| Букинист. | Алфавитный каталог. | Тематический каталог. |
Металлические покрытия опор скольжения.
Н.М. Алексеев.
НАУКА. М. 1973 г. 75 стр. 3 табл. 43 рис.
Работа посвящена вопросу взаимодействия твердых тел, покрытых металлическими пленками, при контактировании и трении скольжения.
Описано напряженно-деформированное состояние покрытия в контакте двух тел, приведен расчет контактных напряжений, реакций, развиваемых поверхностями в зависимости от формы и размеров микронеровностей твердых тел, толщины покрытий и механических свойств материалов. Приведены формулы для расчета сближения твердых тел с шероховатыми поверхностями, коэффициента трения и критических толщин покрытия, при которых начинает появляться влияние жесткости подложки на процесс их контактирования.
Материалы работы могут быть использованы научными и инженерно-техническими работниками, занимающимися вопросами теории трения твердых тел, конструированием и эксплуатацией различных механизмов и машин, включающих узлы сухого трения.
ВВЕДЕНИЕ.
Все более широкое применение находят покрытия различными материалами поверхностей трения. Такие покрытия улучшают работу узлов трения, работающих как со смазкой, так и в условиях сухого трения.
Тонкие металлические пленки занимают важное место в ряду такого рода покрытий. Соответствующим подбором металла покрытия и его толщины можно обеспечить работоспособность подшипников сухого трения в глубоком вакууме, при высоких температурах, доходящих до 1000 С, и при высоких удельных нагрузках, превышающих 1000 кГ/см. кв. При проектировании тепловых или электрических контактов в настоящее время используются металлические покрытия. Чрезвычайно широкому распространению металлических покрытий способствует технологичность процессов их осаждения, позволяющих получать равномерные осадки почти всех металлов с высокой точностью. Металлопокрытия обладают тонкой структурой и часто весьма ценными физико-механическими свойствами, которые могут быть изменены в нужном направлении.
Первое исследование трения твердых тел с металлическими покрытиями было проведено Ф. Боуденом в 1939 г. Согласно Боудену, при соприкосновении твердых тел, находящихся под действием сжимающей нагрузки, в местах их фактического касания образуются прочные соединения. Сила трения, развиваемая в таком соединении, определяется как произведение площади фактического контакта на величину напряжения среза.
Если поверхность одного из соприкасающихся тел покрыта тонкой пленкой мягкого металла, то величина напряжения среза такого соединения мала. Если при этом твердость соприкасающихся тел выше твердости покрытия, то площадь фактического касания тем меньше, чем выше их твердость. На основании таких рассуждений Ф. Боуден приходит к выводу, что сила трения тем меньше, чем меньше твердость покрытия и выше твердость соприкасающихся тел.
Эту гипотезу Ф. Боуден подкрепил опытными данными, показывая, что таким путем можно существенно снизить силу трения между телами, а следовательно, и коэффициент трения.. Вместе с тем эксперименты показали, что абсолютные значения коэффициентов трения для выбранных материалов непостоянны и зависит от геометрических размеров контактирующих тел, толщины покрытия и нагрузки. При трении твердых тел с тонкими металлическими покрытиями второй закон Амонтона не соблюдается, так как с увеличением нагрузки коэффициент трения уменьшается.
В дальнейшем работы Ф. Боудена были продолжены Р. Бартоном. Им было показано, что при малых нагрузках влияние жесткости подложки на коэффициент трения отсутствует, и трение подчиняется законам Амонтона. При больших нагрузках начинает проявляться влияние жесткости подложки на коэффициент трения, который изменяется с изменением нагрузки и толщины покрытия. В настоящее время имеется много экспериментальных работ, посвященных данному вопросу. Все они в общем повторяют в той или иной степени исследования Ф. Боудена и Р. Бартона.
Ф. Боуден и Р. Бартон дали качественное описание схемы взаимодействия твердых тел при трении. Однако каких-либо количественных соотношений между силой трения, нагрузкой, толщиной покрытия, а также формой, размерами и свойствами соприкасающихся тел ими не было установлено.
В тех условиях, когда влияние жесткости подложки на трение не проявляется (при малых нагрузках или больших толщинах покрытий), для оценки сил трения можно использовать результаты исследований, выполненных А.П. Грином и Б.А. Друяновым.
А.П. Грин исследовал пластическое взаимодействие микронеровностей твердых тел при их относительном скольжении. Его теоретический анализ применим к простым формам контактов, соответствующим различным стадиям взаимодействия микронеровностей.
Б.А. Друяновым была рассмотрена иная задача, решение которой в настоящее время используется в расчетах процессов трения. В его работе дан расчет усилий, необходимых для движения жесткого индентора параллельно границе пластического полупространства на примере начального пластического течения. Как и в расчетах А.П. Грина, в качестве модели пластического тела использована идеальная неупрочняющаяся жестко-пластическая среда. В работе Б.А. Друяновым дано решение задачи о движении сферического индентора по идеальному жестко-пластическому неоднородному по свойствам полупространству.
В работе дан инженерный расчет усилий, возникающих при движении сферического индентора по идеальному жестко-пластическому полупространству. В рассмотренной схеме принят ряд упрощений, тем не менее эксперименты показывают, что расчеты удовлетворительно согласуются с опытом.
В случае статического контактирования твердых тел для исследования взаимодействия микронеровностей можно использовать решения задач о вдавливании индентора в пластическое полупространство, выполненные Л. Прандтлем, Р. Хиллом, В.В. Соколовским и А.Д. Томленовым. Указанные решения не позволяют построить поле скоростей, совместимое с полем напряжений. Поэтому их следует рассматривать как приближенные. А.Д. Томленовым показано, что точность таких расчетов удовлетворительна.
Таким образом, имеется ряд теоретических исследований, которые могут быть использованы для описания взаимодействия неровностей твердых тел при отсутствии влияния жесткости подложки на их взаимодействие.
Расчету коэффициентов трения, когда такое влияние имеет место, посвящено исследование Е. Рабиновича. Однако рассмотренная им расчетная схема слишком упрощена. Выбор напряженного состояния в зоне контакта недостаточно обоснован.
И.В. Крагельским и Н.М. Михиным предложен расчет коэффициента трения, учитывающий механические свойства тонких покрытий. Расчетное уравнение получено при анализе напряженного состояния, возникающего при скольжении жесткой сферической микронеровности по идеальному жестко-пластическому полупространству с пленкой, имеющей толщину, несоизмеримо меньшую глубины внедрения микронеровности. Влияние пленки учитывалось касательным к поверхности идентора напряжением, действующим по границе контакта и равным прочности материала пленки на срез.
В работе Е. Финкина рассматривается модель контакта жестких тел, одно из которых имеет упругое покрытие. Так как упругое состояние в зоне фактического контакта не характерно для мягких металлов, для описания трения твердых тел с мягкими металлическими покрытиями эти расчеты неприменимы.
Как видно из приведенного обзора, механические процессы взаимодействия при трении твердых тел, покрытых металлическими пленками, не изучены в степени, достаточной для составления расчетов сил трения. Для этого в первую очередь необходимо исследовать напряженно-деформированное состояние материала в зонах контакта соприкасающихся тел, чему и посвящены последующие главы.
ОГЛАВЛЕНИЕ.
Глава 1. Контактное взаимодействие твердых тел.
Глава 2. Контакт жесткой микронеровности с пластическим покрытием на жестком основании.
Глава 3. Контактирование шероховатых поверхностей, разделенных мягкой металлической пленкой.
Глава 4. Трение твердых тел, покрытых металлическими пленками.
Глава 5. Экспериментальное исследование сухого трения твердых тел, покрытых металлическими пленками.
|
|