Підвищення зносостійкості вузлів тертя трансмісій з використанням технологій тріботехнічного відновлення

АНОТАЦІЯ

Джус Р.М. Підвищення зносостійкості вузлів тертя трансмісій з використанням технологій тріботехнічного відновлення. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.04 - Тертя та зношування в машинах. Національний авіаційний університет, Київ, 2004.

Розкритий механізм квазібеззносного тертя трібоспряжень, на робочих поверхнях яких нанесено металокерамічне покриття за допомогою добавок мінерального походження до мастильних матеріалів (так званих ревіталізантів). За допомогою автоматизованого комплексу трібодіагностування, побудованого на базі методу акустичної емісії та розробленого пристрою безперервної фіксації зміни геометрії зразків, простежено всю динаміку утворення та функціонування цього покриття. Випробування на знос зафіксували повну беззносність зразків з покриттям у обраному часі експерименту (80 год.) з незначним приростом ваги та розміру зразків завдяки утворюємому покриттю. Проведено комплексні металофізичні дослідження поверхонь з цими покриттями за допомогою сучасних методів, включаючи Фурьє-аналіз розподілу напружень, анізотропії та текстури структури покриття за допомогою двомірного дифракційного спектру по електронографічному зображенню. Визначено будову МК покриттів, механізм реалізації беззносного тертя та реологічні особливості його роботи. Запропоновано концептуальну модель розрахунку напружено деформованого стану системи з МК покриттям для оцінки її надійності та довговічності.

Сформульовано технологічні рекомендації щодо нанесення цих покриттів та їх застосування у експлуатації. Таке наукове пояснення унікальних властивостей МК покриттів допоможе впровадженню трібовідновлювальних технологій у особливо відповідальних та наукоємних галузях, де без глибокого вивчення та обґрунтування процесу їх застосування неможливе.

Ключові слова: мінеральні добавки, металокерамічне покриття, беззносне тертя, механізм та динаміка утворення, реологічні властивості, дисипація енергії.

АННОТАЦИЯ

Джус Р.М. Повышение износостойкости узлов трения трансмиссий с использованием технологий триботехнического восстановления. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.04 - Трение и износ в машинах. Национальный авиационный университет, Киев, 2004.

Диссертация направлена на комплексное исследование металлокерамических покрытий, которые образуются на поверхностях трения в режиме штатной эксплуатации при добавлении в смазочную среду минеральных добавок (ревитализантов) в рамках технологий триботехнического восстановления.

Методической основой работы было комплексное изучение динамики формирования, геометрических, металлофизических, реологических и эксплуатационных характеристик МК покрытия. Поскольку наращивание МК слоя с использованием ревитализантов - процесс саморегулируемый и зависит от выделяемой при трении энергии, то регистрация динамики процессов изнашивания параллельно с измерением толщины МК покрытия позволили оценивать все его свойства в реальном масштабе времени. Задача решалась с помощью автоматизированной системы трибодиагностики, базирующейся на использовании специально сконструированного устройства фиксирования изменения размеров испытываемых образцов в динамике эксперимента, а также регистрации сигналов акустической эмиссии.

Это обусловило при проведении экспериментальных исследований применения положений системно-физического анализа, который предусматривает одновременную регистрацию и изучение входных и выходных параметров трибосистемы и установления между ними функциональной зависимости путем привлечения положений теории надежности, нелинейной термодинамики открытых систем и синергетического подхода, а также разработки физической модели, которая адекватно описывает работу трибосистемы в условиях “безызносности”.

Прослежена вся динамика образования и функционирования МК покрытия. Определены условия, в наилучшей степени способствующие его образованию. Разработан методический подход к исследованию этих специфических процессов. Раскрыта физическая сущность и механизм квазибезызносного трения трибосопряжений с этим покрытием.

Проведены комплексные металлофизические исследования поверхностей с этими покрытиями с помощью современных методов, включая Фурье-анализ распределения напряжений, анизотропии и текстуры структуры покрытия с помощью двухмерного дифракционного спектра по электронографическому изображению. Определено строение покрытий, механизм реализации безызносного трения и реологические особенности его работы.

Испытания на износ зафиксировали полную безызносность образцов с покрытием за выбранное время эксперимента (80 часов) с незначительным приростом веса и размера образцов благодаря получаемому покрытию. Механизм реализации безызносного трения МК покрытий заключен в их реологических особенностях. Он включает несколько основных эффектов, позволяющих покрытию рассеивать избыточную механическую энергию, подводимую при трении.

Во-первых, на микроуровне покрытие имеет особое слоисто-глобулярное строение с явно выраженным делением на отдельные структурные блоки. При достижении поверхностными напряжениями некоторого критического значения, эти блоки резко перестраиваются, ориентируясь перпендикулярно направлению главных действующих напряжений, в отличие от классических ВС, которые ориентируют отдельные блоки поверхностной структуры по направлению трения. Это позволяет покрытию релаксировать избыточную механическую энергию за счет изометрического проворота этих отдельных структурных ансамблей. В то же время, когда напряжения не достигли критических, больший эффект по релаксации энергии достигается за счет скольжения, аналогично поверхности без покрытия. Однако, при резкой смене внешних условий, МК слой имеет способность к мгновенной безынерционной перестройке реологического релаксационного механизма без переходного периода (вторичной приработки). Во-вторых, МК покрытие способно к макроскопическому сдвигу по всей поверхности, также рассеивая накапливающиеся напряжения без повреждаемости. И третий эффект заключается в строении МК покрытия на макроуровне. В этом смысле оно представляет собой композиционный материал. Имея стеклообразное строение (Al₂O₃+SiO₂), большая часть покрытия под действием значительных контактных давлений и местных температур находится в аморфном состоянии. При этом, находящиеся в составе минеральной добавки в незначительном количестве вещества-кристаллизаторы (TiO₂, FeS и др.), а также твердые частицы износа, появляющиеся в смазке на первом этапе, армируют эту вязкую (квазижидкую) матрицу. Обеспечивая, за счет этого строения, два первых эффекта, МК покрытие, в третьих, обеспечивает реализацию атипичного гидродинамического режима смазки. Из его аморфной квазижидкой матрицы в контактной зоне выдавливается вязкий валик металлосиликата, который частично затягивается в контакт между поверхностями и разделяет их. Этот гидродинамический эффект, также обеспечивая безызносность ТС, объясняет результаты применения ревитализантов в ДВС. Толщина этого покрытия является динамической, т.е. присутствующей только в контактной области и только при трении. Таким образом, в контакте “поршневое кольцо-гильза цилиндра” обеспечивается динамическое восстановление изношенной геометрии и восстановление компрессии. Этот эффект объясняет невозможность зафиксировать якобы полностью восстановленные износы при дефектации обработанных ревитализантами агрегатов.

Создана информационно-статистическая модель структурной организации МК покрытий. Физический анализ трансформации структурного состояния в трибосистеме с МК покрытием показал, что отношение долей ансамблей е_і трибосистемы до и после изменения внешней среды равно отношению интенсивности их работы в этих же условиях. Логарифм отношения вероятностей нахождения системы в этих состояниях может служить мерой работоспособности ТС. Перенос потенциала ц через поверхность рассматриваемого объема МК покрытия складывается из переноса за счет макроскопического движения вещества и потока переноса. Поэтому динамика МК слоя в поле действующих напряжений позволяет отнести его к “условно равновесной” системе, что и является основной предпосылкой его квазибезызносности.

Впервые проведен анализ СНС системы с МК слоем, в результате которого определены условия ее перехода из упругой области в динамическую ползучесть, являющуюся одним из каналов релаксации подводимой энергии. Впервые предложена концептуальная модель анализа НДС двухслойной системы с МК покрытием. С ее помощью определено, что применение ревитализантов не только улучшает трибологические характеристики обрабатываемых поверхностей, но и объективно не ухудшает механических критериев работоспособности системы. Установлена определяющая роль армирующей фазы МК покрытия на его устойчивость в условиях сложного НДС.

ABSTRACT

Juice R.M. Rise of wearproof of transmissions friction units with the use of tribotehnical renewal technologies. - Manuscript.

The dissertation on gaining of scientific degree of candidate of technical sciences with specialty 05.02.04 - Friction and wear in machines. National Aviation University, Kiev, 2004.

The exposed physical essence and mechanism of subunwearing friction of triboconnection, on the work surfaces of which ceramet coverage is inflicted by means the additions of mineral origin to lubricating materials (so called revitalizants). By means the automated complex of tribodiagnostic, built on a base to the method of acoustic emission and developed device of the continuous fixing of change of geometry of details, traced all dynamics of appearance and functioning of this coverage. The tests on tearing down fixed complete unwearing details with coverage in select time of experiment (80 hours) with insignificant increase weight and size of details thanks to appearing coverage.

Complex metalfisical researches of surfaces are conducted with these coverages by means modern methods, including Fourye-analysis of distributing of tensions, anizotropment and texture of structure of coverage by means twomeasuring diffraction spectrum on the electrographic image. The structure of coverages is definite, mechanism of realization of unwearing friction and reological feature of his work. The mathematical model of computation of the tensely deformed state of the system is offered with ceramet coverage for estimation of its reliability and longevity.

Keywords: mineral additions, ceramet coverage, unwearing friction, mechanism and dynamics of appearance, reological properties, dissipation of energy.

Размещено на Allbest.ru