Способ оценки фрикционной совместимости пар трения

Изобретение относится к области триботехники, а именно к оценке совместимости конструкционных и смазочных материалов в парах трения. Сущность: производят триботехнические испытания пар трения при различных нагрузках и определяют критическую нагрузку и температуру в момент схватывания. При испытаниях 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. В качестве критерия фрикционной совместимости пар трения используют расчетное значение времени до схватывания при заданных условиях эксплуатации пары трения. Технический результат: повышение точности и информативности оценки фрикционной совместимости пар трения. 4 ил.

 

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

$${\tau }_p={\tau }_0\exp \left(\frac{u_0-\gamma \sigma }{RT}\right),\left(1\right)$$

в котором параметры γ и u₀ являются стабильными (в пределах рассматриваемого вида разрушения) параметрами, характеризующими ведущий в данных условиях элементарный механизм разрушения межатомных связей.

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 u₀, γ и τ₀ в пределах одного и того же физического механизма повреждаемости поверхностей можно оценить активационные параметры разрушения поверхностных слоев пар трения в области критических нагрузок.

Для экспериментальной оценки активационных параметров u₀ и γ достаточно получение двух достоверных оценок времени до начала схватывания, полученных при двух различных режимах нагружения, для которых, исходя из постоянства u₀, можно записать равенство

$$R{T}_1\ln \left[\frac{t_{з1}}{{\tau }_0}\right]+\gamma {\sigma }_1=R{T}_2\ln \left[\frac{t_{з2}}{{\tau }_0}\right]+\gamma {\sigma }_2,\left(2\right)$$

из которого можно вывести величину структурно-чувствительного коэффициента

$$\gamma =\left(T_2\ln \left[\frac{t_{з2}}{{\tau }_0}\right]-T_1\ln \left[\frac{t_{з1}}{{\tau }_0}\right]\right)R/\left({\sigma }_1-{\sigma }_2\right),\left(3\right)$$

после чего можно рассчитать энергию активации разрушения поверхностного слоя по формуле

$$u_0=RT\ln \left[\frac{t_{з}}{{\tau }_0}\right]+\gamma \sigma .\left(4\right)$$

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 u₀ и γ по уравнению (1).

Способ реализуется по следующим этапам.

- Проводят триботехнические испытания по оценке времени до схватывания пары трения в среде заданного смазочного материала при нагрузке σ₁, находящейся в области критических нагрузок. В процессе испытаний оценивают значения силы (коэффициента, момента) трения и температуру фрикционного разогрева Т₁.

- Определяют время до схватывания t_з1 по резкому скачку силы (коэффициента, момента) трения.

- Повторяют испытания при другой нагрузке σ₂ и оценивают значения параметров T₂, t_з2.

- 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.

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 u₀, которые составили соответственно для смазки JBL-714R: γ=0,3, u₀=143 кДж/моль, а для смазки Probe А: γ=1,07, u₀=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.

Способ оценки фрикционной совместимости пар трения, заключающийся в том, что производят триботехнические испытания пар трения при различных нагрузках и определяют критическую нагрузку и температуру в момент схватывания, отличающийся тем, что при испытаниях 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.