверхности "А" к месту стыка и температура в месте стыка равна Т8, а температура поверхности "А" равна Ткорп и средний расчётный температурный напор равен 1/2 (Т3 - Ткорп);

• расчётная поверхность "С" при расчёте принята равной половине этой поверхности у образца, так как предполагается линейная зависимость температуры от поверхности "С" к месту стыка и температура в месте стыка равна Т5, а температура поверхности "Б" равна Ткор„ и средний расчётный температурный напор равен 1/2(Т3-Ткорп).

В итоге алгоритм расчёта разности температур ДТ в стыке торцевого уплотнения на машине трения включает следующие соотношения: Т„=Т +А Т

корп

'5'

дул _ ^ ^вЕге^нижн

^ ВЕРХ К НИЖИ

0 = 2,8x10~3тМ

тпр

М„ =

(14)

л л

*Л+*В

Л0 =

8

ЛД,

' а*1.

Л. = с 2

I,

а = Ш-— ¿г

Ш = 0,023 Яе0,8 Рг0,4

v

тЮп 60

Рг=Л а

V, =0,5-

где: Мц> - момент трения; Г - коэффициент трения, определяется по системе уравнений (3+12) или принимается из эксперимента; п - скорость вращения вала машины трения; N - нормальная нагрузка; Руд - удельная нагрузка; Бд - площадь поверхности "А"; Рв - площадь поверхности "В"; Рс - площадь поверхности "С"; -площадь поверхности 'ТУ1; а - коэффициент теплоотдачи; Яе - критерий Рей-нольдса; Рг - критерий Прандгля; N11 - критерий Нуссельта; Х{ - коэффициент теплопроводности смазочного материала; X - коэффициент теплопроводности твёрдого тела (стали или бронзы); С( - теплоёмкость смазочного материала; у - удельный вес смазочного материала; а - коэффициент температуропроводности смазочного материала; v - кинематическая вязкость смазочного материала; Уг - скорость движения смазочного материала в узле трения; Б - наружный диаметр верхнего образца; (1г -гидравлический диаметр канала, подводящего смазочный материал в узел трения.

Если расчёт ДТ выполняется при постоянной скорости п вращения вала машины трения и при разных значениях удельной нагрузки Руд, то при других значениях постоянной скорости п вращения вала машины трения, но при тех же значениях Р^ значения ДТ могут быть приблизительно пересчитаны по формуле:

Д7" = ДГ-. п

По системе уравнений (14) был выполнен расчёт значений ДТ в стыке торцевого уплотнения пары трения сталь ЗОХЗВА-Нигран - В при её работе в гидравлической жидкости НГЖ-4 на машине трения. Результаты расчёта и эксперимента представлены на рис. 19.

дт,°с

15

10

5

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

РУд, МПа

Рис. 19. Зависимость разности температур в стыке торцевого уплотнения на машине трения от удельной нагрузки: 1 - расчёт; 2 - эксперимент

Сравнительный анализ расчётных и экспериментальных значений температуры для стыка торцевого уплотнения на машине трения показал их полную сходимость, что служит подтверждением правильности принятой методики расчёта разности температур ДТ в стыке торцевого уплотнения.

Результаты расчёта и эксперимента показали возможность применения данного алгоритма расчёта разности температур ДТ к реальной конструкции торцевого уплотнения насоса.

Методика и алгоритм расчёта разности температур ДТ были применены для оценки действительных температур в стыке торцевого уплотнения насоса НП 108.

Расчёт ДТ был выполнен для пары «втулка - кольцо» торцевого уплотнения насоса для вариантов выполнения кольца из Ниграна - В и бронзы в гидравлических жидкостях НГЖ-4 и АМГ-10. Результаты расчёта разности температур для торцевого уплотнения из Ниграна-В и бронзы в гидравлических жидкостях НГЖ-4 и АМГ-10 для насоса НП108 приведены на рис. 20.

АТ, °С

12

9

6

3

0

0.2 0.3 0.4 0.5 Рм,МПа

Рис. 20. Зависимость разности температур от удельной нагрузки в стыке торцевого уплотнения насоса НП108 при трении стали ЗОХЗВА по Ншрану-В (1,2), стали ЗОХЗВА по бронзе БрОСЮ-Ю (3, 4) и стали ЗОХЗВА по бронзе БрС)Ф7-0,2 (5, 6) в гидравлических жидкостях НГЖ-4 (2,4,6) и АМГ-10 (1,3,5)

Анализ результатов расчёта разности температур ДТ для торцевого уплотнения насоса НП108 позволил сделать выводы:

1. Зависимость перепада температур от удельной нагрузки на поверхности стыка является линейной.

2. При неизменном коэффициенте трения применение смазочного материала АМГ-10 вместо НГЖ-4 приводит к несколько более высоким значениям температуры в стыке, что обусловлено:

- разными теплофизическими характеристиками смазочных материалов;

- различием в коэффициентах теплоотдачи, которые для АМГ-10 будут ниже, чем для НГЖ-4.

3. Применение уплотнения из бронзы вместо Ниграна-В приводит к снижению температур в стыке за счёт уменьшения тепловыделения в нём и улучшения условий теплоотвода по бронзе по сравнению с Ншраном-В.

4. Применение бронзы БрОСЮ-Ю по сравнению с бронзой БрОФ7-0,2 при неизменном коэффициенте трения приводит к несколько более высоким перепадам температур.

Таким образом, алгоритм расчёта разности температур ДТ в стыке торцевого уплотнения принят для оценки действительных температур в стыке торцевого уплотнения насосов типа НП108. В сочетании с алгоритмом расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения в паре трения методика оценки разности температур AT в торцевой паре трения повышает эффективность подбора материалов для пар трения и позволяет прогнозировать их работоспособность в области предельных удельных нагрузок и скоростей скольжения с учётом применяемого смазочного материала.

На основании исследований по оценке температуры в паре трения «сталь-бронза» разработана и внедрена методика оценки температуры в зоне подшипников вала агрегата.

В пятой главе изложены физические представления о трении и изнашивании при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

Испытания пар трения, выполненные на машине трения, позволили установить основные закономерности изменения коэффициента f трения, сопротивления х сдвигу, скорости h изнашивания и температуры Тш поверхности трения в зависимости от удельной нагрузки и скорости скольжения при трении в условиях смешанной смазки (рис. 21), выяснить сущность физических процессов в контактной зоне трения и сформулировать физические представления о природе трения и изнашивания при смешанной смазке с учётом макротермоупругих эффектов на поверхностях трения.

Анализ этих закономерностей позволил установить наличие трёх областей: I -неустойчивых процессов, характерной для режимов запуска (пары трения выходят из строя в основном в этой области); II - нормального трения; III - повреждаемости при высоких температурах (пары трения выходят из строя при достижении предельных температур для применяемого смазочного материала). Для нормального трения (область П) характерно существование стационарной области с минимальным трением и изнашиванием, а для режимов нестационарного трения (область I) и повреждаемости при высохих температурах (область III) - наличие износа и схватывания вследствие «срыва» смазочной плёнки.

В области II нормального трения имеют место граничная смазка и клиновидный зазор, в котором реализуется гидродинамическая смазка. Увеличение удельной нагрузки при фиксированной скорости скольжения уменьшает клиновидный зазор и при превышении предельной толщины смазочного зазора в области III возникает режим трения при наличии граничной смазки и сухого трения; на отдельных точках контакта происходит срыв смазочной плёнки и перенос бронзы на поверхность стального образца.

<Ь в) Чпр ч

Рис.21. Характеристические кривые трения и изнашивания антифрикционной пары трения со смазкой: I - область неустойчивых процессов; II - область нормального трения; III - область повреждаемости при высоких температурах; и У„р - текущая и предельная скорости скольжения; ^ и Рщ, - текущая и предельная удельные нагрузки; qi.ii qПp -текущий и предельный удельный тепловые потоки

Анализ результатов эксперимента по влиянию различных факторов (режима нагружения, механических и геометрических характеристик контактирующих поверхностей) позволил считать удельную нагрузку, скорость скольжения и температуру, развиваемую при трении, основными факторами, определяющими свойства материалов пары трения.

Выполненные исследования позволили установить взаимосвязь изменения коэффициента трения и износа при трении скольжешш в условиях смешанной смазки (рис. 15,21): с повышением коэффициента трения наблюдается рост износа, а с его уменьшением - износ снижается. В области нормального трения коэффициент трения практически не изменяется и величина износа минимальна. При достижении для данной пары трения предельных значений критериального комплекса РпрУ коэффициент трения и линейный износ резко увеличиваются. Повышение температуры смазочного материала на входе в узел трения снижает коэффициент трения и величину износа в области I неустойчивых процессов, а также создает для пары трения «мягкие» стартовые условия за счет уменьшения зоны сцепления и увеличения зоны проскальзывания.

Синхронный характер изменения коэффициента трения и износа указывает на их единую физическую природу. Первопричина этого общенаучного явления лежит в механизме относительного перемещения сопряженных тел, для которых их относительное перемещение затруднено действием на них сжимающей нагрузки и сопротивлением неровностей в зоне контакта, обусловливающих сопротивление перемещению, именуемое силой трения. Перемещение одной поверхности по другой неизбежно сопровождается разрушением очагов сопротивления, что, по своей сути, и является изнашиванием.

В главе развивается подход к обеспечению ресурса пар трения, основанный на анализе и исследовании механизма формирования поверхностных слоев и защитных смазочных плёнок, их свойств на различных режимах и при различных условиях трения.

Изучена принципиальная особенность в механизме контактирования двух тел в паре трения со смазочной плёнкой в области II нормального трения. Результаты исследований позволяют сделать вывод о том, что структура смазочной плёнки в «сформировавшейся» (обкатанной) паре трения включает в себя в процессе трения: а) «подслой» непосредственно на поверхности каждого из двух тел; б) «массу» основного материала пленки (собственно «пленка»).

Такая структура обладает определенной анизотропией в отношении её свойств по нормали и по касательной к траектории относительного перемещения двух тел в паре трения, т.е. к "плоскости" трения.

Изменение свойств материала смазочной плёнки в подслое сводится к образованию непосредственно на поверхностях тел в паре трения вязких компонентов за счет интенсивного механического и термохимического воздействия на материал смазочной плёнки. При этом сами поверхности играют роль катализатора термохимических процессов на этих поверхностях.

Слоистая структура смазочной плёнки, при которой между соседними слоями образуются плоскости лёгкого скольжения с правильным послойным расположением ориентированных молекул, облегчает скольжение между поверхностями трения, затрудняет продавливание смазочной плёнки действующими тангенциальными усилиями сдвига. Особый интерес представляют закономерности динамическо-

го равновесия между разрушением и восстановлением плёнок на поверхностях трения при нормальном режиме трения.

Для средней температуры в слое смазочной плёнки на контурной площади условия динамического равновесия определяются прочностью плёнки на сдвиг, скоростью относительного перемещения двух тел в паре и эффективностью теплоот-вода из зоны трения: температура в смазочной плёнке на контурной площади увеличивается при повышении прочности плёнки на сдвиг и при возрастании скорости относительного перемещения двух тел в паре, а также ухудшении теплоотвода из зоны контакта. Изменение теплоотвода из зоны трения в значительной мере определяется коэффициентом взаимного перекрытия Квз пары трения. Установлено, что уменьшение Кю приводит к расширению диапазона изменения тепловой и удельной нагрузок на пару трения вследствие улучшения теплопередачи между поверхностями трения и смазочным материалом. В результате границы схватывания смещаются в область более высоких удельных нагрузок.

Показано, что существенную роль для процессов трения и изнашивания в парах трения со смазочным материалом и в создании защитных слоев (подслоев) на поверхностях тел, образующих пару трения, в результате действия нагрузочно-скоростных параметров играют адгезия, пластическая и упругая деформации, диффузия, адсорбция, химическое взаимодействие (окисление).

В главе описан нормальный режим трения в парах со смазкой. Показано, что область II нормального трения определяется взаимодействием смазочного слоя с поверхностями трения и молекулярно-механическими свойствами этого слоя.

Установлено, что не «нагрузочные», а технологические факторы приработки (обкатки) поверхностей трения позволяют значительно отодвинуть вправо - в область более высоких температур в паре - точку перехода из области нормального трения II в область повреждаемости при высоких температурах III и расширить диапазон нормального трения. Эффективным технологическим фактором при этом становится достаточно высокая температура смазки Tt на этапе приработки. Такая пара трения пригодна для работы при более высоких удельных нагрузках и скоростях скольжения.

При нормальном трении и изнашивании области II между двумя критическими точками характерна стабильность основных параметров: х = const при Руд = const во всем диапазоне скоростей скольжения вплоть до V= У,ф, а также f = const и h = const.

Экспериментально подтверждены свойства в области II нормального трения:

а) анизотропия свойств смазочной пленки по нормали и по касательной к поверхности двух тел в паре:

• высокая «упругая» прочность тонкой смазочной плёнки при очень высоких нормальных нагрузках на контурных площадях термоупругой волны (по нормали к поверхности контакта);

• свойства «пластичности» или «квазиупругости» на сдвиг по касательной к поверхности контакта двух тел в паре;

б) фрикционное поведение смазочной плёнки между телами как плёнки твёрдого тела.

С точки зрения антифрикционных свойств пара трения со смазкой при высоких нагрузках на контурной площади Ас в области II ведёт себя как пара трения с тонкой твёрдой пленкой при внешнем трении, т. е. пара демонстрирует «упрочнение» смазочной пленки на сдвиг при повышении на неё нормальной нагрузки. Эти

свойства наблюдаются вплоть до второй предельной точки перехода из области II в область III.

«Упрочнение» смазочной плёнки заключается:

• в ориентированных «выглаживании» и пластической деформации непосредственно поверхностных слоев в исходном материале (металле) после обработки, которые накапливаются постепенно с повышением нагрузок по q (соответственно Рул и V) и Т;

• в пластической деформации, которая сопровождается окислением поверхностного слоя металла при температурном (тепловом) воздействии, что защищает поверхность от схватывания (процесс интенсифицируется с повышением поверхностной температуры);

• в пластической деформации, которая сопровождается «выбрасыванием» («затягиванием») из смазочного материала тонкой защитной плёнки, которая «упрочняется» при температурном воздействии в процессе трения (неметаллическая защита), при этом металлическая поверхность играет роль «катализатора» для создания приповерхностного слоя;

• смазочная плёнка, разделяющая металлические поверхности в паре трения, «обновляется» («замещается») при работе пары трения (за исключением непосредственно приповерхностного слоя). Смазочная плёнка в целом «упрочняется» за счёт термического воздействия так же, как и подслой;

• условия нормального трения (в области II) сводятся к обеспечению положительного градиента механических свойств защитной смазочной плёнки за счёт факторов, указанных выше. Положительный градиент механических свойств относится к свойству смазочной плёнки в паре трения, определяемой её прочностью на сдвиг, - значением т в плоскости наименьшего сопротивления (зависимость г меньше тп для приповерхностного слоя): т<т„.

• условия нормального трения нарушаются, если положительный градиент механических свойств за счёт изменения режима нагружения изменяется на обратный («отрицательный») или приближается к нему:

(15)

При х ~ тп условие (15) может наступить на отдельных участках контурного контакта при случайных отклонениях от равновесия.

Установлено, что для обеспечения минимального сопротивления сдвигу прочность смазочной плёнки в её середине должна быть значительно ниже прочности подслоя смазочной плёнки. При равенстве этих прочностей происходит "срыв" (тср) смазочной плёнки.

Именно "срыв" смазочной плёнки приводит к металлическому контакту поверхностей трения и, как следствие, к износу и схватыванию пар трения. "Срыв" смазочной пленки происходит из-за нарушения динамического равновесия между образованием и разрушением смазочных плёнок на поверхностях трения.

Равенство прочностей в середине плёнки и подслое смазочной плёнки имеет место при достижении предельных значений температуры поверхности трения, удельного теплового потока, нагрузки.

Для предотвращения «срыва» смазочная плёнка непосредственно на поверхности должна обладать определённым запасом прочности, который создаётся в процессе приработки (обкатки) пар трения.

Показано, что в основе управления процессом приработки (обкатки) пар трения важным является обеспечение условий динамического равновесия между образованием и разрушением смазочных плёнок на поверхностях трения.

Рассмотрены способы обеспечения динамического равновесия между образованием и разрушением смазочных плёнок на поверхностях трения.

Установлена связь параметров на номинальной и контурной площадях контакта, получены соотношения для переноса нагрузок с агрегата на модель (машину трения).

В шестой главе рассмотрены научные основы управления процессом трения и изнашивания металлических материалов при смешанной смазке.

Обоснованы критерии оценки износостойкости материалов пар трения в условиях смешанной смазки. Выбор материалов пары трения предлагается выполнять по характеристикам механических свойств (твёрдости, пределу прочности, относительному удлинению), их сочетанию (соотношению твердостей материалов трения) и критериальному комплексу РщУ, определяемому по РпрУ - номограммам.

Разработана методика и выполнен расчёт, позволяющий проверить правильность подбора материалов. Проверку правильности подбора материалов пар трения скольжения при известных сопрягаемых размерах деталей и определение этих размеров при проектном расчёте целесообразно выполнять по принятому в конструкторской практике расчёту по критерию РудУ, но с учётом толщины Н смазочного слоя и коэффициента Квз взаимного перекрытия пары трения. Учёт Н и Квз позволяет более точно назначать материалы пары трения.

Идея расчёта состоит в следующем: если Г - коэффициент трения скольжения, то произведение fPwVt представляет собой удельную мощность трения. Поскольку надёжная работа узла трения возможна при тепловой напряжённости не превышающей предельную величину для данной конструкции и условий её эксплуатации, то условие надёжности узла трения по тепловой напряжённости можно записать: fPy^Vt<:Q (здесь £> = - предельное количество теплоты в механических

единицах, которое может отводиться с единицы поверхности трения в единицу времени). Учитывая постоянное значение коэффициента £ трения в области нормального трения, получим указанное значение в виде Р^У < РV.

При смешанной смазке расчёт по РудУ вполне оправдан, поскольку этот критерий косвенно характеризует температуру поверхности трения, которая в явном виде не входит в число заданных при проектном расчёте величин. Дополнительно следует лимитировать удельную нагрузку Руд по Рпр. Поэтому в инженерной практике для ограничения износа необходимо, чтобы удельная нагрузка Руд не превы-" шала допускаемую Р^ <, Р, а для ограничения нагрева требуется выполнение

условия Р ;У<,Р V. уд пр

Принятые критерии износостойкости узлов трения обеспечивают надёжность агрегатов и исключают их отказы в эксплуатации, сходы с приёмо-сдаточных испытаний и обкатки.

Результаты исследований позволили разработать структуру физико-химических процессов в паре трения в условиях смешанной смазки и сформулировать научные предпосылки по управлению трением и изнашиванием в узлах трения агрегатов. К ним следует, прежде всего, отнести способы, обеспечивающие созда-

ние условий динамического равновесия между образованием и разрушением смазочных плёнок на поверхностях трения:

- регулирование теплоты смазочного материала (гидравлической жидкости): цикличность по температуре в области высоких удельных нагрузок;

- регулирование фрикционной теплоты: цикличность нагружением при переходе к высоким удельным нагрузкам;

- цикличность по типу смазочного материала (гидравлической жидкости);

- изменение коэффициента взаимного перекрытия пары трения.

Они расширяют диапазон нормального трения и составляют основу технологического способа управления трением и изнашиванием в узлах трения агрегатов, который в сочетании с конструкторским и металловедческим способами обеспечивают их эффективную работоспособность.

На основании комплекса выполненных исследований разработаны схема технологического способа управления трением и изнашиванием в узлах трения агрегатов, конструкторский и металловедческий способы, схема выбора материалов трения и покрытий.

В главе описаны научные основы управления трением и изнашиванием в узлах трения агрегатов.

Разработана структурная схема испытаний узлов трения агрегатов на износостойкость, которая в сочетании с закономерностями процесса трения и изнашивания имеет основополагающее значение при установлении связи между машиной трения и агрегатом и построении схем испытаний агрегатов с учётом способов обеспечения динамического равновесия между образованием и разрушением смазочных плёнок на поверхностях трения. В частности, применяя метод моделирования, переносим удельные нагрузки с реальной конструкции, т.е. нагрузки, приходящиеся на реальную пару трения, на закономерности процесса трения и изнашивания, по которым для конкретного режима нагружения определяем коэффициент трения, износ в паре трения, сопротивление сдвигу, температуру поверхности трения, удельный тепловой поток. Найденная, таким образом, связь между результатами, полученными на машине трения, и режимами нагружения пар трения в агрегатах гидравлических систем авиационной техники позволяет определить не только параметры процесса трения и изнашивания, но и оценить надёжность пары трения и вероятность её отказа.

Показана возможность эффективного управления приработкой (обкаткой) пары трения на режиме запуска в отличие от принятой схемы приработки при постоянной скорости скольжения и росте удельной нагрузки.

Основная задача приработки (обкатки) должна состоять в обеспечении достаточной адгезионной прочности смазочной плёнки с поверхностью трения. При этом плёнку нужно создать на поверхностях трения до механического нагружения. Её нужно как бы «приклеить» к поверхностям трения, выдержав их определённый промежуток времени при повышенной температуре смазочного материала. В этом должен состоять первоначальный этап приработки пары трения. После создания плёнки на поверхностях контакта следует этап механического нагружения пары трения.

Для обеспечения «приклейки» смазочной плёнки к поверхностям трення целесообразно использовать теплоту смазочного материала, нагрев его до температуры ~ 60-100°С и выдержав при ней гидравлическую систему, с работающей на холостом ходу гидравлической машиной, в течение заданного промежутка времени, т.е.

на начальном этапе приработки нужно активизировать физико-химические процессы образования смазочной плёнки на поверхностях трения за счёт использования теплоты смазочного материала и на последующем этапе осуществить механическое нагружение. Повышение температуры смазочного материала ускоряет скорость физико-химических процессов в паре трения и образование смазочной плёнки на поверхностях трения. Результаты экспериментов по исследованию прочности смазочной плёнки на сдвиг в зависимости от режимов приработки (обкатки) и состояния шероховатости поверхностей в паре трения приводят к выводу о необходимости рассматривать обкатку как комплексную термохимическую обработку поверхностей смазочным материалом в условиях деформирования поверхностей механическим нагружением при трении (явление трибомутации). В результате такой обработки смазочная плёнка приклеивается к поверхностям, причём для обеспечения нормального трения режим обкатки должен обеспечивать прочность связи смазочной плёнки с поверхностями более высокую, чем сопротивление смазочной плёнки на сдвиг на режимах трения. Эффективность приработки (обкатки), измеряемая величиной прочности на сдвиг для связи смазочной плёнки с поверхностью тел, зависит не только от фрикционной теплоты, но может быть повышена и за счёт теплоты, подводимой в плёнку на поверхностях трения смазочным материалом.

Теплота смазочного материала снижает его вязкость и повышает коэффициент диффузии смазочного материала по дефектам кристаллической структуры. В соответствие с законом Аррениуса происходит ускорение физико-химических процессов и повышение адгезии смазочных плёнок на поверхности трения за счёт эффективной реализации межатомных связей и обеспечения минимума свободной энергии на поверхности металлов и смазочного материала.

Фрикционная теплота вносит дополнительный вклад в образование смазочной плёнки.

Результаты эксперимента показали, что поверхности трения агрегатов, прошедшие обкатку по реализованной на практике схеме, приобретают наследственную память по режимам нагружения и смазочным материалам.

Результаты исследований применены при построении новых схем обкатки и испытаний агрегатов, в которых также исключается наличие влаги и воздуха в гидросистеме и агрегате за счёт использования теплоты смазочного материала. Результаты эксперимента на машине трения и испытаний агрегатов подтверждают данный вывод.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненного комплекса исследований решена крупная научно-техническая проблема обеспечения работоспособности пар трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и других механических и тепловых систем транспортной техники при действии высоких механических и тепловых нагрузок. Методологической основой решения проблемы являются разработанные методы исследования трения и изнашивания металлических материалов в условиях смешанной смазки.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие основные выводы:

1. Разработаны методы исследования трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки:

- экспериментальный метод определения предельных значений удельной нагрузки, скорости скольжения и толщины смазочного слоя в паре трения; для его реализации создана установка для испытаний материалов на трение и износ (патент РФ № 1711572);

- алгоритм расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения по изменению коэффициента трения с учётом толщины смазочного слоя в паре трения.

2. Разработаны методы оценки температуры поверхности трения:

- методика экспериментальной оценки температуры поверхности трения с учётом толщины смазочного слоя в паре трения;

- алгоритм расчёта разности температур в стыке торцевой пары трения.

3. Установлены начальные условия переноса бронзы на поверхность стали в узлах трения агрегатов. Для пары трения Х12Ф1-БрОСНЮ-2-3 при начальной температуре 100 С жидкости АМГ-10, нагрузке 11,8МПа и скорости скольжения 10м/с в течение одной минуты имеет резкое увеличение силы трения, рост температуры поверхности трения до 280-К320 С, температура жидкости вблизи зоны трения достигает 150-5-160 С. Избирательный перенос в узлах трения агрегатов при заданных режимах нагружения и применяемых смазочных материалах отсутствует.

4. Предложены критерии оценки износостойкости пар трения со смазочным материалом: выбор материалов пары трения следует выполнять по характеристикам механических свойств (твёрдости, пределу прочности, относительному удлинению), их сочетанию (соотношению твердостей материалов трения) и критерию РпрУ, определяемому по РпрУ - номограммам.

5. Разработана методика, позволяющая проверить по критерию Р^У с учётом толщины Н смазочного слоя и коэффициента Ки взаимного перекрытия пары трения правильность выбора материалов трения при известных сопрягаемых размерах деталей. Учёт Н и К„з позволяет подбирать износостойкие материалы пары трения.

6. Разработаны и экспериментальным путём проверены способы расширения диапазона нормального трения и обеспечения динамического равновесия между образованием и разрушением смазочных плёнок на поверхностях трения за счёт:

- регулирования теплоты смазочного материала (цикличность по температуре в области высоких удельных нагрузок) - патент РФ № 2054569;

- регулирования фрикционной тепло ты цикличностью нагружения при переходе к предельным нагрузкам (рост предельных нагрузок составляет 30-40% по сравнению с предельными нагрузками, полученными без регулирования фрикционной теплоты);

- цикличности по типу смазочного материала - патент РФ № 2113704;

- изменения коэффициента взаимного перекрытия пары трения.

7. Разработаны условия и критерии моделирования перехода от модели к натуре. Проведенные сравнительные испытания подтвердили удовлетворительное соответствие модели и натуры.

8. Сформулированы и научно обоснованы основные физические представления о процессе трения при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники. Разработана структура основных физических процессов, формирующих пару трения и её свойства при трении.

Установлено, что на антифрикционные и износные характеристики пары трения помимо свойств смазочного материала влияют степень сближения двух тел, процесс теплогенерирования и теплораспределения в паре трения, энергетический и тепловой баланс при трении со смазочным материалом и характер температурных полей, определяющие структуру контакта тел в паре трения в зависимости от её свойств, смазочного материала и режимов трения.

9. Сформулированы научные принципы управления процессом трения и изнашивания пар трения со смазочным материалом и разработаны способы их решения: металловедческий, конструкторский и технологический. С их использованием для насоса НП96Т рекомендованы следующие сочетания материалов трения:

• Х12Ф1-БрОСНЮ-2-3 для пар трения «блок цилиндров - распределительный золотник», «башмак-наклонная шайба»;

• ЗОХЗВА-БрОСШО-2-З + (3-х слойное покрытие) для пары трения «плунжер - блок цилиндров».

10. Установлена взаимосвязь изменения коэффициента трения и износа при трении скольжения: с увеличением коэффициента трения наблюдается рост износа, а с его уменьшением износ снижается. В области нормального трения коэффициент трения практически не изменяется и, как следствие, величина износа минимальна. При достижении для пары трения предельных значений критерия РпрУ коэффициент трения и износ резко увеличиваются. Повышение температуры смазочного материала на входе в узел трения снижает коэффициент трения и величину износа в области неустойчивых процессов, а также создаёт для пары трения «мягкие» стартовые условия за счёт уменьшения зоны сцепления и увеличения зоны проскальзывания.

111 Установлена равновесная эксплуатационная шероховатость Кг поверхностей трения, равная ОДбмкм и 2,5мкм для стали и бронзы соответственно. Суммарная скорость изнашивания данной пары трения меньше скорости изнашивания для эталонной пары трения, имеющей шероховатость поверхностей контакта 0,08мкм и 0,16мкм для стали и бронзы соответственно. Значения критерия Р11рУ для пары трения с оптимальной шероховатостью поверхностей трения в 2-3 раза выше, чем для эталонной пары трения.

12. Практическая ценность полученных результатов подтверждается их внедрением и использованием в ОАО «Авиационная Корпорация «Рубин» и ОАО «345 механический завод».

Основные положения настоящей диссертации нашли отражение в следующих

публикациях:

Монографии:

1. Меделяев И.А., Албагачиев А.Ю. Трение и износ деталей машин. М.: Машиностроение, 2008.462с.

2. Гатауллин P.M., Давиденко H.H., Свиридов Н.В., Сорокин В.Т., Меделяев И.А., Калинкин В.И., Перегудов H.H. Демин A.B. Контейнеры из композиционных материалов на основе бетона для низко - и среднеактивных отходов. М.: Энер-гоатомиздат, 2010. 176с.

Статьи в журналах, входящих в «Перечень периодических изданий, рекомендованных ВАК России для публикации основных результатов диссертаций

на соискание учёной степени доктора наук»:

3. Меделяев И.А. Экспериментальная установка для исследования поверхностной энергии металлов и сплавов / Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю., Меделяев И.А., Коркин ВА. // Трение и износ.1986. Т.7, № 6. С.980 - 984.

4. Меделяев И. А. Некоторые аспекты выбора и создания износостойких металлических материалов для условий абразивного изнашивания / Сорокин Г. М., Албагачиев А. Ю., Меделяев И. А // Трение и износ. 1990. Т.Н. № 5. С. 773 - 781.

5. Меделяев И. А., Алексеев А. К. Метод определения предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения для материалов пар трения скольжения, работающих в условиях граничной смазки // Трение и износ, 1991. Т. 12. № 4. С.714-720.

6. Меделяев И.А., Албагачиев А.Ю., Сорокин Г. М. Влияние поверхностной энергии на абразивное изнашивание материалов // Трение и износ. 2004. Т.25, № 1. С. 85-92.

7. Меделяев И.А., Албагачиев А.Ю., Сорокин Г. М. Физическая природа разрушения материалов при абразивном изнашивании // Трение и гонос.2004. Т.25. № 2. С. 148-154.

8. Меделяев И. А. Основные закономерности процессов трения и изнашивания в парах трения гидравлических машин // Вестник машиностроения. 2004. № 9. С. 42-47.

9. Меделяев И.А. Диагностика температурной нагруженности антифрикционных пар трения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2005. Т.71. № 6. С. 53-58.

10. Меделяев И. А. Физические представления о процессах трения и изнашивания при граничной смазке И Вестник машиностроения. $005. № 10. С. 27-38.

11. Меделяев И. А. Влияние механических свойств пары «сталь-бронза» на коэффициент трения при граничной смазке // Вестник машиностроения. 2006. № 2. С. 41-44.

12. Меделяев И.А. О природе граничного трения // Вестник машиностроения. 2006. № 8. С. 37-46.

13. Меделяев И.А. Нормальный режим трения и долговечность антифрикционных пар со смазкой при повышенных нагрузках ¡1 Сборка в машиностроении, приборостроении. 2006. № 8. С. 32 - 38.

14. Меделяев H.A. Инженерные критерии оценки износостойкости материалов пар трения машин и механизмов // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2007. № 4. С. 34 - 37.

15. Меделяев И.А. Трение как составная часть механизма изнашивания П Сборка в машиностроении, приборостроении. 2007. № 7. С. 43 - 47.

16. Меделяев И.А. Научное обоснование технических решений по управлению изнашиванием в условиях граничного трения Н Вестник машиностроения. 2008. №11. С. 37-42.

17. Меделяев И. А. Явление трибомутации в узлах трения агрегатов // Вестник машиностроения. 2011. № 4. С. 48-53.

Статьи в прочих научных журналах, материалах международных и всероссийских научных конференций и сборниках научных трудов:

18. Меделяев И.А. Метод определения абразивной износостойкости металлических материалов / Албагачиев А.Ю., Меделяев И.А. // Тез. докл. III Московской научно-технической конференции «Триботехника -машиностроению». Москва, 1987. С. 166-167.

19. Меделяев И.А. Взаимосвязь шероховатости поверхности, трения и изнашивания металлических материалов при граничной смазке / Меделяев И.А,, Албагачиев А.Ю. // Научные труды VII Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права. Книга «Приборостроение». М.: МГАПИ, 2004. С. 159-171.

20. Меделяев И.А. Влияние коэффициента взаимного перекрытия на трение и изнашивание сопряжённых поверхностей узлов трения / Е.И. Крамаренко, В.В. Мозалёв, А.Ю. Албагачиев, И.А. Меделяев // Тез. докл. Междунар. науч. - техн. конф. "Полимерные композиты и трибология" (Поликомтриб-2005). Гомель: ИММС НАНБ, 2005. С. 119-121.

21. Меделяев И.А. Изменение твёрдости поверхностей скольжения при граничной смазке / Крамаренко Е.И., Меделяев И.А., Мозалёв В.В., Албагачиев А.Ю. // Труды 6-го Международного Симпозиума по фрикционным изделиям и материалам «Ярофри - 2006», Ярославль, 2006. С. 226 - 228.

22. Меделяев И.А., Албагачиев А. Ю. Внешнесиловое воздействие на трение и изнашивание металлических материалов при граничной смазке // Вестник Московской Государственной Академии Приборостроения и информатики. 2006. № 3. С. 55 - 69.

23. Меделяев И.А., Албагачиев А. Ю. Особенности схватывания металлов при тернии и изнашивании в условиях граничной смазки // Вестник Московского Государственного Университета Приборостроения и информатики. 2007. Ks 6. С. 28 -44.

24. Меделяев И.А. Распределение температуры по поверхности трения скольжения при граничной смазке / Албагачиев А. Ю., Меделяев И.А. // Вестник Московского Государственного Университета Приборостроения и информатики, 2007. № 7. С. 8 -14.

25. Меделяев И.А., Гатауллин P.M. Производство железобетонных контейнеров для решения проблем обращения с РАО // Безопасность окружающей среды. 2008. № 1. С. 76-79.

26. Гатауллин P.M., Меделяев И.А., Шарафутдинов Р.Б. Использование перспективных технологий для решения проблем обращения с радиоактивными отходами // Ядерная и радиационная безопасность. 2008. № 4 (50). С. 68-75.

27. Сорокин В.Т., Демин A.B., Прохоров H.A., Великина С.А, Гатауллин P.M., Меделяев И.А., Перегудов H.H., Шарафутдинов Р.Б. Хранение отработавших

ионообменных смол низкого и среднего уровня удельной активности в контейнерах типа НЗК без включения в матрицу // Ядерная и радиационная безопасность. 2009. № 4 (54).

28.Албагачиев А.Ю., Меделяев И.А. Изнашивание антифрикционных пар со смазкой при нормальном режиме трения// Вестник Московского Государственного Университета Приборостроения и информатики. 2009. № 23. С. 14 - 26.

29. Меделяев И.А. Исследование изнашивания узлов трения агрегатов при смешанной смазке// Научные труды Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении». М.: Машиностроение, 2010. С. 413-420.

30. Меделяев И.А. Изнашивание узлов трения при смешанной смазке// Труды 8-го Международного Симпозиума по фрикционным изделиям и материалам «Ярофри - 2010», Ярославль, 2010. С. 114 -125.

Брошюры и депонированные рукописи:

31. Меделяев И.А. Адсорбционные методы разделения воздуха / Воротынцев В.Б., Меделяев И.А., Петухов С.С., Четверик О.В. // Брошюра. М.: ЦИНТИхимнеф-темаш, 1981. 30с.

32. Меделяев И.А. Влияние поверхностной энергии на триботехнические характеристики материалов и методы ее исследования / Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю., Меделяев И.А. И Рукопись. Москва, (1985). Деп. в ВИНИТИ 10.06.85, № 3999.

33. Меделяев И.А. Разработка физической модели абразивного изнашивания металлов и сплавов / Сорокин Г.М., Албагачиев А. Ю., Меделяев И.А. // Рукопись. Москва (1986). Деп. в ин-те «Черметинформация» 10.06.86, № 3442.

34. Меделяев И.А. Влияние химического состава и структуры сталей на их поверхностную энергию / Сорокин Г.М., Албагачиев А. Ю., Меделяев И.А. // Рукопись. Москва (1986). Деп. в ин-те «Черметинформация» 10.06.86, № 3443.

35. Меделяев И.А. Влияние поверхностной энергии на их абразивную износостойкость / Сорокин Г.М., Албагачиев А. Ю., Меделяев И.А. // Рукопись. Москва (1986). Деп. в ин-те «Черметинформация» 10.06.86, № 3444.

Патенты, авторское свидетельство и положительное решение на изобретения:

36. Устройство для измерения поверхностного потенциала металлов: а. с. 1260824 СССР, МКИ4 G01N 27/62. Бюл. изоб.(1986) № 36 / Меделяев И. А., Сорокин Г.М., Албагачиев А. Ю., Согомонов Э. Р.

37. Устройство для испытаний материалов на трение и износ: Пат. 1 711572 РФ: МКИ4 GO 1 N3/56. Бюл. изоб. (1992) № 5 / Меделяев И.А., Алексеев А.К., Сергеев H.A.

38. Агрегат - накопитель усталостных повреждений гидроагрегата: Положительное решение на изобретение № 92-012182/29(058323): МКИ5 F16K17/14. Бюл. изоб. (1995) № 30 / Меделяев И.А., Парфёнов В.Н., Черенков A.C., Кузнецов Н.П., Верле Е.С., Политов В.А., Полюшков Г.А., Капелюш А.И., Серёгин A.C.

39. Способ приработки пары трения: Пат. 2 054569 РФ: МКИ4 F02B79/00. Бюл. изоб. (1996) № 5 / Меделяев И.А., Алексеев А.К., Макаров Ю.И.

40. Способ испытания пары трения: Пат. 2 113704 РФ: МКИ4 G01N3/56. Бюл. изоб. (1998) № 17 / Меделяев И.А., Алексеев А.К., Фомина Н.П., Клинков В.П.

41. Захватное устройство для щелевой крышки контейнера: Пат. 77 719 РФ: МПК G 21F5/06. Бюл. изоб. (2008) № 30 / Меделяев И.А., Гатауллин P.M., Бутылкин М.Т., Колгашкин А.К.

42. Комплекс для отработки контейнеров с радиоактивными отходами: Пат. 78 980 РФ: МПК G 21F5/14, G 21F7/06, G 21F9/00. Бюл. изоб. (2008) № 34 / Меделяев И .А., Гатауллин P.M., Баринов A.C., Свиридов Н.В., Арустамов А.Э.

43. Комплекс для отработки контейнеров с радиоактивными отходами: Пат. 2 375772 РФ: МПК G 21F5/14. Бюл. изоб. (2009) № 341 Меделяев И.А., Гатауллин P.M., Баринов A.C., Свиридов Ы.В., Арустамов А.Э.

44. Контейнер для захоронения и/или транспортирования радиоактивных отходов: Пат. 98844 РФ: МПК G 21F5/00. Бюл. изоб. (2010) № 30 / Меделяев И.А., Арустамов А.Э., Баринов A.C., Гатауллин P.M., Дмитриев С.А., Подшивалов Д.Д.

Подписано в печать 14 июля 2011г Формат 60x84x16 Усл.печ.л. 2,0 Тираж 100 экз. Заказ №30

техполиграфцентр

Россия, 125319 , г. Москва, ул. Усиевича, д. 8 а. Тел. : 8-916-191-08-51 Тел./факс (499) 152-17-71 E-mail: 7tpc7@mail.ru

Введение.

1. Природа трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки.

1.1.Режим смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

1.2. Особенности трения при гидродинамической смазке.

1.3.Принципиальное различие трения и изнашивания металлических материалов в условиях сухого трения и трения при смешанной смазке.

1.4.Природа поверхностного трения в присутствии смазочных сред.

1.5.Влияние силового воздействия и условий испытания на характер трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки.

1.6.Температура поверхности трения и ее влияние на трение и изнашивание металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки.

1.7.Качество поверхности и его влияние на трение и изнашивание металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки.

1.8.Трение как составная часть механизма изнашивания.

1.9.Принципы выбора смазочных материалов на современном этапе.

1.10. Влияние содержания воздуха и воды в смазочном материале на трение и изнашивание металлических материалов в условиях смешанной смазки.

1.11. Научные предпосылки для исследования изнашивания металлических материалов при трении в условиях смешанной смазки.

Выводы.

2. Разработка методов исследования изнашивания металлических материалов при трении в условиях смешанной смазки.

2.¡.Экспериментальный метод определения предельных значений удельной нагрузки, скорости скольжения и толщины смазочного слоя в паре трения.

2.2. Алгоритм расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения в паре трения.

Выводы.

3. Экспериментальное исследование изнашивания металлических материалов при трении в условиях смешанной смазки.

3.1. Материалы и условия испытаний.

3.2.Особенности влияния вида и состояния смазки на трение и изнашивание металлических материалов при смешанной смазке.

3.3.Закономерности трения и изнашивания металлических материалов при смешанной смазке.

3.3.1. Внешнесиловое воздействие на трение и изнашивание металлических материалов при смешанной смазке.

3.3.2. Влияние коэффициента взаимного перекрытия на трение и изнашивание металлических материалов при смешанной смазке.

3.3.3. Взаимосвязь шероховатости поверхности, трения и изнашивания металлических материалов при смешанной смазке. х

3.3.4. Особенности схватывания металлических материалов при трении и изнашивании в условиях смешанной смазки.

3.3.5. Изменение твердости поверхностей трения скольжения при смешанной смазке.

3.4.Влияние ступенчатого снижения температуры смазочного материала на трение и изнашивание металлических материалов в условиях смешанной смазки.

3.5.Влияние механических свойств пары «сталь-бронза» на коэффициент трения при смешанной смазке.

3.6.Влияние покрытий поверхностей контакта на трение и изнашивание металлических материалов в условиях смешанной смазки.

Выводы.

4. Исследование температуры поверхности трения при смешанной смазке.

4.¡.Температурная нагруженность пар трения скольжения при смешанной смазке.

4.2.Распределение температуры по поверхности трения скольжения при смешанной смазке.

4.3.Алгоритм расчёта разности температур в стыке торцевого уплот- 260 нения.

Выводы.

5. Физические представления о процессе трения и изнашивания при смешанной смазке.

5.1.Основные закономерности трения и изнашивания в парах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

5.2.Физические представления о процессе трения и изнашивания при смешанной смазке.

5.3.0 природе трения при смешанной смазке.

5.4.Нормальный режим трения и долговечность пар трения со смазкой при повышенных нагрузках.

Выводы.

6. Разработка научных основ управления процессом трения и изнашивания металлических материалов при смешанной смазке.

6.1.Инженерные критерии оценки износостойкости материалов пар трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники

6.2.Номограммы для определения границ работоспособности материалов трения по критерию РпрУ.

6.3 .Предпосылки к управлению процессом трения и изнашивания. 353 6.4.Научные основы управления процессом трения и изнашивания в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники. 3g

Выводы.

В настоящее время причиной выхода из строя 85 - 90 % деталей машин является износ. Потери средств от трения и износа в развитых странах составляют 4-5% национального дохода, а преодоление сопротивления'трения поглощает во всём мире 20-25% вырабатываемой за год электроэнергии. Анализ специальных комитетов Международного совета по трибологии показал, что за полный цикл эксплуатации машин эксплуатационные расходы, затраты на ремонт и запасные части в несколько раз превышают затраты на изготовление новой техники [102]. Поэтому одно из основных требований, предъявляемых к современным машинам'и механизмам, состоит в обеспечении их долговечности. Машины и механизмы должны обладать заданной прочностью и износостойкостью, несмотря на уменьшение их удельного веса на единицу мощности и интенсивную эксплуатацию.

Управление трением, правильный подбор материалов по критериям трения и износостойкости, рациональное конструирование узлов трения и деталей машин и оптимизация условий эксплуатации могут существенно продлить ресурс работы и повысить эффективность машин [29, 98, 100, 102, 104, 109, 110, 129, 134, 146, 150, 151, 172]. В этой связи исключительное значение приобретают исследования в области физико-химической механики процесса трения и изнашивания, которые могут раскрыть новые способы снижения потерь на трение и изнашивание и изыскать пути повышения износостойкости машин и механизмов транспортной (авиационной) техники.

Поскольку материалы взаимодействуют друг с другом и смазочным материалом через поверхность, то именно поверхностные слои определяют поведение и свойства всего объёма материала, его эксплуатационные характеристики. При этом качество поверхности и её структурно-энергетическое состояние во многом определяют сопротивление твёрдого тела внешним химическим, механическим и другим воздействиям, а также активность различных физико-химических процессов, протекающих на поверхности. Подтверждением являются работы A.C. Ахматова, С.Б. Айнбиндера, Ф.П. Боудена, Д. Бакли, Э.Д. Брауна, H.A. Буше, И.А. Буяновского, Д. Тейбора, Б.В. Де-рягина, Ю.Н. Дроздова, Н.Б. Дёмкина, В.Д. Кузнецова, И.В. Крагельского, Б.И. Костецкого, Ч. Кайдаса, Ю.М. Лужнова, Н.М. Михина, P.M. Матвеевского, А.П. Семёнова, Г.И. Фукса, У. Б. Харди, М. М. Хрущова, В.В. Харламова, A.B. Чичинадзе, В.Ф. Пичугина, С.М. Захарова и др. Изложенное убедительно показывает актуальность проблемы износостойкости и- оптимизации триботехнических решений в машинах и механизмах транспортной техники, одной из составляющих которой является авиационная техника.

Для агрегатов (насосов, насосных станций, гидромоторов, гидроприводов) гидравлических систем авиационной техники (рис.1, 2) актуальность проблемы обеспечения работоспособности и ресурса пар трения обусловлена следующими причинами: а) применяемые пары трения - со смазочным материалом - в агрегатах большой мощности, работают в режиме смешанной смазки и подвергаются воздействию высоких механических и тепловых нагрузок. В части обеспечения работоспособности и ресурса пары трения находятся на пределе своих возможностей, и нередко нагрузки превышают допустимые (регламентированные), в особенности при изменении состояния смазочного материала (рабочей жидкости). Высокие механические и тепловые нагрузки приводят к реализации режима схватывания материалов пар трения, снятию агрегатов с испытаний и отказам в эксплуатации. Эти ситуации обусловлены отсутствием надёжных экспериментальных данных о критериях работоспособности пар трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники. б) предельная нагруженность пар трения и нерегламентированные условия их работы возникают и при технологической обкатке (приработке) пар трения (после изготовления) в части «формирования» пары трения в процессе её приработки; в) практически не исследованы воздействия состояния смазочного материала (рабочей жидкости) — в частности, газосодержания и содержания твёрдых частиц — на пары трения, влияние которых на их работоспособность является критическим; г) без экспериментального исследования основных закономерностей процессов, определяющих работоспособность трущихся поверхностей, формирование и сохранение защитных смазочных плёнок, невозможно обеспечить надёжную работу пар трения; д) в дальнейшем тенденция к росту механической и тепловой нагрузок на пары трения будет сохраняться, и отсутствие экспериментально-теоретических исследований не позволяет обеспечить создание и отработку новых более долговечных пар.

Принимая во внимание изложенное, отметим, что отсутствие современных расчётных методов и надёжных экспериментальных данных, связанных с определяющими факторами для процессов в зоне контакта, не позволяет обеспечить надёжное проектирование-и стендовую-отработку агрегатов. Используемые расчётные методы не отвечают новым требованиям, а экспериментальное определение свойств пары трения трудоёмкое и не даёт достоверных данных ввиду отсутствия надёжных моделей и критериев перехода от модели к натурным изделиям, а также критериев сохранения смазочной плёнки. При этом не проводятся работы по поиску оптимальной геометрии поверхностей трения, а также совершенствованию методов приработки пар трения. Наблюдаемые в эксплуатации отказы агрегатов и их сходы со стендовых испытаний и обкатки по узлам трения полностью подтверждают изложенную ситуацию. По данным предприятия «Рубин» за 5 лет (1990 + 1994г.г.) сход агрегатов с обкатки составил 76,8%, а с приемо-сдаточных испытаний - 22%; количество дополнительных обкаток составило 65,1%; некоторые агрегаты проходили обкатку 2-3 раза. При этом гидропривод ГП25 проходил обкатку 3 раза, а насос НП123 - 4 раза.

Это показывает актуальность исследования процесса трения и изнашивания узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники при смешанной смазке, разработки технических решений и практических рекомендаций по обеспечению их работоспособности при действии высоких механических и тепловых нагрузок.

Насос плунжерный НП112А

Насос плунжерный НП128

Привод-генератор постоянного тока ГП25

Насос плунжерный НП107

Насос плунжерный НП123

Привод-генератор постоянного тока ГП27

Рис. 1. Агрегаты гидравлических систем авиационной техники

Гидромотор ГМ52-3 Гидромотор ГМ54

Насосная станция НС74

Рис. 2. Агрегаты гидравлических систем авиационной техники

Основными причинами схода агрегатов с обкатки и приемо-сдаточных испытаний явились: а) перенос бронзы на цилиндры плунжеров, торец распределительного золотника и опорную шайбу: 10%; б) износ в виде рисок на рабочих поверхностях блока цилиндров, распределительного золотника, опорной шайбы, торцевой поверхности башмаков: 14%; в) перенос бронзы и риски на рабочих поверхностях агрегатов; по этой причине вышли из строя 5% насосов НП123 и 2% насосов НП128; г) увеличенный люфт в соединении «плунжер - башмак»: 21%; д) увеличенные внутренние перетечки: 12%; е) увеличенные утечки в дренаж (дефект торцовых уплотнений): 20%. При этом наибольшее число сходов с обкатки и приемо-сдаточных испытаний зафиксировано по агрегатам НП108 -13%, НП112 - 1,5%, НП113 -6%, НП 115 - 7,3%, НП123 - 10%, НП 128 - 4%, ГП22 - 2,3%, ГП25 - 1%, НС74 - 2%, НС 55А-3 - 5%, НС55А-5 - 4%.

Принимая во внимание вышеизложенное, определена цель и сформулированы задачи исследования, изложены научная новизна и практическая ценность работы, положения, выносимые на защиту.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка технических решений и практических рекомендаций по работоспособности узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники при действии высоких механических и тепловых нагрузок на основе исследования изнашивания металлических материалов в условиях смешанной смазки при использовании в качестве смазочных материалов рабочих жидкостей гидравлических систем.

Задачи исследования. Исходя из поставленной цели, в работе были г сформулированы и решены следующие основные задачи диссертационного исследования: провести анализ современных представлений о природе трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки; разработать методы исследования трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки; ^ выполнить экспериментальное исследование процесса трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки; провести исследование температуры поверхности трения при смешанной смазке; разработать физические представления о процессе трения и изнашивания при смешанной смазке; разработать научные основы управления процессом трения и изнашивания металлических материалов при смешанной смазке; разработать технические решения и практические рекомендации по работоспособности узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники при действии высоких механических и тепловых нагрузок, а также осуществить внедрение результатов исследований в промышленное производство.

Научная новизна полученных результатов заключается в том, что:

1. Разработан экспериментальный метод определения предельных значений удельной нагрузки, скорости скольжения и толщины смазочного слоя в паре трения при смешанной смазке. Для его реализации создана установка для испытаний материалов на трение и износ.

2. Разработан алгоритм расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения пар трения по изменению коэффициента трения с учётом толщины смазочного слоя.

3. Разработана методика экспериментальной оценки температуры поверхности трения при смешанной смазке с учётом толщины смазочного слоя в паре трения.

4. Разработан алгоритм расчёта разности температур в стыке торцевой пары трения, который в сочетании с алгоритмом расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения повышает эффективность.подбора материалов для пар трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и позволяет прогнозировать их работоспособность в области высоких удельных нагрузок и скоростей скольжения с учётом применяемого смазочного материала.

5. Предложены критерии оценки износостойкости пар трения со смазочным материалом: критерий Рпр"У, характеристики механических свойств (твёрдость, предел прочности, относительное удлинение) и соотношение твердостей стали и бронзы.

6. Сформулированы основные физические представления о процессе трения и изнашивании при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

7. Разработаны научные принципы управления процессом трения и изнашивания в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и способы их решения.

8. Получены следующие новые научные результаты: установлены для условий смешанной смазки закономерности изменения коэффициента трения, скорости изнашивания, сопротивления сдвигу, температуры, удельного теплового потока от удельной нагрузки, скорости скольжения и толщины смазочного слоя; ^ установлено влияние содержания воздуха в смазочном материале на коэффициент трения и сопротивление сдвигу; ^ показано, что одной из важных характеристик пары трения является сопротивление сдвигу; выявлены закономерности внешнесиловго воздействия на процесс трения и изнашивания металлических материалов в условиях смешанной смазки; установлено явление трибомутации при комплексной термохимической обработке поверхностей трения смазочным материалом и механическим нагружением: до начала механического нагружения нужно создать смазочную плёнку на поверхностях трения за счёт использования теплоты смазочного материала и активизации физико-химических процессов на поверхностях трения; ^ установлено, что приработка материалов пары трения в условиях смешанной смазки наиболее эффективно происходит при двух режимах внешнесилового воздействия: о при постоянной скорости скольжения и росте удельной нагрузки с одновременным регулированием фрикционного тепловыделения циклическим нагружением пары трения; о в режиме запуска; установлена оптимальная равновесная эксплуатационная шероховатость поверхностей трения для условий смешанной смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и показана взаимосвязь шероховатости поверхности, трения и изнашивания; ^ установлены начальные условия переноса бронзы на поверхность стали в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники; установлено, что избирательный перенос в узлах трения агрегатов при заданных режимах нагружения и применяемых смазочных материалах отсутствует; установлено влияние режимов нагружения и вида смазочного материала на твёрдость поверхностей трения в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и выяснено физическое смазочной плёнки в процессе работы пары трения; ^ выявлена связь коэффициента трения пары «сталь-бронза» с механическими свойствами бронзы и соотношением твердостей стали и бронзы в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники; получена связь предельных значений коэффициента трения, температуры поверхности трения и коэффициента взаимного перекрытия с предельной удельной нагрузкой, определяющей при фиксированной скорости скольжения границы схватывания материалов в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники; ^ подтверждена - для условий смешанной смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники - гипотеза о решающем влиянии температуры на работоспособность пары трения, для которой предельные значения удельной нагрузки и скорости скольжения непосредственно связаны с температурами вспышки, поверхности трения и смазочного материала на входе в узел трения; установлена взаимосвязь изменения коэффициента трения и линейного износа при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

9. На основе полученных результатов разработаны: научно-обоснованные технические решения и практические рекомендации по обеспечению работоспособности и ресурса пар трения в условиях смешанной смазки при высоких уровнях механической и тепловой нагрузок в агрегатах авиационной техники; практические рекомендации по техобслуживанию колёсной строительной и дорожной техники.

Практическая ценность работы заключается: в разработанном экспериментальном методе исследования изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки; в алгоритме расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения пар трения по изменению коэффициента трения с учётом толщины смазочного слоя; в алгоритме расчёта разности температур в стыке торцевой пары трения; в методике экспериментальной оценки температуры поверхности трения пары «сталь-бронза» с учётом толщины смазочного слоя в паре трения; в номограммах взаимосвязи предельных значений удельной нагрузки Рпр, скорости скольжения V и толщины смазочного слоя Н в паре трения, позволяющих по критерию РпрУ определить условия перехода к режимам схватывания и переноса бронзы на поверхность стали с учётом реально существующего в паре трения значения толщины смазочного слоя Н. в рекомендациях: о по обеспечению работоспособности и ресурса пар трения со смазкой при высоких уровнях механической и тепловой нагрузок в агрегатах авиационной техники; о по техническому обслуживанию колёсной наземной строительной и дорожной техники; в разработанной и запатентованной оригинальной конструкции установки для испытаний материалов на трение и износ; в разработанных и запатентованных способах управления процессом изнашивания при трении в условиях смешанной смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методы исследования трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

2. Результаты экспериментального исследования процесса трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

3. Результаты исследования температуры поверхности трения при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

4. Физические представления о процессе трения и изнашивания при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

5. Научные основы управления процессом трения и изнашивания металлических материалов при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники.

6. Технические решения и практические рекомендации по работоспособности узлов трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники при действии предельных механических и тепловых нагрузок.

ВЫВОДЫ

1. Предложены критерии оценки износостойкости пар трения со смазочным материалом: выбор материалов пары трения следует выполнять по характеристикам механических свойств (твёрдости, пределу прочности, относительному удлинению), их сочетанию (соотношению гвердостей материалов трения) и критериальному комплексу РпрУ, определяемому по Р„рУ - номограммам.

2. Сформулированы научные принципы управления процессом трения и изнашивания пар трения со смазочным материалом и разработаны способы их решения: металловедческий, конструкторский и технологический. С их использованием для насоса НП96Т рекомендованы следующие сочетания материалов трения:

• Х12Ф1-БрОСН 10-2-3 для пар трения «блок цилиндров - распределительный золотник», «башмак-наклонная шайба»;

• ЗОХЗВА-БрОСН10-2-3 + (3-х слойное покрытие) для пары трения «плунжер — блок цилиндров».

3. Установлено явление трибомутации при комплексной термохимической обработке поверхностей трения смазочным материалом и механическим нагружением: до начала механического нагружения нужно создать смазочную плёнку на поверхностях трения за счёт использования теплоты смазочного материала и активизации физико-химических процессов на поверхностях трения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненного комплекса исследований решена крупная научно-техническая проблема обеспечения работоспособности пар трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники и других механических и тепловых систем транспортной техники при действии высоких механических и тепловых нагрузок. Методологической основой решения проблемы являются разработанные методы исследования трения и изнашивания металлических материалов в условиях смешанной смазки.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие основные выводы:

1. Разработаны методы исследования трения и изнашивания металлических материалов при трении скольжения в условиях смешанной смазки:

- экспериментальный метод определения предельных значений удельной нагрузки, скорости скольжения и толщины смазочного слоя в паре трения; для его реализации создана установка для испытаний материалов на трение и износ (патент РФ № 1711572);

- алгоритм расчёта предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения, по изменению коэффициента трения с учётом толщины смазоч

•V ного слоя в паре трения.

2. Разработаны методы оценки температуры поверхности трения:

- методика экспериментальной оценки температуры поверхности трения с учётом толщины смазочного слоя в паре трения;

- алгоритм расчёта разности температур в стыке торцевой пары трения.

3. Установлены начальные условия переноса бронзы на поверхность стали в узлах трения агрегатов. Для пары трения Х12Ф1-БрОСН 10-2-3 при начальной температуре 100 С жидкости АМГ-10, нагрузке 11,8МПа и скорости скольжения 10м/с в течение одной минуты имеет резкое увеличение силы трения, рост температуры поверхности трения до 280-К320 С, температура жидкости вблизи зоны трения достигает 150-^-160 С. Избирательный перенос в узлах трения агрегатов при заданных режимах нагружения и применяемых смазочных материалах отсутствует.

4. Предложены критерии оценки износостойкости пар трения со смазочным материалом: выбор материалов пары трения следует выполнять по характеристикам механических свойств (твёрдости, пределу прочности, относительному удлинению), их сочетанию (соотношению твердостей материалов трения) и критерию Р„рУ, определяемому по РпрУ - номограммам.

5. Разработана методика, позволяющая проверить по критерию РпрУ с учётом толщины Н смазочного слоя и коэффициента Квз взаимного перекрытия пары трения правильность выбора материалов трения при известных сопрягаемых размерах деталей. Учёт Н и КЕЗ позволяет подбирать износостойкие материалы пары трения.

6. Разработаны и экспериментальным путём проверены способы расширения диапазона нормального трения и обеспечения динамического равновесия между образованием и разрушением смазочных плёнок на поверхностях трения за счёт:

- регулирования теплоты смазочного материала (цикличность по температуре в области высоких удельных нагрузок) - патент РФ № 2054569;

- регулирования фрикционной теплоты цикличностью нагружения при переходе к предельным нагрузкам (рост предельных нагрузок составляет 3040% по сравнению с предельными нагрузками, полученными без регулирования фрикционной теплоты);

- цикличности по типу смазочного материала - патент РФ № 2113704;

- изменения коэффициента взаимного перекрытия пары трения.

7. Разработаны условия и критерии моделирования перехода от модели к натуре. Проведенные сравнительные испытания подтвердили удовлетворительное соответствие модели и натуры.

8. Сформулированы и научно обоснованы основные физические представления о процессе трения при смешанной смазке в узлах трения агрегатов гидравлических систем авиационной техники. Разработана структура основных физических процессов, формирующих пару трения и её свойства при трении.

Установлено, что на антифрикционные и износные характеристики пары трения помимо свойств смазочного материала влияют степень сближения двух тел, процесс теплогенерирования и теплораспределения в паре трения, энергетический и тепловой баланс при трении со смазочным материалом и характер температурных полей, определяющие структуру контакта тел в паре трения в зависимости от её свойств, смазочного материала и режимов трения.

9. Сформулированы научные принципы управления процессом трения I и изнашивания пар трения со смазочным материалом и разработаны способы их решения: металловедческий, конструкторский и технологический. С их использованием для насоса НП96Т рекомендованы следующие сочетания материалов трения:

• Х12Ф1-БрОСНЮ-2-3 для пар трения «блок цилиндров - распределительный золотник», «башмак-наклонная шайба»;

• ЗОХЗВА-БрОСШО-2-З + Ag (3-х слойное покрытие) для пары трения «плунжер - блок цилиндров».

10. Установлена взаимосвязь изменения коэффициента трения и износа при трении скольжения: с увеличением коэффициента трения наблюдается рост износа, а с его уменьшением износ снижается. В области нормального трения коэффициент трения практически не изменяется и, как следствие, величина износа минимальна. При достижении для пары трения предельных значений критерия РпрУ коэффициент трения и износ резко увеличиваются. Повышение температуры смазочного материала на входе в узел трения снижает коэффициент трения и величину износа в области неустойчивых процессов, а также создаёт для пары трения «мягкие» стартовые условия за счёт уменьшения зоны сцепления и увеличения зоны проскальзывания.

11. Установлена равновесная эксплуатационная шероховатость поверхностей трения, равная 0,16мкм и 2,5мкм для стали и бронзы соответственно. Суммарная скорость изнашивания данной пары трения меньше скорости изнашивания для эталонной пары трения, имеющей шероховатость К.7 поверхностей контакта 0,08мкм и 0,16мкм для стали и бронзы соответственно.

Значения критерия Р„рУ для пары трения с оптимальной шероховатостью поверхностей трения в 2-3 раза выше, чем для эталонной пары трения.

12. Практическая ценность полученных результатов подтверждается их внедрением и использованием в ОАО «Авиационная Корпорация «Рубин» и ОАО «345 механический завод».

1. Албагачиев А. Ю., Меделяев И.А. Распределение температуры по поверхности трения скольжения при граничной смазке // Вестник Московского Государственного Университета Приборостроения и информатики. 2007. № 7. С. 8 - 14.

2. Албагачиев А.Ю., Чичинадзе A.B. Моделирование разрушения при механической обработке, трении и изнашивании // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2006. № 4. С. 31-35.

3. Арабян С.Г., Виппер А.Б., Холомонов И.А. Масла и присадки для тракторных и комбайновых двигателей: справочник. М.: Машиностроение, 1984. 208с.

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

5. Ашмарин И.П., Васильев H.H., Амбросов В.А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов. Ленинград: Изд-во ЛГУ, 1971.78 с. .

6. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии. М.: Машиностроение, 1986. 359 с.

7. Башта Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М.: Машиностроение, 1974. 606с.

8. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машиностроение, 1971.672с

9. Блок Г. Исследование теплового режима при трении // Прикладная механика и машиностроение. 1956. № 3. С. 28-42.

10. Blolc Н. Afvoer Wrijvingswarmte (Dissipation of Frictional Heat); Voordrach-ten Kon. Inst. Van Ingenieurs; The Hague, 2 (1950) 84.

11. Blok H. Thermo-Tribology-Fifty Yers on // Proc. Inst. Conf. Tribology-Friction, Lubrication and Wear. I.MechE (UK). 1987. V.l. P. 1-8.

12. Bowden F.P., Ridler K.E.W. A note on the surface temperature of sliding metals.-Proc. Cambridge Philos.Soc., 1935,31, pt3. P. 431.

13. Bowden F.P.and D. Tabor, Proc. Roy. Soc. A 169 (1939) 391.14: Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка. М.: Машиностроение, 1960. 151 с.

14. Брандт 3. Анализ данных. Статистические и вычислительные методы для научных работников и инженеров. М.: Мир, 2003. 686 с.

15. Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Чичинадзе A.B. Моделирование трения и изнашивания в машинах. М.: Машиностроение, 1982. 190 с.

16. Буше Н. А., Копытько В.В. Совместимость трущихся поверхностей. М.: Наука, 1981. 223 с.

17. Буше H.A. Трение, износ и усталость в машинах. М.: Транспорт, 1987. 224с.

18. Буяновский И.А. Развитие трибологии в России. // Трение и смазка в машинах и механизмах. Приложение к журналу «Сборка в машиностроении, приборостроении». 2005. № 2 (8). С. 12-18.

19. Буяновский И.А., Фукс И.Г., Багдасаров JT.H. Очерки по истории трибологии. М.: Нефть и газ, 1998. 108с.

20. Буяновский И.И:, Фукс И.Г., Шабалина Т.П. Граничная смазка: этапы развития трибологии. М.: Изд-во «Нефть и газ», 2002. 230с.

21. Венгерский Э.В. , Морозов В.А., Усов Л.Г. Гидродинамика двухфазных потоков в системах питания энергетических установок. М.: Машиностроение, 1982. 128с.

22. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Износостойкость сталей и сплавов. М.: Нефть и газ, 1994. 415с.

23. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Механическое изнашивание сталей и сплавов. М.: Недра, 1996. 364с.

24. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе. М.: Машиностроение, 1982. 192с.

25. Галахов М.А., Усов П.П. Дифференциальные и интегральные уравнения математической теории трения. М.: Наука, 1990. 276с.

26. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность). М.: Изд-во МСХА, 2001.616 с.

27. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1989. 328с.

28. Генкин М.Д., Кузьмин Н.Ф., Мишарин Ю.А. Вопросы заедания зубчатых колёс. М.: Изд. АН СССР, 1959. 147с.

29. Голего H.JI. Схватывание в машинах и методы его устранения. Киев: Техшка, 1966. 311с.

30. Гологан В. Ф., Аждер В.В., Жавгуряну В.Н. Повышение долговечности деталей машин износостойкими покрытиями. Кишинёв: Штиинца, 1979. 111с.

31. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука, 2001.478с.

32. Григорьев М.А., Бунаков Б.М., Долецкий В.А. Качество моторного масла и надёжность двигателей. М.: Изд-во «Стандартов», 1981. 238с.

33. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия / Под ред. К.В Топчиевой. М.: Мир, 1978. 645с.

34. Дёмкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука, 1970. 266с.

35. Дёмкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение, 1981. 244с.

36. Дерягин Б. В. Что такое трение. М.: Изд-во АН СССР, 1952. 230с.

37. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М: Мир, 1989. 510с.

38. Дроздов Ю. Н., Арчегов В. Г., Смирнов В. И. Противозадирная стойкость трущихся тел. М.: Наука, 1981. 139с.

39. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1986. 224с.

40. Дубинин А.Д. Энергетика трения и износа в деталях машин. М.- Киев: Машгиз, 1963. 186с.

41. Дьячков А. К. Подшипники скольжения жидкостного трения. М.: Машгиз, 1955. 152с.

42. Dow Т.A., Burton R.A. Thermoelastic Instadility of Sliding Contact in the Absence of Wear. Wear, vol 19, 1977. pp. 315-328.

43. Dr-Ing Lipphardt, Prof. Dr. H.W. Thaens Industrie Anzeiger, 98, № 51, v. 25, 1976, S. 803-881.

44. Ерёмин E. H. Основы химической термодинамики. M.: Высшая школа, 1976.391с.

45. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. Ленинград: Наука, 1974. 108с.

46. Заславский Ю.С. Трибология смазочных материалов. М.: Химия, 1991. 240с.

47. Захарьевский М.С. Кинетика и катализ. М.: Изд-во ЛГУ, 1963. 314с.

48. Исаев С. И. Термодинамика. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. 416с.

49. Исаченко В .П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энерго-издат, 1981. 416с.

50. Исследование турбулентных течений двухфазных сред / Под ред. Кута-теладзе С.С. Новосибирск: СО АН СССР, 1973. 315с.

51. Ишлинский А.Ю. Прикладные задачи механики. Кн.2. Механика упругих и абсолютно твёрдых тел. М.: Наука, 1986. 416с.

52. Карасик И.И. Методы трибологических испытаний в национальных стандартах стран мира. М.: Центр «Наука и техника», 1993. 325с.

53. Карасик И.И. Прирабатываемость материалов для подшипников скольжения. М.: Наука, 1978. 136с.

54. Кеннеди Ф., Линг Ф. Моделирование тепловых и термоупругих явлений, а также износа в задаче о контакте скольжения с выделением большого количества энергии. Проблемы трения и смазки. Т. 96, серия F, 1914, с. 218-231.

55. Кершенбаум В.Я. Механотермическое формирование поверхностей трения. М.: Машиностроение, 1987. 230с.

56. Комбалов B.C. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ. М.: Наука, 1974. 112с.

57. Кондаков Л.А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1982. 217с.

58. Костецкий Б. И. Трение, смазка и износ в машинах. Киев: Техшка, 1970. 396с.

59. Костецкий Б. И., Натансон М. Э., Бершадский Л. И. Механохимические процессы при граничном трении. М.: Наука, 1972. 170с.

60. Костецкий Б.И. Структурно-энергетическая теория трения, смазки и износа// Надёжность и долговечность машин и сооружений. 1986. № 9. С. 3-11.

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

62. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчётов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 528с.

63. Крамаренко Е.И., Меделяев И.А., Мозалёв В.В., Албагачиев А.Ю. Изменение твёрдости поверхностей скольжения при граничной смазке // Труды 6-го Международного Симпозиума по фрикционным изделиям и материалам «Ярофри 2006», Ярославль, 2006. С. 226 - 228.

64. Кудинов В. А. Гидродинамическая теория полужидкостного трения // Сб.: Сухое и граничное трение. Фрикционные материалы. М.: изд-во АН СССР, I960, т. 2.

65. Кузнецов В.Д. Поверхностная энергия. М.: ГИТЛ, 1954. 210с.

66. Кузнецов В.Д. Физика твёрдого тела. В 4-х томах. Т. 4. Томск: Поли-графиздат, 1947. 542с.

67. Kavitationserhalten von verschieden Druckflussigbeiten. Industrie-Anzeiger. 1972, v. 29, №71.

68. Лихтман В.И., Щукин Е.К., Ребипдер П.А. Физико-химическая механика материалов. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 304с.

69. Лозовский В.Н. Диагностика авиационных топливных и гидравлических агрегатов. М.: Транспорт, 1979. 295с.

70. Лозовский В.Н. Надёжность гидравлических агрегатов. М.: Машиностроение, 1974. 320с.

71. Лозовский В.Н. Надёжность и долговечность золотниковых и плунжерных пар. М.: Машиностроение, 1971. 232с.

72. Лужнов Ю.М. Сцепление колёс с рельсами (природа и закономерности). М.: Интекст, 2003. 144с.

73. Ляшко В.А. Энергетический критерий оценки структурной приспосаб-ливаемости материалов // Труды международной научной конференции "Трение, износ и смазочные материалы», М. 1985, с. 277-281.

74. Маркова Л.В., Мышкин Н.К. Трибодиагностика машин. Минск: Бел. Наука, 2005.251с.

75. Марченко Е.А. О природе разрушения поверхностей металлов при трении. М.: Наука, 1979. 117с.

76. Маталин A.A. Технология механической обработки. Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отд-ние, 1977. 176с.

77. Матвеевский Р. М, Буяновский И. А., Лазовская О. В. Противозадирная стойкость смазочных сред при трении в режиме граничной смазки. М.: Наука, 1978. 192с.

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

79. Меделяев И. А. Влияние механических свойств пары «сталь-бронза» на коэффициент трения при граничной смазке // Вестник машиностроения. 2006. №2. С. 41-44.

80. Меделяев И. А. Основные закономерности процессов трения и изнашивания в парах трения гидравлических машин // Вестник машиностроения. 2004. № 9. С. 42-47.

81. Меделяев И. А. Физические представления о процессах трения и изнашивания при граничной смазке // Вестник машиностроения. 2005. № 10. С. 27-38.

82. Меделяев И. А., Алексеев А. К. Метод определения предельных значений удельной нагрузки и скорости скольжения для материалов пар трения скольжения, работающих в условиях граничной смазки // Трение и износ. 1991. Т. 12. №4. С.714-720.

83. Меделяев И.А., Албагачиев А.Ю., Сорокин Г. М. Влияние поверхностной энергии на абразивное изнашивание материалов. // Трение и износ.2004. Т.25, № 1. С. 85-92.

84. Меделяев И.А., Албагачиев А.Ю., Сорокин Г. М. Физическая природа разрушения материалов при абразивном изнашивании. // Трение и из-нос.2004. Т.25, № 2. С. 148 154.

85. Меделяев И.А. Диагностика температурной нагруженности антифрикционных пар трения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов.2005. Т.71. № 6. С. 53 -58.

86. Меделяев И.А. Инженерные критерии оценки износостойкости материалов пар трения машин и механизмов // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2007. № 4. С. 34 37 . 4

87. Меделяев И.А. Нормальный режим трения и долговечность антифрикционных пар со смазкой при повышенных нагрузках // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2006. № 8. С. 32 38.

88. Меделяев И.А. О природе граничного трения // Вестник машиностроения. 2006. № 8. С. 37-46.

89. Меделяев И.А. Трение как составная часть механизма изнашивания. // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2007. № 7. С. 43 44 .

90. Меделяев И.А., Албагачиев А. Ю. Особенности схватывания металлов при трении и изнашивании в условиях граничной смазки // Вестник Московского Государственного Университета Приборостроения и информатики. 2007. № 6. С. 28 44.

91. Меделяев И.А., Албагачиев А. Ю. Внешнесиловое воздействие на трение и изнашивание металлических материалов при граничной смазке // Вестник Московской Государственной Академии Приборостроения и информатики. 2006. № 3. С. 55 69.

92. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973. 320с.

93. Михин Н. М. Внешнее трение твёрдых тел. М.: Наука, 1977. 230с.

94. Мкртчян С.Н., Пичугин В.Ф. Повышение износостойкости бурового и нефтепромыслового оборудования и инструмента на основе использования избирательного переноса. М.: ВНИИОЭНГ, 1980. 30с.

95. Мухояров М.И., Збарский Н.Е. //Вопросы авиационной химмотологии/ Сб. научн. трудов. Киев: КНИГА, 1982.

96. ЮО.Мышкин Н.К., Петраковец М.И. Трибология: Принципы и приложения. Гомель: ИММС НАНБ, 2002. 3 Юс.

97. Носовский И.Г. Влияние газовой среды на износ металлов. Киев: Техш-ка, 1968. 180с.

98. Основы трибологии (трение, износ, смазка): Учебник для техн. вуз.: Изд. 2-е, перераб. и доп./ Под ред. А. В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 2001. 664 с.

99. ОСТ 100 389-80 "Насосы гидравлические самолетов (вертолетов). Методика определения режимов ускоренных ресурсных испытаний" .

100. Пенкин Н.С., Пенкин А.Н. Основы трибологии и триботехники. Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. 223с.

101. Пичугин В.Ф. Влияние электронного строения металлов в смазочном материале на трение и изнашивание стальных пар // Эффект безызносно-сти и триботехнологии. 1993. №2. С. 58-66.

102. Юб.Пичугин В.Ф. Роль поверхностных плёнок в процессах трения и изнашивания подвижных сопряжений // Надёжность и сертификация оборудования для нефти и газа. 2000. №1,2. С.22-25.

103. Платонов В.Ф. Подшипники из полиамидов. М.: Машгиз, 1961. 112 с.

104. Поверхностная прочность материалов при трении / Костецкий Б.И. и др. Киев: Техшка, 1976. 292с.

105. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н., Дудко П.П. Повышение надёжности три-босопряжений. Санкт-Петербург: Академия транспорта РФ, 2001. 304с.

106. Польцер Г., Майснер Ф. Основы трения и изнашивания. М.: Машиностроение, 1984. 264с.

107. Порохов B.C. Трибологические методы испытания масел и присадок. М.: Машиностроение, 1983. 183 с.

108. Производственная инструкция ПИ 1.2.095-78. Применение рабочей жидкости 7-50с-3.

109. Производственная инструкция ПИ 1.2.263-84. Применение рабочих жидкостей AMT-10 и AMT-1 ОБ.

110. Протасов В.Н., Султанов Б.З., Кривенков C.B. Эксплуатация бурения скважин и нефтегазодобычи. Под общ. ред. В.Н.Протасова: Учеб. пособие для вузов. М.: Недра-Бизнесцентр, 2004. 691с.

111. Panice A.L., Schmitt R.H. Modern Hydraulics Fluids Balanced Perfomance Testing. HPMP, 1977, p. 307-312.

112. Рабочие жидкости для гидравлических систем самолётов. ВИАМ: ОН-ТИ.1973.

113. Расчёт триботехнических параметров в опорах скольжения /Н.П. Старостин, А.Г. Тихонов, В.А. Моров, A.C. Кондаков. Якутск: Изд-во СО РАН, 1999. 276с.

114. Расчёт, испытание и подбор фрикционных пар / A.B. Чичинадзе, Э.Д. Браун, А.Г. Гинзбург, A.B. Игнатьева. М.: Наука, 1979. 267с.

115. Розенберг Ю.А. Влияние смазочных масел на надёжность и долговечность машин. М.: Машиностроение, 1970. 315с.

116. Рокшевский В.А. и др. Снижение содержания воздуха и воды в рабочих жидкостях гидравлических систем. Обзор // В.А. Рокшевский, В.В. Тать-ков, Г.Ф. Ливада, В.М. Рябошапка / НИИмаш, 1981.

117. Рыжов Э. В., Колесников Ю. В., Суслов А. Г. Контактирование твёрдых тел при статических и динамических нагрузках. Киев: Наукова думка, 1988. 172с.

118. Rabinowicz Е. Surface energy approach to friction and wear. Prog. Eng., 1965, v. 36, N. 6, p. 95-99.

119. Савченко Н.З. Теоретические и экспериментальные основы процесса приработки сопряжённых деталей двигателей внутреннего сгорания: Автореферат дисс.докт. техн. наук. Киев: УСХА, 1970. 37с.

120. Сафонов Б.П. Исследование влияния механических характеристик сталей на их износостойкость в условиях абразивного изнашивания. Автореферат дисс. . канд. техн. наук, М., 1981. 25с.

121. Сафонов Б.П. Научно методические основы синтеза трибосистемы применительно к изнашиванию сталей абразивом. - Автореферат дисс. . д-ра техн. наук, М., 1991. 50с.

122. Семёнов А.П. Исследование схватывания металлов при совместном пластическом деформировании. М.: Изд-во АН СССР, 1953. 120с.

123. Семёнов А.П. Схватывание металлов. М.: Машгиз, 1958. 280с.

124. Сигорский В.П. Математический аппарат инженера. Киев: Техніка, 1977. 768с.

125. Силин A.A. Трение и его роль в развитии техники. М.: Наука, 1976. 175с.

126. Скрицкий В.Я., Рокшевский В.А. Эксплуатация промышленных гидроприводов. М.: Машиностроение, 1984. 176с.

127. Смазочные материалы. Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник / Р.М, Матвеевский, В.Л. Лашхи, И. А. Буяновский и др. М.: Машиностроение, 1989. 224с.

128. Сомов В.А., Беногу Г.Ф., Шепельский Ю.Л. Эффективное использование моторных масел наречном флоте. М.: Транспорт, 1985. 231с.

129. Сорокин Г. М., Албагачиев А. Ю., Меделяев И. А. Некоторые аспекты выбора и создания износостойких металлических материалов для условий абразивного изнашивания. // Трение и износ. 1990. Т. 11, № 5. С. 773 -781.

130. Сорокин Г.М. Проблемы технического обновления различных отраслей машиностроения // Трение и износ. 2001.Т. 22. № 3. С. 349-353.

131. Сорокин Г.М. Трибология сталей и сплавов. М.: Недра, 2000. 317с.

132. Сорокин Г.М., Албагачиев А. Ю., Меделяев И.А. Влияние химического состава и структуры сталей на их поверхностную энергию. Москва (1986). Деп. в ин-те «Черметинформация» 10.06.86, № 3443.

133. Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю., Меделяев И.А. Влияние поверхностной энергии на триботехнические характеристики материалов и методы ее исследования. Москва, (1985). Деп. в ВИНИТИ 10.06.85, № 3999.

134. Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю., Меделяев И.А., Коркин В.А. Экспериментальная установка для исследования поверхностной энергии металлов и сплавов. // Трение и износ. 1986. Т.7, № 6. С.980 984.

135. Сорокин Г.М., Сафонов Б.П. Влияние механических характеристик сталей на их сопротивление абразивному изнашиванию // Трение и износ. 1984. Т. 5. № 5. С.797 805.

136. Способ испытания пары трения: Пат. 2 113704 РФ: МКИ4 G01N3/56.

137. Способ приработки пары трения: Пат. 2 054569 РФ: МКИ4 F02B79/00.

138. Справочник по триботехнике/ Под общей редакцией М. Хебды и A.B. Чичинадзе. В Зт. Т.1. Теоретические основы М.: Машиностроение, Варшава, 1989. 400с.

139. Тимофеев С.И. Детали машин. Рн/Д: Феникс, 2005. 416с.

140. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник / Под ред. В.М. Школьникова. М.: Издательский центр «Техинформ», 1999. 596с.

141. Трение, изнашивание и смазка: Справочник / Под ред. И. В. Крагельско-го, В. В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. Кн. 1. 400 е.; 1979. Кн. 2. 358 с.

142. Трибология: исследования и приложения; опыт США и стран СНГ/ под ред. А.В.Белого, К. Лудемы, Н.К. Мышкина. М.: Машиностроение; Нью-Йорк: Аллертон Пресс, 1993. 454 с.

143. Устройство для измерения поверхностного потенциала металлов: а. с. 1260824 СССР, МКИ4 G01N 27/62.Бюл. изоб.(1986) № 36/ Сорокин Г.М., Албагачиев А. Ю., Согомонов Э. Р. Меделяев И. А.

144. Устройство для испытаний материалов на трение и износ: Пат. 1711572 РФ: МКИ4 G01N3/56.

145. Uetz H., Breckel H. Reibungs und yerschleissversuche mit P.T.E.E. Wear, 1967, Bd. 10, №3, S. 185 - 198.

146. Фадеев Л.Л., Албагачиев А.Ю. Повышение надёжности дегалей машин. М.: Машиностроение, 1993. 97с.

147. Фёдоров C.B. Основы трибоэргодинамики и физико-химические предпосылки теории совместимости. Калининград: Изд-во КГТУ, 2003. 400с.

148. Физическая химия в вопросах и ответах / Под общей ред. К.В. Тангиевой и Н.В. Федорович. М.: Изд-во Московского университета, 1981. 264с.

149. Фукс Г.И. Проблемы граничной смазки. М.: «Техника» ООО «Тума групп», 2001.192с.

150. Фукс И.Г., Буяновский И.А. Введение в трибологию. М.: Нефть и газ, 1995. 278 с.

151. Fleischer G., Groger Н., Thum Н. Verscheleiss und Zuferlussigkeit. Berlin, Verlag Technik. 1980, 244p.

152. Fleischer G/ Energetische Methode der Bestiimmung der verschleises.-Schmierumgstechnik, b.4, 1973, s.9-12.

153. Хайнике Г. Трибохимия. M.: Мир, 1987. 584с.

154. Хрущов М.М. Исследования приработки подшипниковых сплавов и цапф. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1946. 160с.

155. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М.: Наука, 1960. 252с.

156. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Исследование изнашивания материалов. М.: Наука. 1960.352с.

157. Хусу АЛ., Витенберг Ю.Р., Пальмов В. А. Шероховатость поверхностей (теоретико-вероятностный подход). М.: Наука, 1975. 334 с.

158. Честнов А. Л. Влияние скорости скольжения и шероховатости на износ подшипников скольжения // Сб : Качество поверхности деталей машин. Издательство АН СССР, 1959, № 4.

159. Чжан, Этсион, Боги. Модель адгезии шероховатых металлических поверхностей // Проблемы трения и смазки. 1988. №4. С.57- 65.

160. Чичинадзе А. В. Практические реализации тепловой динамики трения и моделирования трения и износа при сухом и граничном трении. Практическая трибология. Международная энциклопедия. М.: Наука и техника, 1994. С. 67-83.

161. Чичинадзе А. В. Расчёт и исследование внешнего трения при торможении. М.: Наука, 1967. 232 с.

162. Чичинадзе А. В., Матвеевский Р. М, Браун Э. Д. Материалы в триботехнике нестационарных процессов. М.: Наука, 1986. 248 с.

163. Chichinadze A.V., Ginsburg A.G., Ignatieva Z.V7 Nheoretical and Experimental Inverstigation of Friction under Brakung. First Eropean Tribology Congress, London, 1973, p. 101-107.

164. Шафаренко Б.Н. Оценка влияния нестационарных режимов работы гидросистемы на работоспособность гидронасосов летательных аппаратов в процессе эксплуатации. Диссертация .канд. техн. наук, 1990.

165. Шор Г.И. и др. Граничные свойства смазочных масел // Химия и технология топлив и масел, 1977. №8. С. 48 52.

166. Шпеньков Г.П. Физико-химия трения. Минск: Изд-во БГУ, 1978. 205с.; 2-е изд.: Минск: Университетское, 1991. 397с.

167. Щедров B.C. Температура на скользящем контакте // Трение и износ в машинах. М.: АН СССР, 1955. Вып. 10. С. 155-296.

168. Энциклопедия машиностроения. Детали машин. Конструкционная прочность. Трение и смазка. T. IV-I / Д.Н. Решетов, А.П. Гусенков, Ю.Н. Дроздов и др. / под общ. ред. Д.Н. Решетова, 1995. 864с. (Сер. Машиностроение. Энциклопедия / под ред. К.В. Фролова).

169. ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РЕСУРСА ПАР ТРЕНИЯ СО СМАЗКОЙ ПРИ ВЫСОКИХ УРОВНЯХ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗОК

170. Пр актические рекомендации/1. ОГЛАВЛЕНИЕ1. Стр.1. Введение . 420

171. Обеспечение работоспособности гидравлических машин.434

172. Основы обкатки поверхностей трения в насосах.

173. Режимы обкатки гидравлических машин. ^^

174. Использование материалов пар трения в жидкости ВРЖ-2 и аспектыих приработки. ^^

175. Препарация насоса для проведения исследований температурной на-груженности пар трения (включая подшипниковые узлы). ^^

176. Номограммы для определения границ работоспособности материалов трения по критерию Рпр V. ^^

177. Эквивалентно-циклические испытания на износостойкость. ^^

178. Долговечность подшипников с учётом температурных условий на поверхностях контакта рабочих тел. ^^1. Литература4741. ВВЕДЕНИЕ

179. При этом установлена оптимальная температура рабочей жидкости на входе в узел трения:60 80°С - для АМГ-10,100. 120°С-для7-50с-3,100. 120°С для ВРЖ-2.

180. Вследствие термоупругого выпучивания материала поверхностей трения эти участки приподнимаются выше уровня окружающей поверхности.

181. Равенство прочностей в середине ядре - плёнки и подслое смазки имеет место при достижении предельных значений температуры поверхности трения, удельного теплового потока, нагрузки.

182. Эти способы расширяют диапазон нормального трения 2, 3. К ним следует также отнести регулирование фрикционного тепла за счёт изменения коэффициента взаимного перекрытия пары трения.

183. Среди факторов, оказывающих основное влияние на создание плёнок, следует выделить:а) теплоту рабочей жидкости;б) фрикционную теплоту.

184. К факторам, приводящим к разрушению смазочной плёнки, следует отнести:а) наличие воздуха в рабочей жидкости;б) наличие в рабочей жидкости твёрдых частиц, включая продукты износа.

185. Трение оказывает с одной стороны положительное влияние на создание плёнок, с другой разрушает плёнки.

186. О способах снижения отрицательного влияния на состояние плёнок сказано выше.

187. Среди способов обеспечения эффективной обкатки гидравлических машин следует выделить технологический, конструкторский и металловедческий.

188. Рассмотрим влияние содержания воздуха в рабочей жидкости на процессы трения и изнашивания.

189. Прежде всего, отметим различное содержание воздуха в рабочей жидкости: минимальное его количество в НГЖ-4, а максимальное - в АМГ-10.

190. Выполненный анализ влияния газосодержания на процессы трения и изнашивания сопрягаемых поверхностей реальных конструкций, в частности НП89, НП96А-2, показал значительное увеличение износа пар трения с повышением газосодержания.

191. Исследования на машине трения показали резкое снижение предельных нагрузок на пару трения с повышением газосодержания, а также сокращение диапазона нормального трения.

192. В итоге протекают как процессы образования защитных плёнок на поверхностях трения, так и дегазации рабочей жидкости.

193. Другой путь снижения влияния газосодержания на процессы трения и изнашивания состоит в использовании в гидравлической системе специальных устройств.

194. В этой связи было уделено основное внимание микрогеометрии, которая бы позволила иметь минимальные значения коэффициента трения, сопротивления сдвигу, износа и максимальные значения предельных нагрузок, и более широкий диапазон нормального трения.

195. В этом случае принципиальную основополагающую роль имеют закономерности процесса трения и изнашивания (см. рис.1- 4).

196. В этой связи первостепенное значение имеет наличие банка данных закономерностей для различных пар трения, испытанных в разных рабочих жидкостях в широком диапазоне изменения режимного фактора нагрузки, скорости скольжения, температуры рабочей жидкости.

197. Основы обкатки поверхностей трения в насосах.

198. Рис. 8. Схема изменения коэффициента трения (1) и сопротивления сдвигу (г) от удельного теплового потока; I — область неустойчивых процессов; II область нормального трения; III - область повреждаемости при высоких температурах

199. При т(с1)~ тп условие (4) может наступать на отдельных участках контурного контакта при случайных отклонениях от равновесия.

200. Следует отказаться, прежде всего, от представлений об обкатке, как лишь о процессе «выглаживания» поверхностей в паре трения.

201. В принятой схеме обкатки гидромашин первоначальным этапом, причём основным, является механическое нагружение пар трения. Это недостаток данного способа обкатки.

202. Отсюда следует, что чем больше доля поверхности контакта покрыта защитной, смазочной, плёнкой, тем ниже сила трения и сдвиговое сопротивление в паре трения.а)

203. Механическое нагружение Т^Руд Физико-химические процессы т=Ае "Е/КТ1. IIб)

204. Рис. 9. Существующая схема обкатки (а) и её этапы (б)а)1.II

205. Физико-химические процессы т=АеЕ/кт Механическое нагружение ^Руд

206. Рис.11. Зависимость скорости физико-химических процессов в паре трения от температуры.

207. Рис. 12. Зависимость массы смазочной плёнки на поверхностях трения от температуры.

208. Предварительный нагрев жидкости повышает её активность к взаимодействию с поверхностями трения и приводит к образованию на них плёнок, имеющих более высокую адгезионную прочность, чем при нормальной температуре.

209. Каждый из способов позволяет увеличить нагрузочную способность пары трения в среднем на 30-35% и исключить нежелательные явления переноса, схватывания и износа.

210. Режимы обкатки гидравлических машин.

211. Рекомендации распространяются на гидравлические машины с рабочей жидкостью 7-50с-3, а также на гидравлические машины с рабочей жидкостью AMT-10 в части применения для их обкатки жидкости 7-50с-3.

212. В результате экспериментальных исследований по приработке материалов пар трения установлено:

213. С ростом температуры рабочей жидкости коэффициент трения снижается и имеет минимальное значение в жидкости 7-50с-3, чем в AMT-10. При этом потери энергии на трение в жидкости 7-50с-3 минимальны.

214. Приработка материалов пар трения происходит лучше в жидкости 7-50с-3, чем в AMT-10.

215. Оптимальная температура жидкости 7050с-3 для приработки материалов пар трения составляет 100°С.

216. На основании изложенных результатов исследований рекомендуется:

217. Приработку пар трения гидравлических машин (НП 96АМ-20, НП112, НП128), работающих в жидкости AMT-10, проводить в жидкости 7-50с-3 при температуре жидкости, равной 100°С, с последующим переходом на исходную жидкость AMT-10.

218. Приработку пар трения гидравлических машин (например, НП 96А и др.), работающих в жидкости 7-50с-3, проводить при температуре жидкости, равной 100°С.

219. Прогреть гидросистему в совокупности с гидравлической машиной при температуре жидкости AMT-10, равной 100°С.

220. Произвести обкатку в соответствии с таблицей 1.

221. В остальном порядок проведения обкатки, изложенный в методике НП 128.000.ПМ, сохраняется.