Дисипативні властивості фрикційного контакту та їхній вплив на фретингостійкість трибосистем (стр. 2 из 5)
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти глав, висновків, списку використаних джерел із 152 найменувань і додатків. Повний обсяг роботи складає 157 сторінок, що містять 50 рисунків та 2 додатки.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вступ до дисертаціїрозкриваєважливість обраної проблеми, містить обґрунтування актуальності теми, сформульовану мету та задачі дослідження, відомості про наукову новизну, практичну цінність та впровадження отриманих результатів, апробацію та публікації основних положень роботи.
У першій главі проведено аналіз робіт відомих вітчизняних та закордонних авторів А. В. Верховского, І. В. Крагельского, І. Р. Коняхіна, А. С. Ахматова, Р. Міндліна та інших, які присвячені явищу попереднього зміщення.
Також проаналізовано основні закономірності фретинг-процесу у зв’язку з впливом різних чинників, реології контактної взаємодії та методи підвищення фретингостійкості трибосистем, викладені у роботах Н. Л. Голєго, А. Я. Аляб’єва, В. В. Шевелі, А. В. Рябченкова, Г. Н. Філімонова, В. С. Іванової, В. Н. Степанова, В. І. Похмурського, Л. Т. Балацького, В. В. Ковалевського, С. Г. Костогриза, Г. С. Калди, В. П. Олександренка, Г. Томлінсона, Р. Б. Уотерхауза, Д. Холлідея, В. Хірста та інших дослідників.
Розглянуто основні фактори, що впливають на фретингостійкість трибосистем. Показано суперечливість деяких отриманих залежностей та відсутність однозначного зв’язку, що істотно ускладнює розробку методів та рекомендацій з підвищення фретингостійкості трибосистем. Показано, що незважаючи на серйозні дослідження фретингу, дотепер залишається маловивченим цілий ряд питань.
Встановлено існування взаємозв’язку непружної поведінки металів із пошкоджуваністю. Показано, що виникаючі під час контактної взаємодії дисипативні явища потребують більш глибокого вивчення.
З’ясовано, що застосування мастильних матеріалів може розглядатися як метод попередження та гальмування розвитку фретинг-корозії. Внаслідок низької швидкості ковзання та реверсивності руху при фретингу масла нездатні ефективно розділяти контактуючі поверхні. Застосування замість масел пластичних мастильних матеріалів полегшує розв’язання вказаної проблеми. В той же час лишається невідомим: які з їхніх показників є визначальними при виборі вказаних матеріалів.
З урахуванням викладеного вище визначено мету та завдання дослідження, а аналіз робіт з попереднього зміщення дозволив дійти висновку, що вивчення характеристик збуджених згасаючих коливань у фрикційному контакті в умовах попереднього зміщення може виступати як достатньо ефективний метод дослідження дисипативних явищ у трибосполученні.
У другій главі описано експериментальні установки та методику проведення досліджень.
Дослідження дисипативних властивостей контакту виконувалось на спеціальній установці – маятниковому триборелаксаторі, виготовленому на базі інструментального мікроскопа БМИ-1, методом збудження вільних згасаючих крутильних коливань у контакті зразків в умовах попереднього зміщення.
Робоча частина триборелаксатора (рис. 1, а) являє собою крутильний маятник, який включає в себе досліджувану пару зразків. Контакт зразків здійснюється за схемою «площина (нижній зразок) – торець втулки (верхній зразок)». Верхній зразок 1 досліджуваної пари нерухомо закріплюється у тримачеві установки, нижній зразок 2 – на інерційній деталі (маятникові) 3 і спирається на опору 4 у вигляді голки. Зразки притискаються один до одного нормальною силою Р заданої величини. Пропусканням через котушку 6 короткого імпульсу постійного струму маятник приводиться у крутильний коливальний рух в горизонтальній площині. Величина струму встановлюється такою, щоб у процесі здійснення коливань досліджуваний контакт перебував у режимі попереднього зміщення. Виникаючі при цьому крутильні коливання маятника носять згасаючий характер, що визначається переважно дисипативними властивостями досліджуваного контакту.
Коливання маятника реєструються ємнісним датчиком переміщень 5, сигнал з якого подається на два електронних частотоміри. Один із них вимірює частоту коливань маятника ν, квадрат якої характеризує тангенціальну жорсткість досліджуваного контакту; інший – кількість коливань маятника Ne за проміжок часу, протягом якого початкова амплітуда коливань зменшується в e разів (e
2,72). Дисипативні властивості контакту оцінювалися величиною логарифмічного декременту коливань, що розраховувався за формулою: 
, (1)де A0 − початкова величина амплітуди коливань;
− амплітуда Ne-го коливання.При подачі на котушку 6 коротких періодичних імпульсів струму для забезпечення поповнення втрат енергії маятника за цикл із частотою, рівною частоті власних коливань маятника, в установці реалізується нанесення пошкоджень на контактуючі поверхні зразків у режимі попереднього зміщення. Це дозволяє досліджувати еволюцію дисипативних властивостей контакту в процесі фретингу з частковим проковзуванням.
При модернізації триборелаксатор було додатково оснащено спеціальною приставкою для нанесення пошкоджень на контактуючі поверхні зразків при фретингу з повним проковзуванням та пружинним динамометром для вимірювання моменту найбільшої сили тертя спокою
.Для проведення досліджень використовувалися сталеві пари зразків (рис. 1, б). Кільцева площадка контакту мала зовнішній діаметр, рівний 5 мм, і внутрішній, рівний 3 мм. Величина амплітуди коливань визначалася на середньому радіусі контактної площадки.
Розглянуто механізми розсіювання енергії, які діють в коливальній системі триборелаксатора. Показано, що при дослідженні, пов’язаному з дією певного механізму, вимірювання слід проводити в таких умовах, коли внесок у загальне розсіювання за рахунок інших механізмів (фон) був би якомога меншим.
Оскільки вимірюване під час досліджень на триборелаксаторі попереднє зміщення фактично являє собою суму двох складових – попереднього зміщення, обумовленого об’ємною пружною деформацією коливальної системи, та контактного попереднього зміщення, – на основі побудови та розв’язання математичних моделей коливальної системи отримано вираз для визначення початкової амплітуди контактного попереднього зміщення:
, (2)де A02, ν –початкова величина амплітуди попереднього зміщення, що визначається за показниками датчика переміщень триборелаксатора, та частота коливань маятника триборелаксатора відповідно при випробовуваннях пари зразків; ν0 – частота коливань маятника при випробовуванні спеціального монолітного зразка (рис. 1, б), форма і розміри якого повторюють зовнішню конфігурацію сполученої пари зразків.
Фретинг-дослідження також здійснювались на установці МФК-1, в якій передбачено контроль основних параметрів, які визначають умови та інтенсивність поверхневого руйнування (сила тертя, питоме навантаження, частота та амплітуда коливань, число циклів навантаження). Досліджувані зразки були виконані у вигляді втулки та суцільного циліндра. Контакт здійснювався по торцях при крутильному коливальному русі втулки відносно нерухомого циліндра.
Третя глава присвячена дослідженням дисипативних властивостей контакту при реверсивному попередньому зміщенні. Досліджувався вплив таких факторів, як початкова амплітуда коливань, нормальний тиск, температура у зоні контакту, структурний стан матеріалу зразків, мікрошорсткість контактуючих поверхонь та тривалість часу контактування.
Встановлено, що при всіх досліджених навантаженнях із збільшенням амплітуди аж до граничного значення [A0],при якому зсувна сила стає рівною найбільшій силі тертя спокою, енергія, що розсіюється, зростає. Підвищення нормального тиску викликає збільшення граничного значення амплітуди [A0].
Для амплітуд, що не перевищують граничних значень, із збільшенням нормального навантаження логарифмічний декремент коливань зменшується (рис. 2, криві 1-5). Це свідчить про зниження дисипативних властивостей контакту внаслідок збільшення його тангенціальної жорстокості в результаті зростання зближення нерівностей та розвитку адгезії. Про підвищення тангенціальної жорстокості контакту із збільшенням нормального навантаження свідчить відповідне зростання квадрата частоти коливань (рис. 2, крива 7). Одночасно виявляється зростання граничних значень логарифмічного декременту коливань (граничної демпфірувальної здатності) [δ] (рис. 2, крива 6), із перевищенням яких починається проковзування, та моменту найбільшої сили тертя (рис. 2, крива 8). Із зростанням тиску також змінюється вид деформації: від пружної до пружно-пластичної. На рис. 2 відповідні області умовно поділені штрих-пунктирною лінією (область А відповідає пружному контакту, область В – пружно-пластичному, область С – умовам проковзування).
Встановлено, що з підвищенням температури відбувається зниження демпфірувальних властивостей контакту. Очевидно, що з огляду на те, що досліджувана сталь є феромагнетиком, варто враховувати температурну залежність декременту, обумовлену магнітомеханічним гістерезисом (магнітопружним згасанням). Відомо, що цей вид втрат, який дає значний внесок у загальний рівень згасання, істотно знижується з підвищенням температури. Крім того, можливий прояв деформаційного старіння, який сприяє зростанню пружності матеріалу. Варто також враховувати, що при термічному розширенні зразків, які формують сполучення, додатково підвищується контактний тиск. Це повинно сприяти зниженню декременту коливань за двома причинами: внаслідок зростання жорсткості контакту, а також через зменшення внеску магнітопружного згасання, що має місце при збільшенні статичних стискаючих напружень.