автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Разработка и исследование автоматизированного комплекса для определения триботехнических свойств твердых поверхностей

5 г

ТВЕРСКОЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РГЗ 0 л

и • . ] о На пРавах рукописи

ЗАМЯТИН Александр Юрьевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДО ПОВЕРХНОСТЕЙ

Специальность 05.02.04 - Трети и износ в машинах

Автореферат

диссертация на соискание ученой стегани кандидата технических наук

Тверь 1993

Работа выполнена в Тверском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Демкин К.Б.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Браун Э.Д.

кандидат технических наук, доцент Шевченко A.C.

Ведущее предприятие - Научно-исследовательский институт асбестовых технических изделий (НИИАТИ)

Зацита диссертации состоится " двкаВря 1993 г. в _

чапав_минут на заседании специализированного Совета К-063.22.02

по трению и износу в машинах Тверского ордена Трудового Красного' Знамени политехнического института по адресу: 170035, г. Тверь, наб. Афанасия Никитина, 22, ТваПИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТвеШ. Автореферат разослан "j8 " нояДря 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук доцент

Беркович И.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ. Развитие современных машин направлено на повь-- ' шение их производительности, надежности, кооурентоспособности и эффективности, снижение материалоемкости, энергопотребления, вредного воздействия на человека 1: природу.

Как показывает отечественный и мировой опыт, достижение требуемого уровня большинства машин и механизмов невозмо-яго без обеспечения необходимых эксплуатационных показателей узлов трения. Это требует проведения большого объема всесторонних исследований триботехнических свойств материалов и подвижных сопряжений.

В настоящее время определение фрикционных характеристик поверхностей трения и кинетики изменения их параметров в процесса работы является весьма трудоемкой задачей, а доведение накопленной трибологическол информации до практического использования занимает чрезвычайно много времени. Поэтому автоматизация, исследований процессов конгактирования, трения я изнашивания, формирования на их основе банка данных, поиска и практического использования необходимых трибологических сведений становится одной из важнейших проблем современного машиностроения.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ. Цель настоящей.работы - создание и исследование автоматизированного трибокомплекса, позволявшего осуществить выбор, определение и практическое использование геометрических, физшсо-механическах и триботехнических характеристик поверхностей твердых тел для заданных условий трения.

Для достижения поставленной цели решались следувдие основные задачи: 1) определение структуры и синтез расчетно-испытательного автоматизированного триоокомплэкса; 2) разработка способов и приборов автоматизированной оценки геометрии и упруго-дне сипа тивных свойств металлических поверхностей трения; 3) разработка методики и исследование эффективности применения трибокомплекса в различных условиях; 4) выбор основ построения информационно-аналитических трибосетей, Еключавдих множество автоматизированных трибокомп-лексов. п

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ. Создание и развитие автоматизированного трибокомплекса ' базируется на принципах трибомониторинга, моделирования компьютерного сбора, хранения, передачи и приложения информации. Состояние и свойства поверхностей трения оцениваются с использованием методов ощупывания иглой, ударного воздействия ин-дентором, дюрометрии, рентгеносгруктурного анализа, электронной микроскопии, принципов распознавания образов. Потери на тренле

определяются тензометрическим методом и по величине отклонения от вертикали заданного груза. Абсолютный износ устанавливается о помощью линейных микродатчиков, аналитических весов и профилографи-роввния. Подготовка «.проведение испытаний, обработка и интерпретация опытных данных базируются на положениях теории планирования экспериментов, физического моделирования, математической статистики ,, трибологии.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Предложены принципы синтеза локальных автоматизированных трибокомплексов, создана метод.ка практического применения комплекса, позволяющая в 4-5 раз ускорить испытание, проектирование, анализ и оптимизацию поверхностей и узлов трения. Разработан способ прямой передачи профилометрической информации на компьютер, систематизации, хранения и анализа этой информации. Созданные программы позволяют определять, помимо стандартных характеристик микрогеометрии, ряд важных для трибологии нестандартных величин (к шил относятся, в частности, коэффициент формы выступа, радиус кривизны Еерипш, коэффициенты распределения вершин). Предложены направления неразрушающего исследования изменения контактно-динамического модуля упругости (КДМУ) и внутреннего трешм материала приповерхностных слоев деталей с помощью параметров контролируемого удара.

Показано: природа формирования равновесной шероховатости одинакова и для скольжения, и для качения с проскальзыванием; показатели равновесной шероховатости являются диагностическим признаком реализующихся на практике режимов трения и видов нарушения фрикционных связей. Величина КДМУ характеризует структуру поверхностного слоя металлических деталей трения«, Существуют критические значения КДМУ, приводящие к образованию частиц износа. Изменение КДМУ поверхностей трения в процессе работы носит циклический, волнообразный характер. Амплитуда и шаг рабочего цикла КДМУ соответствуют износостойкости материалов.

При помощи трибокомштекса сформирован банк систематизированных данных о влиянии шероховатости, волнистости и макрогеометрии поверхностей, вида, физико-мехашпеских и фрикционно-усталостных свойств конструкционных материалов, коэффициента взаимного перекрытия, температуры, нагруженности, схемы и кинематики контакта на показатели трения и изнашивания подвижных сопряжений машин. Определены значения фрикционных характеристик твердых тел от десяти моделей контактирования. Построены регрессионные математические модели, даодие возможность прогнозировать влияние основных воз-действующи факторов на работоспособность пар трения в различных

условиях.

Развиты предпосылки построения распределенных информационно-аналитических сетей, благодаря которым многие специалисты могут использовать в своей работе удаленные банки данных, вычислительные и испытательные ресурсы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Созданы автоматизированные приборы ПАВП-1 для оценки шероховатости, ПЛУД-1 и ПАУД-2 для послойного неразрушаицаго исслэдовения КДМУ и диссипативных свойств поверхностей трения. На прибор ПАУД-1 получено авторское свидетельство на изобретение II 174-4587. Разработаны испытательные установки для изучения процессов трения, изнашивания и тепловыделения. На установку УТП-4 для испытания моделей поршневых пар получено положительное решение о выдаче авторского свидетельства. Сформирован пакет прикладных программ для компьютерного анализа поверхностей трения и определения их фрикционных свойств.

Применение методами исследований с использованием автоматизи-вашюго тр1.Локогятлекса, позволило предложить пути гойышения износостойкости ряда пар трения (радиальных подшипников скольжения, поршневых сопряжений и зубчатых передач высокооборотных авиацзюн-ных дизелей, опор сколькения натис1шых валов полиграфических !лп-шш, опорных незамкнутых сопряжений транспортной системы АЛЦЦМИ -автоматических линий для производства длинных макарошшх изделий).

Определены конкретные способы организации локальных автоматизированных трпбоиспытательных комплексов и варианты формиропашш едшгай распределенной информационно-аналитической тр;:босетп.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты работы реализованы в виде изготовленных экспериментальных трибоустановок УТ-1, УТ-2, УРТ, УТП-4, ЭТ-2, приборов ПАБП-1, ПАУД-1 и ПАУД-2, прикладных программ, локального трибокомплекса, опытного образца подшипников скольжения с попеременным отдыхом опорных сегментов и автокомпеп-сацией износа, технолоппеского приспособления для ншхесешш медьсодержащих покрытий. Приборы ПАВП-1, ПЛУД-1, ПАУД-2, установка УТП-4 прошли проверку и приняты к практическому применению в Акционерном обществе "Рыбинское конструкторское бюро моторостроения" при проектировании, изготовлении и испытают авиациогашх дизелей. Технологический процесс обработки исполнительных поверхностей на-тискных опор сколь&ения печатных машин медьсодержащим инструментом - роликами применен в Акционерном обществе "Рыбинск-Полиграф-маш", на №пшвновгор9декой и Костромской типографиях. Результаты исследования опорных незамкнутых сопряжений используются Акционерным обществом "Рыбинские моторы" при изготовлении и гарантийном

обслуживании транспортной системы АЛЦЦШ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы доложены и обсуждены на следующих форумах: III Международном симпозиуме "INS/C0NT" (Польша, г. Краков, 1990); конференции "Dlagnostika Leteckl Tech-niky" (Чехословакия, г. Прага, 1990); семинаре "Трибология-90" с международным участием (Болгария, г. София, 1990); международном "семинаре-коллоквиуме "Триболог-7м" (г. Ростов, 1ЭЭ1); семинаре "Три0ология-Э1" с международным участьем (Болгария, г. Созополь,

1991); семинаре с мевдународным участием "Триболсг-Эм" (г. Ростов,

1992); мевдународном симпозиуме "INTERTBIBO 93" (Словакия, г. Братислава, 1993); международном семинаре "SLAVyAMTHIBO-1" (г. Рыбинск, 1993); VII Simposium Ekaploatacjl Urzadzen Teclmicznych (Польша, Порабка-Козубниж, 1993).

, ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликовано 17 работ.

СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава является кратким обзором публикаций, посвященных исследованию характеристик поверхностей и их влияния на фрикционные свойства контакта, созданию и использованию автоматизированных методов и средств изучения узлов трения. '

Рассмотрены роль и основные характеристики поверхностей трения, наиболее важные достижения и проблемы трибологии. Установлено, что над созданием автоматизированных трибокомллексов работают специалисты ИДИ РАН, Института механики мэталлополимерных систем АН Беларуси, БИТЫ, ТвеПИ, Хабаровского и Челябинского государственных технических университетов, других организаций.

Как показал оо'зор литературы, несмотря на очевидный прогресс в области трибологии и трибомошторинга в последние десятилетия, вопросы автоматизации исследования фрикционных характеристик поверхностей, деталей и узлоь трения, проблемы накопления и унификации, арибоинформацип, а также доступа, к ней и ее аффективного практического использования ео многом остаются нерешенными. В частности, до сих пор не была разработана концепция отечественного профи: лографа, позволявшего в автоматическом режиме воспроизводить топографию поверхностей и определять все необходимые стандартные и нестандартные характеристики шероховатости тверда тел. Слабо

к 1

Т7

I

развиты методология и инструментальное оснаа:еше послойной нзрзз-рупающей ОД9ЕКИ общего состояния, упругах и дпссппатгжных свойств наружных елооз деталей трения. Не .созданы основы формирования и использования локальных автоматизированных трибокомплекссв, позволяющих с наибольшей производительностью и гяшикальным риском решать вопросы, связанные с контактированием, трением и изнашиванием материалов и деталей. Практически отсутствует восмояюсть оперативного пользования удаленными банками трибоданкых, объединения потенциала различных лабораторий и специалистов.

П:> результатам выполненного обзора и требований современного машиностроения сформулированы цель и задачи настоящей робота.

Во второй главе описаны структура, устройство и принципы действия автоматизированного трибокомплекса (рис. 1), главны;,и

Рис. 1. Структурная схема локального трибокомплексв

составляющими которого являются: испытательно-измерительный блок, включающий трибометры и приборы для определения шероховатости, упруго-диссипативных и других свойств поверхностей; информативна блок сопряжения; расчетно-аналитический (компьютерный) модуль -банк данных. Основой комплекса служит локальная вычислительная сеть (ЛВС) шинной топологии со случайным доступом. При разработка ЛВС использованы рекомендации стандартов IEES.

В качестве трибометров использованы серийные усовершенствованные машины трения СМТ1-2070 и УМТ-t, а также блок из специальных установок УТ-1, УТ-2, ЭТ-2, УТР и др. В число разработанных входит оригинальная установка УТП-4 для испытания материалов в условиях эксплуатации поршневых пар высокооборотных двигателей внутреннего сгорания. В результате трибокомплекс позволяет исследовать пары трения "торец стержня-Ерещающаяся плоскость" (кинематическая схема SK=1), "сплошой и несплошной кольцевой торец-плоскость или стержень" (SX=2), "вал-втулка" при вращательном' (SK=3) и возвратно-вращательном (SK=4) относительном движении, "втулка-цилиндрическая направляющая" (SIC=5), "торцы стержней-плоская направляющая" (SK=6), "ролик-ролик" (SK=7), моделирующие большинство подвижных сопряжений машин. Объектами рассмотрения являются также натурные сопряжения: "алюминиевая опорная часть подвески-звено цепи" транспортной системы АЛЦЦМИ; "титановая шестерня-титановое колесо", "титановый вал-вкладыш скольжения", "поршень-цилиндр" высокофорсированного авиационного дизеля; натискные опоры скольжения полиграфических машин и другие реальные пары ц узлы трения. Для экспериментальной" оценки характеристик шероховатости разработан и включен в состав трибокомплекса модуль ПАВП-1 для автоматизированного представления и анализа профилогракм. Модуль рассчитан на работу- с приводами приборов 253 или 233 завода "Калибр" и позволяет производить ввод информации о геометрии поверхности в компьютер непосредственно в процессе профилографирования. Для определения упруго-диссипативных свойств поверхностных слоев деталей трения созданы приборы ПАУД-1 и ПАУД-2. Первый предназначен для работы как автономно (для этого он оснащен соответствующими средствами отображе-шм информации), так и совместно с процессором. Второй ориентирован на сопряжение с процессором. Оба прибора соединяются с компьютером при помощи асинхронного интерфейса. Их принцип действия основан на обработке информации, которую несет свободное соударение подвешенного на гибкой нити эталонного образца-индентора с исследуемой поверхностью.

В третьей главе рассмотрена методика практического применения

э

сформированного трибокомплакса при репенин самых разнообразных вопросов трибологии. В соответствии с ней узел трения представляется элементом технической систем!, обладающим определенной конструктивной Ик и технологической \7 степенью свобода, кинематической схемой ЭК, макрогеометрией МГП и моделью контактирования 1,Я исполнительных поверхностей. Укрупьенно схема алгоритма работы над этим элементом заключается в следующем: 1) формируется блок заданной и известной из литературы (накопленной в банка данных и знаний комплекса) исходной информации; 2) осуществляется ввод исходных дашшх (МГП, МК, ',7К, \7Т, БХ, ЕЛ, Ш, СЖ, ФУХ, НК, -33, ГП, г>ск, лв, см, ■вос, Квз, 3, <р, 7, ес> М, ПУ) в компьютер; 3) с помощью тр::бско:ш-лексэ определяется и исследуются недостачи геометрические, физико-механические и триботегничес-кие характеристики поверхностей; 4) расчетным путем устанавливается вид контакта мпкропорсвнсстой (угг— рул: Л, пяястггсеасй, упругоплесткчееай, :ягсрорзз2Низ): 5) осу-цгстгл-ются прздзорзтельнзя теоретическая оцзгоса выходных параметров сопряжения У; Б) при '.7„=0 и 77^=0 Екбмргются из банка дмютх пли по опрзделоннйку плану строятся уравнения регрессии и по итд .г::Со нзпряггую, хХо с кстдоговэпзе» иосвтзбпаг кооффпцпоптоЕ перехода от модели к натуре находятся экспериментальные значения У; С) ггр'1 7,^=1 и \7Т=0; 7/^=0, 7/т=1 и 7<г=1 и ",„=1 производятся соответственно либо конструктивная, .габо тенологнч^стсая, .т:бо :-о"1ст— руктппго-техшлогпческая оптимизация сопря;"?:шя и пэслэдугтдй расчет У но уранпеииям регрессии; 8) осуществляется солостеалого» теоретических л экспериментальных оценок; 5) с учетом результатов сопоставления россйиквсвтся ресурс работы узла тронмя, терлег-ля в I-;:;.! ^гщпссть и другие "ксплуатпционнко показатели.

Б приведенной схеме для плоского контакта !Ш7=1. Если хотя Си одна из контактирующих поверхностей является криволинейной, МГП=2. Ш зависит от сочетания соприкасающихся поверхностей, которые условно разделены на гладкие, шероховатые, волнистоаероховатые, де-форшгруемые, жесткие. Принимается, что МК=1, 2, 3, 4, 5, б, 7, 8, 9, 10. ВП - показатели волнистости; Ш - характеристики шероховатости; ИЛС - физико-механические характеристики; ОУХ - фрикционно-усталостные характеристики; ФК - коэффициент трения Г; НК - номинальное давление Дд или qг= N/1; МВЗ - межмолекулярное взаимодействие; ГП - коэффициент гистерезисных потерь а^; II - нормальная нагрузка, I - длина полоски неплоского контакта; иск - скорость скольжения; г^ - частрта вращения; см - вид смазочного материала; ■бос - температура окружающей среды; Квз - коэффициент взаимного перекрытия; Б - ход и <р - размах реверсивного относительного

двикения образцов; 7 - степень проскальзывания при трешш качения с проскальзыванием; 0о - диаметральный зазор сопряжения:; Н - тип конструкционного материала; ПУ - способ регулируемого воздзйствия на физико-механические свойства поверхностных слоев.

При теоретическом анализе исследуема связи между входными факторами и выходными параметрам:! приняты в обобщенном виде:

у = У(вп, шп, ©.сс, сух, ск, ж, мзз, гп, игл, мо, (1)

гдэ У - интенсивность изнашивания I, равновесное значение параметра Па, другие фрикционные свойства.

Члслонное ретине уравнения (1) производится по алгоритму, в основу которого полонены функциональные соотношения И.В. Крагодьс-кого, II.Б. Демхапга, Я.!.', Михкна и их последователей.

• Экспериментальное определение геометрических показателей поверхностей выполняется в автоматическом рекима с помоцью модуля ПАВП-1 по программе. рассчитанной на оценку как стандартных, так и важных для контактирования твердых тел нестандартных характеристик.

Исследование упруго-дкссипаншннх свойств поверхностных слоев деталей трения осуществляется ударно-маятниковым методом с помочь» приборов ПАУД-1 и ПДУД-2. В качестве экспериментальных численных дашшх используются времена первого и последующи контактов инден-тора с изучаемым телом. Искомые величины (контактно-динамический модуль упругости Е и внутреннее трение о-1) ¿уш слоя толщиной бу устанавливаются по т1, ..., т^, ..., чп расчетным путам. В частности, для сферического ивдепто^з и плоской изучаемой поверхности:

о

1

Ей = Тб-ож-- ' (2)

Ь ц

М Т10В(и)

1

2-х

['-(^тП.

(3)

2 ?.. е

=

2 Г/43 Ру гч 9

(4)

где г , к, - радиус и масса кндентсра; П. - высота падения

miroircop'i; P - сила ссудзрснзя; 5 - упругая постоятпт Кяркгс^а.

E:i3sr'ii" вид, профиль и размеры дорог.ек трения определяется с поглссьэ схоннрущздго электронного кикросчсопа "Tesla-200", бтшоку-лярного кзкроскош» I.EC-9, цифрового шструкентадыгого »гкрсскопз ЕУ1Т-1Ц, модуля ШЕП-1 - Твердость образцов находится с помощью приборов ТК-2И. Роктгеиоструютуртй анализ поверхностей ешол"!Мтс:1 на дпфрактометрах Дроп-2,0 и Дрон-3,0.

При прСЕОДвШШ трибстехютосштх ИСПЫТСТП1Й ИЗуЧПКТСЛ пармгз II

кпс:;встяо:<га;а заслситоста, ксггользуится кекзязхеш) гзгодо, сочз-количественную оцеггку I, Г, йщ лРУ-"''" выгодных

пзрзкэтроз с етученяем ягмэпзппя качества пссяодуеикх лг.порхггостой, рекомендации теории математического планирования зкеггеримоктоз 2! теории физического моделирования процессоз тршшл и износа, развитой Э.Д. Ераупсм, Э.Л. Евдокимовым, Л.П. Чэт.п'адзе и другими.

Выполнение Содьсыстза исследований и построение регреесион-inix математических моделей изучаемых предосссв формализуется пско-тсм пр:псладних программ, написогопгх на Макрозгсейблорэ и алгоритмических языках Фортран, 0+ и Паскаль.

Поиск оптимизационных peseiciü кокет осуществляться методами крутого восхождения л спуска, приравнивания производных к нулю, симплексного плакирования, другая! методами.

Четвертая глава посвящена изложению и ияторпрэтацпп результатов теоретических и экспериментальных исследования эффективности трнбскомплекса и методики егп использования, закономерностей "треки и изнашивания металлических поверхностей, путей улунлепил окс-п.т/атацисшшх свойств рассматриваемых подшзашх сопряпешй.

При проведетти испытаний образцы изготавливались в осксгагсм нз сплавов железо (сталей 45, 40Х, 1ЯХ15, 20X13, чугуна СЧ13 и др.), титана (БТЗ-1, BT-G), алжшшя (AJI32). Дополнительное модифицирование свойств поверхностей трешя заключалось в термообработке и формировании различных диффузионных покрытия методами пементацп;: и нлтроцекентащш, азотирования, борироважш,. гсарбонит-рации, оксидирования. Кроме того, оценивалась целесообразность Ф'.гшпшоЯ антифрикционной Оезабразивной обработки (ОДВО).

В результате исследований сформирован банк исходных и обработанных компьютером комплекса расчетно-эксперименталыщх данных, состазлен ряд бинарных и множественных регрессионных математических моделей изученных процессов. В частности, для SK=1 (сталь 45 -сталь 40Х) и для SK=7 (сталь ШХ15 - сталь ДОХ) основные модели имеют вид полиномгв: ■

Деталь 45 = ~9'524 " 0,697^ - 1.3801^ - 0,44.10"3Ш + + 1,466см + 0,077^ - 2г^к - 0,122.10_6НВ2 + 0,422см2, (5)

Гравн = °'775 - 0,606-10"^ - 1 ,892иск - 0,19.10"4НВ +

+ 0,198см + О.ООбя2 + 0,2г^к - 0,153см2 + О.ОЭддСм; (6)

сталь ШХ15 = ~9'552 - 0.45241 " °'05пв " 3'378Т + + 1,188см + 0,518.+ 1,332ql7 + 0,926-10~^| + + 0,184.10~5!^ + 0,146см2, (7)

^Сталь 40Х = "10,148 - 0,087Чг - 0,026-1 (Г1 Яд + 3,952Т + + 1,523см + 0,109.10"^ + 0,178.10'5ПВ + 0,129см2, (8)

Грак1 = °'233 ~ 0-336.10"1 Чг - 0,462.10"3пЕ + .0,3527 +

+ 0,17801.1 + 0,221 .10_гя| + 0,361 .10~6г| + 0,162с:,:2, (9)

Па<раЫ1)|со смазкой = 77'594 ' -3,355д, - 8,984-10"\ + + 0,1847 + 0,695см + 9,84.10"6ЧгПв - 0,318цг7 + .+ 1 ,Т44я| - 9,7Сб-10~7П2 + 0,С07с;.;г, (10)

где см - качественный параметр (при отсутстста сказки см = +1, при смазке керосином с;,: = 0, при смазке маслом с:.; = -1).

Но основе этих данных и моделей показано следукдее. Природа формирования равновесной шероховатости одинакова и для скольжения (ск), и для качения со скольжением (кск):

^а(равн)

кГ-£ Хг'-Я'РЦр

= -Г-. (11)

тз

а(равн)

где К1, К2, а, р, ср, С - коэффициенты; р1тр - приведенный радиус.

Эксплуатационные показатели шероховатости, , в . частности ^а(равн)' являются критерием, достаточно чувствительным для диагностирования реализующихся на практике ре;:заюв трения и еидов

нарушения фрикционных связей.

Между Е0 и истишюй ширшой интерференционных линий р0 существует достаточно тесная корреляция (рис. 2). Следовательно, предложенный метод оценки Ев можно отнести к высокочувствительным физическим методам', а Ес - к параметрам, отражающим структурные изменения металлических неровностей.

Рис. 2. Качественный характер изменения Ев и р металлических поверхностей в процессе трвшш

При нагружошш трешгам Е0 поверхностных слоев металлически: тел обычно снимется до некоторого критического значения Е^^р) « (0,65.. .0,70) • Е,,сх, где Епсх - исходный модуль Юнга материала. Затем лзжнекта Ей носит цксличасклЯ вожообрзвтг'Л характер. .Амплитуда и шаг кривой Е3=Е(х) могут служить характеристикой износостойкости материалов. При скашгроЕашш срезов поверхностей трения в ряде случаев наблюдаются разрыхления материала на глубине, соответствующей Е^кр)- Это указывает на то, что при Е^^^ образуется частицы изнашивания.

Ыакрогеомэтрия, конструкция и кинематика относительного перемещения деталей трения до 4-5 порядков изменяют износ металлических материалов и покрытий на них, до 10 раз потери мощности на трекиэ, существенно влияют на разброс фрикционных характеристик.

При 5К = 4, 5, б особенно существенное отрицательное влияние оказывают ревераганость движения и дополнительная усталость поверхностных слоев от знакопеременного нагружения, а также участие образовавшихся частиц изнашивания в трении. Благоприятными для подвижных coпpяжe¿^IIй ■ являются малый К , хорошие условия теплоот-еодз, возможность отдыха за счет смены области касания одной и

другой поверхности.

В зависимости от свойств материала, типа и рекимов модифицирования наружных слоев, их твердости и модуля упругости износостойкость изменяется до десяти и более раз. Металлические поверхности с более высокой прочностью, прежде всего на разрыв, отличаются не только повышенными средними значениям.! износостойкости, но и ее стабильностью в условиях дрейфа воздействующих факторов.

Еыбор способов модифицирования свойств изученных металлических поверхностей должен базироваться на том, что благоприятными являются увеличение НВ и снижение Еисх материала, а также равномерные состав и толщина покрытий, обеспечение достаточной прочности сцепления упрочненного слоя с основой за счет формирования промежуточной подложи, плавно переходящей от наружного слоя к основе.

С учетом экологической чистоты универсальными технологиями кодифицирования поверхностных свойств сталей можно считать цементацию, азотирование, нитроцекантациа из .газовых сред, а также обработку медьсодержащим инструментом. Для титановых сплавов к таким технологиям относятся альфирование и ФАЕО.

" На основе сформированного банка дашшх и закономерностей с помощью трибокомплекса разработан подшипник скольжения с носколь-К1Ш1 антифрикционными опорными сегментами, подвшзшми в радиальном направлении и входящими в контакт лоочередно, предложены направления оптимизации узлов трения высокоскоростных дизелей летательных аппаратов, разработан и реализован на практике технологичеасий процесс меднения втулок натискшх опор скольжения печатных машин, найдены пути обеспечения необходимых служебных характеристик опорных незамкнутых сопряжений транспортной системы АЩЦШ. Годовой экономичеасий эффект от использования .этих разработок составил более 600000 рублей.

В целом вся гамма выполненных исследований показала, что созданные трибокомплекс., методика и программные продукты могут эффективно использоваться при рассмотрении самых различных вопросов: определении исходных и эксплуатационных характеристик поверхностей трения; установлении фрикционных свойств подвижных сопряжений аналитическим и экспериментальным путем; построении парных и множественных зависимостей, отражающих влияние воздействущих факторов на изучаемые процессы фрикционного взаимодействия; диагностировании текущего состояния поверхностей и пар трения; поиске путей улучшения триботехническкх показателей материалов и конкретных сопряжений. При этом производительность исследования, прогнозирования и

проектирования пар и узлов трения может быть увеличена в 4-5 раз.

Пятая глава посвящена разработке принципов синтеза информационно-аналитических сетей с распределенными автоматизированными приборами и локальными трибокомплексами. Подобные сети позволяют организовать гибкую рабочую среду исследователя, оперативно и эффективно пользоваться возможностями трибоиспытательного оборудования и банков данных, в том числб находящихся па значительном удалении от пользователя.

Испытания распределенной сети производились на внутригородском и междугородном соединении. Преобразование сигналов осуществлялось при помощи Hayes/V.42bia - совместила асинхронных модемов. Устойчивое функционирование распределенной сети достигалось при скорости обмена по телефонному каналу 1200 бит/о.

Анализ целесообразности и эффективности наиболее распространенных систем телекоммуникаций, результатов пересылки файлов и удаленного доступа показал, что при организации единой распределенной трибосети наиболее приемлемыми- являются пакеты удаленного доступа The Horton pcANYWHERE H/R-4.5, LAN 4.5, Lotus cc:Mail.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан и введен в эксплуатацию автсматизгфовашшй три-бокомплекс, включающий приборы для оценки фпзико-мэхЕплческих свойств и микротопографии поверхностей, установки для проведения испытаний на трение и износ при различных схемах контактирования. Объединение приборов и установок в единый трибокс.'яглокс произведено при помощи локальной вычислительной сети. Открытая структура трибокомплекса дает возможность включать в его состав и другие приборы и установки, необходимые для решения конкретных задач.

2. Составлена методика применения трибокомплекса, позволяющая в автоматизированном режиме выбирать, определять.и практически использовать геометрические, физико-механические и триботехническиэ характеристики поверхностей, в 4-5 раз повысить производительность испытаний и оценок, уменьшить длительность проектирования и прогнозирования работоспосбности узлов трения.

3. Спроектирован и изготовлен прибор ПАВП-1 для автоматизированного представления и анализа профилограмм с использованием компьютера. С помощью прибора ПАВП-1 можно записывать информацию о геометрии поверхностей на магнитный носитель для последующей обработки., . .

4. Создан пакет программ, осуществляющий представление и вна-

лиз профиля с помощью компьютера и позволяющий устанавливать все стандартные характеристики шероховатости поверхности, а также ряд нестандартных показателей, существенно влияющих на свойства контакта (к ним относятся, например, угол наклона и радиус вершин выступов, высота сглаживания, параметры распределения материала в поверхностном слое).

5. Предложен ударно-маятниковый метод и на его основе спроектированы и изготовлены приборы ПАУД-1 (авторское свидетельство N 1744587) и ПАУД-2 для автоматизированного послойного определения упруго-диссипативных свойств поверхностей трения, предназначенные для автономной роботы (в том числе и в полевых условиях) и для работы совместно с компьютером.

6. Разработаны пакеты прикладных программ для эффективного применения приборов ПАУД-1 и ПАУД-2, дакше возможность управлять вводом информации в компьютер и получать упруго-дассшативные характеристики исследуемых поверхностей.

7. Для комплектования автоматизированного- комплекса разработан и модернизирован ряд трибометров и машин трения, создана оригинальная установка УТП-4 для изучения реверсивно-прямолинейного трения (полоЕИтельное решение на изобретение от 10.01.92 г. по заявке N 4827450).

8. С целью проверки эффективности трибокомплекса и методики его применения выполнены расчетные и экспериментальные оценки металлических поверхностей для разнообразных условий трения. На основе полученных результатов сформирован банк данных, построена серия р&грессионных моделей трибопроцессов, установлен ряд закономерностей трения и изнашивания изученных поверхностей. Найденные зависимости согласуются с известными положениями и дополняют их.

9. При помощи созданных автоматизированного трнбокомплекса и методики его использования решен ряд практических задач: спроектирован подшипник скольжения с составной цапфой, определены пути обеспечения работоспособности узлов трения для высокофорсированных авиационных дизелей, повышена износостойкость опор скольжения натискных валов полиграфических машин, установлены условия изготовления и эксплуатации опор транспортных систем отечественных АЛПДО1Й. Большинство разработок по оптимизации трибосвойств подвижных сопряжений внедрены в производство.

10. На основе полученных с помощью сформированной локальной трибосети результатов и литературных рекомендаций определены принципы синтеза и эксплуатации единой распределенной информационно-вычислительной трибологической сети, позволяющей с максимальной

эффективностью использовать возможности и данные территориально удаленных автоматизированных трибокомплексов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Zamyatln A..J. Emploiraent of computer facilities in studying the properties of friction surfaces // Medzlnarodne symposium IIJTERTRIBO193.- Bratislava: ZSVTS, 1993, V. 3. P. 218-219.

2. Zamyatln A.Yu., Zamyatln Yu.F. Experiment - theoretical estimation of the trlbologio properties of otructural materials // Trlbologla - teorla i praktyka: VII sympozjum eksploatacji urzadzen technicznych.- Radom-Kozubnic: MCNEMT, 1993, N 4/5*93. P. 421-424.

3. Драпкин Б.М., Замятин А.Ю., Замятина. Л.А. Влияние фрикционного воздействия на контактный модуль упругости металлических поверхностей трения // Материалы мэкдунар. научно-практического семинара BSlAVYANTflIB0-1Рийшск: КТО СЕЗАМУ-РАТИ.- С. 72-74.

4. Замятин А.Ю., Замятин Ю.П. Пр:шц!шы построения распределенных компьютерных трибосетей //-'Там же. С. 74-80.

5. Безъязычный В.Ф., Замятин А.В., Телегин Г.Н., Шчерзк 1!. Трибоиспытательное оборудование // Рвсшир. тез. докл. семинара "Триболог-Эм" с междунар. участием.- Рыбинск: М5 СЕЗАМУ - РАТИ, 1992.- С. 14-16.

6. Демкин II.Б., Замяиш А.Ю. Автоматизация трибоиспытакгЛ // Гам ке. С. 24-30.

7. Замятин А.Ю., Замятин Ю.П., Драшаш Б.М. Прибор ИП1-СЕЗАМУ для автоматизированного определения состояния и упругих свойств поверхностей твердых тел // Приборы и техника эксперимента. N 3, 1992.- С. 236-237.

8. Замятш А.Ю. Характеристика и результаты практического использования автоматизированной системы ПАУД НФ СЕЗАМУ // Расшир. тез. докл. семинара-смотра "Триболог-8м" с междунар. участием.-Рыбинск: № СЕЗАМУ - РАТИ, 1ЭЭ1. С. 66-78.

9. Гусарил О.Г., Замятин А.Ю., Леонтьева Л.М., Новикова Н.м. Оценка фрикционных свойств титановых сплавов в условиях работы зубчатых передач // Тезисы докл. междунар. научно-практического семинара-коллоквиума "Триболог-7м".-Рыбинск: РАТИ, 1Э91. С. 50-52.

10. Замяиш А.Ю. Направления автоматизации и компьютеризации трпЗоизысканпй и трибооценок//Доклади, изнесени на Национален се-мшар с междунар. участие "Трибология191".- София: Координашюнен центтр по трибологии,' 1ЭЭ1. С. 103- 105.

11. Замяиш ¡О.П., Ванеев A.M., Замятин А.В., Кузнецова С.А.

Технология финишной обработки подшипниковых втулок полиграфических машин // Доклада, изнесени на Национален семинар с мехдунар. участие "Трибология' 91й.- София: Координвционен центьр по трибология, 1991. С. 105-107.

12. Замятин А.Ю. Разработка программной системы для оценки физических свойств поверхностей трения скольжения ударным методом // Расшир. тез. докл. семинара-школы "Триболог-бМ" с межд. участием.- Рыбинск, РАТИ, 1990. С. 94-96.

13. Замятин О.П., Драпкин Б.М., Замятин A.D. Автоматизированное. определение упруго-диссипагивных свойств и общего состояния поверхностей трения // INSYC0NT - III International symposium.- Krakow: Publisher AMM, 1990. P. 471-477.

14. Замятин Ю.П., Замятин A.D. Испытательный трибокомплекс // Сб. докл. национального семинара с междунар. участием.- София: Технический университет, т. 1, 1990. С. 123-129.

15. Замятин Ю.П. ,* Телегин Г.Н., Замятин А.Ю. Принципы диагностирования основных опор качения авиационных ГТД по характеристикам смазочной среда // Sbornik prednaaek z celostatni Konierence, vol. 2.- Praha, 6.-8.. cervna, 1990. С. Б91-В98.

* 16. A.C. H 1744587 СССР, МКИ3 G 01 N 3/56. Устройство для определения состояния и упругих свойств поверхностей трения / Ю.П. Замятин, А.Ю. Замятин, A.C. Новиков, Б.М. Драпкин. // Б.И. - 1992, N 24.

17.' Положительное решение ВНИИГПЭ от 10.01.92 по заявке N 4827450/28 (056181). Установка для испытания материалов при реверсивно-прямолинейном трении / Замятина Л.А., Замятин А.Ю., Новиков A.C.