Результаты испытаний упрочненных деталей ЦПГ

РЕФЕРАТ

«Изменения свойств смазки и антифрикционных свойств подшипников скольжения в эксплуатации»

 

 

Выполнил: _______________ Неповинных Д.Ю.

студентгр.М-МО-16

Проверилпреподаватель: _______________ Бочаров А.В.

 

Липецк 2017

Общие сведения

Конструктивное совершенство и высокое качество изготовления и установки машины не гарантируют длительной и безаварийной ее работы. Дополнительными условиями являются грамотная техни­ческая эксплуатация и целесообразная система ремонтов.

Изменение эксплуатационных свойств в их взаимосвязи с изно­сом зависит от типа машины. Возьмем для примера автомобиль. Из­нос цилиндров, поршневых колец и поршней, лакообразование в ци­линдрах и износ клапанов ухудшают герметичность рабочего про­странства, в результате чего снижается среднее индикаторное давле­ние, что влечет за собой уменьшение мощности двигателя и увеличе­ние удельного расхода горюче-смазочных материалов. С потерей мощности двигателя ухудшаются тяговые качества автомобиля - воз­растает время и путь разгона, понижается предельная скорость дви­жения на той или иной передаче.

Износ деталей цилиндропоршневой группы, шатунных подшип­ников и деталей газораспределительного механизма приводит к уси­лению шума при работе двигателя. Увеличение зазоров в рулевом механизме, износ тормозных колодок и барабанов, тормозного кула­ка и шарнирных соединений тормозного привода ухудшают управ­ляемость автомобиля и в связи с увеличением пути торможения по­нижают безопасность движения.

Важной предпосылкой правильного использования и грамотной эксплуатации машины является наличие ее технического описания, правил технической эксплуатации, основных правил техники безо­пасности при обслуживании машины, альбома чертежей и карты смаз­ки. Указанная документация составляется под непосредственным ру­ководством конструктора на основании опыта эксплуатации подоб­ных машин, результатов исследовательских работ, стендовых и эксп­луатационных испытаний опытных образцов.

Задачей технической эксплуатации машины является обеспече­ние ее исправного технического состояния и безаварийной работы при необходимой экономичности. Уровень технической эксплуата­ции машин определяется установкой их в надлежащем месте, рацио­нальным использованием в соответствии с назначением, квалифика­цией обслуживающего персонала, постановкой ухода и технического надзора за машинами, организацией смазочного хозяйства [9].

Сданная в эксплуатацию машина или установка поступает в ве­дение лиц, управляющих ею и обслуживающих ее агрегаты.

Для обеспечения должного уровня технической эксплуатации к самостоятельному управлению машинами и их техническому обслу­живанию допускаются лица, пригодные к данной работе по состоя­нию здоровья, отлично изучившие машины данного типа и получив­шие соответствующие свидетельства. Во многих случаях к управле­нию машинами не допускаются лица, не достигшие 18 лет. Знание обслуживающим персоналом правил технической эксплуатации и тех­нических инструкций должно систематически проверяться.

Необходимые навыки в обращении с машиной вырабатываются у машиниста, станочника или оператора при длительной работе на ней. Поэтому к перестановке рабочего с машины на машину прибе­гают только при настоятельной необходимости.

Для надзора за оборудованием действуют органы технического надзора. В зависимости от характера оборудования технический над­зор бывает государственный и местный или только местный. Госу­дарственный надзор осуществляют такие организации как Госавто- инспекция, Госавиаинспекция, Госгортехнадзор, Морской регистр и др. Вообще, в функции технического надзора входит надзор за мон­тажом оборудования, техническим состоянием машин и оборудова­ния, выполнением правил управления машинами, их обслуживании, контроль за сроками и качеством выполнения ремонта, за испытани­ем оборудования и за ведением технической документации.

Органы Государственного технического надзора занимаются ос­видетельствованием, испытанием и разработкой норм проектирова­ния машин и оборудования с точки зрения надежности работы и бе­зопасности в обслуживании.

Цель технического ухода и ремонта - поддерживать работоспо­собность машины. Но если технический уход представляет собой со­вокупность мероприятий, направленных на борьбу с износом, то задачей ремонта является ликвидация последствий износа.

В одних отраслях народного хозяйства ремонт является элемен­том технической эксплуатации оборудования, в других он обособлен.

На практике расходы на ремонт могут достигать очень большой величины, превышая в некоторых случаях стоимость машины в не­сколько раз. Иногда расходы на ремонт поглощают большую часть доходов, приносимых машиной, что делает эксплуатацию машины нерентабельной.

В настоящее время ставится на очередь задача перехода на безре­монтную эксплуатацию или ремонт без разборки машины.

Под последним термином понимается:

-устранение капитальных ремонтов;

- восстановление изношенных узлов трения без их разборки;

- широкое использование диагностических средств с целью оцен­ки фактического состояния машины;

-перевод узлов трения машины на смазывание их металлоплаки­рующими смазочными материалами;

- в некоторых случаях использование восстановительного ремон­та и замена его комплектационным ремонтом, осуществляемым сме­ной износившихся деталей, узлов и агрегатов.

Переход на безремонтную эксплуатацию является комплексной задачей. Решение этой задачи должно базироваться на следующем:

-переход от планово-предупредительной системы ремонта к ре­монту по техническому состоянию;

-использование всевозможных методов повышения износостой­кости трущихся деталей, основанных на эффекте безызносности (из­бирательном переносе при трении), включая конструктивные, техно­логические и эксплуатационные методы;

-использование в машине не изнашивающихся фиксирующих поверхностей трения, служащих при установке сменных деталей;

- использование в машине агрегатного принципа, который допус­кает независимую смену изнашивающихся пар трения и узлов.

Приведем некоторые термины, относящиеся к третьей части кни­ги, взятые из работы П.И. Орлова [4].

Долговечность машины есть общее время, которое она может от­работать на номинальном режиме в условиях нормальной эксплу­атации без существенного снижения основных расчетных парамет­ров, с учетом всех ремонтов при экономически обоснованной их сум­марной стоимости. Долговечность в наибольшей степени определя­ется износостойкостью деталей.

Ресурс долговечности — время работы машины в часах до пер­вого капитального ремонта.

Срок службы машины - это общая продолжительность пребы­вания ее в эксплуатации до полного исчерпания ресурса долговеч­ности.

Надежность техники — свойство техники в течение заданного времени сохранять работоспособность, находиться в исправном со­стоянии и выполнять установленные функции. Надежность техники является комплексным параметром, включающим такие показатели, как безотказность техники, долговечность ее работы, ремонтопри­годность и сохраняемость свойств. Надежность техники зависит как от качества инженерного проекта и особенностей конструкции, так и от качества изготовления и эксплуатации техники. На стадии проек­тирования и конструирования особое значение для обеспечения на­дежности имеют уровень инженерных решений, учитывающих свой­ства применяемых физических объектов и конструкционных материа­лов, методы и средства защиты от вредных воздействий извне и т.п. Усложнение конструкций техники обычно снижает ее надежность. Степень надежности техники определяется уровнем применяемой тех­нологии, качеством изготовления узлов и деталей, качеством сборки и контроля продукции. Надежность техники зависит от условий и ин­тенсивности ее эксплуатации, качества проводимых профилактиче­ских работ и ремонтов, использования диагностических средств и т.д. [4].

В начальный период эксплуатации надежность техники обычно ниже среднего уровня, поскольку происходит приработка деталей, вы­являются основные недостатки изготовления. Надежность техники снижается в конце предусмотренного периода эксплуатации, так как начинают сказываться старение и износ, усталость материала и т.п. Определяющую роль в обеспечении надежности техники играют уровень квалификации, деловые и нравственные качества разработ­чиков, изготовителей, пользователей техники, а также соблюдение ими трудовой и технологической дисциплины.

В 1950-70-е гг. в связи с резким усложнением техники сформи­ровалась комплексная отрасль науки, изучающая методы и при­емы обеспечения надежности техники - теория надежности. Эта теория разрабатывает математические методы расчета и прогнози­рования надежности техники, приемы обработки статистической ин­формации, получаемой в ходе эксплуатации, разрабатывает струк­турные схемы устройств повышенной надежности. Недостаточная надежность приводит к снижению эффективности техники, росту сфе­ры ее ремонта и обслуживания, к дополнительным расходам сил и средств.

Качество продукции - совокупность технических, эксплуатацион­ных, экономических и других свойств, обусловливающих ее пригод­ность для удовлетворения определенных потребностей. Требования к качеству продукции постоянно возрастают под влиянием развития науки и техники, совершенствования производства, непрерывного роста потребностей общества, а также в связи с значительным рас­ширением международных экономических связей, углублением меж­дународной специализации и кооперации. К главным показателям ка­чества продукции относятся экономичность, производительность, на­дежность, долговечность, материало- и энергоемкость машин и изде­лий. Качество характеризуется еще эргономическими, эстетически­ми и экологическими показателями [4].

Теория долговечности (следовательно и надежности) находится еще в стадии формирования; ее задачами являются [4]:

- определение технически и экономически целесообразных лими­тов долговечности;

-разработка методов изучения эксплуатации машин (статисти­ческая обработка эксплуатационной информации);

- изучение эксплуатационных режимов и их влияния на долговеч­ность машин; типизация спектров эксплуатационных режимов;

-определение степени использования машин в эксплуатации и соотношения между долговечностью и сроком службы машин;

-диагностика причин изнашивания деталей и их разрушения;

-выявление наиболее изнашиваемых деталей, лимитирующих долговечность машины в целом;

- разработка методов стендовых и эксплуатационных испытаний машин, узлов и деталей на долговечность; прогноз эксплуатацион­ной долговечности машин на основании стендовых испытаний;

-разработка объективных показателей долговечности выпускае­мых машин.

По мнению П.И. Орлова, многочисленность и разнородность фак­торов, влияющих на долговечность (технический уровень эксплуата­ции, колебания эксплуатационных режимов, качество изготовления и т.д.), неопределенность многих факторов (рассеивание характерис­тик прочности и износостойкости материалов, влияние региональ­ных и климатических условий и т.п.) заставляют при определении долговечности прибегать к методам теории вероятности и матема­тической статистики. Вследствие этого теория не дает однозначного ответа на вопрос об ожидаемой долговечности, ограничиваясь уста­новлением функциональных зависимостей вероятности износа и раз­рушения от продолжительности и режимов эксплуатации (рис. 1) [4].

Теория может только установить, что вероятная продолжитель­ность работы машины на данном режиме будет равна 7,2; 10,5 и 15 тыс. ч при вероятности разрушения соответственно 90,80 и 60 %, или установить вероятное число остающихся в эксплуатации машин (про­цент выживания) после определенных периодов работы [4].

Выводы основываются на изучении находящихся в эксплуатации машин выпуска прошлых лет и всегда запаздывают, по существу они

Рис. 1. График вероятной долговечности: 1 - вероятный срок службы (процент выживания); 2 - вероятность разрушений; 3- плотность вероятностей срока службы

не приложимы к машинам новых выпусков, подвергаемым конст­руктивным и технологическим усовершенствованиям. При прогнозе долговечности новых машин, являющемся насущной практической задачей, приходится базироваться на стендовые испытания машин (или вводимых в них новых узлов).

Таким образом, одним из важнейших разделов теории долговеч­ности является разработка методов ускоренных испытаний и корре­ляция результатов испытаний с эксплуатационными условиями.

Теория долговечности, строящая выводы на статистических дан­ных, в сущности, пригодна к изделиям массового производства и в гораздо меньшей степени - к изделиям мелкосерийного, тем более единичного выпуска. Вообще же, теория долговечности в описанной выше трактовке исходит из феноменологических позиций, оперируя цифрамидостигнутой долговечности.

Гораздо большее значение имеет разработка методов повыше­ния долговечности. Здесь на первый план выдвигается задача изуче­ния физических закономерностей разрушения, износа и повреждения деталей (в зависимости от вида нагружения, свойств материла, со­стояния поверхностей и т.д.). Задачи эти настолько дифференциро­ваны и специфичны, что вложить их в рамки общей теории долговеч­ности вряд ли возможно. Они решаются методами триботехники, тео­рии прочности и, главным образом, целенаправленной конструктор­ской и технологической работой над повышением долговечности.

Долговечность машины, как уже указывалось, определяется из­носостойкостью ее трущихся деталей. Постепенно развивающийся износ ведет к общему ухудшению показателей машины, снижению точности выполняемых ею операций, падению КПД, увеличению электропотребления и снижению полезной отдачи. С течением вре­мени износ может перейти в катастрофическую стадию. Прогресси­рующее повреждение поверхностей вызывает поломки и аварии (раз­рушение подшипников качения, выкрашивание зубьев зубчатых ко­лес, заедание подшипников, поломка поршневых колец и т.п.).

Долговечность машины можно искусственно продлить при по­мощи восстановительных ремонтов.

В начальный период эксплуатации ремонтные расходы, как пра­вило, невелики. Затем они скачкообразно возрастают по мере появ­ления текущих и средних ремонтов и, наконец, достигают значитель­ной величины, соизмеримой со стоимостью машины, когда машина подвергается капитальному ремонту. Перед сдачей в капитальный ремонт должен быть решен вопрос о целесообразности дальнейшей эксплуатации машины. Если оставить в стороне вопросы морально­го устаревания, то экономически целесообразным пределом эксплу­атации надо, по-видимому, считать момент, когда предстоящие рас­ходы на капитальный ремонт приблизятся к стоимости новой ма­шины. Выгоднее приобрести новую машину, чем ремонтировать старую, тем более, что новые машины всегда превосходят по качеству машины, прошедшие ремонт, и тем более, что показатели новых машин в результате непрерывного технического прогресса всегда выше показателей старых машин. Вместе с тем, с течением времени закономерно снижается стоимость новых машин в связи с неуклон­ной интенсификацией и совершенствованием производственных про­цессов [4].

При решении вопроса о прекращении эксплуатации, кроме того должна быть учтена суммарная стоимость всех произведенных ранее ремонтов. В качестве ориентировочного правила можно считать, что суммарные затраты на ремонт за весь период службы машины не должны превышать ее стоимости [4].

Главным способом повышения износостойкости при абразивном износе является увеличение твердости трущихся поверхностей. Влия­ние поверхностной твердости на износостойкостьповерхностей, под­вергнутых действию абразива (корунд), показано на рис. 2. За едини­цу принята износостойкость поверхности с НУ 500 (НКС 48). Как видно из диаграммы, повышение твердости на каждые 500 единиц НУ увеличивает износостойкость в 10 раз. Условия опыта (абразив­ный износ) отличаются от реальных условий работы смазанных поверхностей в узлах трения машин. Тем не менее, по мнению П.И. Орлова, они дают представление об огромном влиянии твердо­сти на износостойкость.

30 40 50 60 70HRC

Рис. 2. Зависимость износостойкости деталей от поверхностной твердости (по Гудвину)

Современная технология располагает эффективными средства­ми повышения поверхностной твердости: цементация и обработка ТВЧ (Я V500 - 600), азотирование (ЯК800 - 1200), бериллизация (ЯК 1000- 1200), диффузионное хромирование (ЯК 1200 - 1400), плазмен­ная наплавка твердыми сплавами (ЯК1400 - 1600), борирование (НУ 1500 - 1800), бороцианирование (ЯК 1800 - 2000) [4].

Приведем еще один пример по упрочнению деталей цилиндров и поршневых колец. Испытания различных вариантов упрочнения де­талей ЦПГ даны в табл. 1 [7].

 

 

Таблица 1

Результаты испытаний упрочненных деталей ЦПГ

 

Методы упрочнения	Средние значения максимального износа И∙ , мкм/км
гильз цилиндров	поршневых колец
Хромирование:
гильз	3,1	17,4
поршневых колец	7,8	14,8
Изотермическая закалка гильз	8,6	37,5
Нормализация колец	15,4	44,0
Без упрочнения	16,8	48,5

Испытания показывают, что хромирование цилиндров повыша­ет их износостойкость в 3...5 раз, а соединенных с ними нехромиро- ванных колец в 2...3 раза. Однако учитывая, что поршневые кольца карбюраторных двигателей покрыты хромом, а при работе пара хром по хрому не работает (коэффициент трения 0,08... 1,0), в то же время хром по чугуну работает хорошо (при аналогичных условиях коэф­фициент трения хром по чугуну 0,06...0,08), то чугунные гильзы кар­бюраторных автотракторных двигателей не хромируют. Хромиру­ют в основном цилиндры авиационных двигателей. Здесь поршне­вые кольца применяют из высоколегированных чугунов [6].

Другим направлением является улучшение антифрикционных свойств поверхностей путем использования методов, основанных на эффекте избирательного переноса (ФАБО, металлоплакирующие смазки, антифрикционные вставки, медьсодержащие чугуны и др.), осаждении фосфатных пленок (фосфатирование), насыщении повер­хностного слоя серой (сульфидирование), графитом (графитирование), свинцом (свинцевание) и др. При умеренной твердости такие поверх­ности обладают малым коэффициентом трения, высокой устойчиво­стью против задиров и схватывания. Эти способы (особенно при ре­жиме избирательного переноса) увеличивают износостойкость сталь­ных деталей в 10-20 раз.

Важное значение имеет правильное сочетание твердости парных поверхностей трения. При движении со средними скоростями под высокими нагрузками целесообразно максимальное повышение твер­дости обеих поверхностей. При этом поверхности трения должны быть тщательно пригнаны одна к другой и приработаны. В качестве примера можно привести результаты длительных испытаний (более 1000 ч)пористохромированного подшипника скольжения, работаю­щего в паре с шатунной шейкой коленчатого вала авиационного дви­гателя М-11. Износ трущейся пары по сравнению с традиционной парой (баббит - сталь) в этом случае был в 3 раза меньше [2].

При движении с большими скоростями в присутствии смазки - сочетание твердой поверхности с мягкой способствует повышению антифрикционных свойств. Еще раз подчеркнем, что наиболее целе­сообразным является создание на трущихся поверхностях сервовит- ной пленки в сочетании с серфинг-пленкой, разделяющих поверхнос­ти трения, исключающих непосредственный контакт и обеспечиваю­щих безызносное трение.

У транспортных машин долговечность составляет 10... 20 тыс. ч и срок службы 5...8 лет, у стационарных, например машин-орудий,— 50... 100 тыс. ч, что при двухсменной работе соответствует сроку служ­бы 15-25 лет, при трехсменной работе— 10...20 лет. При таких сро­ках службы становится актуальной проблема морального устарева­ния.

Вопросы повышения долговечности и морального устарева­ния техники тесно связаны между собой. Моральное устаревание наступает, когда машина, сохраняя физическую работоспособность, по своим показателям перестает удовлетворять промышленность в силу повышения требований или появления более совершенных машин.

Признаками морального устаревания являются пониженные по сравнению со средним уровнем показатели надежности, качества про­дукции, производительности, расхода электроэнергии на единицу продукции, стоимости рабочей силы при обслуживании и ремонте и, как общий результат, - сниженная рентабельность машины.

Моральное устаревание не связано с физическим износом.

Рассматривая в настоящее время общее положение дел с каче­ством технической продукции в России, нельзя не процитировать некоторые тезисы из статьи В.А. Бокова, специалиста в области надежности машин, “Кризис методов обеспечения качества продук­ции” [1]:

-качество основной массы продукции нельзя признать удовлет­ворительным и соответствующим мировым стандартам:

-рекомендации науки и разработанные на их основе руководя­щие документы (ГОСТы, справочники, методические указания и др.) в основном малоэффективны, так как рассчитаны на узкий круг спе- циалистов-теоретиков и далеки от практики;

-практические инженерно-технические мероприятия по повыше­нию качества продукции носят поверхностный характер из-за слабо­сти экспериментальной базы и не вскрывают глубинных первопри­чин дефектов продукта;

- отсутствует государственная целенаправленная программа уп­равления качеством, не разработана единая техническая политика обеспечения качества и нет системы подготовки специалистов.

Необходимость улучшения ситуации с качеством продукции дик­туется, как отмечает В. А. Боков, тем обстоятельством, что, начиная с 1970-х гг. в мировое экономическое развитие вмешались такие фак­торы, как энергетический кризис, экологические ограничения и де­фицит трудовых ресурсов, которые свели к абсурду выпуск низкока­чественной продукции. Положение усугубляется ослаблением коор­динации работ по проблеме качества в связи с изменением обществен­ного устройства и его демократическим реформированием на пути к рыночной экономике.

Приведенные пояснения по неудовлетворительному состоянию качества продукции целиком относятся к развитию и использованию методов повышения износостойкости машин и механизмов, новых более эффективных технологических процессов обработки трущихся деталей, к разработке и применению методов безразборного восста­новления узлов трения и машин в целом.

В связи с этим следует продолжить начатый анализ, выполнен­ный, В. А. Боковым о кризисе методов обеспечения качества продук­ции. Он пишет: “ Математический аппарат, предлагаемый для оцен­ки качества и надежности, доступен из-за своей сложности только узкому кругу теоретиков и его можно отнести, по справедливому оп­ределению академика Л. Понтрягина, к “математической мистифи­кации”. Этот аппарат создает завесу математической абстракции и является бутафорией, прикрывающей практическую неэффективность трудов, посвященных надежности и управлению качеством.

Исходные статистические данные, используемые в расчетах при оценке или управлении качеством, утеряли первоначальный физичес­кий смысл и связи с законами природы и производства. Это, напри­мер, прямо следует из утверждения, что “предметом математической статистики является формальная математическая сторона статисти­ческих методов исследования, безразличная к специфической приро­де изучаемых объектов” (МСЭ т. 5)”.

Наличие кризиса и его углубление, вызванное принципиальны­ми расхождениями между теоретической и практической сторонами проблемы качества В.А. Боков объясняет следующими причинами:

- развитие теоретических основ качества и надежности происхо­дило на волне общей тенденции возрастания роли научных исследо­ваний, в частности математических методов в технике;

-математизация методов обеспечения качества и надежности облегчала и ускоряла нахождение требуемых зависимостей, освобож­дая от затрат усилий и средств на отыскание и исследование истин­ных закономерностей, связанных с физической сущностью объектов;

-наукообразие основ управления качеством и надежностью не позволяло сомневаться в их истинности без риска быть обвиненным в посягательстве на науку либо просто в безграмотности;

-возможность опоры на “высокую науку”, хотя и уводившую в дебри математической абстракции, формализма и схоластики, уст­раивала не только разработчиков теоретических основ, но и изгото­вителей продукции, фактически освобождая их от ответственности за конечные результаты. Кризис поразил, хотя и в меньшей степени, развитые промышленные страны, за исключением Японии. Годами упорного труда японские специалисты выбирали из мирового опыта такие приемы и подходы, которые можно легко применить без спе­циальной математической подготовки. Это позволило создать и ши­роко использовать систему, решающую основные проблемы управ­ления качеством[1].

Несомненно, сказанное относится к развитию и использованию триботехнических методов повышения качества машиностроитель­ной продукции. Приведем лишь несколько примеров, подтверждаю­щих такое мнение. Так, например, в некоторой технической литера­туре, изданной за три последние десятилетия, включая учебники и учебные пособия по трибологии, отсутствуют данные по физике от­казов узлов трения машин, доказательства механизмов отдельных видов изнашивания и повреждений поверхностей трения методами электоронной микроскопии, спектроскопии, меченых атомов, метал­лографических исследований, рентгеноскопии, использования фото как объективных документов и т.п. Кандидатские и докторские ра­боты в некоторых случаях заканчиваются разработкой математи­ческих моделей, из которых не вытекает конкретных, проверенных на практике, рекомендаций по повышению надежности трущихся де­талей и узлов машин и механизмов. В ряде изданий по триботехнике, рекомендованных как учебники или учебные пособия, без особого физического анализа излагаются математические выкладки по от­дельным процессам, разобраться в которых не только студенту, но и преподавателю затруднительно.

Можно полагать, что с подъемом промышленности и развитием конкуренции в решении задач по повышению качества машиностро­ительной продукции будет востребован прежний арсенал тонких физико-химических методов исследования поверхностных слоев тру­щихся деталей, вновь разовьются лабораторные и стендовые испы­тания образцов, деталей и узлов машин.

В будущем при эксплуатации машин найдут более широкое применение методы повышения износостойкости узлов трения, основанные на эффекте безызносности. Однако использование таких методов требует специальной подготовки обслуживающего пер­сонала, как в части теоретических знаний, так и практических на­выков.

Необходимо обратить внимание на то, что в последние годы в популярной технической литературе появилось много рекламных материалов о новых препаратах российского и зарубежного произ­водства, применение которых в эксплуатации даст потрясающие ре­зультаты по экономии топлива, повышению ресурса и других эксплу­атационных характеристик машин. Некоторые из них не обоснованы с научной точки зрения, не исследованы и не дают ожидаемых ре­зультатов. Иногда авторы, без проведения необходимых исследова­ний, ссылаются на эффект безызносности, который якобы проявля­ется при применении разработанных препаратов, но на других прин­ципах, отличных от избирательного переноса (эффекта безызноснос­ти). Поясним это.

Эффект безызносности, как явление природы, может быть толь­ко один так же как нет нескольких эффектов Ребиндера, явлений сверхпроводимости или сверхпластичности и др. При работе узлов трения детали могут не соприкасаться между собой (например при газовой или гидродинамической смазке). В этом случае износ дета­лей может быть равен нулю, однако это в научном плане не является эффектом безызносности. Иногда авторы при экспериментах вслед­ствие малой чувствительности метода измерения износа его не улав­ливают и выдают это как безызносность, не анализируя физических причин “безызносности”.

В связи с изложенным ниже будут даны лишь некоторые основ­ные аспекты в области проявления эффекта безызносности и его ме­ханизма.

Эффект безызносности. Напомним, что на основе эффекта безыз­носности разработаны новые износостойкие материалы, конструк­ции узлов трения и смазки, которые позволяют:

-повысить ресурс машин и механизмов;

-снизить расход топлива и смазочных материалов;

-сократить потребление запасных частей, время регламентных работ;

-в некоторых случаях заменить смазку маслом на смазку водой;

-улучшить эксплуатационные характеристики машины (улучшить запуск двигателя внутреннего сгорания, снизить трение в соединени­ях машины);

-улучшить экологическую обстановку при работе двигателей внутреннего сгорания;

-без разборки двигателя поднять его эксплуатационные харак­теристики и др.

Все это проверено на практике и описано в учебнике [3], а также в журнальных статьях, сборниках и трудах конференций. Применение эффекта безызносности в промышленности не требует больших ка­питальных затрат и может быть реализовано на любом транспорт­ном и промышленном предприятии.

Избирательный перенос апробирован и применяется в ряде отраслей промышленности: авиационная техника, морской флот, тяжелое машиностроение, легкая промышленность, железнодорож­ный транспорт, станкостроение, машины горнорудной промышлен­ности и др. Однако не стоит упрощать механизм эффекта безызнос- ности.

К механизму реализации эффекта безызносности при трении в паре сталь -медный сплав.Рассмотрим реализацию эффекта безызносно­сти пары сталь - бронза при смазывании ее глицерином.

1. При трении глицерин восстанавливает оксидные пленки на поверхностях трения медного сплава и стали.

2. Далее глицерин начинает растворять поверхность трения мед­ного сплава, удаляя с поверхности легирующие элементы: алюминий, олово, цинк, железо и др.

3. Легирующие элементы медного сплава уходят в смазочный ма­териал и с лигандами смазочного материала образуют координаци­онные (комплексные) соединения.

4. Поверхность медного сплава постепенно обогащается атома­ми меди. Диффузия легирующих элементов из медного сплава к по­ по­верхности и переход их в смазку происходит до тех пор, пока на по­верхности медного сплава образуется слой медной пленки толщиной 1,5-2 мкм.

5. Медная пленка на поверхности медного сплава переносится на стальную поверхность и постепенно полностью ее покрывает. Ее тол­щина - 1,5-2 мкм.

6. С этого момента растворение медного сплава прекращается - происходит пассивация поверхности как стали, так и медного спла­ва. Начинает работать сервовитная пленка по сервовитной пленке с малым коэффициентом трения и почти без износа.

Процессы в сервовитной пленке, обеспечивающие ее деформацию при трении без разрушения.

1. Ушедшие в смазочный материал атомы легирующих элемен­тов создают в медном сплаве большое количество вакансий, кото­рые, объединяясь, образуют поры. Поры заполняются смазочным ма­териалом.

2. Образующиеся при трении в сервовитной пленке дислокации разряжаются в поры или выходят на поверхность трения. При их разряжении на поверхности образуется ативный центр с большим количеством энергии, которая расходуется при подходе молекулы смазки на ее разложение и образование координационного соеди­нения.

3. В результате большого числа вакансий и малого количества дислокаций, которые, образуясь в процессе трения, разряжаются, па­раметр решетки меди (сервовитной пленки) намного меньше по срав­нению с чистой медью. Сервовитная пленка представляет собой по­лужидкое тело, потому она не наклепывается и не разрушается.

4. При определенной насыщенности сервовитной пленки дисло­кациями происходит кинетический переход от консервативного дви­жения дислокаций к переползанию к поверхности, что обеспечивается наличием большого количества пор, а также вследствие малой тол­щины пленки — близостью к поверхности трения и осмотическим дав­лением [5]. Навстречу движению дислокаций к поверхности в глубь пленки движутся вакансии.

5. В случае разрушения сервовитной пленки и образования ее частиц последние под действием электрических сил двигаются в за­зор и там схватываются с сервовитной пленкой.

6. Поверхность сервовитной пленки весьма активна, так как на ней нет оксидных пленок. В результате она покрывается толстым слоем комплексных соединений, которые предотвращают поверхно­сти от окисления и проникновения диффузионно-способного водо­рода. Эту пленку называют серфинг-пленкой; она является дополни­тельной защитой поверхностей трения от изнашивания.

Обмен веществам между сервовитной пленкой и смазочным материалом.

1. Образующиеся координационные соединения (комплексные соединения) в смазочном материале в результате растворения медно­го сплава не являются прочными. При повышении давления или тем­пературы они распадаются на координирующий атом и лиганды. Координирующий атом соединяется с сервовитной пленкой, а лиган­ды остаются в смазочном материале. Цикл образования комплексно­го соединения и его распада повторяется.

2. При нормальной работе трущегося соединения соотношение между образованием координацинных соединений и их распадом должно быть близко к единице.

3. Имеется возможность заранее вводить в смазочный материал координационные соединения металлов (меди, олова), что повыша­ет надежность работы трущегося соединения. На этой основе созда­ются металлоплакирующие смазочные материалы, которые реализу­ют эффект безызносности.

Диссипативные структуры как результат проявления эффекта безызносности.

1. Износ деталей машин при граничном трении обусловлен на­коплением дислокаций в поверхностном слое контактируемых повер­хностей, образованием трещин, разрушением и уносом частиц в ок­ружающую среду. Все это подробно описано в работе [8] Е.М. Шве­цовой и И.В. Крагельским. Напомним лишь основные этапы износа деталей при трении: взаимодействие поверхностей, изменения на по­верхности, разрушение [8]. Дислокации не могут выйти на поверх­ность и разрядиться. Этому мешает окисная пленка, всегда имеюща­яся на поверхности, которая сама разрушается в первую очередь. Энергия трения тратится на упрочнение материала и его переупроч- нение и разрушение, т.е. на увеличение энтропии системы. Смазоч­ный слой значительно уменьшает износ за счет снижения молекуляр­ного взаимодействия между трущимися поверхностями, но этот слой не может исключить пластическую деформацию поверхностного слоя деталей, здесь не образуются защитные пленки, которые полностью исключили бы взаимодействие материалов основных деталей.

2. При эффекте безызносности образуются новые структуры, ко­торые экранируют основные материалы трущихся деталей. Эти струк­туры обладают особыми свойствами: они обмениваются с внешней средой энергией и веществом, деформируясь,не разрушаются, их про­дукты износа, если таковые по каким-либо причинам образуются, не уходят в смазочный материал, а втягиваются в зазор электрическими силами. Благодаря кинетическому переходу движения дислокаций от консервативного к переползанию, накопления последних не проис­ходит и трещинообразование в сервовитной пленке отсутствует. Все это свидетельствует о том, что энергия трения ра