СПОСОБ ОЦЕНКИ ФРИКЦИОННОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ПАР ТРЕНИЯ
ASSESSMENT METHOD OF FRICTION COMPATIBILITY OF FRICTION PAIRS

Изобретение относится к области триботехники, а именно к оценке совместимости конструкционных и смазочных материалов в парах трения.
Известен аналогичный способ оценки фрикционной совместимости [1], в котором снимают фрикционно-износные характеристики пар трения и определяют стабильность коэффициента трения. Если стабильность коэффициента трения ниже 0,7 пара трения является несовместимой.
Недостаток способа заключается в низкой точности и информативности оценки фрикционной совместимости, поскольку нестабильность коэффициента трения не всегда свидетельствует о низкой работоспособности пары трения, а используемый критерий фрикционной совместимости не позволяет оценить технический ресурс испытываемой пары трения.
В качестве прототипа выбран способ испытания пар трения на трибостойкость при переходных режимах, описанный в [2], который заключается в том, что осуществляют повторные пуски исследуемых пар трения со ступенчатым повышением нагрузки. Оценивают износостойкость, антифрикционность и фрикционную теплостойкость по характеристикам нестационарности, основанных на измерении стабилизированных значений интенсивности изнашивания, силы трения и температур фрикционного разогрева, а также значения этих величин в переходном процессе после пуска или ступенчатого изменения нагрузки.
Недостаток способа-прототипа заключается в недостаточной точности и информативности оценки фрикционной совместимости пар трения, поскольку не учитывается время до возникновения задира.
Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении точности и информативности оценки фрикционной совместимости пар трения.
Технический результат достигается тем, что производят триботехнические испытания пар трения при различных нагрузках и определяют критическую нагрузку и температуру в момент схватывания, при этом во время испытаний на трение при критических нагрузках определяют время до начала схватывания пары трения, на основе полученных результатов оценивают энергию активации разрушения материала поверхностного слоя и структурно-чувствительный коэффициент, а в качестве критерия фрикционной совместимости пар трения используют расчетное значение времени до схватывания при заданных условиях эксплуатации пары трения.
Процесс схватывания является механо- и термоактивируемым процессом, связываемым с разрушением граничного слоя смазочного материала вследствие термодеструкции или десорбции. При высоких нагрузках схватывание может быть вызвано началом усталостного выкрашивания охрупченного поверхностного слоя материала, при котором граничный слой разрушается вместе с поверхностью, и обнажаются нижележащие слои со склонными к схватыванию поверхностями.
В источнике [3] отмечается, что время до разрушения материалов даже в условиях сложного режима нагружения может быть удовлетворительно описано уравнением долговечности академика С.Н. Журкова
<mrow><msub><mi>τ</mi><mi>p</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub><mo>−</mo><mi>γ</mi><mi>σ</mi></mrow><mrow><mi>R</mi><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
0
в котором параметры γ и u являются стабильными (в пределах рассматриваемого вида разрушения) параметрами, характеризующими ведущий в данных условиях элементарный механизм разрушения межатомных связей.
0
0
Исходя из предположений о термофлуктуационной природе прочности поверхностных слоев трущихся материалов, о схожести температурно-временных закономерностей разрушения материалов при одноосном растяжении и трении, а также принимая допущение о стабильности параметров u, γ и τ в пределах одного и того же физического механизма повреждаемости поверхностей можно оценить активационные параметры разрушения поверхностных слоев пар трения в области критических нагрузок.
0
0
Для экспериментальной оценки активационных параметров u и γ достаточно получение двух достоверных оценок времени до начала схватывания, полученных при двух различных режимах нагружения, для которых, исходя из постоянства u, можно записать равенство
<mrow><mi>R</mi><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub><mi>ln</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>з</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>+</mo><mi>γ</mi><msub><mi>σ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>R</mi><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub><mi>ln</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>з</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>+</mo><mi>γ</mi><msub><mi>σ</mi><mn>2</mn></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
из которого можно вывести величину структурно-чувствительного коэффициента
<mrow><mi>γ</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub><mi>ln</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>з</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub><mi>ln</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>з</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>R</mi><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>σ</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>σ</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
после чего можно рассчитать энергию активации разрушения поверхностного слоя по формуле
<mrow><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mi>R</mi><mi>T</mi><mi>ln</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mi>з</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>+</mo><mi>γ</mi><mi>σ</mi><mo>.</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
0
В качестве критерия оценки фрикционной совместимости пар трения предлагается использовать расчетное время до начала их схватывания при заданных условиях эксплуатации с использованием полученных значений параметров u и γ по уравнению (1).
Способ реализуется по следующим этапам.
1
1
- Проводят триботехнические испытания по оценке времени до схватывания пары трения в среде заданного смазочного материала при нагрузке σ, находящейся в области критических нагрузок. В процессе испытаний оценивают значения силы (коэффициента, момента) трения и температуру фрикционного разогрева Т.
з1
- Определяют время до схватывания t по резкому скачку силы (коэффициента, момента) трения.
2
2
з2
- Повторяют испытания при другой нагрузке σ и оценивают значения параметров T, t.
- Рассчитывают параметры u и γ по формулам (3, 4).
- Рассчитывают время до появления схватывания пары трения при заданных эксплуатационных нагрузках по уравнению (1) и сравнивают это время со значениями, полученными для других пар трения. Чем больше величина расчетного времени, тем больше фрикционная совместимость пары трения.
0
0
0
Пример. Проводили триботехнические исследования по оценке времени до схватывания пары трения «серебряное покрытие-сталь» в среде двух пластичных смазок (штатной JBL-713R и перспективной Probe А) при двух различных нагрузках. Время до схватывания определяли по резкому скачку момента трения (фиг.1-4). Рассчитывали значения параметров γ и u, которые составили соответственно для смазки JBL-714R: γ=0,3, u=143 кДж/моль, а для смазки Probe А: γ=1,07, u=270 кДж/моль. Далее определяли долговечность исследованных пар трения при следующих условиях: σ=150 МПа, Т=350 К. При использовании смазки JBL-713R время до схватывания составило 422 с, а при использовании смазки Probe А время до схватывания составило 4688 с, следовательно, трение со смазкой Probe А обеспечивает более высокую фрикционную совместимость.
Графические материалы заявки содержат:
Фиг.1. - Результаты экспериментов по оценке времени до появления задира на поверхности серебряных покрытий при трении в среде смазки Probe A фирмы Beghem в условиях форсированных испытаний при контактном давлении 167 МПа.
Фиг.2. - Результаты экспериментов по оценке времени до появления задира на поверхности серебряных покрытий при трении в среде смазки Probe А фирмы Beghem в условиях форсированных испытаний при контактном давлении 157 МПа.
Фиг.3. - Результаты экспериментов по оценке времени до появления задира на поверхности серебряных покрытий при трении в среде смазки JBL-713R в условиях форсированных испытаний при контактном давлении 167 МПа.
Фиг.4. - Результаты экспериментов по оценке времени до появления задира на поверхности серебряных покрытий при трении в среде смазки JBL-713R в условиях форсированных испытаний при контактном давлении 146 МПа.
Используемая литература
1. Шведков Е.Л. и др. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин: Справочник / Д.Я. Ровинский, В.Д. Зозуля, Э.Д. Браун. - Киев: Наукова думка, 1979. - 188 с.
2. Методические указания. Методы экспериментальной оценки фрикционной совместимости материалов трущихся сопряжении. РД 50-662-88. Госстандарт СССР. - М.: Изд-во СТАНДАРТОВ, 1988. - 29 с.
3. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел, М., 1974.