Сорокин В.М., Курников А.С. Основы триботехники и упрочнения поверхностей деталей машин: курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Волжская государственная академия

водного транспорта»

Кафедра Технологии конструкционных

материалов и машиноремонта

В.М. Сорокин, А.С. Курников

ОСНОВЫ ТРИБОТЕХНИКИ И УПРОЧНЕНИЯ

ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Нижний Новгород

2006

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Волжская государственная академия

водного транспорта»

Кафедра Технологии конструкционных

материалов и машиноремонта

В.М. Сорокин, А.С. Курников

ОСНОВЫ ТРИБОТЕХНИКИ И УПРОЧНЕНИЯ

ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Курс лекций по дисциплине «Основы триботехники и технология уп-

рочнения деталей» для студентов V курса дневного и VI курса заочного

отделения специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических

установок»

Нижний Новгород

2006

УДК 621.89

С65

Сорокин, В.М. Основы триботехники и упрочнения поверхностей де-

талей машин // В.М. Сорокин, А.С. Курников / Курс лекций по дисципли-

не «Основы триботехники и технология упрочнения деталей» и задания

для выполнения контрольной работы – Н. Новгород. Издательство ФГОУ

ВПО ВГАВТ. 2006. – … с.

Рекомендовано к изданию кафедрой Технологии конструкционных

материалов и машиноремонта протокол № … от «__» _________ 2006 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание

1 Введение в триботехнику

1.1 Общие представления о триботехнике и трибологии

1.2 Основные термины и определения

1.3 Этапы развития триботехники и краткий обзор некоторых работ

1.3.1 Сведения из истории о процессах трения и изнашивания

1.3.2 Развитие учения о трении и изнашивании

1.4 Понятия о надежности машины в эксплуатации и еѐ свойствах

1.5 Причины выхода из строя отдельных деталей, узлов и агрегатов

машин

1.6 Особенности износа деталей судовых двигателей и другой

технике

1.7 Некоторые сведения о сроках службы изделий при эксплуатации

и причинах низкого ресурса отремонтированных машин

1.8 Конструктивно-технологические и эксплуатационные

мероприятия в решении проблемы трения и изнашивания

2 Поверхностный слой и его свойства

2.1 Понятие о поверхности, еѐ качестве и структуре поверхностного

слоя

2.2 Классификация и номенклатура параметров качества

поверхностного слоя

2.3 Основные характеристики геометрических параметров

обработанной поверхности

2.3.1 Отклонения формы

2.3.2 Волнистость поверхности

2.3.3 Шероховатость поверхности

2.4 Поверхности с регулярным микрорельефом

2.5 Влияние условий обработки на микрорельеф поверхности

2.6 Способы и средства оценки и измерения микронеровностей

2.7 Деформационное упрочнение (наклеп) поверхностного слоя и

оценка его характеристик

2.8 Остаточные напряжения и их классификация

2.9 Формирование остаточных напряжений в поверхностном слое

2.10 Определение остаточных напряжений

2.11 Площади контактирования твѐрдых тел и их характеристики

2.12 Физико-химические свойства поверхностного слоя

2.12.1 О некоторых особенностях (свойствах) поверхностного

слоя и силах связи, действующих в его элементах

2.12.2 Понятие об адгезии

2.12.3 Понятие о поверхностной энергии

2.12.4 Адсорбция и хемосорбция

2.12.5 Адсорбционный эффект понижения прочности (эффект

Ребиндера)

2.13 Явление наводороживания поверхностного слоя и влияние

водорода на свойство стали

2.14 О механизме водородного охрупчивания и методах защиты

металлов от воздействия водорода

3 Трение и роль смазки

3.1 Общие представления о природе трения и особенностях

3.2 Виды трения

3.3 Трение без смазочного материала

3.4 Трение при граничной смазке

3.5 Трение при жидкостной, вязкопластической и контактно-

гидродинамической смазке

3.6 Трение при полужидкостной смазке

3.7 Режимы трения в подшипнике скольжения

3.8 Трение качения

3.9 Избирательный перенос – особый вид трения

3.10 Сервовитная пленка и ее влияние на взаимодействие трущихся

поверхностей

3.11 О возникновении «магма-плазмы» при трении

3.12 Наводороживание возникающее при трении. Сегрегация и

перераспределение водорода

3.13 Белый слой на поверхности трения и причины его образования

4 Трение и изнашивание

4.1 Основные понятия о изнашивании пар трения

4.2 Механизм изнашивания металлических поверхностей

4.2.1 Влияние температуры на состояние поверхностного слоя

4.2.2 Влияние химически активной среды

4.2.3 Элементарные виды разрушения поверхностей

4.3 Механизм изнашивания полимеров и резины

4.4 Стадии изнашивания пар трения

4.5 Виды изнашивания. Общие сведения

4.6 Водородное изнашивание

4.6.1 Сущность и механизм водородного изнашивания

4.6.2 Виды водородного изнашивания

4.6.3 Характерные проявления водородного изнашивания в

эксплуатации и некоторые рекомендации по его снижению

4.6.4 О различиях водородного изнашивания и избирательного

переноса на поверхностях трения

4.6.5 Отличие водородного изнашивания металла от водородного

охрупчивания

4.7 Абразивное изнашивание

4.7.1 Общие сведения

4.7.2 Изнашивание поверхностей деталей твѐрдыми частицами

4.7.3 Абразивное изнашивание при ударе

4.7.4 Изнашивание от абразивных частиц в зазоре пары трения

4.7.5 Влияние мелких абразивных частиц на изнашивание

4.8 Окислительное изнашивание

4.9 Усталостное изнашивание и его виды

4.9.1 Изнашивание вследствие пластической деформации

4.9.2 Изнашивание вследствие диспергирования

4.9.3 Изнашивание в результате выкрашивания вновь

образуемых структур

4.10 Кавитационное изнашивание

4.11 Эрозионное изнашивание

4.12 Изнашивание при фреттинге и фреттинг-коррозии и методы

борьбы с ним

4.13 Изнашивание при заедании. Сущность процесса схватывания и

виды его проявления

4.14 Виды повреждения поверхностей трения при схватывании

4.15 Схватывания деталей из-за наличия окислов в зазоре

4.16 Сущность коррозионно-механического изнашивания

4.17 Связь сопротивления усталости деталей с трением и

изнашиванием

5 Смазывание трущихся поверхностей

5.1 Роль смазки

5.2 Виды смазочных материалов

5.3 Физико-химические характеристики смазочных материалов

5.4 Присадки к маслам

5.5 Пластичные смазочные материалы

5.6 Металлоплакирующие смазки

5.7 Твѐрдые смазочные материалы (ТСМ)

5.8 Основные подходы к выбору смазочных материалов при

конструировании смазочных систем

5.9 Подвод и распределение смазочного материала

5.10 Контрольные и предохранительные устройства

5.11 Конструктивные особенности смазочных систем

6 Конструкторские способы повышения износостойкости

6.1 Задачи конструктора в повышении долговечности и надежности

узлов трения

6.2 Оценка и выбор схемы узла трения

6.3 Выбор материалов пары трения

6.4 Критерии работоспособности материалов в парах трения

6.5 Некоторые правила выбора материалов для пар трения

6.6 Принцип взаимного дополнения качеств

6.7 Использование принципа плавающих деталей

6.8 Замена внешнего трения внутренним трением упругого

элемента

6.9 Замена трения скольжения трением качения

6.10 Выбор зазоров в сопряжениях

6.11 Способы защиты рабочих поверхностей пар трения от

загрязнений

7 Технологические методы повышения износостойкости деталей

7.1 Влияние метода получения заготовок на свойства деталей

7.2 Влияние качества обработанной поверхности на

эксплуатационные свойства деталей

7.2.1 Влияние шероховатости поверхности

7.2.2 Влияние упрочнения поверхностного слоя

7.2.3 Влияние остаточных напряжений

7.3 Понятие о равновесной шероховатости и ее влияние на

изнашиваемость деталей

7.4 Модели качества рабочих поверхностей деталей и технология их

обеспечения

7.5 Прогрессивные технологические методы и инструмент для

упрочнения и регуляризации качества поверхностного слоя

7.6 Ударно-импульсная упрочняющая обработка

7.7 Комбинированная упрочняющая обработка

7.8 Использование трения в технологиях упрочнения поверхностей

7.9 Натирание поверхностей латунью (фрикционное

латунирование)

7.10 Возможности фрикционного латунирования деталей из чугуна,

сталей и алюминиевых сплавов

7.11 Финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО)

стальных и чугунных деталей узлов трения

7.12 Повышение износостойкости деталей применением

традиционных методов упрочнения

7.12.1 Упрочнение при резании

7.12.2 Упрочнение поверхностным пластическим

деформированием

7.13 Повышение износостойкости термической и химико-

термической обработкой поверхностей

7.14 Нанесение износостойких покрытий

7.15 Покрытие дисульфидом молибдена и графитирование

7.16 Наплавка и напыление поверхностей

7.17 Электроискровое упрочнение поверхностей

7.18 Электромеханическая обработка (ЭМО)

7.19 Термомеханическая обработка (ТМО)

7.20 Упрочнение поверхностей лучом лазера

8 Износостойкость узлов трения машин и пути ее обеспечения при

эксплуатации

8.1 Требования к очистке изделий в связи с износостойкостью

8.2 Обкатка машин

8.3 Технология и режимы обкатки машин

8.4 Стендовые и эксплуатационные испытания

8.5 Влияние условий эксплуатации и режима работы на

интенсивность изнашивания

8.6 Изменение свойств смазочного материала в эксплуатации

8.7 Смазывание узлов при эксплуатации

8.8 Рациональный способ запуска двигателя в холодное время года

8.9 Триботехническая обработка двигателя

8.10 Сущность и этапы безразборного восстановления деталей

трения машин (двигателя)

8.11 Результаты эксплуатационных испытаний изделий, прошедших

безразборное восстановление

8.12 Предельные износы и сроки службы деталей

Список литературы

1 ВВЕДЕНИЕ В ТРИБОТЕХНИКУ

1.1 Общие представления о триботехнике и трибологии

В последние десятилетия в развитых странах мира широкое развитие

получило научно – практическое направление, связанное с трибологией и

триботехникой. Это вызвано требованиями создания надежных, долго-

вечных и экономичных машин, приборов, аппаратов, технологического

оборудования и инструментов, а также экономическими проблемами [1].

Трибология – это наука о трении и процессах, сопровождающих тре-

ние. Название этой научной дисциплины произошло от греческих слов

«трибос» – трение и «логос» – наука. Трибология, как научная дисципли-

на, охватывает экспериментально – теоретические исследования физиче-

ских (механических, электрических, магнитных, тепловых), химических,

биологических и других явлений, связанных с внешним трением твердых

тел и внутреннем трении твердых и жидких тел.

Главные задачи трибологии: изучение взаимодействий поверхностных

слоев твердых тел в различных условиях; создание новых эффективных

триботехнических материалов для подбора пар трения с целью сознатель-

ного управления фрикционным поведением материалов.

Трению сопутствуют процессы трибологического изнашивания, и ис-

пользование этих знаний трибологии на практике является одним из важ-

нейших разделом триботехники.

Триботехника – наука о контактном взаимодействии твердых тел при

их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов тре-

ния, изнашивания и смазывания машин. Другими словами – это наука о

практическом применении знаний трибологии при проектировании, изго-

товлении и эксплуатации трибологических систем для обеспечения тре-

буемого качества на всем их жизненном цикле при наименьших затратах

живого и овеществленного труда.

Трибологическая система – это сложный комплекс элементов тре-

ния, изнашивания и смазки, включая связи, существующие между этими

элементами, их свойствами и явлениями.

В триботехнике рассматриваются физико-механические свойства контак-

тирующих поверхностей деталей, виды трения в узлах машин, механизм из-

нашивания деталей пар трения и рабочих органов машин (сюда входит все

многообразие видов изнашивания, включая разрушения при контактных на-

грузках), механизм и теория безызносности (избирательный перенос при тре-

нии), связь сопротивления усталости деталей с процессами трения и изнаши-

вания, распределение износа по поверхности деталей и др.

Значимость триботехники для народного хозяйства обусловлена тем,

что большинство машин (85-90%) выходят из строя не из-за поломок, а в

результате износа и повреждения поверхностей трения подвижных соеди-

нений. Износ деталей является главной причиной снятия машин и обору-

дования с эксплуатации (при их списании или производстве ремонта).

Затраты на ремонт и техническое обслуживание машин в несколько раз

превышают их стоимость: для автомобилей в 6 раз, для самолетов в 5 раз,

для станков до 8 раз. Потери от ремонта могут быть сокращены рацио-

нальным применением способов, основанных на триботехнике. Исследо-

вания и разработки на основе триботехники должны обеспечивать сниже-

ние затрат труда на техническое обслуживание и текущий ремонт машин,

стоимости капитальных ремонтов, расходов запасных частей, горюче-

смазочных материалов, а также снижение металлоемкости конструкций

узлов трения и повышение производительности машин. За последние го-

ды триботехника обогатилась принципиально новыми достижениями в

области понимания механизма изнашивания и трения, контактного взаи-

модействия твердых тел, механизма смазочного действия и вышла на мо-

лекулярный уровень. В практике появилось большое количество новых

износостойких и антифрикционных металлических и металлополимерных

материалов, эффективных смазок, новых конструкторских и технологиче-

ских методов и приемов, обеспечивающих высокую долговечность узлов

трения машин. Получили развитие новые разделы триботехники – трибо-

химия, трибофизика, трибомеханика и динамическое металловедение.

Трибохимия – изучает взаимодействие контактирующих поверхно-

стей с химически активной средой. Она исследует проблемы коррозии

при трении, химические основы избирательного переноса и воздействие

на поверхность деталей химически активных веществ, выделяющихся при

трении вследствие деструкции полимеров или смазочного материала.

Трибофизика – изучает физические аспекты взаимодействия контак-

тирующих поверхностей при их взаимном перемещении.

Трибомеханика – изучает механику взаимодействия контактирую-

щих поверхностей при трении. Она рассматривает законы рассеяния энер-

гии, импульса, а также механическое подобие, релаксационные колебания

при трении, реверсивное трение, уравнения гидродинамики и др. приме-

нительно к задачам трения, изнашивания и смазывания.

Динамическое металловедение – это раздел металловедения изу-

чающий структуру и свойства поверхностных слоев металлов и сплавов в

процессе трения.

Эффективность применения достижений триботехники в народном

хозяйстве огромна: специалисты оценивают ее примерно в 2% государст-

венного бюджета страны [2]. Одна из особенностей триботехники выгод-

но отличающей ее от других отраслей технических знаний, состоит в том,