Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология приборостроения

Диссертационная работа:

Цимбал Игорь Романович. Обеспечение эксплуатационных свойств пар трения приборов, работающих в экстремальных условиях : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.14 / Цимбал Игорь Романович; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т информац. технологий, механики и оптики].- Санкт-Петербург, 2009.- 125 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2280

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава I. Пары трения, работающие в вакууме при высокой температуре 12

1.1. Модели пар трения, работающих в вакууме 12

1.2. Трение металлов при отсутствии смазки 21

1.3. Качество поверхностей и его влияние на эксплуатационные свойства деталей приборов 34

1.3.1. Влияние качества поверхностей на эксплуатационные свойства деталей приборов 34

1.3.2. Проблема качества поверхностей 39

1.3.3. Регуляризация микрорельефов поверхностей 43

Выводы к главе I 54

Глава П. Методика расчёта микрорельефа для пар трения узлов приборов, работающих в вакууме при высокой температуре 55

2.1. Определение расчётных зависимостей параметров микрорельефа 55

2.2. Определение влияния микрорельефа на адгезию твердо пленочного покрытия 58

Выводы к главе II 59

Глава III. Методика экспериментальных исследований. Технологическая оснастка, оборудование и инструмент 60

3.1. Методика экспериментальных исследований 60

3.2. Стенд для ускоренных испытаний пар трения, работающих в вакууме при высокой температуре 61

3.3. Выбор образцов

3 3.4. Технология, оборудование и инструмент для образования регулярного микрорельефа на поверхностях деталей приборов 67

3.5. Технология, оборудование и инструмент для нанесения твердо смазочного покрытия 71

3.6. Установка для испытания деталей и узлов приборов в вакууме при высокой температуре 74

Выводы к главе III 81

Глава IV. Экспериментальные исследования по обеспечению эксплуатационных свойств деталей приборов, работающих в вакууме при высокой температуре 81

4.1. Исследование влияния регулярного микрорельефа поверхностей трения деталей приборов на коэффициент трения 81

4.2. Исследование влияния регулярного микрорельефа на износостойкость и коэффициент трения пар трения при продолжительных испытаниях 90

4.3. Металлографические исследования образцов после испытаний на трение скольжения 92

4.4. Исследование влияния регулярного микрорельефа на износостойкость и коэффициент трения при натурных испытаниях 95

Выводы к главе IV 98

Заключение 99

Основные результаты работы и выводы 101

Литература 102

Приложения 1  

Введение к работе:

В основных направлениях экономического и социального развития России большое внимание отводится вопросам совершенствования технологии производства, применению базовых прогрессивных технологий, указывается на то, что необходимо более полно использовать при разработке новой техники и технологии возможности материалов с заранее заданными свойствами, особенно прогрессивных конструкционных, композиционных, сверхчистых и других материалов, обусловливающих высокий экономический эффект в народном хозяйстве, повысить надёжность и ресурс работы техники, комплексно исследовать строение Мирового океана .и атмосферы, космического пространства, а также Вселенной.

Повышение надёжности машин, приборов, технологического оборудования и инструмента непосредственно связано с повышением износостойкости. Решение этой актуальной и практически необходимой задачи возможно только на базе глубоких научно обоснованных решений.

В этой связи исключительное значение приобретают работы в области триботехнического материаловедения (сплавов, полимеров, композитов, покрытий, упрочнения поверхностей трения и т.д.), а также теоретические и экспериментальные исследования в области физико-химической механики процессов трения и изнашивания с использованием новейших испытательных средств и измерительной техники, которые могут раскрыть и подсказать новые способы снижения потерь на трение и повышения износостойкости машин, приборов и оборудования.

Интенсивное развитие космонавтики, ракетной техники, ядерной энергетики, рентгеновской техники и ряда других областей выдвинули задачу обеспечения надёжной работы подвижных узлов механизмов приборов и аппаратов в экстремальных условиях (вакуум, высокая температура, интенсивные излучения разного рода, высокие контактные нагрузки и т.д.).

Проблема повышения надёжности приборов, машин и механизмов в таких условиях тесно связана с вопросами триботехники, с исследованиями контактного взаимодействия взаимно перемещающихся твёрдых тел, в результате которого в зоне контакта возникают силы трения.

Современная трибология располагает рядом фундаментальных теоретических и экспериментальных закономерностей, которые, безусловно, могут позволить в ближайшие годы успешно решать задачи в области сухого и граничного трения, газодинамической, гидродинамической и эластогидродинамическои смазки, которые реализуются в различных узлах машин при трении скольжении, качении или качении со скольжением [1 ...8].

Принципиально новые конструктивные и смазочные материалы создаются один раз в 10...15 лет, а то и реже.

На сегодняшний день академик МИА и РИА, президент Ассоциации инженеров-трибологов России, лауреат Большой золотой медали по трибологии, доктор технических наук А.В.Чичинадзе выделяет разделы и направления трибологии и триботехники [9], на которые необходимо особо обращать внимание, такие как:

- создание и оптимальное использование универсальных и целевых машин трения в исследованиях по трибологии и в практических задачах триботехники для оценки и выбора оптимальных материалов для конкретных служебных условий;

- разработка научных основ и практических рекомендаций, необходимых для создания износостойких антифрикционных материалов, новых технологий упрочнения и нанесения покрытий и др.

В связи с указанными выше направлениями трибологии и триботехники на передний план выдвигаются следующие проблемы:

- обеспечение экономически целесообразной наибольшей долговечности узлов трения или, по возможности, равной износостойкости по сравнению с другими частями машины при работе в различных средах;

- повышение работоспособности материалов и узлов трения в широком диапазоне температур (отрицательных и положительных);

- обеспечение минимального сопротивления движению.

Для преодоления этих проблем необходимо решить конкретную задачу триботехники - повысить несущую способность и долговечность массовых по изготовлению деталей (например, подшипников) за счёт новых технологий и материалов, а также оптимизации формы поверхностей трения.

При решении такой актуальной задачи необходимо проведение следующих исследований:

- тонких поверхностных слоев при трении скольжения и качения, в том числе при использовании эффекта избирательного переноса;

- новых самосмазывающихся твёрдых и порошковых смазочных материалов;

- по оптимальному использованию новых технологических способов упрочнения поверхностей трения и нанесения антифрикционных и фрикционных покрытий.

Проблемами трения и смазки в различных условиях занимались отечественные и зарубежные исследователи: И.Я. Алыииц, Дж. Бойд, Е.Р. Брейтуейт, А.Г. Брегг, В.Э. Вайнштейн, И.В. Крагельский, Г.В.Курилов, А.А. Кутьков, К.Н. Воинов, И.М. Любарский, P.M. Матвеевский, М. Матеунага, Т. Накагава, К.С. Оливер, Л.Н. Петрова, Б.П. Робетсон, Л.Н. Сентюрихина, А.Д. Халтнер, К. Хоишлюто, А.А. Силин, Б.Н. Веркин, И.Н. Францевич, В.Е. Шиевский, В.Л. Тальрозе, Л.А. Чатынян и др.

Наиболее экстремальными условиями для работы пар трения создаются в космическом пространстве как в процессе прохождения ракетой плотных слоев атмосферы, так и в условиях космического полёта.

Наибольшее влияние [10] при этом оказывают следующие факторы: - давление в диапазоне от атмосферного до 1 • 10 13 мм рт.ст.;

- температура с перепадом от -100 °С до +1000 °С при необходимости длительной работы при температуре порядка 500 °С и кратковременных возрастаниях температур свыше 1000 °С;

- скорости вращения в диапазоне от малых периодических до непрерывных, доходящих до 30000 об/мин. и выше;

- большие удельные нагрузки, связанные с необходимостью уменьшения веса и габаритов механизмов;

- наличие значительных вибраций и в связи с этим большие контактные нагрузки;

- воздействие окружающих магнитных полей и индуктивных электрических токов;

- активное воздействие космической среды на поверхности контакта, в первую очередь, излучение солнца, а также довольно интенсивная бомбардировка поверхностей потоками активных частиц;

- воздействие химически активных веществ (рабочих жидкостей в системах подачи топлива, горячих газов и т.д.);

- невесомость;

- собственное излучение ядерных космических объектов.

По усталостной теории И.В. Крагельского [11], поверхность трения разрушается от многократно повторяющегося процесса передеформирования поверхностных слоев [11, 12]. Эта теория предполагает наличие на поверхности тел плёнки, которая разделяет их и обеспечивает положительный градиент механических свойств по глубине тела.

Основное влияние вакуума на поведение пар трения проявляется в том, что поверхности твёрдых тел в вакууме освобождаются от покрывающих их обычно адсорбированных и хемосорбированных плёнок, вступают в непосредственный контакт друг с другом и образуют недопустимо прочные связи [14]. Силы адгезии при соприкосновении ювенильных поверхностей

-огромны, в результате чего возрастает коэффициент трения и, в конечном счёте, поверхности могут свариваться в холодном состоянии [15].

Большое внимание в нашей стране и за рубежом уделяется изучению вопросов изыскания материалов для пар трения, работающих в вакууме при высокой температуре. По литературным данным в различных конструкциях вакуумных систем широкое применение получили нержавеющие жаропрочные материалы с покрытием на основе дисульфида молибдена, диселенида молибдена, графита и других неметаллических материалов, срок службы которых определяется прочностью их сцепления с материалом основы.

Плёнки препятствуют глубинному вырыванию нижележащих слоев, однако, не защищают от деформации, возникающей при скольжении выступов микрошероховатости поверхности.

Б.П. Лобашев и Ю.В. Макаров предложили [21] модель трения, позволяющую дать объяснение механизма смазочного действия твёрдых тел различной природы (слоистых, полимеров, мягких металлов, твёрдых соединений) на единой теоретической основе. В соответствии с нею механизм трения материалов рассматривается с точки зрения характера вторичных структур, природы и количества вероятных адгезионных связей.

С этих позиций низкое трение слоистых твёрдых тел (графита, дисульфида молибдена, других дихалькогенидов) и большей части полимеров обусловлено переносом материала - смазки на поверхность сопряжённого тела и образования вторичных структур на обеих поверхностях, отличающихся заметной ориентацией кристаллов плоскостями наименьшей стойкости вдоль направления скольжения.

Эффективную работоспособность в условиях вакуума и высоких температур сохраняют наиболее твёрдые материалы.

Эксплуатационные свойства деталей, как и качество приборов, машин, механизмов и оборудования, то есть обеспечение оптимального уровня их надёжности и точности в целом и в значительной степени зависят от качества рабочих поверхностей.

Качество поверхностей деталей определяется совокупностью геометрических и физико-химических характеристик.

Перед технологами стоят актуальные задачи в формировании в производственных условиях характеристик качества обрабатываемых поверхностей, отвечающих заданным эксплуатационным требованиям. Однако, в условиях современных темпов повышения требований к качеству контактирующих сопрягаемых поверхностей деталей машин и приборов подобные задачи не могут быть эффективно решены только применением традиционных методов механической обработки, основанных на резании материалов.

Успешное решение указанных задач возможно при использовании поверхностей с принципиально новыми свойствами микрогеометрии -регулярностью на основе установления связей характеристик качества с условиями обработки.

Достоинство и перспективность поверхностей с регулярными микрорельефами безусловны, поскольку практически впервые используется микрорельеф, все геометрические параметры которого (высотные, шаговые, площадные) могут быть рассчитаны аналитически как функции режимов вибронакатывания - операции, при которой образуется регулярный микрорельеф.

Актуальной является и задача получения прочного износостойкого покрытия и оценки качества покрытия. При этом одним из основных вопросов исследования пар трения, работающих в вакууме при высокой температуре, является создание в наземных вакуумных установках условий, приближённых к космическим и соответственно перенесение результатов экспериментов на механизмы, работающие в условиях космического пространства. 

В соответствии с изложенным выше материал диссертации разбит на четыре главы.

В первой части первой главы на основе анализа литературы обсуждаются модели пар трения подвижных узлов исполнительных механизмов, работающих в вакууме при высокой температуре.

Вторая часть посвящена влиянию качества поверхностей на эксплуатационные свойства деталей. В ней также рассмотрены проблемы качества поверхностей. Основное внимание уделено регулярному микрорельефу поверхностей как один из путей решения этой проблемы.

Во второй главе обоснован выбор и дана методика расчёта микрорельефа, определяющего успешную работу пар трения узлов приборов в вакууме при высокой температуре, включающие:

определение влияния микрорельефа на адгезию твёрдоплёночного покрытия;

исследование влияния регулярного микрорельефа на эксплуатационные свойства пары трения, работающей в вакууме при высокой температуре;

определение расчётных зависимостей параметров микрорельефа для проектирования пары трения приборов, работающих в вакууме при высокой температуре.

Третья глава описывает методику экспериментальных исследований пар трения, работающих в вакууме при высокой температуре. Представлены разработанные автором технология, оснастка, инструмент для нанесения и контроля твёрдоплёночного покрытия для формирования регулярного микрорельефа, используемое оборудование. Подробно описан разработанный при участии автора стенд для ускоренных испытаний пар трения, работающих в вакууме при высокой температуре. Рассмотрена установка для ресурсных испытаний деталей и узлов приборов в вакууме при высокой температуре.

-11 Четвёртая глава посвящена исследованию влияния регулярного микрорельефа на эксплуатационные свойства пар трения, работающих в вакууме при высокой температуре. Глава содержит результаты экспериментальных исследований влияния регулярного микрорельефа поверхностей трения деталей приборов на коэффициент трения, на износостойкость. Проведены как ускоренные испытания на образцах - для быстрой оценки результата и отбора наилучших сочетаний трущихся пар, так и ресурсные испытания на штатных деталях. В главе также приведены результаты исследований влияния регулярного микрорельефа на износостойкость и коэффициент трения пар трения при натурных испытаниях, а также практические рекомендации. Кроме того, в оболочке компьютерной программы Mathcad получены соответствующие уравнения, описывающие экспериментальные триботехнические характеристики.  


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net