автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Термоэлектрический метод контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения

^ ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ^ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВА Елена Владимировна

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУР В ЗОНЕ СУХОГО ТРЕНИЯ С УЧЕТОМ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯ

Специальность 05 11 13 - Приборы и методы контроля природной среды,

веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел, 2008 г

003167932

Работа выполнена на кафедре «Приборостроение, метрология и сертификаци Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образ ния «Орловский государственный технический университет» (ОрелГТУ)

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Ногачева Татьяна Ивановна

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Шкатов Петр Николаевич

кандидат технических наук Семина Елена Викторовна

Ведущая организация Московский государственный университет

путей сообщения (МИИТ)

Защита состоится «-^О » илс^Х. 2008 г в часов на заседании диссерт онного совета-4 2'2 /¿г О/в Орловском государственном техническом университет адресу 302020, Россия, г Орел, Наугорское шоссе, 29, (ауд 212) факс (4862) 41-98-19, тел (4862)41-66-84

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государствен технического университета

Автореферат разослан « /Л » 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д212182 01, доктор технических наук, профессор и^* Суздальцев А И

Общая характеристика работы Актуальность работы. Известно, что на скорость и характер изнашивания трущихся материалов существенное влияние оказывает температура фрикционного контакта, так как с повышением температуры интенсифицируются процессы разрушения поверхностного слоя трущихся элементов Поэтому в первую очередь интерес представляет изучение распределения высоких температур по зоне трения Сложность определения температур в зоне трения обусловлена невозможностью применения измерительных преобразователей без нарушения режима работы трибопары, поэтому в настоящее время для измерения температур непосредственно в зоне трения применяют метод естественной термопары Существенный вклад в развитие термоэлектрического метода измерения температур в зоне трения внесли Ф Боуден, К Ридлер, Д Тейбор, И В Крагельский, С Н Постников, А И Свириденок и др Однако этот метод позволяет определить только температуру, усредненную по зоне трения

Температурное поле в зоне трения носит случайный характер, так как источниками нагрева являются микронеровности на поверхностях трущихся элементов, которые имеют различную микрогеометрию и твердость, и поэтому зона трения не может характеризоваться каким-нибудь одним значением температуры Большую сложность при измерении максимальных температур вносит кратковременность температурных вспышек При высоком качестве обработки поверхности плотность расположения микронеровносгей чрезвычайно высока (на 1 мм2 приходится 106 - 107 микронеровностей) Если предположить, что из указанных микронеровностей одновременно контактируют 0,01-0,1 %, то и при этом одновременно в контакт вступают 100-1000 микронеровностей на 1 мм2 При указанной плотности расположения микронеровностей длительность существования температурной вспышки составляет 10~7 —10 секунды (при скорости трения 10 м/с) Случайный характер расположения микронеровностей в совокупности с неоднородно-стями свойств поверхностного слоя, в частности, твердости и микродефектов структуры, приводит к тому, что распределение температур по микронеровностям также является случайным

Поэтому характеризовать температуру поверхностей трения, в том числе возникновение на малых локальных площадках зоны трения высоких температур, можно только на основе вероятностных характеристик распределения температур по зоне трения Вследствие этого анализ температурного поля в зоне трения должен проводиться на основе вероятностного описания свойств материалов трущихся элементов и их поверхностей, а также взаимодействия последних друг с другом в процессе трения Решению этой задачи и посвящена диссертационная работа

Актуальность работы подтверждается ее включением в тематический план НИР «Разработка научной базы для технологий триботехнических испытаний и диагностики электрическими методами» при поддержке Рособразования

Объект исследования: зона сухого трения электропроводящих тел Предмет исследований: температурное поле в зоне сухого трения электропроводящих тел

Целью диссертационной работы является разработка термоэлектрического метода контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения, позволяющего повысить достоверность контроля максимальных температур

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи 1) провести теоретический анализ особенностей метода естественной термопары при контроле температур в зоне сухого трения, с учетом многоточечное™ контакта в зоне трения, малой длительности существования единичных микроконтактов и термоэлектрической неоднородности материалов пар трения,

2) разработать методику определения объемной (усредненной по некоторому об му) термоэлектрической способности (ТЭС) материалов,

3) разработать методику определения поверхностной ТЭС материалов,

4) разработать устройство для измерения поверхностной термоэлектрической с собности электропроводящих материалов,

5) разработать методику определения вероятности появления в зоне трения темп тур, превосходящих заданный предел, на основе предварительного исследования тер электрической неоднородности элементов пары трения,

6) разработать экспериментальную установку для апробации термоэлектрическ метода контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической нео родности материалов трибосопряжения

Методы и средства исследования. В работе используются методы анализа экв лентных электрических схем при исследовании процессов контактирования микроне ностей в зоне трения, вероятностного, численного, корреляционного и регрессионн анализов и цифровой обработки сигналов

Экспериментальные исследования проводились с использованием современ средств измерения и на оригинальных установках, выполненных с использован средств вычислительной техники

Положения, выносимые на защиту:

- метод определения поверхностной ТЭС материалов,

- методика определения вероятности появления в зоне трения температур, прево дящих заданный предел, на основе предварительного исследования термоэлектричес неоднородности элементов пары трения,

- принцип действия устройства для измерения термоэлектрической способности верхностных слоев материалов, предусматривающего использование электронного бл управления ключами и цифровой обработки сигналов

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в том, что

- разработана модель распределения температурного поля в приповерхностной ласти материала, основанная на взаимодействии электрического и теплового поле учетом распределения плотности электрического тока при электроимпульсном лок ном нагреве,

- разработан метод определения поверхностной ТЭС электропроводящих матери-основанный на использовании электроимпульсного токового нагрева локальной зон учетом распределения температурного поля в приповерхностной области материала,

- разработана методика определения вероятности появления в зоне трения темп тур, превосходящих заданный предел, включающая в себя методики определения об ной и поверхностной ТЭС материалов и алгоритм расчета закона распределения коэф циент преобразования (КП) естественной термопары методом композиции законов пределения ТЭС материалов трибосопряжения,

- предложен алгоритм определения термоэлектрической способности поверхност слоев материалов, основанный на анализе переходных тепловых процессов, получен с помощью устройства для измерения ТЭС поверхностных слоев материалов

Практическая ценность результатов работы заключается в следующем

1) Разработан термоэлектрический метод контроля температур в зоне сухого тр с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения,

2)Предложено термоэлектрическое устройство контроля термоэлектрической собности поверхностных слоев материалов, основанное на методе электроимпульс теплопередачи, защищенное Патентом РФ № 2306553,

3) Предложено термоэлектроимпульсное устройство контроля термоэлектричес способности поверхностных слоев материалов, основанное на методе электроимпу ной теплопередачи, защищенное Патентом РФ №2307345

Результаты диссертационного исследования и указанные устройства используются для проведения научно-исследовательских работ сотрудников, аспирантов и студентов ОрелГТУ

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на 4 Международных конференциях и семинарах

1) Международный научный симпозиум «Гидродинамическая теория смазки - 120 лет», Орел, 2006 г

2) Международная 5-я научно-практическая конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», Москва, 2006 г,

3) Международная школа-семинар молодых ученых «Проблемы экономики и менеджмента качества», Тамбов, 2006 г,

4) Шестая международная научно-техническая конференция «Чкаловские чтения», Егорьевск, 2007 г

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе два патента РФ

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 200 страницах машинописного текста, иллюстрируется 66 рисунками (в том числе 17 в приложении), 65 таблицами (в том числе 37 в приложении), состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 137 наименований

Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследования, приведены основные научные положения и результаты, выносимые на защиту, а также сведения об апробации и реализации результатов работы

В первой главе проанализировано влияние максимальных температур, развиваемых в зоне трения, на процессы изнашивания трибоэлементов в режиме сухого трения Показано, что максимальные температуры, обусловленные температурными вспышками, интенсифицируют процессы разрушения поверхностей трибосопряжения

Отмечено, что максимальные температуры развиваются в поверхностных слоях материалов трибосопряжений, и наряду с другими факторами, вызывают модификацию этих слоев и образование сложной неоднородной как по поверхности, так и по глубине структуры

Проведен обзор методов определения максимальной температуры в зоне трения Показано, что из всех методов экспериментально определять максимальную температуру непосредственно в зоне трения реальных трибосопряжений можно путем использования естественных измерительных преобразователей, таких как резистивный и термоэлектрический Из указанных преобразователей наиболее перспективен термоэлектрический, при котором элементы трибопары используются как электроды естественной термопары Вследствие этого обоснована необходимость теоретического анализа метода естественной термопары при контроле максимальных температур в зоне сухого трения и разработки на его основе метода определения вероятности появления в зоне трения температур, превосходящих заданный предел

Во второй главе проведен теоретический анализ особенностей метода естественной термопары при контроле температур в зоне сухого трения

В машиностроении используются материалы, термоэлектрические свойства которых близки друг к другу, поэтому образованные ими естественные термопары имеют малый коэффициент преобразования (КП), и, соответственно, малые значения генерируемых термоЭДС (десятки микровольт) Эта особенность метода требует применения современных высокочувствительных средств измерения малых сигналов

Наиболее сложными и малоизученными до настоящего момента факторами, влияющими на измерение максимальных температур, в зоне сухого трения являются

- многоточечность контакта, и как следствие этого, одновременное включение мно-

жества источников термоЭДС,

- малая длительность существования единичных микроконтактов, которым соот ствует кратковременность импульсов термоЭДС,

- термоэлектрическая неоднородность материалов пар трения, вызывающая ф туации КП естественной термопары

Проведен анализ эквивалентной схемы включения источников термоЭДС в много чечном контакте (рисунок 1)

Электрические цепи, образуемые парами контактирующих микронеровностей на рассматриваемом участке, соединены параллельно, поэтому общее напряжение, создаваемое всеми термоЭДС единичных контактов при разомкнутой внешней цепи является некоторой усредненной величиной, определяемой выражением

ТУК

(i)

и Е2, - термоЭДС, генерируемые за счет градиентов температурного поля в основной массе этих материалов, Ru, R]2 R]„ и R2i, R22 Rin ~ внутренние сопротивления единичных источников термоЭДС Рисунок 1 - Схема многот

чечного контакта термопа

В подповерхностном слое за счет явления растекания тока и малого сопротивле материала происходит выравнивание потенциала, и поэтому ниже расположенные с каждого из материалов на электрической схеме представлены участками цепи, содер щими генератор E¡ с внутренним сопротивлением R¡ для первого материала и генера Е2 с внутренним сопротивлением Я2 для второго ©ь ©2 ©„ - температуры единич контактов, ©ю и ®2о - температуры на границе поверхностных слоев и основных м риалов, ©ос - температура окружающей среды Сопротивления электрической цепи к дого единичного микроконтакта R„ равно R„ = R}, + R2, + R„„ где Rm - переходное con тивление микроконтакта

После проведенных преобразований среднее арифметическое значение напряже на микроконтактах определяется выражением

'ср~ ^2ср ©СР) ~ (^Icp ©10 ~ $2ср ®2о) '

(2)

где 5'1ср и 52ср - средние значения ТЭС материалов микровыступов Относительные значения колебаний мгновенных значений термоЭДС

SU =

A U

ит

-[0,48(5,

Юр еср - ^2ср ©ср) + 3,2(51ср 01О - 52ср 02О

Mjn

('^lcp ©ср ~ ^2ср

В случае, когда ©ю=©2о

ср

= (Slef~S.

®сР)-(51ср01о-52ср02О)

ÓU=-

ср ~~ V"lcp

(Slcp -s:

2ср)(®,

2ср)(О,480ср

-0,

ср -ю + 3,20

«№сР -52ср)(0со-01О)

(3)

(4)

^Мср _'-,2ср А^ср

При любых значениях величин, входящих в выражение (4), оно будет отрицат ным Если не выполняется условие 01О = 02о, то анализировать выражение (4) стано ся сложно Но при трении тел, имеющих достаточно близкие по значению теплофиз ские характеристики можно говорить о том, что условие 0,о = 02О выполняется с н торым приближением Таким образом, взаимное шунтирование электрических це созданных парами контактирующих микронеровностей, позволяет определить некото усредненное значение напряжения, которое всегда несколько меньше среднего

При взаимном перемещении трибоэлементов каждый из нагретых вследствие тре

микроконтактов генерирует импульс термоЭДС, длительность которого обусловлена временем существования контакта Эти импульсы термоЭДС, складываются друг с другом, образуя импульсный процесс практически непрерывного генерирования термоЭДС При этом мгновенное значение термоЭДС характеризует усредненное значение температуры трения как по площади контактирования трибоэлементов, так и по времени, что обусловлено максимальной дискретизацией измерительного канала Так как уменьшение площади контактирования ограничено реальными конструктивными особенностями три-бопары, необходимо стремиться уменьшать хотя бы усреднение по времени, ограничивая его временем существования температурных вспышек, влияющих на формирование всплесков термоЭДС, соответствующих максимальным температурам, усредненным по некоторой площади контактирования По Ахматову средняя продолжительность жизни контакта при обыденных условиях трения составляет 10" 10"6 с Этот временной диапазон является наиболее интересным при исследовании максимальных температур

В процессе обработки поверхностей трения и приработки у изделий формируются поверхностные слои с определенными свойствами, сохраняющиеся практически неизменными на протяжении работы трибопары в период устойчивого изнашивания Эти слои характеризуются структурной и физико-химической неоднородностью, вызывающей их термоэлектрическую неоднородность, а вследствие этого и флуктуации КП естественной термопары Поэтому предлагается методика определения вероятности появления в зоне трения температур, превосходящих заданный предел на основе предварительного исследования термоэлектрической неоднородности материалов элементов пары трения

Методика заключается в осуществлении следующих этапов

- определение распределения ТЭС материалов трибопары по их поверхностям,

- построение гистограмм распределения ТЭС материалов трибопары с параметрами 5,, Ря и SJ, Р5], где I и у - номера интервалов гистограмм, и средние значения ТЭС каждого из материалов в г-том и у-том интервале соответственно, Р3, и Р^ - соответствующие вероятности попадания в указанный интервал,

- определение распределения КП естественной термопары 5 вероятностным методом Для этого методом композиции законов распределения ТЭС 5, и вычисляются значение КП 5';/ при различных сочетаниях и , а также значения соответствующих им вероятностей РХ1/ = Р5, Р5],

- нахождение в полученной совокупности значений КП Бц максимального значения КП - Б у тах и минимального - 5ут1П соответственно,

- определение шага гистограммы распределения КП 5(ц)к = (5утах - Бутт )1п, где п -количество интервалов, на которые разбивается гистограмма, вероятности попадания в

указанные интервалы ^ РЯ/ = ,

■Ь/гшп +п$(1])к

вычисление плотности распределения КП естественной термопары

„ _ рьш/

Рбш ~ /о >

- построение гистограммы и интегральной функции распределения КП,

- построение плотности распределения КП естественной термопары (рисунок 2)

В соответствие с рисунком 2 при обработке экспериментально полученных мгновенных значений термоЭДС Е,, характеризующих мгновенное значение температуры 0,,

для определения значения последней с заданной вероятностью Р3 следует поделить полученное значение Е, на значение КП БуР соответствующее вероятности Р © =

При этом можно утверждать, что температура в зоне контакта превышает рассчитанную температуру 0, с вероятностью Р3

В третьей главе рассмотрен комплекс вопросов, связанных с разработкой мето определения объемной и поверхностной ТЭС материалов и устройств, позволяю реализовать эти методики, необходимых для получения плотности распределения КП тественных термопар Проведены исследования распределений объемных и поверхно ных ТЭС и КП на примере трибосопряжения вал-вкладыш подшипника скольжения, готовленных из стали 45 и латуни ЛС 59 соответственно

Проведен анализ возможных схем, используемых для исследования объемной Т материалов На его основании разработана схема, методика и устройство определе объемной ТЭС материала (рисунок 3)

Сущность методики определения объемной ТЭС материалов заключается в следу щем Измерительный наконечник Н1, представляющий собой заостренный спай ст дартной искусственной термопары 2, помещенный в нагревательный элемент 3, к ко рому подводится заданное значение напряжения от регулируемого источника 4, нагре ется до установившегося значения температуры После прогрева измерительного на нечника, последний устанавливается в исследуемую точку Измерения проводят в ус новившемся режиме, которому соответствует постоянство значений термоЭДС ЕРУ1 Еру2 (рисунок 4), генерируемых искусственной и полуестественной термопарами со ветственно За это время происходит прогрев некоторого объема материала, включаю го в себя поверхностные и подповерхностные слои

Выражение для расчета объемной ТЭС материалов в исследуемой точке, имеет ви

5м1 = *уг ^тп - 5"н, (5)

£>ру\

где 5ТП - коэффициент преобразования искусственной термопары, 5Н - ТЭС материала измерительного наконечника

Анализ переходного процесса показал, что через 5 секунд после установления из рительного наконечника на контролируемую поверхность дальнейшее изменение ТЭС превосходит 5 % от установившегося значения По этим же зависимостям с некотор приближением можно определить поверхностную ТЭС материала путем экстраполя на один шаг двух зависимостей, аппроксимирующих точки на кривых ЕРУ], ЕРУ2 по установления измерительного наконечника на материал, и нахождения значений необ димых для определения поверхностной ТЭС материала

Проведенные на разработанном устройстве по предложенной методике исследо ния, основные результаты которых сведены в таблицу 1, показали, что закон распреде ния объемного КП исследуемой естественной термопары несимметричен Для дан пары трения существует вероятность (Р = 0,05), при которой объемный КП термопа равен нулю, что при многоточечном контакте может вести к занижению усредненной площади температуры

Большие значения дисперсий объемной ТЭС для обоих материалов могут быть о яснены существенным вкладом в результаты измерений термоэлектрической неоднор ности поверхностных слоев материалов трибопары Рассчитанные по предложенному

Рисунок 2 - График зависимости плоти сти распределения КП от значений КП

горитму методом экстраполяции значения поверхностной ТЭС материала отличаются по значениям от объемной Однако метод экстраполяции делает результаты определения поверхностной ТЭС весьма приближенными, поэтому с целью повышения точности раз-

□=

Л

! 1 2.4

— -л й-" и

— * 1«

1 - исследуемый материал, 2 - стандартная хро-мель-копелевая термопара, 3 - нагревательный элемент, 4 - регулируемый источник напряжения, 5 -двухканальный дифференциальный усилитель, 6 -двухканальный АЦП, 7 - компьютер, 8 - блок, обеспечивающий постоянство прижима измерительного наконечника, 9 - механизм перемещения объекта контроля

Рисунок 3 - Схема устройства измерения объемной ТЭС материалов

К2

■ КЗ

а) сигнал измерителя напряжения Р\П,

б) сигнал измерителя напряжения РУ2 Рисунок 4 - Примеры записей значений Еру1 и Еру2, измеренных в одной точке исследуемой поверхности

На два устройства для измерения поверхностной ТЭС материалов получены патенты РФ На основе анализа возможных методов измерения поверхностной ТЭС отдано предпочтение методу электроимпульсного нагрева током, позволяющему регулировать тепловую энергию, подводимую к исследуемому микрообъему материала Разработана схема, методика и устройство определения поверхностной ТЭС материала (рисунок 5) Методика измерения ТЭС поверхно- ^

стных слоев материалов заключается в ю

следующем Измерительный наконечник Н1, представляющий собой спай стандартной искусственной термопары 2, устанавливается в исследуемую точку материала 1 Процессами заряда конденсатора С от источника напряжения Е управляет мощный быстродействующий электронный ключ К1 Аналогичные ключи К2 и КЗ расположены в цепи разряда конденсатора Во время заряда конденсатора ключ К1 находится в замкнутом положении, обеспечивая подключение конденсатора к источнику напряжения, а ключи К2 и КЗ разомкнуты По окончании процесса заряда ключ К1 размыкается

* ЕругН/~,

1 - исследуемый материал, 2 - электрод разряда, 3 -стандартная хромель-алюмелевая термопара, 4 - регулируемый источник напряжения, 4 - двухканальный дифференциальный усилитель, 5 - двухканальный АЦП, 6 - компьютер, 7 - блок управления электронными ключами

Рисунок 5 -

- Схема устройства измерения поверхностной ТЭС материалов

Для начала процесса разряда конденсатора ключ К2 замыкается и разрядный ток, протекая через измерительный наконечник Н1 и материал, нагревает микрообъем материала Через заданный интервал времени после начала разряда конденсатора, достаточный для нагрева точки контроля до заданной температуры, ключ К2 размыкается, не давая напряжению с обкладок конденсатора поступать на вход усилителя 4, предназначенного для усиления термоЭДС искусственной термопары При этом замыкается ключ КЗ, создавая цепь с крайне малым сопротивлением для стекания оставшегося заряда конден-

сатора, и тем самым исключается просачивание оставшегося на конденсаторе напряг ния через разомкнутый ключ К2. На второй вход усилителя поступает сигнал, гене| руемый полуестественной термопарой, составленной измерительным наконечников исследуемым материалом. Значение ТЭС поверхностных слоев материалов вычисляю'1 по формуле (5).

В используемой экспериментальной установке (рисунок 5) выбор уровня заряда к денсатора определяется необходимой температурой в точке контроля и эта темпера-Н должна быть достаточной для регистрации термоэлектрического эффекта, но не дол^ быть больше той, которая приводит к структурным изменениям. Так как указанная т? пература зависит от напряжения на конденсаторе, поскольку сопротивление в цепи п держивается постоянным, автором предложено исследовать микроскопическим метод следы разряда конденсатора, заряженного до различного уровня напряжений, на исс! дуемом образце. Для этого на пластинках, изготовленных из материалов сталь 45 и | тунь ЛС 59, нанесена сетка, в центре ячеек которой, разряжали конденсатор, заряженн до различных уровней. Ниже приведены фотографии мест разряда, полученные на м| роскопе Ахюэкор 2 МАТ фирмы "Карл Цейсс" (рисунок 6).

Рисунок 6 - Фотографии следов разряда, полученные на Рисунок 7 - Температура десяти слс микроскопе АхюБкор 2 МАТ фирмы "Карл Цейсс" латуни ЛС59, нагретых электро-

импульсным методом

На основе анализа полученных фотографий, сделан вывод о том, что при разр конденсатора, заряженного до уровня менее 7,4 В, никаких структурных изменений в териале сталь 45 уже не наблюдается, а для материала латунь ЛС 59 таким уровнем 3с да конденсатора является - 4,2 В. Поэтому для исследования различных материалов с дует выбирать различные уровни разрядного тока. Несмотря на то, что для стали мо>, было использовать гораздо большее напряжение, для дальнейшего сопоставления зультатов в исследованиях выбран уровень 4 В (несколько ниже для уменьшения вер< ности структурных изменений в материале ЛС59).

Для определения температуры в области контакта электрода разряда с материа при прохождении через него электрического тока разряда конденсатора произведен ] чет распределения температур в различных точках исследуемого материала. Так кс разработанной установке разряд конденсатора через измерительный электрод прерь| ется через 100 мкс в расчетах принято, что электрический ток уменьшается по экспоь циальному закону и через 100 мкс прерывается электронной схемой. По приведен» алгоритму рассчитана температура десяти слоев материала вкладыша подшипн" скольжения - латуни ЛС59, каждый слой имел толщину 5 мкм (рисунок 7).3а уст ленное время разряда конденсатора происходит прогрев верхних слоев материала, кс рые вносят существенный вклад в измеряемую термоЭДС. Постепенно температур поле распространяется вглубь образца, и результаты измерения характеризуют тей электрические свойства большего объема материала. Через 500 мкс наблюдается по с; ний максимум температуры в десятом слое, который ещё может сыграть роль в фор! ровании суммарной термоЭДС, после этого времени происходит постепенное охлая

ние всех слоев материала В разработанной установке запись двух термоЭДС начинается через 100 мкс после начала разряда конденсатора По приближенным расчетам за это время прогревается слой материала толщиной около 25 мкм

Анализ многократно записанных на установке кривых (рисунок 8) показал, что через 500 мкс после разряда конденсатора начинаются устойчивые процессы охлаждения Именно с этого момента графики кривых термоЭДС естественной и полуестественной термопар 1 и 2 аппроксимируются экспоненциальными зависимостями вида1 Е\ = Ею е"3' и Е2 = Е20 е~"В2 Искомое значение поверхностной ТЭС рассчитывают по формуле (5), где ЕРГ] = Ею, Еру2 — Е2о

Проведенные на разработанном устройстве по предложенной методике исследования, основные результаты которых сведены в таблицу 1, показали, что, закон распределения поверхностного КП естественной термопары несимметричен Однако в этом случае наблюдается перекос закона плотности вероятности КП в сторону отрицательных значений, но, как и в предыдущем исследовании велика вероятность занижения температуры и довольно значимой является вероятность того, что поверхностный КП естест- Рисун0к 8 - Примеры записей значений еру1 и венной термопары будет равна нулю (Р = 0,15) еру2, измеренных в одной точке исследуемой

поверхности, и рассчитанные по ним зависимости отношений этих напряжений На основании полученных результатов сделаны следующие выводы Термоэлектрические свойства поверхностных слоев сильно отличаются от объемных Кроме этого дисперсия ТЭС поверхностных слоев по материалу значительно превышает дисперсию объемной ТЭС Обращает на себя внимание изменение знака поверхностного КП естественной термопары по сравнению с объемным Это может быть объяснено значительным отличием подвижности электронов в поверхностных слоях материала по сравнению с этой же подвижностью во внутренних и различием в значениях поверхностных потенциалов в рассматриваемой паре трения При этом разительное на первый взгляд изменение термоэлектрической способности материала в действительности соответствует относительно небольшому изменению свойства материала характеризуемого абсолютной термоЭДС по отношению к сверхпроводнику Так, например, для материала сталь 45 объемная абсолютная по отношению к сверхпроводнику термоЭДС составляет 17,13 мкВЛС, а поверхностная - 15,58 мкВЛС, то есть отличаются на 9%

Вьивленное изменение знака поверхностного КП исследуемой естественной термопары по сравнению с объемным КП теоретически может позволить определить какой из КП доминирует при генерировании термоЭДС естественной термопарой в процессе ее работы Однако, как показали дальнейшие исследования - при записи термоЭДС, генерируемой естественной термопарой в процессе ее работы, последняя имела положительный знак для стали по отношению к латуни и, следовательно, доминировал объемный КП Это можно объяснить практически мгновенным процессом передачи тепловой энергии из тонкого поверхностного слоя в подповерхностный А также тем, что генерируемая термоЭДС является усредненной по площади и по зоне контактирования, а при тех конструктивных особенностях, которые имеет установка для измерения максимальных температур, прогреваются поверхностные и подповерхностные слои Этим и объясняется то, что при расчете температур используется объемный КП естественной термопары

Таблица 1 - Сравнение объемных и поверхностных термоэлектрических свойств материала

Параметр Объемное значение Поверхностное значение

Вал (Сталь 45)

Среднее значение ТЭС 5М 5СТ +8,06 мкВЛС 5ПСХ =+7,51 мкВЛС

Дисперсия измерения ТЭС по поверхности а, = ЛСТ 0,26 (мкВЛС)2 а,- ¿ПС1 = 4,58 (мкВЛС)2

Гистограмма распределения 1; К

за V.......|" Ч Г-" 5

> 4 , .» 7, шЯ/С .М.

Вкладыш подшипника скольжения (Латунь ЛС59)

Среднее значение ТЭС +6,61 мкВЛС ^плс = +10,47 мкВЛС

Дисперсия измерения ТЭС по поверхности СТг = ¿лс 0,31 (мкВЛС)2 (Тс ■>плс = 12,33 (мкВ/°С)2

Гистограмма распределения ■ Яш/Яш 1!

«* •'" "*"

Трибоспряжение вал - вкладыш подшипника скольжения (Сталь 45-латунь ЛС59)

Среднее значение КП 5(СТ-ЛС1со = 1,45 мкВ/°С ^пгст-лск„ = -2,96 мкВ/°С

Гистограмма распределения КП 1 ч иш^И А ц шШтт

1 1.1» 1.И и? »л/с .л

Интегральная функция распределения КП

м ■1 <Г

5<сглс) ^11(СГ-ЛС)

Закон плотности распределения вероятности КП Мода { \ Медиана И / «1 \

Ч35Г "

:

Дисперсия КП правой части распределения аправ Фправ 0,11 мкВ7°С^ Оправ = 0,44 мкВ'/°Сг

Дисперсия КП левой части распределения Спев стЛсв = 0,08 мкВ7°е Олсв = 0,19 мкВ7°С"

СКО КП правой части распределения а„оав ско = 0,33 мкВ/°С СКО = 0,66 мкВЛС

СКО КП левой части распределения олсв ско = 0,29 мкВЛС СКО = 0,43 мкВЛС

Четвертая глава посвящена апробации термоэлектрического метода определения вероятности появления в зоне трения температур, превосходящих заданный предел

Апробация метода проводилась на установке, позволяющей исследовать термоЭДС, генерируемую естественной термопарой вал-вкладыш подшипника скольжения Установка моделирует стационарные режимы работы трибосопряжения, наиболее часто встречающиеся при эксплуатации машин и механизмов Частота вращения вала двигателя - 1420 мин'1, что обеспечивает при диаметре вала 56 мм линейную скорость 4,16 м/с Записи сигналов термоЭДС (рисунок 9) проводились при трех режимах нагружения 15, 30 и 45 Н Используемая при проведении эксперимента схема регистрации сигнала термоЭДС с частотой дискретизации 111 кГц позволила получить запись значений термоЭДС в указанном диапазоне частот На фоне этих высокочастотных колебаний проявляются низкочастотные колебания большей амплитуды, среди которых наиболее четко выделяются всплески термоЭДС большой амплитуды и длительности Полученная кругло-грамма вала подтвердила предположение о том, что указанные всплески термоЭДС могут быть объяснены периодическими колебаниями зоны трения вследствие отклонения формы вала от цилиндрической Более высокочастотные составляющие колебаний термоЭДС могут быть объяснены совместным воздействием двух явлений наличием более мелких микронеровностей на поверхности вала, а также локальными изменениями твердости и коэффициента преобразования естественной термопары

Для определения температуры в зоне трения сигнал термоЭДС охарактеризован несколькими параметрами, в том числе, средним значением Еср, которое для различных режимов нагружения составило 63,7 мВ (Р=15 Н), 83,6 мВ (Р=30 Н), 108,1 мВ (Р=45 Н) С увеличением нагрузки средняя температура нагрева поверхности трущихся тел возрастает и, следовательно, возрастают средние значения термоЭДС В исследованной три-бопаре моменты времени, в которые могут развиваться максимальные температуры, ответственные за процессы изнашивания и разрушения, соответствуют появлению максимальных всплесков термоЭДС в сигнале Поэтому в работе более подробно рассматривались эти всплески

Рисунок 9 - Фрагменты записи термоЭДС при различных нагрузках а) усилие прижима Р=15 Н, б) усилие прижима Р=30Н, в) усилие прижима Р=45 Н

В таблицу 2 сведены средние значения параметров исследуемых импульсов большой амплитуды для различных режимов нагружения трибопары £ср, АЕср, Етр — средняя амплитуда, превышение амплитуды, наиболее вероятное значение амплитуды термоЭДС максимальных всплесков в исследуемой записи, соответственно, а\ 5 - дисперсия и СКО значений амплитуд термоЭДС максимальных всплесков относительно их среднего значения, соответственно, ршк - удельный вес максимально развиваемых термоЭДС

Таблица 2 - Средние значения параметров исследуемых импульсов большой амплитуды для раз-

Р,Н Еср, мкВ АЕ„, мкВ а, мкВ2 СКО, мкВ Явер, МКВ

15 119,2 55,5 73,9 8,5 119,4 0,71

30 123,6 40,0 50,7 7,1 121,4 0,77

45 131,8 23,7 33,9 5,8 126,6 0,94

Полученные результаты показывают, что с увеличением нагрузки число поло тельных импульсов большой амплитуды и их среднее значение возрастают Резкое у личение количества положительных импульсов при увеличении нагрузки приводи значительному увеличению среднего значения термоЭДС, в результате этого превы ние импульсов большой амплитуды над средним уровнем уменьшается Это привод уменьшению дисперсии и СКО амплитуд импульсов от среднего значения Сказан также подтверждает увеличение средневероятностного значения термоЭДС и удельн веса значений максимально развиваемых термоЭДС от нагрузки

На основе полученных данных о генерируемой термоЭДС и предварительного следования термоэлектрической неоднородности поверхности проведено определе температур, развиваемых в зоне трения

При учете термоэлектрической неоднородности диапазон изменения средней те ратуры гораздо шире, чем тот, который определяется без учета распределения КП е ственной термопары по поверхности трения

Для определения распределения вероятности появления максимальной температуры, соответствующей всплескам термоЭДС, проведена композиция законов распределения всплесков термоЭДС и объемного КП естественной термопары Рассчитаны интегральные кривые распределения (рисунок 10) вероятности появления максимальных температур, соответствующих всплескам термоЭДС, по которым можно сказать с какой вероятностью при заданном доверительном уровне исследуемая температура при выбранном режиме нагружения деления вероятности максимальных темпера трибопары может превысить заданное зна- развиваемых в зоне трения

чение

Так, например, при выбранном доверительном уровне Р* = 0,90 вероятность воз новения температуры 300 °С (таким значением часто нормируется максимал допустимая температура на поверхности трения трибоматериала при кратковремен воздействии) в исследуемом трибосопряжении при усилии прижатия вкладыша под ника скольжения к валу Р = 45 Н лежит в пределах от 0,06 до 0,14, при Р =30 Н - от до 0,09, при Р =15 Н - от 0,01 до 0,07 Этим может объясняться то, что при относител низких средних температурах, регистрируемых методом естественной термопары, в дельных точках после демонтажа трибосопряжения на поверхности трущихся тел блюдаются цвета побежалости и оплавление микронеровностей

Таким образом, используя метод естественной термопары для более точного опр ления распределения температур в процессе трения необходимо

- предварительно определить распределения объемного и поверхностного коэф циента преобразования термопары по поверхности зоны трения, как композицию зако распределения ТЭС материалов трибосопряжения,

- увеличить быстродействие и разрешающую способность регистрирующих м венные значения термоЭДС приборов,

- определять распределение температур в зоне трения непосредственно в проц эксплуатации трибосопряжения вероятностным методом

Заключение

В заключении сформулированы основные результаты работы

е

Рисунок 10 - Интегральные кривые растр

Основные результаты и выводы

1 Анализ методов определения максимальной температуры в зоне трения показал, что единственным методом, позволяющим определить температуру непосредственно в зоне трения, является метод естественной термопары, однако использование этого метода затруднено целым рядом причин, в том числе таких как

- контактирование трущихся поверхностей происходит одновременно во множестве точек, образуя многоточечный контакт, при этом микроконтакты являются источниками термоЭДС, включенными параллельно,

- малая длительность существования единичных микроконтактов, которым соответствует кратковременность всплесков термоЭДС,

- поверхности трибосопряжений обладают термоэлектрической неоднородностью, что вызывает флуктуации коэффициента преобразования естественной термопары

2 В работе доказано, что многоточечность контакта, вызывает уменьшение измеряемой термоЭДС, генерируемой парой трения, по сравнению с ее средним значением, что является одной из причин занижения значений усредненных температур, измеренных методом естественной термопары

3 Для исследования объемной и поверхностной термоэлектрических неоднородно-стей материалов трибосопряжения разработаны методики и устройства, позволяющие исследовать ТЭС поверхностных и объемных слоев материалов Проведены исследования распределения объемной и поверхностной ТЭС материалов трибосопряжений, позволившие выявить различия между значениями указанных величин

4 Разработан термоэлектрический метод определения вероятности появления в зоне трения температур, превосходящих заданный предел, с учетом флуктуаций коэффициента преобразования термопары Метод позволил определить распределение объемного и поверхностного КП естественной термопары путем композиции законов распределения объемных и поверхностных ТЭС материалов трибосопряжения

5 Для пары трения латунь ЛС59-сталь 45 выявлено изменение знака КП естественной термопары, составленной поверхностными слоями материала, по сравнению с объемной Это обстоятельство позволило определить какой из КП доминирует при генерировании термоЭДС естественной термопарой в процессе ее работы При этом определена еще одна причина занижения средней термоЭДС, генерируемой парой трения, которая заключается в возникновении встречных термоЭДС внутри материала, уменьшающих значение суммарного сигнала из-за отличия поверхностного КП естественной термопары по знаку от объемного КП

6 Разработана установка для апробации предложенного метода определения вероятности появления в зоне трения температур, превышающих заданный уровень Опытная эксплуатация установки была проведена с использованием пары трения вал-вкладыш подшипника скольжения, изготовленных из стали 45 и латуни ЛС 59 соответственно С помощью разработанного термоэлектрического метода контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения было, установлено, что при выбранном доверительном уровне Р* = 0,90 вероятность возникновения температуры 300 °С (таким значением часто нормируется максимально-допустимая температура на поверхности трения трибоматериала при кратковременном воздействии) в исследуемом трибосопряжении при усилии прижатия вкладыша подшипника скольжения к валу Р = 45 Н лежит в пределах от 0,05 до 0,14, при Р =30 Н - от 0,02 до 0,09, при Р =15 Н - от 0,01 до 0,07

Список опубликованных работ

1 Кузнецова, Е В Анализ влияния одновременного включения множества источников моЭДС на результаты измерения температуры в зоне трения методом естественной термоп [Текст] / ЕВ Кузнецова // Известия ОрелГТУ Сер Машиностроение Приборостроени Орел ОрелГТУ, 2007 - № 4-3 - С 54-57 (Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВА

2 Кузнецова, Е В Исследование метода определения термоэлектрической способности верхности материала [Текст] /ЕВ Кузнецова, Т И Ногачева, О Г Середа // Известия ОрелГ - 2007 - № 4-3 - С 62-65 (Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВАК)

3 Кузнецова, Е В Влияние неоднородности поверхностей трущихся материалов на изм ние температуры в зоне трения естественным термоэлектрическим датчиком [Текст] /ЕВ нецова // Датчики и системы - 2008 - № 3 - С 19-23 (Журнал из перечня изданий, рекоме ванных ВАК)

4 Патент № 2306553 Российская Федерация, МПК G 01N 25/32 Термоэлектроимпуль устройство для контроля неоднородностей поверхностного слоя металлов и сплавов [Тек А В Калюк, Е В Кузнецова, Т И Ногачева - Опубл 20 09 07, БИПМ № 26

5 Патент № 2307345 Российская Федерация, МПК G 01 N 25/32 Термоэлектрическое ройство для контроля неоднородностей поверхностного слоя металлов и сплавов [Текст] / Калюк, Е В Кузнецова, Т И Ногачева - Опубл 27 09 07, БИПМ № 27

6 Кузнецова, Е В Локальный метод измерения термоэлектрической способности повер стного слоя металлических изделий и его использование при неразрушающем контроле др физических величин [Текст] /ЕВ Кузнецова, Т И Ногачева // Известия ОрелГТУ Сер М ностроение Приборостроение - Орёл ОрелГТУ,2005 -№2 -С 7-14

7 Корндорф, С Ф Исследование возможности определения всплесков температуры в трения, используя нормальный закон распределения значений температуры [Текст] / Корндорф, Е В Кузнецова // Физика, химия и механика трибосисгем Межвуз сб науч тр , ред В Н Латышева - Иваново Иван гос ун-т, 2005 - Вып 4 - С 56-60

8 Кузнецова, Е В Устройство для определения поверхностной термоэлектрической собности материалов [Текст] /ЕВ Кузнецова // 5-я Международная научно-практическая ференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» Тез докладов -М Машиностроение 1, 2006 -С 171

9 Кузнецова, Е В Максимальные температуры в зоне трения и причины, затрудняющи определение [Текст] /ЕВ Кузнецова // Известия ОрелГТУ Сер Машиностроение Приб строение - Орел ОрелГТУ, 2006 -№ 1 -С 31-32

10 Кузнецова, Е В Повышение качества теплового контроля трибосопряжений, рабо щих в режиме сухого трения [Текст] / Кузнецова ЕВ// Проблемы экономики и менеджм качества материалы Международной школы-семинара молодых ученых (25-30 сент 2006г, Тамбов) - Тамбов ТГТУ, 2006 - С 287-289

11 Калюк, А В Способ и устройство для градуирования естественной термопары /А В люк, Е В Кузнецова [Текст] И Гидродинамическая теория смазки — 120 лет Труды Межд родного научного симпозиума В 2-х томах Т2 - М Машиностроение 1, 2006 - С 308-314

12 Кузнецова, Е В Анализ результатов измерения температуры зоны трения методом ственной термопары [Текст] /ЕВ Кузнецова // Чкаловские чтения сборник материалов той международной научно-технической конференции (7-9 июня 2007г, г Егорьевск)- Ег евск ЕАТК ГА им В П Чкалова, 2007 - С 8-9

13 Кузнецова, Е В Методика вероятностной оценки температуры в зоне трения [Тек Е В Кузнецова // Известия ОрелГТУ Сер Фундаментальные проблемы техники и технолог 2007 -№2 - С 111-117

Лицензия ИД №00670 от 05 01 2000 Подписано в печать </] »¿^/2008 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Уел печ л 1 Тираж 100 экз Заказ № Отпечатано с готового оригинал-макета на полиграфической базе ОрелГТУ, 302030, г Орел, ул Московская, 65

Введение

Глава 1 Влияние максимальных температур на процессы изнашивания трибоэлементов в режиме сухого трения и методы их контроля

1.1 Общие представления о процессе изнашивания при сухом трении

1.2 Температурные флуктуации в зоне трения как катализатор процессов изнашивания

1.3 Роль процессов трения в формировании поверхностных слоев трущихся материалов

1.4 Методы определения максимальной температуры в зоне трения

Выводы по главе

Глава 2 Теоретический анализ особенностей метода естественной термопары при контроле максимальных температур в зоне сухого трения

2.1 Особенности метода естественной термопары

2.2 Влияние одновременного включения множества источников термоЭДС на результаты измерения максимальной температуры в зоне трения

2.3 Влияние малой длительности существования единичных микроконтактов на результаты измерения максимальной температуры в зоне трения

2.4 Влияние термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения на результаты измерения максимальной температуры в зоне трения

2.5 Разработка методики определения вероятности появления в зоне трения температур, превосходящих заданный предел на основе предварительного исследования термоэлектрической неоднородности материалов элементов пары трения

Выводы по главе

Глава 3 Исследование коэффициента преобразования естественной термопары вал-подшипник скольжения

3.1 Исследования объемной ТЭС материалов

3.1.1 Анализ схем, используемых для исследования объемной ТЭС материалов

3.1.2 Методика определения объемной ТЭС материалов

3.1.3 Разработка устройства для определения объемной ТЭС материалов

3.1.4 Алгоритм определения объемных термоэлектрических свойств материалов с помощью разработанной установки

3.1.5 Экспериментальные исследования объемной термоэлектрической неоднородности материалов

3.1.6 Определение поверхностной термоэлектрической способности по данным, полученным на установке для исследования объемной ТЭС

3.2 Исследования ТЭС поверхностных слоев материалов

3.2.1 Разработка методики измерения ТЭС поверхностных слоев материалов

3.2.2 Разработка устройства измерения ТЭС поверхностных слоев материалов

3.2.3 Алгоритм проведения измерений поверхностной ТЭС материалов трибосопряжения вал — вкладыш подшипника скольжения

3.2.4 Исследования поверхностной термоэлектрической неоднородности материалов трибопары

3.3 Сравнение объемных и поверхностных термоэлектрических свойств материала

Выводы по главе

Глава 4 Экспериментальное определение температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения

4.1 Экспериментальная установка для апробации термоэлектрического метода контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения

4.2 Предварительные результаты анализа полученных исследований на установке

4.3 Исследование термоЭДС, генерируемой зоной трения

4.4 Определение температур в исследуемой зоне трения с учетом термоэлектрической неоднородности поверхностей трибосопряжения

Выводы по главе

Актуальность

Известно, что на скорость и характер изнашивания трущихся материалов существенное влияние оказывает температура фрикционного контакта, так как с повышением температуры интенсифицируются процессы разрушения поверхностного слоя трущихся элементов. Поэтому в первую очередь интерес представляет изучение распределения высоких температур по зоне трения. Сложность определения температур в зоне трения обусловлена невозможностью применения измерительных преобразователей без нарушения режима работы трибопары, поэтому в настоящее время для измерения температур непосредственно в зоне трения применяют метод естественной термопары. Существенный вклад в развитие термоэлектрического метода измерения температур в зоне трения внесли Ф. Боуден, К. Ридлер, Д. Тейбор, И.В. Крагельский, С.Н. Постников, А.И. Свириденок и др. Однако этот метод позволяет определить только температуру, усредненную по зоне трения.

Температурное поле в зоне трения носит случайный характер, так как источниками нагрева являются микронеровности на поверхностях трущихся элементов, которые имеют различную микрогеометрию и твердость, и поэтому зона трения не может характеризоваться каким-нибудь одним значением температуры. Большую сложность в измерение максимальных температур вносит кратковременность температурных вспышек. При высоком качестве обработки поверхности плотность расположения микронеровностей чрезвы

2 6 7 чайно высока (на 1 мм приходится 10 - 10 микронеровностей). Если предположить, что из указанных микронеровностей одновременно контактируют 0,01-0,1 %, то и при этом одновременно в контакт вступают 100-1000 микрол неровностей на 1 мм . При указанной плотности расположения микронеровп ностей длительность существования температурной вспышки составляет 10" - 10"8 секунды (при скорости трения 10 м/с). Случайный характер расположения микронеровностей в совокупности с неоднородностями свойств поверхностного слоя, в частности, твердости и микродефектов структуры, приводит к тому, что распределение температур по микронеровностям также является случайным.

Поэтому характеризовать температуру поверхностей трения, в том числе возникновение на малых локальных площадках зоны трения высоких температур, можно только на основе вероятностных характеристик распределения температур по зоне трения. Вследствие этого анализ температурного поля в зоне трения должен проводиться на основе вероятностного описания свойств материалов трущихся элементов и их поверхностей, а также взаимодействия последних друг с другом в процессе трения. Решению этой задачи и посвящена диссертационная работа.

Актуальность работы подтверждается ее включением в тематический план НИР «Разработка научной базы для технологий триботехнических испытаний и диагностики электрическими методами» при поддержке Рособра-зования.

Объектом исследований является зона сухого трения электропроводящих тел, а предметом исследований - температурное поле в зоне сухого трения электропроводящих тел.

Цель работы

Разработка термоэлектрического метода контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения, позволяющего повысить достоверность контроля максимальных температур.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) провести теоретический анализ особенностей термоэлектрического метода при контроле температур в зоне сухого трения, с учетом многоточеч-ности контакта в зоне трения, малой длительности существования единичных микроконтактов и термоэлектрической неоднородности материалов пар трения;

2) разработать методику определения объемной (усредненной по некоторому объему) термоэлектрической способности (ТЭС) материалов;

3) разработать методику определения поверхностной ТЭС материалов;

4) разработать устройство для измерения поверхностной термоэлектрической способности электропроводящих материалов;

5) разработать методику определения вероятности появления в зоне трения температур, превосходящих заданный предел, на основе предварительного исследования термоэлектрической неоднородности элементов пары трения;

6) разработать экспериментальную установку для апробации термоэлектрического метода контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения.

В работе используются методы анализа эквивалентных электрических схем при исследовании процессов контактирования микронеровностей в зоне трения, вероятностного, численного, корреляционного и регрессионного анализов и цифровой обработки сигналов.

Экспериментальные исследования проводились с использованием современных средств измерения и на оригинальных установках, выполненных с использованием средств вычислительной техники.

Положения, выносимые на защиту:

- метод определения поверхностной ТЭС материалов;

- методика определения вероятности появления в зоне трения температур, превосходящих заданный предел, на основе предварительного исследования термоэлектрической неоднородности элементов пары трения;

- принцип действия устройства для измерения термоэлектрической способности поверхностных слоев материалов, предусматривающего использование электронного блока управления ключами и цифровой обработки сигналов.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в том, что:

- разработана модель распределения температурного поля в приповерхностной области материала, основанная на взаимодействии электрического и теплового полей, с учетом распределения плотности электрического тока при электроимпульсном локальном нагреве;

- разработан метод определения поверхностной ТЭС электропроводящих материалов, основанный на использовании электроимпульсного токового нагрева локальной зоны с учетом распределения температурного поля в приповерхностной области материала;

- разработана методика определения вероятности появления в зоне трения температур, превосходящих заданный предел, включающая в себя методики определения объемной и поверхностной ТЭС материалов и алгоритм расчета закона распределения КП естественной термопары методом композиции законов распределения ТЭС материалов трибосопряжения;

- предложен алгоритм определения термоэлектрической способности поверхностных слоев материалов, основанный на анализе переходных тепловых процессов, полученных с помощью устройства для измерения ТЭС поверхностных слоев материалов.

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в следующем:

1) Разработан термоэлектрический метод контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения;

2)Предложено термоэлектрическое устройство контроля термоэлектрической способности поверхностных слоев материалов, основанное на методе электроимпульсной теплопередачи, защищенное Патентом РФ № 2306553;

2) Предложено термоэлектроимпульсное устройство контроля термоэлектрической способности поверхностных слоев материалов, основанное на методе электроимпульсной теплопередачи, защищенное Патентом РФ №2307345.

Результаты диссертационного исследования и указанные устройства используются для проведения научно-исследовательских работ сотрудников, аспирантов и студентов ОрелГТУ.

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на 4 Международных конференциях и семинарах:

1) Международный научный симпозиум «Гидродинамическая теория смазки - 120 лет», Орел, 2006г.

2) Международная 5-я научно-практическая конференция «Неразру-шающий контроль и техническая диагностика в промышленности», Москва, 2006г;

3) Международная школа-семинар молодых ученых «Проблемы экономики и менеджмента качества», Тамбов, 2006 г.;

4) Шестая международная научно-техническая конференция «Чкалов-ские чтения», Егорьевск, 2007 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе два патента РФ.

Список опубликованных научных трудов по теме диссертации

1 Кузнецова, Е.В. Анализ влияния одновременного включения множества источников термоЭДС на результаты измерения температуры в зоне трения методом естественной термопары [Текст] / Е.В. Кузнецова // Известия ОрелГТУ. Сер. Машиностроение. Приборостроение. - Орёл: ОрёлГТУ, 2007. -№4-3.-С. 54-57.

2 Кузнецова, Е.В. Исследование метода определения термоэлектрической способности поверхности материала [Текст] / Е.В. Кузнецова, Т.И. Но-гачева, О.Г. Середа // Известия ОрелГТУ. - 2007. - № 4-3. - С. 62-65.

3 Кузнецова, Е.В. Влияние неоднородности поверхностей трущихся материалов на измерение температуры в зоне трения естественным термоэлектрическим датчиком [Текст] / Е.В. Кузнецова // Датчики и системы. -2008. -№3.- С. 19-23.

4 Патент № 2306553 Российская Федерация, МПК G 01 N 25/32. Термо-электроимпульсное устройство для контроля неоднородностей поверхностного слоя металлов и сплавов [Текст] / А.В. Калюк, Е.В. Кузнецова, Т.И. Но-гачева. - Опубл. 20.09.07, БИПМ № 26.

5 Патент № 2307345 Российская Федерация, МПК G 01 N 25/32. Термоэлектрическое устройство для контроля неоднородностей поверхностного слоя металлов и сплавов [Текст] / А.В. Калюк, Е.В. Кузнецова, Т.И. Ногаче-ва - Опубл. 27.09.07, БИПМ № 27.

6 Кузнецова, Е.В. Локальный метод измерения термоэлектрической способности поверхностного слоя металлических изделий и его использование при неразрушающем контроле других физических величин [Текст] / Е.В. Кузнецова, Т.И. Ногачева // Известия ОрелГТУ. Сер. Машиностроение. Приборостроение. - Орёл: ОрёлГТУ, 2005. - № 2. - С. 7-14.

7 Корндорф, С.Ф. Исследование возможности определения всплесков температуры в зоне трения, используя нормальный закон распределения значений температуры [Текст] / С.Ф. Корндорф, Е.В. Кузнецова // Физика, химия и механика трибосистем. Межвуз. сб. науч. тр.; Под ред. В.Н. Латышева. - Иваново: Иван.гос.ун-т, 2005. - Вып. 4 - С.56-60.

8 Кузнецова, Е.В. Устройство для определения поверхностной термоэлектрической способности материалов [Текст] / Е.В. Кузнецова // 5-я Международная научно-практическая конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Тезисы докладов. - М.: Машиностроение 1, 2006. -С. 171.

9 Кузнецова, Е.В. Максимальные температуры в зоне трения и причины, затрудняющие их определение [Текст] / Е.В. Кузнецова // Известия ОрелГТУ. Сер. Машиностроение. Приборостроение. - Орёл: ОрёлГТУ, 2006. -№ 1. - С. 31-32.

10 Кузнецова, Е.В. Повышение качества теплового контроля трибосоп-ряжений, работающих в режиме сухого трения [Текст] / Кузнецова Е.В. // Проблемы экономики и менеджмента качества: материалы Международной школы-семинара молодых ученых. (25-30 сентября 2006г., Тамбов) - Тамбов.: ТГТУ, 2006. - С.287-289.

11 Калюк, А.В. Способ и устройство для градуирования естественной термопары /А.В. Калюк, Е.В. Кузнецова [Текст] // Гидродинамическая теория смазки - 120 лет: Труды Международного научного симпозиума. В 2-х томах. Т.2. -М.: Машиностроение 1, 2006. - С.308-314.

12 Кузнецова, Е.В. Анализ результатов измерения температуры зоны трения методом естественной термопары [Текст] / Е.В. Кузнецова // Чкалов-ские чтения: сборник материалов Шестой международной научно-технической конференции. (7-9 июня 2007г., г. Егорьевск)- Егорьевск.: ЕАТК ГА им. В.П. Чкалова, 2007. - С.8-9.

13 Кузнецова, Е.В. Методика вероятностной оценки температуры в зоне трения [Текст] / Е.В. Кузнецова // Известия ОрелГТУ. Сер. Фундаментальные проблемы техники и технологии. - 2007. - № 2. - С. 111-117.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 200 страницах машинописного текста, иллюстрируется 66 рисунками (в том числе 17 в приложении), 65 таблицами (в том числе 37 в приложении), состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 137 наименований.

Выводы по главе 4:

1 Разработана установка для апробации для апробации термоэлектрического метода определения вероятности появления в зоне трения температур, превосходящих заданный предел, позволяющая проводить измерения с максимальной дискретизацией по времени 9x10"6 с, что соответствует средней продолжительности жизни контакта во многих самых обыденных условиях трения скольжения и качения.

2 Выявлена причина возникновения периодических выплесков высокой амплитуды в исследуемых записях термоЭДС, заключающаяся в геометрических особенностях вала.

3 Рассчитаны средние температуры в зоне трения стандартным методом и вероятностным. Показано, что диапазон возможных значений температур в зоне трения, найденный вероятностным методом гораздо шире диапазона, найденного стандартным методом. Именно большая ширина диапазона возможных температур в зоне трения объясняет наличие структурных изменений и цветов побежалости на поверхности трибоэлементов, вызванных более высокими температурами Выявлено, что существует вероятность того, что средние температуры превысят ожидаемые.

4 Вероятностным методом рассчитаны максимальные температуры, периодически развивающиеся в зоне трения. Построены кривые распределения вероятности, по которым с заданной вероятностью можно определить значения максимальных температур, развиваемых в зоне трения.

5 Установлено, что вероятность возникновения температуры 300 °С (таким значением часто нормируется максимально-допустимая температура на поверхности трения трибоматериала при кратковременном воздействии) в исследуемом трибосопряжении при усилии прижатия вкладыша подшипника скольжения к валу 45 Н составляет 10 %; при 30 Н - 5 %; при 15 Н - 4 %.

Основными результатами диссертационной работы являются:

1 Анализ методов определения максимальной температуры в зоне трения показал, что единственным методом, позволяющим определить температуру непосредственно в зоне трения, является метод естественной термопары, однако использование этого метода затруднено целым рядом причин, в том числе таких как:

- контактирование трущихся поверхностей происходит одновременно во множестве точек, образуя многоточечный контакт, при этом микроконтакты являются источниками термоЭДС, включенными параллельно;

- малая длительность существования единичных микроконтактов, которым соответствует кратковременность всплесков термоЭДС;

- поверхности трибосопряжений обладают термоэлектрической неоднородностью, что вызывает флуктуации коэффициента преобразования естественной термопары.

2 В работе доказано, что многоточечность контакта, вызывает уменьшение измеряемой термоЭДС, генерируемой парой трения, по сравнению с её средним значением, что является одной из причин занижения значений усредненных температур, измеренных методом естественной термопары.

3 Для исследования объемной и поверхностной термоэлектрических не-однородностей материалов трибосопряжения разработаны методики и устройства, позволяющие исследовать ТЭС поверхностных и объемных слоев материалов. Проведены исследования распределения объемной и поверхностной ТЭС материалов трибосопряжений, позволившие выявить различия между значениями указанных величин.

4 Разработан термоэлектрический метод определения вероятности появления в зоне трения температур, превосходящих заданный предел, с учетом флуктуаций коэффициента преобразования термопары. Метод позволил определить распределение объемного и поверхностного КП естественной термопары путем композиции законов распределения объемных и поверхностных ТЭС материалов трибосопряжения.

5 Для пары трения латунь ЛС59-сталь 45 выявлено изменение знака КП естественной термопары, составленной поверхностными слоями материала, по сравнению с объемной. Это обстоятельство позволило определить какой из КП доминирует при генерировании термоЭДС естественной термопарой в процессе её работы. При этом определена ещё одна причина занижения средней термоЭДС, генерируемой парой трения, которая заключается в возникновении встречных термоЭДС внутри материала, уменьшающих значение суммарного сигнала из-за отличия поверхностного КП естественной термопары по знаку от объемного КП.

6 Разработана установка для апробации предложенного метода определения вероятности появления в зоне трения температур, превышающих заданный уровень. Опытная эксплуатация установки была проведена с использованием пары трения вал-вкладыш подшипника скольжения, изготовленных из стали 45 и латуни ЛС 59 соответственно. С помощью разработанного термоэлектрического метода контроля температур в зоне сухого трения с учетом термоэлектрической неоднородности материалов трибосопряжения было, установлено, что при выбранном доверительном уровне Р* = 0,90 вероятность возникновения температуры 300°С (таким значением часто нормируется максимально-допустимая температура на поверхности трения трибоматериала при кратковременном воздействии) в исследуемом трибосопряжении при усилии прижатия вкладыша подшипника скольжения к валу Р = 45 Н лежит в пределах от 0,05 до 0,14; при Р =30 Н - от 0,02 до 0,09; при Р =15 Н - от 0,01 до 0,07.

1. Lubrication (Tribology) Education and Research (Jost Report) Departa-ment of Education Text. -HMSO: London, 1966. -P.4.

2. Кащеев, B.H. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов Текст. / В.Н. Кащеев. М.: Машиностроение, 1978. - 213 с.

3. Крагельский, И.В. Трение и износ Текст. / И.В. Крагельский. М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.

4. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) Текст. / А.В. Чичинадзе [и др.]; под общ. ред. А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 2003.-576 с.

5. Богданович, П.Н. Трение и износ в машинах Текст. : учеб. для вузов / П.Н. Богданович, В.Я. Прушак. Мн.: Выш. Шк., 1999. - 374 с .:ил.

6. Куранов, В.Г. Износ и безызносность Текст. / В.Г. Куранов, А.Н. Виноградов, А.С. Денисов. Саратов: Саратов. Гос. Техн. Ун-т. - 2000. -136с.

7. Меделяев, И.А. Основные закономерности процессов трения и изнашивания в парах трения гидравлических машин Текст. / И.А. Меделяев // Вестник машиностроения. 2004. - №9.- С.42-46.

8. Буяновский, И.А. Три стадии проявления температурной вспышки при трении Текст. / И.А. Буяновский, Б.Э. Гурский // Трение и износ. 1998. -Том 19, №2.-С. 187-193.

9. Begeliinder, A., Failure of thin film Lubrication function-oriented characterization of additives and steels Text. / A. Begeliinder, A.W.J, de Gee, G. Salomon // ASLE Trans.- 23 (1980). - № 1. - P. 23-34.

10. Костецкий, Б.И. Качество поверхности и трение в машинах Текст. / Б.И. Костецкий, Н.Ф.Колесниченко. Киев: Технжа, 1969. - 216 с.

11. Гаркунов, Д.Н. Триботехника Текст. / Д.Н. Гаркунов. М.: Машиностроение, 1999. -336 с.

12. Марков, Д.П. Катастрофические виды изнашивания: заедание, задир, схватывание Текст. / Д.П. Марков // Трение и износ . — 1998. Том 19, №3. — С. 331-341.

13. ГОСТ 27674 88. Трение, изнашивание и смазка Текст. - Взамен ГОСТ 23.002-78. -М.: Изд-во стандартов, 1988. - 21 с.

14. Фундаментальные проблемы теории точности Текст. / В.П. Булатов [и др] ; под ред. В.П. Булатова, И.Г. Фридллендера. СПб.: Наука, 2001. — 504 с., 105 ил.

15. Костецкий, Б.И. Трение и износ в машинах Текст. / Б.И. Костецкий. -Киев: Техшка, 1970. 396 с.

16. Костецкий, Б.И. Сопротивление изнашиванию деталей машин Текст. / Б.И. Костецкий. М.: Машгиз, 1959. - 478 с.

17. Виноградов, В.Н. Механическое изнашивание сталей и сплавов Текст. / В.Н. Виноградов, Г.М. Сорокин. М.:1996. - 364 с.

18. Peterson, Eds М.В. Wear Control Handbook Text. / Eds M.B. Peterson, W.D.Winer. New York, 1980. - 120 P.

19. Боуден, Ф.П. Трение и смазка твердых тел Текст. / Ф.П. Боуден, Д. Тейбор; пер с англ. М., 1968 . - 543 с.

20. Тененбаум, М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию Текст./ М.М. Тененбаум. М.: Машиностроение. 1976. - 270 с.

21. Сергутина, Т.Э. Силовые и энергетические закономерности в кон-тактируемых материалах в условиях малоамплитудного фреттинга: Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук Текст. / Т.Э. Сергутина. Брянск, 2003. - 162с.

22. Fleischer, G. Verschleib und Zuferlus'sigkeit Text. / G. Fleischer, H. Gregor, H. Thum. Berlin: Verlag Technik, 1980. - 244 s.

23. Хрущов, М.М. Исследование изнашивания материалов Текст. / М.М. Хрущов, Бабичев М.А. М.: Наука. 1970. - 315 с.

24. Куликов, М.Ю. Роль трибоокислительных процессов в изнашивании и разрушении инструмента при резании металлов Текст. / М.Ю. Куликов,

25. А.В. Стариков, А.В. Антипин // Трение и износ . 2000. - Том 21, №6. - С. 644-648.

26. Мышкин Н.К. Трибология. Принципы и положения Текст. / Н.К. Мышкин. Гомель: ИММС НАНБ, 2002. - 310 с.

27. Литвинов В.Н., Физико-химическая механика избирательного переноса при трении Текст. / В.Н. Литвинов, Н.Н. Михин. М.: Наука, 1979. -270 с.

28. Беркович И.И. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения Текст. : учебник для вузов / И.И. Беркович, Д.Г. Грома-ковский. Самара: СГТУ, 2000. - 268 с.

29. Албагачиев, А.Ю. Метод исследования температуры при ударном изнашивании: Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук Текст. / А.Ю. Албагачиев. -М., 1974.- 152 с.

30. Амосов, Н.И. Исследование влияния температуры на взаимодействие твердых тел при трении: Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук Текст. / Н.И. Амосов. Красноярск, 1973. - 230 с.

31. Пыжевич, Л.М. Расчет фрикционных тормозов Текст. / Л.М. Пыже-вич. М.: Машиностроение, 1964. — 228 с.

32. Чичинадзе, А.В. Расчет и исследование внешнего трения при торможении Текст. / А.В. Чичинадзе. М.: Наука, 1967. - 232 с.

33. Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа Текст.: Сб. ст. / под ред. А.Ю. Ишлинского, Н.Б. Демкина. М.: Наука . -1971.-240 с.

34. Словарь справочник по трению, износу и смазке деталей машин Текст. / В.Д. Зазуля [и др.]. - Изд 2-е., перераб. и доп. // АН УССР: Ин-т пробл. материаловедения. - Киев: Наук. Думка, 1990 . - 257 с.

35. Трибология: Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ Текст. -М.: Машиностроение; Нью-Йорк: Аллертон пресс, 1993. 454 с.

36. Справочник по триботехнике Текст. / под общ ред. М. Хебды и А.В.Чичинадзе. М: Машиностроение, 1989. Т.1. Теоретические основы — 400 с.

37. Розенберг, Ю.А. Влияние смазочных масел на долговечность и надежность деталей машин Текст. / Ю.А. Розенберг. М.: Машиностроение, 1970.-312 с.

38. Кудинов, В.А. Температурная задача трения и явление наростообра-зования при резании и трении Текст. / В.А. Кудинов // Сухое и граничное трение. Фрикционные материалы. М.: Издательство АН СССР, 1960. - С. 207-216.

39. Рыжкин, А.А. Применение гидродинамических аналогий для оценки контактной температуры инструмента при высокоскоростной обработке Текст. / А.А. Рыжкин, К.Г. Шучев // Вестник ДГТУ. Сер. «Трение и износ», 2000.-С. 5-13.

40. Желобов, B.C. Оценка изнашивания зубчатых передач приборного класса по энергетическому критерию разрушения Текст. / B.C. Желобов,

41. А.В. Романов, Г.М. Хзарач // Сборник «Трение и износ фрикционных материалов». -М.: Наука, 1977. С. 30-37.

42. Krause, Н. Investigation into the Reaction of Metallic Bodies in Tri-bological Systems Text. / H. Krause, C. Schoelkamp // Wear. 1982. - Vol.81. №2.-P.34-38.

43. Gierzynska, M. Studium zjawisk tribologicznych w procesach obrobki plastycznij Text. / M. Gierzynska. Politechnika Czestochowska, Czestochowa,1974.

44. Крагельский, И.В. Влияние температурного режима на фрикционные характеристики Текст. / И.В. Крагельский, Г.И. Трояновская // Исследования по физике твердого тела. М.: Изд-во АН СССР, 1957.

45. Михин, Н.М. О зависимости коэффициента трения от температуры Текст. / Н.М. Михин // Известия вузов. Физика. 1971. - №11. - С. 146-174.

46. Гинзбург, А.Г. Исследования зависимости коэффициента трения от температуры при нестационарном режиме Текст. / А.Г. Гинзбург, А.В. Чи-чинадзе // Расчет и моделирование режима работы тормозных и фрикционных устройств. М.: Наука, 1974. - С.30-35.

47. Щедров, B.C., Влияние температурного поля на фрикционные характеристики и моделирование процесса трения Текст. / B.C. Щедров, А.В. Чичинадзе, Г.И. Трояновская // Сухое и граничное трение. Фрикционные материалы. М.: Изд-во АН СССР, 1960. - С. 245-261.

48. Рыжкин, А.А. Взаимосвязь характеристик теплового поля пары трения с интенсивностью изнашивания Текст. / А.А. Рыжкин [и др.] // Трение и износ. 1985. - Т.6. - №1. - С. 153-157.

49. Шарипов, Б.У. Влияние температуры на механические характеристики контакта Текст. / Б.У. Шарипов, Л.Ш. Шустер // Вопросы оптимального резания металлов: Межвуз. науч. сб. Вып. 1. Уфа, 1976. - С. 87-91.

50. Основы трибологии Текст. / Э.Д. Браун [и др.] : под ред. А.В. Чичинадзе. М.: Центр «Наука и техника», 1995. - 778 с.

51. Кершенбаум, В.Я. Механико-термическое формирование поверхностей трения Текст. / В.Я. Кершенбаум. Машиностроение, 1987. - 232 е., ил.

52. Кукареко, В.А. Механизм формирования медной пленки при трении без емказочного материала кремний-марганцевой бронзы по стали Текст. / В.А. Кукареко // Трение и износ. 2003. - Т.24. - №1. - С. 92-97.

53. Трение и износ фрикционных материалов Текст. / под общ. ред. А.В. Чичинадзе. М.: Наука, 1977. - 136 с.

54. Германчук, Ф.К. Долговечность и эффективность тормозных устройств Текст. / Ф.К. Германчук. — М.: Машиностроение, 1973. 176 с.

55. Санько, Ю.М. Измерение температуры в зоне контакта скоростных шарикоподшипников Текст. / Ю.М. Санько // Труды ВНИИПП. №4 (76). -М.: Специнформцентр, 1974. С. 3-16.

56. Демкин, Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей Текст. / Н.Б. Демкин. М.: Наука, 1970. - 226 с.

57. Рубцов, В.Е. Моделирование деформационных и тепловых процессов в поверхностном слое упруго-пластичного материала при трении: Дисс. на соиск. уч. ст. канд. физ.-мат. наук Текст. / В.Е. Рубцов. Томск, 2004. -200 с.

58. Рубцов, В.Е. Пластическая деформация и квазипериодические колебания в трибологической системе Текст. / В.Е. Рубцов, А.В. Колубаев // Журнал технической физики. 2004. - Т.74. — вып. 11. - С. 63-80.

59. Колубаев, А.В. Закономерности формирования поверхностных структур при трении с высокими нагрузками Текст. / А.В. Колубаев, С.Ю Тарасов // Трение и износ. 1998. - Т. 19. - №3. - С. 379-385.

60. Шамшур, А.С. О дислокационной модели возникновения круговых термотоков в металлах при трении скольжения и методах предотвращения схватывания Текст. / А.С. Шамшур, А.Ф. Ильющенко // Трение и износ. -2000. — Т.21. — №6. С. 628-633.

61. Рубцов, В.Е. Численное исследование температурного режима в пятне контакта при трении со схватыванием Текст. / В.Е. Рубцов // Изв. вуз. Физика. 1999. - Т. 42 . № 9. - С. 58-64.

62. Исследование эксплуатационных дефектов фрикционного сопряжения тормозной колодки с колесом вагона Текст. / Б.М. Асташкевич [и др.] // Вестник ВНИИЖТ. 2004. - № 4. - С. 10-16.

63. Колесников В.И. Теплофизические процессы в металлополимерных системах Текст. / В.И. Колесников. М.: Наука, 2003. - 280 с.

64. Рыжкин, А.А. Обработка материалов резанием. Физические основы Текст. / А.А. Рыжкин. Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 1995. - 241с.

65. Рыжкин, А.А. Синергетика изнашивания инструментальных материалов Текст. / А.А. Рыжкин. Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2004. - 322 с.

66. Barber, J.R. Thermoelastic instabilities in the sliding of conforming solids Text. / J.R. Barber // Proc. Roy. Soc., 1969. A 312. - p. 381.

67. Бакли, Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии Текст. / Д. Бакли; пер. с англ. А.В. Белого, Н.К. Мышкина; под ред. А.И. Свириденка. М.: Машиностроение . - 1986. - 360 с.

68. Рапопорт, JI.C. Влияние структурного состояния поверхностных слоев на процессы трения и изнашивания Текст. / JI.C. Рапопорт // Трение и износ. 1987. -Т.8. - №5. - С. 888-894.

69. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ Текст. / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. М.: Машиностроение, 1987.526 с.

70. Крагельский, И.В. Узлы трения машин Текст. / И.В. Крагельский, Н.М. Михин. М: Машиностроение, 1984. -280 с.

71. Крагельский, И.В. Контактирование шероховатых поверхностей Текст. / И.В. Крагельский, Л.Ф. Бессонов, Е.М. Шведова // ДАН СССР. -1953. Т.93. - №1. - С. 43-46.

72. Костецкий, Б.И. Структурно-энергетическая приспосабливаемость материалов при трении Текст. / Б.И. Костецкий // Трение т износ. -1985.-Т.6. -№2.-С. 201 -212.

73. Бершадский, Л.И. Самоорганизация и надежность трибосистем Текст. / Л.И. Бершадский. Киев: О-во «Знание» УССР, 1984. - 20 с.

74. Бершадский, Л.И. Структурная самоорганизация трибосистем и возможности конструирования износостойких материалов Текст. / Л.И. Бершадский // Структура и конструктивная прочность стали. Новосибирск: НЭТИ, 1989.-С.96-103.

75. Рыбакова, Л.М. Структура и износостойкость металлов Текст. / Л.М. Рыбакова, Л.И. Куксенова. М.: Машиностроение, 1982. - 212 с.

76. Рыбакова, Л.М. Рентгенографическое исследование структуры поверхностных слоев пластически деформированных металлов Текст. / Л.М. Рыбакова//МиТОМ, 1999. -№7.-С. 18-21.

77. Ригни, Д. Процессы изнашивания при трении скольжения Текст. / Д. Ригни // Трение и износ. 1987. - Т.7. - №8. - С. 17-22.

78. Ригни Д. Некоторые замечания по вопросу изнашивания при скольжении Текст. / Д. Ригни // Трение и износ. 1992. - Т. 13. - №1. - С. 21-27.

79. Польцер Г. Основы трения и изнашивания Текст. / Г. Польцер, Ф. Майсснер ; пер. с нем. О. Н. Озерского, В. Н. Пальянова; под ред. М. Н. До-бычина М.: Машиностроение, 1984. - 264 с.

80. Жарин, А.Л. Кинетические и физико-химические процессы в тонких поверхностных слоях металлов и сплавов при трении скольжения: Дисс. . д-ра. техн. наук Текст. / А.Л. Жарин. Минск, 1994. - 366 с.

81. Костыгов, А.Л. Оценка износостойкости смазываемых трибосопряже-ний по микромеханическим характеристикам приповерхностного слоя: Дисс. .д-ра. техн. наук Текст./ А.Л. Костыгов. Ростов-на-Дону, 2003. - 340 с.

82. Рубцов, В.Е. Моделирование деформационных и тепловых процессов поверхностном слое упруго-пластичного материала при трении: Дисс. . канд. техн. наук Текст. / В.Е. Рубцов. Томск, 2004. - 144 с.

83. Рапопорт, JI.C. Уровни пластической деформации поверхностных слоев и их связь с процессом изнашивания Текст. / JI.C. Рапопорт // Трение и износ. 1983. -Т.4. -№1. С. 121-131.

84. Kennedi, F.E., Thermocracking of a mechanical face seal Text. / F.E. Kennedi, S.A. Кафе // Wear. 1982 (79). - P. 21-36.

85. Gecim, B. Transient hot spot temperatures at a sliding ceramic contract including surface coatings effects Text. / B. Gecim // Wear. 1988 (123). - P. 5976.

86. Кузнецова, E.B. Максимальные температуры в зоне трения и причины, затрудняющие их определение Текст. / Е.В. Кузнецова // Известия ОрелГТУ. Сер. Машиностроение. Приборостроение. Орёл: ОрёлГТУ, 2006. -№1.-С. 31-32.

87. Blok, Н. Measerurements of Temperature Flashes on Gear Tech Under Extreme Pressure Conditions Text. / H. Blok // Proc. General Discussion on Lubrication and Lubricants. Institute of Mechanical Engineers. 1937. - V. 11. - P. 14-20.

88. Blok, H. Theoretical studies of Temperature Rise at Surfaces of Actual Contact Under Oiliness Lubricating Conditions Text. / H. Blok // Proc. General Discussion on Lubrication and Lubricants. Institute of Mechanical Engineers. — 1937.-V. 2.-P. 222-235.

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

90. Jaeger, J.K. Moving Sources of heat and the Temperature of Sliding Contact Text. / J.K. Jaeger // Journal and Procedure Royal Society. New Soutch Walls. 1942.- 76. Part III. - P. 203-224.

91. Егер, Дж. К. Движущиеся источники тепла и температура трения Текст. / Дж. К. Егер // Прикладная механика и машиностроение. — 1952 . № 6. - С. 22-39.

92. Щедров, B.C. Температура на скользящем контакте Текст. /B.C. Щедров // Трение и износ в машинах.- М.: АН СССР, 1955. Вып. 10. - С. 155-196.

93. Генкин, М.Д. Вопросы заедания зубчатых колёс / М.Д. Генкин, Н.Ф. Кузьмин, Ю.А. Мишарин. М.: АН СССР, 1959. - 242 с.

94. Чичинадзе, А.В. Расширенный семинар по вопросам повышения из-носотойкости тормозных и фрикционных узлов машин Текст. / А.В. Чичинадзе // Вестник машиностроения. 1952 . - № 11.- С. 85-87.

95. Крагельский, И.В. Методика испытания тормозных материалов на новой установке трения И-47 Текст. / И.В. Крагельский, А.В. Чичинадзе // Заводская лаборатория. 1954 . - № 5.- С. 607-610.

96. Крагельский, И.В. Процессы трения в тормозах авиаколес. Подбор фрикционных пар Текст. / И.В. Крагельский, Г.Г. Чупилко, А.В. Чичинадзе. -М.: АН СССР, 1957.-57 с.

97. Чичинадзе, А.В. Температурное поле, коэффициент трения и износа фрикционных пар Текст. / А.В. Чичинадзе, Г.И. Трояновская. М.: Изд-во АН СССР, 1957.-57 с.

98. Балакин, В.А. Трение и износ при высоких скоростях скольжения Текст. / В.А. Балакин. М.; Наука, 1980.

99. Линевег, Ф. Измерение температуры в технике Текст. : Справочник; пер. с нем / Ф. Линевег. М.: Металлургия, 1980. - 323 с.

100. Watson, G.G. Techniques for measuring surface temperature Text. / G.G. Watson // Instrument Practice. Part 4. - June 1966. -P. 517-524.

101. Зедгинидзе, Г.П. Измерение температуры вращающихся деталей машин Текст. / Г.П. Зедгинидзе. М.: Машгиз, 1962. - 289 с.

102. Лаборатория металлографии Текст. / Е.В. Панченко [и др.]. М.: Металлургиздат, 1957. - 70 с.

103. Богданович, П.Н. Градиент температуры по глубине элементов фрикционного сопряжения Текст. / П.Н. Богданович, Д.В. Ткачук // Доклады НАН Беларуси. 1988(42). - №3. - С. 117-121.

104. Ткачук, Д.В. Температурное поле в поверхностных слоях материалов при высокоскоростном трении Текст. / Д.В. Ткачук // Трение и износ. — 1999. Т.20. - №6. - С. 595-598.

105. Богданович, П.Н. Распределение температуры по глубине тонких поверхностных слоев трущихся тел при высоких скоростях скольжения Текст. / П.Н. Богданович, Д.В. Ткачук // Трение и износ. 2001. - Т.22. -№2.-С. 160-167.

106. Блатт, Фрэнк Дж. Термоэлектродвижующая сила металлов Текст. / Фрэнк Дж. Блат, Питер А. Шредер, Карл JI. Фойлз, Денис Грейг. М.: Металлургия, 1979. - 251 с.

107. Bowden, F.P. Ridler A note on the surface temperature of sliding metals Text. / F.P. Bowden, K.E.W. Ridler // Proc. Cambridge Philos. Soc., 1935. 31 pt 3. -P. 431.

108. Альтшиц, И.Я. Исследование условий перехода граничного трения к заеданию трущейся пары. Автореф. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук Текст. / И.Я. Альтшиц. М., 1950.-17 с.

109. Сухов, С.А. О методах измерения температур при трении твердых тел: Третья научно-техническая конференция по вопросам повышения износостойкости и срока службы машин Текст. / С.А. Сухов. М.: Машгиз, 1957. -43 с.

110. Санько, Ю.М. Расчетно-экспериментальное определение зоныка-чения скоростных малогабаритных подшипников Текст. / Ю.М. Санько // Труды ВНИИПП, №1(77). М.: Специнформцентр ВНИППа, 1974. - С.39-46.

111. Козлов, А.В. Метод и средство контроля скорости изнашивания металлических трибосопряжений: Дисс. . д-ра. техн. наук Текст. / А.В. Козлов. Орел, 2002. - 122 с.

112. Таблицы физических величин. Справочник Текст. / Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976 - 1008 с.

113. Методика определения температуры в зоне сухого трения трибосопряжения Текст. / С.Ф. Корндорф, Т.И. Ногачева, Е.В. Кузнецова. Орел. -2005.- 14 с.

114. Кузнецова, Е.В. Методика вероятностной оценки температуры в зоне трения Текст. / Е.В. Кузнецова // Известия ОрелГТУ. Сер. Фундаментальные проблемы техники и технологии. 2007. - № 2. - С. 111-117.

115. Кузнецова, Е.В. Влияние неоднородности поверхностей трущихся материалов на измерение температуры в зоне трения естественным термоэлектрическим датчиком Текст. / Е.В. Кузнецова // Датчики и системы. -2008.-№3.-С. 19-23.

116. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей Текст.: учеб. для вузов. Изд 5-е. стер. М.: Высш. шк., 1998. - 576 с.

117. Повышение прочности и износостойкости твердосплавного инструмента Текст. / Л.Г. Куклин [и др.]. М.: Машиностроение, 1968 . - 140с.

118. Калюк, А.В. Контроль термоэлектрической способности биметаллов хлопающих мембран датчиков температуры: Дисс. . д-ра. техн. наук Текст. / А.В. Калюк. Орел, 2006. - 159 с.

119. Пахолкин, Е.В. Приборы для трибомониторинга Текст. / Е.В. Па-холкин, К.В.Подмастерьев // Датчики и системы. -2008. — № 3. С. 16-19.

120. Бендат, Дж. Прикладной анализ случайных данных Текст. / Дж. Бендат, А. Пирсол. М.: Мир, 1989. - 540 с.

121. Сквайре, Дж. Практическая физика Текст. / Дж. Сквайре. М.: Мир, 1976.-200 с.

122. Патент № 2306553 Российская Федерация, МПК G 01 N 25/32. Тер-моэлектроимпульсное устройство для контроля неоднородностей поверхностного слоя металлов и сплавов Текст. / А.В. Калюк, Е.В. Кузнецова, Т.И. Ногачева. Опубл. 20.09.07, БИПМ № 26.

123. Патент № 2307345 Российская Федерация, МПК G 01 N 25/32. Термоэлектрическое устройство для контроля неоднородностей поверхностного слоя металлов и сплавов Текст. / А.В. Калюк, Е.В. Кузнецова, Т.И. Ногаче-ва.- Опубл. 27.09.07, БИПМ № 27.

124. Илясов, Ю.В. Влияние состава твёрдых сплавов на износ при резании металлов: Дисс. . канд. техн. наук Текст. / Ю.В. Илясов. Ростов-на-Дону, 2005. - 135 с.

125. Лухвич, А.А. Структурная зависимость термоэлектрических свойств и неразрушающий контроль Текст. / А.А. Лухвич, В.И. Шарандо, А.С. Каролик. -Мн: Навука i тэхшка, 1990. 192 с.

126. Сковпень, В.Н. Разработка метода и средств контроля температуры в зоне сухого трения: Дисс. . канд. техн. наук: Текст. / В.Н. Сковпень. -Орел, 1999. 175 с.

127. Методика расчета температуры в области контакта измерительного электрода с материалом при прохождении через него электрического тока разряда конденсатора (на примере материала латунь JIC 59)

128. W энергия, идущая на нагрев исследуемой области материала;с теплоемкость исследуемой области материала;

129. W3 энергия токового нагрева;

130. W энергия охлаждения за счет передачи тепла из более нагретых областей в менее нагретые;

131. W+ энергия нагрева за счет поступления тепла в менее нагретыеобласти из более нагретых.

132. При проведении расчета температуры были приняты следующие допущения.

133. При установлении измерительного электрода на материал он внедряется в материал на его радиус % как показано на рисунке А. 1.

134. При проведении расчетов принято, что тепловое поле распространяется в материале в виде концентрических полусфер с радиусом г0+п-Аг (рисунок А.1), где го — радиус измерительного электрода; Дг — заданная ширина слоя; п — номер слоя.

135. Значения, необходимых для расчета параметров измерительной установки и материала латунь JIC 59 сведены в таблицу А.1.измерительный наконечник

136. Рисунок А. 1 Схема внедрения измерительного электрода в материал и делениематериала на слои