Основные понятия и задачи триботехники

ЛЕКЦИЯ  №1.

    Тема: Основные понятия и задачи триботехники. 

    План  лекции

1. Цели и задачи курса, литература;
2. Основные трибологические понятия. Термины триботехники;
3. Перспективы развития триботехники;
4. Качество и надежность машин в аспекте триботехники.

 

Цели  и задачи курса, литература. 

    Основная  литература

1. Гаркунов  Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): учебник / Д.Н.Гаркунов. – М.: Изд-во МСХА,  2001. – 616 с.

2.  Гаркунов Д.Н. Триботехника (конструирование,  изготовление и эксплуатация  машин): учебник / Д.Н.Гаркунов. – М.: Изд-во МСХА, 2002. – 632 с. 

  Дополнительная литература:

1. Громаковский  Д.Г. Физические основы, механика  и технические приложения трибологии: конспект лекций / Д.Г. Грамоковский. – Самара.: Сам ГТУ, 2006. – 270 с.

2. Трибологические  основы повышения ресурса машин / В.И. Цыпцын, В.В. Стрельников, В.Ф. Карпенков и [и др.] – учебное пособие. – Саратов.: СГАУ, 2000. – 92 с.

3. Уханов  А.П. Использование нефтепродуктов, технических жидкостей и ремонтных  материалов при эксплуатации  мобильных машин: учеб. Пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. / А.П. Уханов, А.В. Гуськов, А.В.  Климанов [и др.]. – Самара.: СГСХА, 2002. – 292 с.

4. Володько  О.С. Трибологические основы повышения  ресурса тракторов и автомобилей:  методические рекомендации / О.С.  Володько, В.В. Ефимов. – Самара.: СГСХА, 2005. – 84 с.

5. Ленивцев  Г.А. Триботехника: методические  рекомендации / Г.А. Ленивцев, В.В.  Ефимов, О.С. Володько [и др.]. – Самара.: СГСХА, 2004. – 60 с.

Журналы: - Трение и износ;

                    - Химия и технология топлив и масел;

                    - Сб. научн. Трудов СГСХА (1998 …  2007 гг).  

  Цели  и задачи курса.

  Развитие  науки и техники в последние  десятилетия показало, что надежные и долговечные машины, оборудование и приборы могут быть созданы  только при удачном (оптимальном) решении теоретических и прикладных задач трения, износа и смазки, т.е. задач трибологии и триботехники.

  Трибология – это наука о трении и процессах, сопровождающих трение («трибос» - трение, «логос» - наука). Трибология как научная дисциплина охватывает экспериментально-теоретические исследования физических (механических, электрических, магнитных, тепловых), химических, биологических и других явлений, связанных с трением.

  Триботехника - это упорядоченные знания о практическом применении трибологии. Трению сопутствуют трибологические процессы изнашивания, являющиеся основным разделом триботехники как технической науки, охватывающей весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазывания машин.

  Трибология  является наукой о внешнем трении твердых тел и внутреннем трении твердых и жидких тел, а триботехника – наукой о практическом применении трибологии при проектировании, изготовлении и эксплуатации трибологических систем.

  По  оценкам специалистов сопротивление  трения поглощает во всем мире 30 - 40 % вырабатываемой в течение года энергии. Для снижения трения ежегодно в мире расходуется свыше 120 млн. т. смазочных материалов, потери средств в машиностроении развитых государств по причине трения и изнашивания машин достигают 4–5 % национального дохода.

  Отработавшие  смазочные материалы представляют серьезную экологическую опасность  для окружающей среды, а потери энергии  при трении повышают температурный  режим работы трибологических систем и вызывают отказы машин. Исследования показали, что 80 … 90 % данных отказов происходит из-за износа сопряжений. В результате этого ремонтом машин и оборудования в развитых странах занято около 30 % общего числа работающих и примерно такая же часть станочного оборудования. На цели ремонта расходуется пятая часть всего выплавляемого в мире металла.

  В связи с этим управление трением является актуальной технической проблемой и является главной целью трибологии и триботехники.

  Управление  трением – это правильный выбор материалов по трению и износостойкости, рациональное конструирование подвижных сопряжений, оптимизация условий эксплуатации, которые могут существенно продлить срок службы машин при незначительном увеличении их стоимости.

  Цель курса  «Триботехника» - освоение будущими инженерами трибологических основ повышения ресурса машин в различных условиях эксплуатации.

  Дисциплина  «Триботехника» включает пять разделов:

1. Износ;
2. Безызносность;
3. Триботехника в конструировании машин;
4. Триботехника в изготовлении машин;
5. Триботехника в эксплуатации машин.

  Задачи курса «Триботехника» - изучить взаимодействие поверхностных слоев твердых тел, изменяющихся под действием сил трения и окружающей среды, вопросы создания новых эффективных трибологических материалов и подбора пар трения с целью сознательного управления фрикционным поведением материалов, инженерные методы расчета и испытания трибологических систем. 

2. Основные термины  триботехники.

   Триботехника – наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазки машин.

   Трибохимия – изучает взаимодействие контактирующих поверхностей с химически активной средой.

   Трибофизика – изучает физические аспекты взаимодействия контактирующих поверхностей при их взаимном перемещении.

   Трибомеханика - изучает механику взаимодействия контактирующих поверхностей при трении.

   Динамическое  металловедение – это раздел металловедения, изучающий структуру и свойства поверхностных слоев металлов и сплавов в процессе трения.

   Ряд терминов, относящихся к триботехнике, стандартизован. ГОСТ 23.002-78 включает 97 терминов, которые расклассифицированы по видам трения, изнашивания, смазки, методам смазывания и смазочным материалам. К общим понятиям триботехники  относятся следующие термины.

   Внешнее трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним, сопровождаемое диссипацией энергии.

   Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

   Износ – результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Величина износа может выражаться в единицах длины, объема, массы и др.

   Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.

   Смазочный материал – материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивность изнашивания.

   Смазка  – действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсивность изнашивания.

   Смазывание  – подведение смазочного материала к поверхности трения.

   Трение  покоя – трение двух тел при микроперемещениях до перехода к относительному движению.

   Трение  движения – трение двух тел, находящихся в относительном движении.

   Трение  скольжения – трение движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках касания различны по величине и направлению, или по величине, или по напрвлению.

   Трение  качения – трение движения двух твердых тел, при котором их  скорости  в точках касания одинаковы по величине и направлению.

   Сила  трения – сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, направленной по касательной к общей границе между этими телами.

   Поверхность трения – поверхность тела, участвующая в трении.

   Коэффициент трения – отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

   Коэффициент сцепления – отношение наибольшей силы трения покоя двух тел к нормальной относительно поверхностей трения силе, прижимающей тела друг к другу. 

   3. Перспективы развития  триботехники.

   Гаркунов  Д. Г., автор открытия явления «избирательного переноса » при трении, 6 основных направлений современной технологии:

   1.Износостойкость  и использование естественных  ресурсов:

- снизить  износ: авиация – в 5 раз; автотранспорт – в 8 раз;      строительная техника – в 15 раз;

-  учет зоны эксплуатации: затраты  на севере выше в 2 раза из-за  температуры,  а на юге в  1,5 раза из-за влажности выше, чем  в средней зоне;

2.Износостойкость  и людские ресурсы: должен быть баланс, обеспечивающий достаточный уровень обслуживания машин;

3.Надежность и безопасность механических систем;

4.Триботехника  и экологическая безопасность:

   - снижение токсичности отработавших  газов;

   - запрещение асбестосодержащих  колодок тормозов;

   - загрязнение отработанными маслами  окружающей среды;

5.Оптимизация  конструктивных решений узлов  трения;

6.Снижение  трения и повышение К.П.Д.

   Практическая  реализация данных мероприятий требует  комплексного и взаимосвязанного выполнения работ – по теоретическим основам трения, изнашивания и смазки; - по инженерным методам расчета узлов трения при проектировании; - по новым принципам конструирования и изготовления узлов трения и материалов для них. 

  Качество  и надежность машин  в аспекте триботехники.

      Одной из задач первостепенной важности в  аспекте триботехники является повышение качества изделий машиностроения путем применения прогрессивных технологий, улучшения свойств и контроля рабочих характеристик триботехнических материалов и узлов трения.

      Качество – это совокупность свойств, определяющих степень пригодности машины к выполнению заданных функций при использовании по назначению.

     Каждое свойство характеризуется одним или несколькими показателями, которые могут принимать различные качественные значения.

   Автомобиль  представляет собой сложную систему, совокупность действующих элементов, сборочных единиц и деталей, обеспечивающих выполнение ее функций.

   По  отношению к автомобилю элементами являются агрегаты, узлы и механизмы, а по отношению к последним – детали.

   Современный автомобиль состоит из 15 … 20 тыс. деталей, из которых 7 … 9 тыс. теряют свои первоначальные свойства (в основном по причине  изнашивания). Около 3 … 4 тыс. деталей  имеют срок службы меньше, чем автомобиль в целом. Из них 80 … 100 дет. влияют на безопасность движения, а 150 … 300 деталей, «критических» по надежности, чаще других требуют замены, вызывают наибольший простой автомобилей, трудовые и материальные затраты, т.е. в значительной мере характеризуют работоспособность в эксплуатации.