Експериментально-теоретична розробка основ проектування високоефективних трибосистем на базі гіпотези компресійно-вакуумної природи граничного тертя
Репозитарій Національного Авіаційного Університету
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Експериментально-теоретична розробка основ проектування високоефективних трибосистем на базі гіпотези компресійно-вакуумної природи граничного тертя
|
|
| Subject |
компресійно-вакуумна природа
граничне тертя трибосистема експериментально-теоретична розробка проектування |
|
| Description |
Уперше проведена серія випробувань на приладі тертя АСК-01 дозволила, окрім відомих, виявити нові експериментальні закономірності, що не знаходять пояснення з позицій АД та ЕГД - теорій, а саме: локалізація первинної адгезійної взаємодії поверхонь в дифузорних облас- тях лінійного контакту ковзання; локалізація та накопичення продуктів зношування на певній відстані від конфузорної області трибоконтакту; підвищені значення сили тертя ковзання, що характерно процесу тертя в умовах граничного змащування, та відсутність ознак адгезійної вза- ємодії поверхонь свідчать про наявність гідродинамічних компонентів сили тертя, що не врахо- вується АД та ЕГД- теоріями. Уперше на основі експериментальних досліджень трибохарактеристик конструкційного матеріалу ШХ-15 у модельній трибосистемі ковзання з лінійним контактом наногеометричних поверхонь тертя в умовах граничного змащування виявлено: ефект підвищення зносостійкості при збільшенні миттєвих контактних напружень, який зникає при реалізації їх сталості, шляхом надання фактичному контакту рухомості в межах контурної площі; закономірність виникнення адгезійної взаємодії поверхонь тертя ковзання в трибоконтакті у дифузорній області; закономі- рність траєкторій руху, осідання та накопичення продуктів зношування в конфузорній області трибоконтакту; при початковому терті ковзання у гарантованих умовах граничного змащення коефіцієнт тертя сягає величин (0,1), що характерно режиму граничного тертя, а ознаки адге- зійної взаємодії відсутні. Отримані закономірності впливу динамічних процесів в граничних шарах дозволяють розглядати гідродинамічні, еластогідродинамічні уявлення та процеси тертя в умовах граничного змащування з єдиних позицій. Уперше встановлена наявність потужних динамічних процесів у граничних шарах в ди- фузорно-конфузорних областях трибоконтакту, що визначають експлуатаційну надійність три- босистем. Зносостійкість вузлів тертя зменшується за рахунок виникнення розрідження змащу- вального середовища в дифузорних областях трибоконтактів, де створюються передумови ло- кальної десорбції граничних шарів. Сформульовані основні фізико-технологічні принципи зме- ншення ступеня розрідження в дифузорних областях трибосистем в різних умовах змащування, що дозволяє прогнозувати і проектувати трибосистеми з заданими трибохарактеристиками. Це досягається шляхом: використання матеріалів із спрямованою пористістю, формуванням мікро- та нано- структурованих поверхонь тертя, вибором матеріалів з певними фізико-хімічними вла- стивостями на межі тверда підкладка - змащувальна рідина та створенням конструкцій з пев- ною кінематикою трибоконтакту. Уперше встановлено, що зі збільшенням осьового навантаження, швидкості ковзання та в'язкості зростає ступінь стиснення середовища «на вході в контакт» і ступінь його розрідження - «на виході з контакту». Області підвищеного та зниженого тиску змащувального середовища є симетричними відносно лінії максимуму контактних напружень і перевищують довжину конта- кту в декілька разів. Симетрія порушується після досягнення певних контактних напружень та/або швидкості ковзання, коли виникає кавітація в зоні контакту. Проведені дослідження роз- поділу температури в навколоконтактній зоні трибоконтакту показали, що при терті ковзання температура підвищується у передконтактній зоні, що викликано динамічними процесами гра- ничних шарів у конфузорних областях та негативно впливає на поведінку трибосистеми. Уперше, завдяки дослідженням, проведеним з використанням тепловізора ThermaCAMTM R65, показано, що у конфузорній області трибоконтакту, перед ним також підвищується темпе- ратура у змащувальній рідині внаслідок тертя набігаючих граничних шарів та зустрічних вто- ринних потоків. Обидва ефекти слід враховувати на етапі проектування трибосистем. Уперше при моделюванні трибосистеми ковзання з лінійним контактом встановлено, що в паливних, масляних та гідравлічних системах поряд із гідравлічною та акустичною кавітаці- єю, має місце й «трибокавітація» - процес, що протікає у дифузорних областях вузлів тертя та призводить до локального зниження тиску в середовищі до значень, близьких до мінімального тиску порогу кавітації. Зсув зони контакту трибосистеми ковзання в область виходу валу з кон- такту зумовлений перерозподілом підвищеного і зниженого тиску в граничних шарах змащува- льного середовища у конфузорній та дифузорній областях контакту. Уперше розкрита фізика процесів фазових перетворень граничних шарів змащувального середовища в трибоконтакті. На межі розділу фаз «тверде тіло – змащувальне середовище» утворюються рідкокристалічні структури з рідкої фази змащувального середовища. В дифузо- рній області контакту під дією потужних розтягуючих напружень із рідкої фази виділяється га- зова паро - повітряна фаза у вигляді пухирців. Уперше на основі дослідження впливу змащувальних матеріалів на розподіл контактних напружень в статиці та динаміці показано, що при терті фактичний тиск у граничних шарах суттєво впливає на теоретичні герцівські поверхневі напруження, а тому контактними напру- женнями є лише ті, що виникають у області розрідження граничних шарів. Зношування вузлів тертя відбувається переважно в дифузорних областях трибоконтакту, що слід враховувати на етапі їх проектування. Уперше за результатами експериментальних досліджень динамічних процесів у гранич- них шарах трибоконтакту ковзання в умовах граничного змащування розроблені компромісна (з огляду на ЕГД та АД-теорій) адгезійна гідродинамічна (АГД) модель та теорія тертя. Основні положення АГД-теорії основані на доведеному взаємозв’язку гідродинамічних процесів у гра- ничних шарах та адгезійно-деформаційної взаємодії поверхонь тертя. Уперше експериментально підтверджена АГД-теорія про взаємозв`язок ступеню розрі- дження, що виникає у дифузорних областях трибоконтакту, з адгезійною взаємодією поверхонь тертя, обумовленого двома негативними процесами: підвищенням фактичних контактних на- пружень, викликаним розрідженням граничних шарів і десорбцією граничних шарів, що при певних умовах навантаження призводить до адгезійної взаємодії поверхонь та переходу трибо- системи у режим квазісухого тертя. Уперше розроблені основи проектування високоефективних трибосистем шляхом змен- шення ступеню розрідження в граничних шарах трибоконтакту, що дозволило, поряд з тради- ційними, створити нові методи підвищення ефективності трибосистем: конструкторський, рео- логічний, матеріалознавчий та фізико-технологічний. Уперше встановлено, що причиною екстремальної зміни сили тертя (збільшення до мак- симуму і подальшого зменшення) при збільшенні швидкості ковзання трибоконтакту, рясно змащеного моторним маслом, є його перехід з гомогенного прозорого рідкого стану в гетеро- генну масло-повітряну суспензію. Уперше реалізована лабораторно-стендова апробація розроблених основ проектування високоефективних трибосистем на прикладі використання нового методу змащування двохфаз- ним середовищем, що дозволило вирішити проблему надійності відповідальних редукторів авіаційних ГТД. Уперше впровадження нового способу змащування трибовузлів редукторів авіаційних двигунів ТВ3-117ВМА-СБМ1 масло-повітряною суспензією дозволило підвищити термін їх безремонтної експлуатації у 5 разів (акт випробувань додається). Льотна експлуатація двигунів триває. Уперше наведена вище фізична АГД-модель тертя радіального підшипника ковзання в умовах граничного змащування та модель динамічних процесів у граничних шарах (ДПГШ), що підтверджені експериментальними результатами та візуальними спостереженнями, були покла- дені в основу розробки контактних та безконтактних трибомолекулярних нагнітаючих та ваку- умних насосів. Уперше розроблені основи та алгоритм проектування високоефективних трибосистем із заданою силою тертя та іншими параметрами, що полягають у визначенні областей розріджен- ня граничних шарів та тиску у дифузорних областях трибоконтакту, величини додаткового на- вантаження в цих областях, прогнозування виникнення умов квазісухого адгезійного тертя та застосування запропонованих методів ті прийомів, що дозволять збільшити тиск і таким чином запобігти адгезії поверхонь в дифузорних областях трибоконтактів. Основні отримані результати: - експериментально доведена фізична модель динамічних процесів у граничних шарах трибоконтактів при терті в умовах граничного змащування; - розроблений та створений вакуумно-десорбційний механізм зношування вузлів тертя, що працюють в умовах граничного змащування; - розроблена адгезійно-гідродинамічна (АГД) теорія тертя; - розроблений та створений лабораторний прилад дослідження динамічних процесів у граничних шарах з оптичним каналом отримання інформації та системою сканування локально- го тиску в граничних шарах; - розроблений алгоритм якісного математичного аналізу та проектування високоефекти- вних трибосистем шляхом зменшення ступеню розрідження в граничних шарах відповідними методами підвищення ефективності трибосистем на основі розробленої адгезійно- гідродинамічної теорії тертя в умовах граничного змащування (конструкторський, реологічний, матеріалознавчий та фізико-технологічний). Значимість отриманих результатів полягає в тому, що за допомогою розробленого та створеного комплексу приладів і методик дослідження динамічних процесів в граничних шарах лабораторним шляхом будуть отримані реальні параметри трибосистем, що, в свою чергу, доз- волить створювати надефективні надійні та довговічні трибосистеми. Крім цього, комплекс за- безпечить експериментальну базу нової адгезійно-гідродинамічної теорії тертя. |
|
| Date |
2014-07-09T11:46:29Z
2014-07-09T11:46:29Z 2012 |
|
| Type |
Technical Report
|
|
| Identifier |
http://er.nau.edu.ua:8080/handle/NAU/9174
|
|
| Language |
other
|
|
| Publisher |
Національний авіаційний університет
|
|