Повышение долговечности и ремонтопригодности узлов машин с помощью полимерных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат наук Кущенко, Александра Владимировна

• Кущенко, Александра Владимировна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Кущенко, Александра Владимировна

Оглавление.

Стр.

Введение_5

Глава 1 Проблемы эксплуатации машин, специфика капитальных ремонтов. Постановка задачи исследования._7

1.1 Перспективы повышения долговечности и ремонтопригодности соединений в узлах машин при использовании полимерных материалов _7

1.2 Задачи и методика исследования_20

Глава 2 Деформативные свойства полиамидных покрытий в соединениях с натягом._21

2.1 Деформативные свойства полиамидов в соединениях с натягом при длительном действии нагрузки._22

2.2 Деформативные свойства полиамидов в соединениях с натягом при действии кратковременных нагрузок._26

Глава 3 Адгезионные особенности и свойства полиамидных и композитных покрытий._33

3.1 Адгезионные свойства композита на основе полиамида и свинцового сурика._35

3.2 Адгезионные свойства композита на основе полиамида и стеклянного порошка._35

3.3 Адгезионные свойства композита на основе полиамида и железного сурика._36

Глава 4 Напряжения в соединениях с натягом элементов конструкций строительных машин._39

4.1 Радиальные давления на поверхности полимерного слоя в соединении._39

4.2 Определение величин необходимых натягов._49

4.3 Влияние температуры на величину натяга и напряжения в полимерном слое._55

Глава 5 Исследование величины коэффициента трения покоя тонкослойных полиамидных и композитных покрытий на их основе по стали._58

5.1 Исследование величины коэффициента трения покоя полиамидного покрытия по стали._58

5.1.1 Зависимость коэффициента трения покоя полиамида по стали от толщины слоя._63

5.1.2 Исследование влияния температуры на величину коэффициента трения покоя полиамидного покрытия по стали._64

5.2 Исследование зависимости величины коэффициента трения покоя стали по стали от давления на поверхность._68

5.3 Исследование влияния присадок на изменение коэффициента трения покоя композитов на основе полиамида по стали._70

5.3.1 Влияние добавки свинцового сурика._70

5.3.2 Влияние добавки стеклянного порошка._72

5.3.3 Влияние добавки асбеста._74

5.3.4 Влияние добавки цемента._76

5.3.5 Влияние добавки железного сурика. _76

Глава 6 Нагрузочные характеристики соединений с натягом с тонкослойными композитными полиамидными покрытиями._81

6.1 Рекомендации по выбору характеристик для соединений с натягом при наличии полиамидного покрытия._81

6.2 Экспериментальная проверка прочности соединения._83

6.3 Модель адгезионной долговечности полиамидного покрытия вала._87

6.4 Расчет долговечности соединения с натягом при полиамидном покрытии вала._94

Глава 7 Основные выводы, научные и практические результаты._96

7.1 Основные выводы._96

7.2 Научные результаты._96

7.3 Практические результаты._97

Список литературы._98

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение долговечности и ремонтопригодности узлов машин с помощью полимерных материалов»

Введение.

Проблема повышения долговечности и ремонтопригодности узлов машин является одной из центральных как при их проектировании и изготовлении, так и во время эксплуатации.

Чаще всего конструкция машин должна удовлетворять требованиям по обеспечению работоспособности в широком диапазоне температур и нагрузок. В узлах и механизмах, особенно приводов рабочих органов используются различные соединения деталей, некоторые из которых являются неразборными. Обычно неразборные соединения в передаточных механизмах выполняются как соединения с натягом.

До последнего времени соединения с натягом в приводах и ходовых устройствах машин выполняются главным образом из металлических деталей. Однако, на поверхности сопряжения металлических деталей в соединениях с натягом под действием переменных нагрузок типичных для многих видов машин развивается фреттинг-коррозия, в результате которой разрушение таких соединений может происходить значительно раньше, чем будет исчерпан ресурс узла или всего изделия. Одним из способов борьбы с фрет-тинг-коррозией в соединениях с натягом, а также технологическим приемом восстановления таких соединений может стать применение полимерных покрытий.

Актуальность работы определяется разработкой новых, научно обоснованных методов защиты соединений с натягом от фреттинг-коррозии, и повышением на этой основе долговечности и надежности механизмов машин, снижением затрат на их восстановление.

Научная новизна работы заключается:

1. В разработке теоретических методов расчета на прочность и долговечность полимерных покрытий в прессовых посадках.

2. В получении достоверных экспериментальных результатов исследо-

5

вания деформативных свойств и их характеристик для тонкослойных покрытий из полиамидов, работающих в условиях объемного сжатия.

3. В результатах экспериментальных исследований фрикционных свойства и их характеристик для тонкослойных полиамидных покрытий и композитов на их основе.

Практическая полезность работы состоит в разработке рекомендаций по выбору для соединений с натягом в узлах машин толщины покрытия из полиамида и величины необходимого минимального натяга.

На защиту выносятся:

1. Методика исследования деформативных характеристик тонкослойных полиамидных покрытий соединений с натягом.

2. Результаты экспериментального определения величин деформатив-ных характеристик тонкослойных полиамидных покрытий в условиях работы соединений с натягом.

3. Результаты экспериментального определения адгезионных характеристик композитных покрытий на основе полиамида к стали.

4. Рекомендации по выбору необходимой толщины покрытия и методика расчета величин минимального натяга в соединении.

5. Результаты экспериментального определения фрикционных характеристик полиамидных покрытий.

6. Методика расчета долговечности соединений с натягом при использовании в их конструкции полиамидных покрытий.

Глава 1 Проблемы эксплуатации машин, специфика капитальных ремонтов. Постановка задачи исследования.

Обеспечение необходимого уровня долговечности и ремонтопригодности узлов любых машин является одной из важнейших задач как при их проектировании и изготовлении, так и во время эксплуатации. В качестве примера можно привести строительные машины, работающие в наиболее сложных по сравнению с другими видами техники условиях эксплуатации.

Особенностями работы строительных машин, которые отличают их от других видов техники и определяют выбор конструктивных решений, являются круглогодичный режим эксплуатации на открытом воздухе с обычным требуемым температурным диапазоном от минус 400 С до плюс 400 С и значительные колебания нагрузки. Так, например, [34, 45] для бульдозеров и скреперов при их работе на грунтах 2-й категории нагрузка носит случайный характер с коэффициентом вариации 0,16-0,18, а для одноковшовых экскаваторов 0,12-0,22 и т.д. Нагрузки в приводах некоторых видов строительных машин, например, у экскаваторов непрерывного действия в силу особенностей технологии их работы и конструкции рабочих органов содержат переменные составляющие как типовой элемент [48]. Например, в спектральной плотности момента в приводе рабочего органа цепного траншейного экскаватора ЭТЦ-202. около 80% дисперсии нагрузки сосредоточено в полосе частот от 0 до 600 1/с, а до ее 40% приходится на частоты совпадающие с частотами движения ковшей и звеньев ковшевой цепи.

1.1 Перспективы повышения долговечности и ремонтопригодности соединений в узлах машин при использовании полимерных материалов.

Одним из перспективных направлений в работе по повышению долговечности и ремонтопригодности деталей и узлов машин является использование полимерных материалов в узлах и передаточных механизмах.

Полимеры уже давно и широко применяются в конструкциях машин. Исследованиям, направленным на применение полиамидов в узлах трения, посвящено множество работ. Среди них можно, например, упомянуть работы

B.Ф. Платонова [80], А.Н. Раевского [83], А.В. Чичинадзе [81] и многих других. Специальные исследования по применению полимеров в узлах трения строительных машин были выполнены А.Я. Башкаревым [7, 9, 11, 15, 16, 17],

C.И. Виноградовым [33], А.А. Лебедевым [14, 18], А.В. Стукачом [90, 91, 92], В.В. Букреевым [27, 28], С.А. Иваньковым [57, 58], В.Н. Шикуновым [8, 10, 12, 13] и другими авторами. В этих работах детально проанализированы условия работы полимерных материалов в узлах строительных машин и, в частности, в таких элементах гусеничного хода, как опорные и поддерживающие катки, и в приводах рабочих органов. Разработаны методики исследований и даны практические рекомендации по выбору полимерных материалов в узлах трения, технологий их нанесения, режимов работы, расчетам долговечности, в том числе, по адгезионной прочности. Так, например, метод определения характеристик адгезионной прочности применительно к подшипникам скольжения строительных машин впервые был предложен в работах А.Я. Башкарева, А.В. Стукача [91, 92]. В них был разработан способ определения параметров и и у для адгезионного соединения, основанный на результатах испытания образцов при двух различных температурах. Дальнейшее развитие методы оценки характеристик адгезионной прочности нашли в работах С.Н. Иванькова [57, 58], где была обоснована методика определения энергии активации адгезионных связей на поверхности полимер-сталь при постоянной температуре.

В работах А.Я. Башкарева, В.В. Букреева [14, 27, 28] было установлено, что при формировании адгезионного соединения в подшипниках строительных машин в зависимости от теплового воздействия, определяемого температурно-временным фактором, его прочность проходит через экстремум. Если технологический процесс остановить еще до наступления максимального значения прочности адгезионной связи, то во время эксплуатации наблюдается ее увеличение.

В результате исследования фрикционных свойств полиамидных покрытий применительно к условиям работы силовых гидроцилиндров строительных машин В.В. Букреевым [14] установлены зависимости коэффициента трения скольжения от нагрузки, температуры, состава полимерного покрытия и марки рабочей жидкости. Определены оптимальные режимы работы полиамидного слоя.

Методы оценки работоспособности тонких полимерных покрытий в узлах скольжения строительных машин при одновременном учете меняющихся характеристик адгезии и переменных сдвигающих нагрузок содержатся в работах А.Я. Башкарева, С.И. Виноградова, В.Н. Шикунова [ 13, 33].

Авторы перечисленных выше работ рассматривали использование полимерных материалов в подвижных соединениях, то есть в узлах трения, когда важнейшими характеристиками полимерного элемента соединения являются его антифрикционные свойства, износостойкость и т. п. Ими создана необходимая теоретическая, методологическая и технологическая основа для проектирования соединений с тонкослойными полиамидными покрытиями на стальной подложке, работающих в нагрузочных и температурных условиях узлов строительных машин.

Исследования по применению полимерных материалов в неподвижных соединениях, и, в частности, в соединениях с натягом в узлах машин пока не проводились. Одним из первых упоминаний о попытке применения полимеров для этой цели служит то, что в 80-е годы в университете Вильгельма Лейбница (г. Ганновер, ФРГ) по заказу фирмы «Фольксваген» проводились исследования по изучению возможности применения для защиты соединений с натягом от фреттинг-коррозии покрытий из тефлона. По устным сообщениям разработчиков, ими был получен значительный эффект. Однако, публикаций с результатами этих работ обнаружить не удалось. В последнее время появились работы В.В. Максарова [68], С.И. Потапова, А.Б. Федорова [82] по применению фторуглеродных полимерных композиций в виде нанопокрытий для за-

щиты от фреттинг-коррозии высоконагруженных соединений с натягом, например, крышек и корпусов вкладышей коренных подшипников коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. Долговечность таких соединений увеличивалась по данным авторов в 4 раза.

Неподвижные сопряжения деталей с натягом в конструкции двигателей внутреннего сгорания, в рабочих органах и их приводах, в узлах ходовых устройств строительных машин применяются широко. В качестве одного из примеров таких соединений может быть приведена конструкция гусеничной цепи, у которой соединительные пальцы запрессованы в проушины звена (рис.1.1). Аналогичную конструкцию имеют также, например, элементы рабочих органов цепных экскаваторов непрерывного действия продольного и поперечного копания, крепление вкладышей коренных и шатунных подшипников в двигателях внутреннего сгорания и др.

Рис 1.1 Звено гусеничной цепи с запрессованным пальцем.

Как известно, сопряжения с натягом [43, 85,86, 51, 54,56, 60] используются для передачи крутящих моментов и осевых сил без дополнительного крепления. Неподвижность деталей относительно друг друга обеспечивается силами трения, возникающими на контактирующих поверхностях вследствие их упругой деформации, создаваемой натягом при сборке соединения.

Рис. 1.2 Схема соединения с натягом из металлических деталей.

1 - вал; 2 - втулка; В1 - диаметр внутреннего отверстия вала; - наружный диаметр вала; В3 - внутренний диаметр втулки; В4 - наружный диаметр втулки; ив - радиальная деформация вала; ивт - радиальная деформация втулки; q - радиальное давление на поверхности сопряжения.

Натяг в соединении Ы, то есть фактическая разница в размерах диаметра вала и отверстия втулки, создает при сборке на поверхности сопряжения радиальное давление q и деформирует вал в радиальном направлении на величину ив, а втулку на ивт.

Таким образом:

N = 2(ив + ивт).

Нагрузочные характеристики соединений с натягом, т.е. их возможности передачи внешних усилий определяются, кроме их размеров, также радиальным давлением на поверхности сопряжения, зависящим от натяга и величиной коэффициента трения покоя по этой поверхности [43, 85].

То есть:

Я = в ■ ь ■ дтп • /п

(1.1)

и

В Т

Мр = Ь ■ ■ ^

(1.2)

где 5 - минимальное осевое усилие, передаваемое соединением; Мкр - минимальный крутящий момент, передаваемый соединением; В - посадочный диаметр сопряжения; Ь - длина сопряжения; д^ - минимальное радиальное давление, действующее на поверхности сопряжения, определяемое минимальным натягом в соответствии с принятыми предельными отклонениями; /п - коэффициент трения покоя на поверхности сопряжения при действующем радиальном давлении.

Значительный вклад в теорию и практическое использование соединений с натягом из стальных деталей внесли работы таких авторов как Д.Н. Решетов [85, 86], А.С. Гречищев, А.А. Ильяшенко [43], А.С. Иванов [51, 54, 56] и другие авторы. Ими проведены значительные экспериментальные работы и обобщен опыт эксплуатации таких соединений, предложена методика их проектирования из стальных деталей. В частности, подробно исследовано влияние шероховатости поверхности и краевых эффектов на нагрузочные возможности соединения и отмечено значительное увеличение усилия распрессовки при наличии гальванического покрытия стального вала менее твердыми материалами (кадмий, медь и т.п.). В работах Н.Б. Демкина [44], А.С. Иванова, В.В. Измайлова [51, 54, 56], Г.Б. Иосилевича, Ю.А. Лукащука [67] исследовано влияние сминания микрошероховатостей сопрягаемых поверхностей стальных деталей и влияние изгибающих моментов на нагрузочные характеристики соединений с натягом.

Неразборные соединения с натягом просты и технологичны в изготовлении, рассчитаны на продолжительный срок службы. Но известно [37, 76, 94], что разрушение таких соединений из стальных деталей может происходить значительно раньше, чем ресурс изделия, в результате фреттинг-коррозии под действием переменных нагрузок. На первом этапе этого процесса происходит усталостное разрушение микрошероховатостей поверхностей деталей. Перемещения в микронеровностях на поверхности сопряжения происходят в пределах упругих деформаций в материале, вызванных переменными внешними на-

грузками типичными для приводов строительных машин. В это время прочность соединения практически не снижается. После окисления отделившихся частиц и превращения их в абразив начинается процесс появления на контак-тируемых поверхностях субмикротрещин. С развитием их сети происходит отделение более крупных частиц от основного материала. Прочность соединения снижается и в определенный момент соединение под воздействием внешней переменной нагрузки разрушается.

Изучению развития фреттинг-коррозии в конструкциях различных машин посвящено большое число работ. Среди них следует отметить, например, работы Н.Л. Голего, и А.Я. Алябьева [37]. Этими исследованиями вскрыты механизмы развития фреттинг-коррозии и влияние на них внешних факторов действующих при работе машин. Единственным конструктивным приемом уменьшения интенсивности фреттинг-коррозии до последнего времени считалось снижение уровня колебания нагрузки, в том числе и методами виброзащиты. В конструкциях приводов многих машин такой подход невозможен, так как переменные составляющие нагрузок в них определяются технологией работы и не могут быть уменьшены.

Второй причиной, по которой соединения с натягом разрушаются и требуют восстановления, является, кроме их перегрузки, технологический процесс капитального ремонта машин, во время которого выполняется полная разборка всех узлов [39] с последующей дефектацией всех деталей и их соединений. Разборка соединений с натягом, естественно, ведет к невозможности их последующей сборки без восстановления.

Наиболее распространенный на практике метод восстановления таких соединений технологически довольно прост. Он заключается в том, что отверстие растачивается, а на поверхность вала наносится дополнительный слой металла, чаще всего методом наплавки. После этого поверхность вала протачивается до соответствующего ремонтного размера. Но, возникающие при наплавке внутренние напряжения в металле, существенно снижают прочность и

долговечность сопрягаемых деталей. Процессы фреттинг-коррозии в восстановленных сопряжениях развиваются значительно быстрее, чем у исходных материалов.

Общей целью данной работы является рассмотрение возможности использования тонкослойных полимерных покрытий в соединениях с натягом для узлов машин.

Схема соединения с натягом при использовании промежуточного полимерного слоя представлена на рис. 1.3.

Рис. 1.3 Схема применения полимерного покрытия при создании соединения с натягом.

1 - втулка, 2 - вал, 3 - полимерное покрытие, 5 - осевая нагрузка, Мк - внешний крутящий момент, q - радиальное давление в зоне сопряжения, О - диаметр сопряжения по наружному диаметру полимерного слоя.

В такой конструкции соединения полимерный слой наносится на поверхность вала и соединяется с ним силами адгезии. Наружная поверхность полимерного слоя протачивается до диаметра, образующего необходимый натяг с отверстием втулки.

До последнего времени сомнение в перспективности применения полимеров для соединений с натягом вызывали особенности их деформативных свойств.

Как известно [80, 83], деформативные свойства полимеров, в отличие от металлов, существенно зависят не только от величины нагрузки, но и от продолжительности ее действия. В теории полимеров [4, 99] установлено, что при их нагружении проявляются три типа деформации: упругая (деформация Гука), которая пропорциональна нагрузке, развивается мгновенно и полностью исчезает после снятия нагрузки; эластичная, которая также пропорциональна нагрузке, но развивается с течением времени и происходит без изменения объема и пластическая, которая развивается во времени и имеет необратимый характер.

Упругая деформация полиамидов при температуре до плюс 800 С составляет около 3% от общей деформации, а эластичная 97%, поэтому модуль деформации полимера Еп, главным образом, определяется модулем эластичной деформации и мало зависит от модуля упругой деформации. Релаксационный характер деформирования полимеров может быть описан функцией, зависящей от времени и температуры, при постоянном модуле упругости или постоянных деформациях при переменном модуле упругости, зависящем от времени и температуры.

Таким образом, для полимеров может быть введено понятие условного эмпирического переменного модуля упругости, зависящего от времени.

Е

Еп-усл = , (1.3)

а - ь - е4

где Еп.усл - условный модуль упругости полимера, Еп0 - начальный модуль

упругости полимера, ? - время действия нагрузки, - время между моментом нанесения полимера и началом действия нагрузки, а и Ь - эмпирические коэффициенты. По рекомендации [83] коэффициенты а и Ь могут быть предварительно приняты: а =2,0 - 2,2; Ь =1,0 - 1,2.

Ранее предполагалось, что, если использовать полимеры в соединениях с натягом, то в результате релаксационных явлений может произойти исчезно-

вение натяга. Однако, у некоторых полимеров, например, полиамидов, которые относятся к группе эластомеров, коэффициент Пуассона практически равен 0,5, то есть, другими словами, они практически несжимаемый материал. Исходя из этого, возникает теоретическая возможность в их применении как для защиты новых соединений с натягом от фреттинг-коррозии, так и для восстановления разрушенных соединений.

На основании вышеизложенного, объектом исследований выбрана новая конструкция соединений с натягом с применением тонкослойных покрытий вала из полиамида или композитов на его основе для повышения долговечности и ремонтопригодности узлов машин.

Полиамиды — это класс термостойких полимеров, ароматическая природа молекул которых определяет их высокую прочность вплоть до температуры разложения, химическую стойкость, тугоплавкость. Полиамиды [99] относятся к классу термопластов со всеми их технологическими преимуществами. Обладают хорошими адгезионными свойствами при нанесении на сталь в виде покрытий. Прочность таких соединений на сдвиг достигает 35-40 МПа [81]. Температурный диапазон применения полиамидов достаточно широк и перекрывает диапазон рабочих температур узлов машин. Технологические свойства полиамидов делают их легкодоступными для применения в любых производственных условиях.

В настоящее время промышленность выпускает полиамиды различных марок с различными характеристиками. Достаточно назвать, например, полиамиды ПА-6, ПА-6.6, ПА-6.10, ПА-12Л, Капролон В, П-548, ПА-6НС, ПА-66НС, ПА-54, ПА-68, ПА-610 ЛСВ 30, Поликапроамид и другие.

Среди многообразия видов полиамидов выделяется полиамид ПА-6. Это конструкционный материал, обладающий хорошими прочностными свойствами, химически стоек к воздействию масел, бензина, спирта, слабых кислот, щелочей, нетоксичен, легко соединяется с различными наполнителями, обра-

зуя стойкие композиты. Этот полиамид наиболее распространен в мире из-за своей дешевизны и достаточности свойств.

Наилучшие результаты при нанесении тонкослойных полимерных покрытий достигаются при использовании вибровихревой технологии псевдоожи-женного слоя [75]. В установках такого типа взвихрение порошка полимера при подаче воздуха или газа через пористое дно совмещено с вибрацией дна или всего аппарата. Регулированием подачи воздуха, частоты и амплитуды колебаний создается возможность получения псевдоожиженного слоя с равномерной концентрацией воздушно-порошковой смеси. Нанесение тонкослойных полимерных покрытий вибровихревым способом осуществляют в такой последовательности: подготовка порошкового материала и поверхности детали (обезжиривание, зачистка, изоляция участков детали, не подлежащих покрытию); предварительный нагрев детали; нанесение покрытия. Нагретую до температуры на 30... 50 °С выше температуры плавления полимера деталь помещают в псевдоожиженный слой порошка и выдерживают в нем определенное время. Частицы порошка, интенсивно перемешиваясь под действием проходящего воздуха или инертного газа, оседают на поверхности нагретой детали и, сплавляясь, превращаются в равномерное покрытие без пор.

Достоинства вибровихревого метода нанесения полимерных покрытий: равномерное псевдоожижение порошка по всему объему; легкость перевода в псевдоожиженное состояние комкующихся и плохосыпучих порошков полимерных материалов; равномерность толщины покрытия; возможность получения покрытий большей толщины, чем при вихревом или вибрационном напылении; хорошее ожижение смеси порошкообразных полимеров с наполнителями; отсутствие расслоения компонентов в процессе сжижения.

В процессе работы на полимерное покрытие передается давление со стороны металлических деталей, сдвигающая осевая нагрузка и касательные напряжения от приложенного внешнего момента. То есть, полное напряженное со-

стояние полимерного слоя включает как нормальные (радиальные и окружные), так и касательные напряжения.

Радиальное давление на поверхности сопряжения из стальных деталей легко может быть рассчитано с помощью теории упругости, используя, например, классические уравнения Г. Лямэ для расчёта напряжений в толстостенных трубах [1, 19, 93, 61]. Деформация же полиамидов происходит лишь за счет перераспределения объема, т.е. для инженерных расчетов эти материалы считаются практически несжимаемыми. Это значит, что традиционные методы расчета напряжений в них с помощью теории упругости и приводимыми в справочниках значениями модуля упругости здесь неприменимы [19, 93]. Кроме того, деформативные свойства тонкослойных покрытий, нанесенных по технологии псевдоожиженного слоя и находящихся в условиях сложного напряженного состояния, могут отличаться от аналогичных характеристик для образцов, полученных литьевыми методами в условиях одноосного нагруже-ния [75]. Результаты таких исследований нам не известны. Поэтому деформа-тивные особенности и характеристики тонкослойных полиамидных покрытий требуют специального изучения.

Возможность применения полимерного покрытия в соединении с натягом должна определяться, прежде всего, по оценке прочности соединения на сдвиг, которая зависит (1.1), (1.2) от величины радиальных напряжений в зоне контакта сопрягаемых поверхностей и коэффициента трения покоя между ними. Чем выше коэффициент трения покоя, т.е. коэффициент трения при нулевой относительной скорости, тем прочнее неподвижное сопряжение. Однако известно, что полиамиды в технике применяются, прежде всего, как антифрикционные материалы, так как обладают невысоким коэффициентом трения скольжения по стали. Его величина зависит от многочисленных факторов, в том числе от давления, шероховатости поверхности, температуры [12, 15, 80, 83]. Влияние всех этих факторов исследовалось главным образом применительно к условиям скольжения, а не покоя. Это же относится и к подбору составов наполнителей, которые рекомендовались для снижения коэффициента

18

трения скольжения. К их числу относятся графит, дисульфид молибдена, порошки цветных металлов и другие. Исследования, направленные на поиск путей повышения коэффициента трения покоя полиамидных материалов, нанесенных в виде тонкослойных покрытий по технологии псевдоожиженного слоя, по стали нам пока неизвестны.

Нарушение соединения под действием нагрузок может произойти по двум причинам. Первая - сила трения по наружной поверхности полимерного слоя окажется меньше усилий необходимых для преодоления внешних сил. Вторая - эти же усилия станут выше прочности адгезионного соединения полимера с поверхностью вала. Адгезионная составляющая силы трения на наружной поверхности полимерного покрытия со временем будет возрастать тогда, как первоначальная прочность адгезии полимера с валом будет падать. Но при этом прочность соединения по обеим поверхностям должна оставаться весь межремонтный период выше касательных напряжений от нагрузок. Начальное значение прочности соединения с полимерным слоем будет мало отличаться от соединения из стальных деталей. Различие зависит от разности коэффициентов трения покоя, которое благодаря специальным наполнителям в полимере может быть несущественным. Но, как известно, сила трения включает две составляющие: механическую и адгезионную [73, 76, 94]. Последняя со временем должна возрастать. Под воздействием нагрева и передаваемых нагрузок происходит деструкция полимерных молекул, в результате чего на границе контакта стальной и полимерных поверхностей появляются активные радикалы, создающие новые адгезионные связи [32, 102, 103]. В результате прочность соединения полимерной и стальной поверхностей на сдвиг возрастает. Это изменение не однотонное. Те же факторы, которые приводят к появлению активных радикалов, вызывают и их термомеханическую деструкцию. Процесс этот может быть описан с помощью термофлуктуационной теории прочности, предложенной С.Н. Журковым и развитой его школой [47, 32, 79].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кущенко, Александра Владимировна, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров А.В., Потапов В.Д. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высшая школа, 1990. 400 с.

2. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 2007.560 с.:

3. Альшиц И.Я., Благов Б.Н. Проектирование деталей из пластмасс. Справочник, Машиностроение. - М.:1977, 215 с.

4. Алфрей Т. Механические свойства высокополимеров. Пер. с англ., под ред. М.В. Волькенштейна, М., Иностр. литература, 1952, 620 с.

5. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Учеб. для втузов, 4-е изд., перераб. и доп., М, Наука, 1988, 620 с.

6. Бабиков Д.Ф. Изучение статического сопротивления полиамидов при различном исходном состоянии и режиме нагружения. Дисс. на соиск. уч. степ. док. техн. наук. Л., ЛПИ, 1968, 210 с.

7. Башкарев, А.Я. Расчет металлополимерного шарнира с полиамидным покрытием // Труды ЛПИ / Л., 1982 . №382. с.98-101

8. Башкарев А.Я., Шикунов В.Н., Семенов В.П. Применение полимерных покрытий в подшипниках при капитальном ремонте дизельных двигате-лей.Журнал «Механизация строительства» № 6, 1972.

9. Башкарев А.Я., Заборский Е.В., Семенов В.П. Экспериментальное определение контактных напряжений в подшипниках скольжения с тонкослойными покрытиями. Вестник машиностроения, № 2, 1974

10. Башкарев А.Я., Шикунов В.Н., Блинов Ю.В. Новая технология нанесения полимера на втулки подшипников скольжения. Сб. ЦНИОМТП Серия 11, вып. 4, 1977, Ярославль

11. Башкарев А.Я., Блинов Ю.В. Семенов В.П., Шикунов В.Н. Применение полимерных покрытий при ремонте машин. Механизация строительства, № 7, 1974

12. Башкарев А.Я., Семенов В.П., Шикунов В.Н. Применение подшипников с полиамидным покрытием. \\ Строительные и дорожные машины, № 10,

1974

13. Башкарев А.Я., Семенов В.П., Шикунов В.Н., Виноградов С.И. Исследование влияния переменных сдвигающих нагрузок на адгезию полиамидных покрытий// Труды ЛПИ / Л., 1972 .— №321, с. 111-114

14. Башкарев, А.Я., Букреев В.В., Лебедев А.А. Оптимизация технологических режимов восстановления деталей гидросистем с помощью полимерных покрытий // Труды СПбГТУ / СПб., 1998 . №478: с.70-74

15. Башкарев, А.Я., Андреев Ю.Е. Расчет подшипника скольжения с полиамидным покрытием // Труды ЛПИ / Л., 1983. №396: с.79-85:

16. Башкарев А.Я., Черкес А.Н. Повышение надежности подшипников скольжения с полимерными покрытиями. \\ Вестник машиностроения, № 11 с 27-29. 1975

17. Башкарев А.Я., Веттегрень В.И., Лебедев А.А., Бараусов А.В. Исследование механизма износа антифрикционного полиамидного покрытия в модели узла трения транспортных машин// Научно -технические ведомости СПбГТУ .— СПб., 2006. №2(44) .с.113-118

18. Башкарев А.Я., Лебедев A.A. Методика расчета металлополимерных шарнирных соединений строительных машин. // Исследование конструктивных параметров и динамики вибрационных машин: Межвуз. сб. науч. тр. Ярославль: ЯПИ, 1985.

19. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.: Высшая школа, 1968. 512 с.

20. Берлин А.А., Басин И.В. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1974, с. 392.

21. Боровиков В.П., Боровиков И.П. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows, М., Изд. дом «Филин», 1997. 608 с.

22. Билик Ш.М., Протасова Р.Н. Износостойкость пластмасс при реверсивном трении и малых скоростях скольжения в отсутствии смазки. //Трение, изнашивание и качество поверхности, М., Наука, 1973. - с. 140-146

23. Бидерман В.Л., Тимонин В.М., Ярошенко М.В. Остаточные деформации в прессовых соединениях при поперечном изгибе // Вестник машиностроения. 1981, № 10. - с. 18 - 20.

24. Билик М.М., Слюдикова Н.Н. Антифрикционные свойства некоторых полимерных материалов в монолите и тонкослойном покрытии. \\ Сб.: Полимеры в промышленности, Гомель, 1968, с. 26-32.

25. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986. - 560 с.

26. Брехова В.Д. Исследование коэффициента Пуассона при сжатии некоторых кристаллических полимеров под нагрузкой. \\ Механика полимеров, 1965, №4, с. 43-46.

27. Букреев В.В. Методы повышения надежности и долговечности подвижных соединений деталей строительных машин на базе использования полимерных покрытий. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. тех. наук. Л., ЛПИ, 1986, 131 с.

28. Букреев В.В., Башкарев А.Я. Исследование антифрикционных свойств тонкослойных полимерных покрытий в узлах трения строительных машин // Труды ЛПИ, Л., 1983. №396, с.85-88

29. Верещагин Л.Ф., Шапочкин В.А. Влияние гидростатического давления на сопротивление сдвигу в твердых телах // Физика металлов и металловедение, 1960. т. 9, № 2. - с. 258 - 264

30. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. М.: Машиностроение, 1971. 359 с.

31. Веттегрень В.И. и др. Напряженное состояние и износостойкость полимерных покрытий. \\Физика твердого тела, том 57, вып.7, СПб, РАН Физико технический ин-т им. А.Ф.Иоффе, 2015, с. 1365-1372.

32. Веттегрень В.И., Башкарев А.Я., Савицкий А.В., Щербаков И.П., Сытов В.В., Мамалимов Р.И., Адгезионная связь между полиамидом и сталью // Журнал технической физики / РАН Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе .— СПб., 2015. том 85, вып. 8. с. 155-158

33. Виноградов, С.И., Семенов В.П. Исследование износостойкости тонкослойных полимерных покрытий в узлах скольжения машин // Труды ЛПИ, Л., 1967, №285: с.20-26:

34. Волков Д.П., Крикун В.Я. и др. Строительные машины, уч. для ВУЗов. М., Высшая школа, 1988, 372 с.

35. Воронков Б.Д. Подшипники сухого трения. - Л.: Машиностроение, 1979, 224 с.

36. Генель С.Б., Белый В.А., Булгаков В.Я., Гехтман Г.А. Применение полимерных материалов в качестве покрытий. - М.: Химия, 1968, с. 238.

37. Голего Н.Л., Алябьев А.Я., Шевеля В.В. Фреттинг-коррозия металлов. Киев: Техника, 1974. 272 с.

38. Гонца В.Ф. Влияние слабой сжимаемости на решение задач теории для несжимаемых материалов //Вопросы динамики и прочности, №20, 1970. - с 181-199

39. ГОСТ 24408-80 «Система технического обслуживания и ремонта строительных машин. Правила сдачи в капитальный ремонт и выдачи из капитального ремонта машин и их составных частей. Общие требования».

40. ГОСТ 25346-89 «Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений».

41. ГОСТ 25347-82 «Поля допусков и рекомендуемые посадки».

42. ГОСТ 23.211-80. «Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытаний материалов на изнашивание при фреттинге и фреттинг-коррозии».

43. Гречищев Е.С., Ильяшенко А.А. Соединения с натягом: Расчеты, проектирование, изготовление, М., Машиностроение, 1981 - 247 с.

44. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука, 1970. - 227 с.

45. Дорожные машины. 4.1. Машины для земляных работ / Т.В. Алексеева, К.А. Артемьев, A.A. Бромберг и др. М.: Машиностроение, 1972. 504 с.

46. Евдокимов Ю.А. Опыт применения капроновых подшипников вместо бронзовых на строительных и грузоподъемных машинах \\ Механизация

строительства, 1962, № 4, с. 20-22.

47. Ермолаев М.М., Иванов А.С., Соединение с натягом, нагруженное осевой и радиальными силами, крутящим и изгибающими моментами, Материалы 4-й международной научно-практической конференции. «Современное машиностроение. Наука и образование.» СПб, Изд. СПбГПУ, 2014, с. 589-598.

48. Журков С.Н. Вопросы современной физики прочности твердых тел. -Чтения памяти А.Ф. Иоффе, 1982, Л.: Наука, 1984, с. 14-21.

49. Землеройные машины непрерывного действия: конструкции и расчеты / 3.Е. Гарбузов, В.К. Ильгисонис, Г.А. Мутушев и др.; Под общ. ред. Л.Е. Подборского. М.: Машиностроение, 1965. 276 с.

50. Зиновьев Е.В. Полимеры в узлах трения машин и приборов, 1980, 208 с.

51. Иванов А.С. Нормальная, угловая и касательная контактные жесткости плоского стыка // Вестник машиностроения, 2007, № 7. - с. 34 - 37.

52. Иванов А.С., Воронцов А.В., Терехин С.А. Расчет соединения с натягом на несдвигаемость с учетом контактной жесткости сопрягаемых поверхностей // Вестник машиностроения, 2003, № 2. - с. 19 - 22.

53. Иванов А.С., Ермолаев М.М. Влияние волнистости шероховатых поверхностей на их контактную жесткость // Известия ВУЗов: Машиностроение, 2012. Спец. выпуск. - с. 8 - 16.

54. Иванов А.С., Ермолаев М.М. Локальное проскальзывание в соединении с натягом при нагружении крутящим моментом // Вестник машиностроения. 2010, № 6. - с. 46 - 50.

55. Иванов А.С., Ермолаев М.М. Работа соединения с натягом при передаче соединением изгибающего момента // Вестник машиностроения, 2009, № 5. - 10. с. 45 - 48.

56. Иванов А.С., Измайлов В.В. Расчет контактной деформации при конструировании машин // Трение и смазка в машинах и механизмах, 2006, № 8. - с. 3 - 10.

57. Иванов А.С., Попов Б.А. Расчет соединения с натягом с учетом контактной жесткости сопрягаемых поверхностей // Вестник машиностроения, 2005, № 4. - с. 31 - 36.

58. Иваньков С.А. Прогнозирование работоспособности узлов трения с полиамидными покрытиями. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. тех. наук. -СПб, СПбГПУ, 2011, - 105 с.

59. Иваньков С.А., Башкарев А.Я., О долговечности и прочности композитов // Научно-технические ведомости СПбГПУ, №4 (110), СПб, Изд. СПбГПУ, 2011. - с. 196 -199.

60. Иосилевич Г. Б. Концентрация напряжений и деформаций в деталях машин. - М.: Машиностроение, 1981. 224 с.

61. Иосилевич Г.Б., Лукащук Ю.А. Влияние некоторых конструктивных факторов на распределение напряжений в соединениях с натягом // Вестник машиностроения, 1980, № 4. с. 22 - 23.

62. Казакевич Г.С., Рудской А.И. Механика сплошных сред. Теория упругости и пластичности. Учеб. пособие, СПб, Изд. СПбГПУ, 2003. - 263 с.

63. Каиса А.М. Джода Повышение долговечности и ремонтопригодности в узлах строительных машин с помощью полимерных материалов, Дисс. на соиск. уч. степ. канд. тех. наук, Л., ЛПИ, 1984.

64. Колтунов М.А. Ползучесть и релаксация. М., Высшая школа, 1976, 277 с.

65. Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. - М.: Машиностроение, 1971. - 264 с.

66. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической обработки наблюдений. М., Физматгиз, 1982. - 320 с.

67. Логинов Б.А. Удивительный мир фторополимеров, М., Мир, 2008. - 128 с.

68. Максак В. И., Советченко Б.Ф. Расчет смещений в соединениях с натягом при нагружении их крутящим моментом // Машиноведение, 1975, № 5. с. 63 - 68.

69. Максаров В.В., Красный В.А. Механизмы трения тонкослойных покрытий в условиях фреттинг-коррозии. \\ Научно-технические ведомости СПбГПУ, №2 (226), СПб, Изд. СПбГПУ, 2015. с. 111 -120.

70. Машиностроительные материалы, Раскатов В.М. [и др.]; под ред. В.М. Раскатова, М., Машиностроение, 1969 - 351 с.

71. Механические свойства материалов под высоким давлением. пер. с англ., под ред. Х.Л. Пью, вып. 1, М. Мир, 1973, 375 с.

72. Милов А.Б. О вычислении контактной жесткости цилиндрических соединений. Проблемы прочности, 1973, №1, с. 70-72

73. Митрович В.П. Исследование трения полиамидов по стали. - М. 1963, 96 с.

74. Мур Д. Основы применения трибоники, М., Мир, 1978. - 487 с.

75. Навасардич Г.Г., Березников В.В. Перспективы применения полимерных материалов при ремонте сельскохозяйственной техники // Пластические массы, 1973. № 11. - с. 71-73.

76. Нелсон У.Е. Технология пластмасс на основе полиамидов. М.:Химия, 1979, 255 с.

77. Основы трибологии. А.В.Чичинадзе [и др.]; под ред. А.В.Чичинадзе, М., Машиностроение, 2001. 663 с.

78. Панасюк В.В., Теплый М.И. Определение контактных напряжений при внутреннем соприкосновении цилиндрических тел. Прикладная механика, 1971, т. VII, вып.4, с. 3-8.

79. Паршин Ю.А., Малькевич С.Г., Дунаевская Ц.С., Фторопласты, Л., Химия, 1978. - 231 с.

80. Петров В.А., Башкарев А.Я., Веттегрень В.И. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов. СПб.: Политехника, 1993, с. 475.

81. Платонов В.Ф. Подшипники из полиамидов, М., Машгиз, 1961 112 с.

82. Полимеры в узлах трения машин и приборов. Справочник. А.В.Чичинадзе [и др.]; под ред. А.В.Чичинадзе, М., Машиностроение,

1988, 328 с.

83. Потапов С.И., Федоров А.Б., Булатов В.П., Красный В.А., Седакова Е.Б., Козырев Ю.П. Применение тонкослойных полимерных покрытий для защиты от фреттинг-коррозии крышек коренных подшипников ДВС// Двигателестроение № 2, 1996.. СПб, ООО «ЦНИДИ-Экосервис», с. 31-33.

84. Раевский А.Н. Полиамидные подшипники, М., Машиностроение, 1967. -138 с.

85. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974, с. 560.

86. Решетов Д.Н., Детали машин, Учеб. для студентов вузов, 4-е изд., пере-раб. и доп., М, Машиностроение, 1989, 496 с.

87. Решетов Д.Н., Хачиян Г.А., Лейках Л.М. Скорость сползания в циркуля-ционно-нагруженных соединениях с натягом // Известия ВУЗов: Машиностроение, 1980, № 12. с. 53 - 57.

88. Санжаровский А.Т., Коварская Л.Б. Адгезия полиэтилена к металлам. \\ ДАН СССР, 1972, т. 203, №2, с. 409-412.

89. Справочник технолога-машиностроителя. в 2 т., под редакцией А.Г. Ко-силовой и Р.К. Мещерякова, 4-е изд., перераб. и доп., М. Машиностроение, 1986, 496 с.

90. Строительные машины. Справочник в 2 томах, т.1 Машины для строительства промышленных, гражданских сооружений и дорог. / А.В.Жаворонков, В.Ф.Корелин, Э.Н.Кузин, А.В.Раннев и др., под ред. Э.Н.Кузина - 5-е изд., М. Машиностроение, 1991, 496 с.

91. Стукач А.В. Исследование работоспособности узлов трения с полимерными покрытиями в гусеничном ходу строительных машин. Дисс. на со-иск. уч. степ. канд. тех. наук. Л., ЛПИ, 1980, 125 с.

92. Стукач А.В., Башкарев А.Я. Взаимосвязь триботехнических и тепловых характеристик композитов сформированных на основе термопластичного полиамида \\ Труды международной научно-практической конфе-

ренции «Современные проблемы проектирования и эксплуатации транспортных и технологических систем», СПб. Издательство СПбГПУ, 2006, с.189-192

93. Стукач А.В. Исследование и управление свойствами полимерных покрытий в процессе их формирования при восстановлении изношенных поверхностей и придании им антифрикционных свойств. \\ Научно-техническое издание НИИТТС СПбГУСЭ «Технико-технологические проблемы сервиса», СПб, 2009. №10, с 42 - 50

94. Тимошенко С.Я., Гудьяр Дж. Теория упругости. М., Наука, 1975, 576 с.

95. Трение, изнашивание и смазка, В.В. Алисин [и др.], под ред. И.В. Кра-гельского, В.В. Алисина, М., Машиностроение, 1978 - 400 с.

96. Шамов И.В. Исследование коэффициента Пуассона полиэтилена ПНД при малых деформациях и длительном пребывании под нагрузкой. Механика полимеров, 1965, №3, с. 52-56.

97. Шестаков Б.М. Работоспособность тонкослойных полимерных покрытий. М.: Машиностроение, 1973. - 160 с.

98. Филин А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела, том 1, М., Наука, 1975, 832 с.

99. Фрейдин А.С. Прочность и долговечность клеевых соединений. М., Химия, 1971, 272 с.

100. Энциклопедия полимеров, т.2 , под ред. В.А.Кабанова, М., Советская энциклопедия, 1974 - 1032 с.

101. Яковлев А.Д., Здор В.Ф., Каплан В.И. Порошковые полимерные материалы и покрытия на их основе. - Л.: Химия, 1979, 256 с.

102. Häusler N. Zum Mechanismus der Biegemomentübertragung in

Schrumpfverbindungen // Konstruktion, 1976, 28, N 3. - P. 103 - 108.

103. Bikermann J.J. The science of Adhesives Joints, New York Academic Press, 1968. 241 p.

104. Gardon J. Treatise on adhesion and adhesives. New York, Academic Press, 1967, p. 67-70.

105. Pakham D., Grad R., Aspects of adhesion. London, 1971, №6, p 127-149.

106. Kilian H.G., Koepf M., Vettegren V.J. Model of reversible aggregation: universal feature of fluctuation ensembles.// Progress. Colloid and Polymer Sci 2001.V.117. P.172-181.

107. Kumultas D., Tavman I.H. // Thermoplastic Composite Mater. 2006. V.19. P. 441-455.

108. Электронная научно-техническая библиотека http://elibrary.ru

109. Электронная научно-техническая библиотека СПбГПУ http: //elib. spbstu. ru

110. Сайт ООО «Анид» www.anid.ru