15_Kuzmenko.doc Способы оценки величины, коэффициента части работы трения, вызывающей изнашивание поверхности (КПЧ) Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2013, № 2 99 Кузьменко А.Г. Хмельницкий национальный университет, г. Хмельницкий, Украина E-mail: tribosenator@gmail.com СПОСОБЫ ОЦЕНКИ ВЕЛИЧИНЫ, КОЭФФИЦИЕНТА ЧАСТИ РАБОТЫ ТРЕНИЯ, ВЫЗЫВАЮЩЕЙ ИЗНАШИВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ (КПЧ) УДК 621.891 Научная ценность предложенных способов определения коэффициента повреждающей части работы тре- ния является мировоззренческой и состоит в установлении соотношения величин энергетических потоков при тре- нии поверхности трибологических систем. Обоснованные порядки оценок поврежденной части работы трения по- зволяет строить более достоверные энергетические модели изнашивания. Получено теоретически, что износ обратно пропорционален твëрдости, что является предельной удельной работой трения. Ключевые слова: коэффициент трения, изнашивание, предельная энергия, твердость. 1. Первый способ оценки КПЧ (коэффициент повреждающей части работы трения) Первая оценка коэффициента повреждающей части работы трения (КПЧ). В известных энерге- тических моделях процесса изнашивания Фляйшера Погодаева и др. принимается допущение о равенст- ве работы трения FA и изнашивания wA . В тоже время известно, что работа трения расходется не только на износ но и на нагрев, вибрации, шум, электризацию и т.д. В работе [1] нами была предложена гипотеза о том что работа идущая на изнашивание может быть определена как произведьонные нормальные нагрузки в контакте на перемещение, равное износу поверхности по нормали wU : ww UNA ⋅= . (1.1) Далее в [1] введено понятие коэффициенты повреждающей части работы трения ξ (ППЧ): F w A A =ξ , (1.2) где работа трения равна произведению силы трения F на путь трения S: SFAF ⋅= , (1.3) с учетом (1) и (3) из (2) имеем: SF UN w ⋅ ⋅ =ξ . (1.4) Замечая, что в этом выражении величина: Ih S Uw = , (1.5) есть интенсивность изнашивания поверхности, а f F N = , (1.6) где f эффективность трения. С учетом (1.5), (1.6), (1.4) имеем: f Іh =ξ . (1.7) Полученное выражение позволяет дать первую количественную оценку коэффициента повреж- дающей части роботы трения. Величина интенсивности изнашивания Іh находится в пределах: 133 1010 −− −=Іh , (1.8) если принять величину коэффициента трения f в пределах: 101,0 −=f . (1.9) В итоге имеем первую оценку величины ξ : 153 1010 −− −=ξ . (1.10) Отмечая очень широкий диапазон возможных значений ξ можно определить ориентировочные средние значение при 1010 −=Іh и 01,0=f ; 1110 −=ξ . PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com mailto:tribosenator@gmail.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Способы оценки величины, коэффициента части работы трения, вызывающей изнашивание поверхности (КПЧ) Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2013, № 2 100 2. Второй способ оценки КПЧ В соответствии с общим законом сохранения энергии в применяемом к работе трения имеем: ∑ ++= i AAAA QWF , (2.1) где FA – работа трения; WA – работа изнашивания; QA – работа расходуемая на нагревания трибосистемы; ∑ i A – другие формы потери работы трения. Полагая 0≈ ∑ i A из (3.1) имеем: QWF AAA += . (2.2) Принимая работу трения по (1.3), а работу изнашивания по (1.1) из (2.2) имеем: QANUwFS += . (2.3) Разделив слева и справа на FS , имеем: FS A FS NU Qw +=1 , (2.4) или с учотом (1.2): FS AQ−=ξ 1 . (2.5) Для определения ξ по (2.5) необходимо знать величину той части работы трения, которая пре- вращается в тепло. Например по данным [2] при трении во время работы тепло превращается 99,5 % ра- боты трения, тогда из (2.5) имеем: 3105005,0445,01 −⋅==−=ξ . (2.6) Это вторая частная оценка коэффициента повреждающей части работы трения. На нижней гра- нице диапазона ;10 3−=ξ эти оценки стыкуются. Таким образом грубо приближенно повреждающая часть работы трения составляет тысячную долю от общей работы трения. Из (2.5) следует, что: 1) при FSAQ = ; 0=ξ ; то если вся работа трения переходит в тепло работа повреждаемости равна нулю; 2) при 0=QA ; 1=ξ ; то вся работа трения тратится на повреждаемость; 3) с другой стороны при 0=QA из (1.7) следует первая оценка величины ξ . 3. Третий способ оценки КП Ч. 3.1. Принцып третьего способа оценки 1) при определении КПЧ необходимо знать две величины: роботу трения FA и часть этой рабо- ты затрачивается на износ WA или на QA другие потери, например на теплообразования тогда: F W A A =ξ или F QF A AA − =ξ ; (3.1) 2) другой путь определения работы расходуем на износ состоит в определении затрат необходи- мых для реализации износа или иными словами или предельная энергия, вызывающая износ; 3) в качестве предельной величины вызывающей износ примем энергию или работу трения при- ходящуюся на единицу обëма wV изношенного материала: 23 * мм кг мм ммкг = ⋅ ⋅= w F Vw V A A ; (3.2) 4) в роботе [1] показано, что удельной работе соответствует твëрдость материала по Брипелю: * HBAVw = кг/мм 2; (3.3) 5) с учотом сказанного величина КПЧ может быть определена из соотношения: PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Способы оценки величины, коэффициента части работы трения, вызывающей изнашивание поверхности (КПЧ) Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2013, № 2 101 wwF VFS НВ VA НВ // ⋅ ==ξ , (3.4) 23 мм кг мпм ммкг = ⋅ = ⋅ wV FS , (3.5) SfNSFAF ⋅⋅=⋅ ; (3.6) 6) в (3.4) в числителе НВ - имеет смысл плотности педального количества энергии, введенной в единицу обëма части материала удальонной с поверхности при износе; 7) в знаменателе (3.3) плотность всей энергии трения введëнной в еденицу удальонного обëма; 3.2. Пример определения КПЧ по третьему способу 1) в работе [4] приведены данные об удельоной работе изнашивания шариков из стали ШХ-15 при испытаниях на износ ЧШМ при разних видах смазки; 2) например для гидравлической смазки ВНИН НП 403: 8 823 15 1045,3 10мм кг м Дж 103,45 ⋅=    ⋅ =⋅=FWA кг/мм 2; 27262233 мм10 кг мм10м кг0,1 м Н м мН м Дж = = == ⋅ = ; 28 3 15 кг/мм1045,3 м Дж 103,45 ⋅=⋅ ; 3) при 2кг/мм48 ⋅=НВ : 8 28 2 1005,1 кг/мм1045,3 кг/мм48,0 −⋅= ⋅ ==ξ FVA НВ ; 81005,1 −⋅=ξ . Диапазон измерения ξ для семи разных масел с использованием данных [4] находятся в диапазоне: 810)401( −⋅−=ξ при трении на ЧШМ шариков из ШХ-15. 4. Практическое использование третьего способа определения КПЧ 4.1. Основное соотношения третьего способа может быть представленным 1) в виде: SfN VНВ w ⋅⋅ ⋅ =ξ ; (4.1) 2) или HB SfN Vw ⋅⋅⋅ξ = ; (4.2) 3) выражения (4.2) представляет собой зависимость обëмного износа от четырех основных фак- торов влияющих на износ: - N нормальной нагрузки на сопряжения; - f коэффициента трения; - S пути трения; - НВ твëрдости изнашиваемой поверхности; 4) при этом предполагается что известна ξ величина коэффициента повреждающей части ра- боты трения; 5) заметим, что зависимость износа от N , f , S прямо пропорциональная; 6) зависимость от твëрдости обратно пропорциональная. 4.2. Связь обëмного износа wV с износом h по нормали к изнашиваемой поверхности 1) обëм шарового сегмента [5] ( )hRhVw −⋅⋅π⋅= 33 1 2 ; (4.3) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Способы оценки величины, коэффициента части работы трения, вызывающей изнашивание поверхности (КПЧ) Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2013, № 2 102 или при h , R : RhRhVw ⋅⋅π=⋅⋅⋅π⋅= 22 3 3 1 , (4.3) отсюда имеем: 2 1       ⋅π = R V h w ; (4.4) 2) (4.4) → (4.2) ⇒ 2 1       ⋅π⋅ ⋅⋅⋅ξ = RHB SfN h . (4.5) 4.3. Твëрдость НВ и размерный износ 1) из (4.5) следует, что размерный износ поверхности для двух разних поверхностей определяет- ся соотношением: . 2 1 1 2 2 1       = НВ НВ h h (4.6) 2) (4.6) представляет практический интерес при выборе материала с заданной твëрдостю. 5. Выводы 5.1. По первому способу коэффициент повреждающей части работы трения (КПЧ) определить зная интенсивность изнашивания Іh и коэффициент трения f по зависимости: f Іh=ξ . (5.1) В этом случае диапазон КПЧ находится в пределах .1010 153 −=ξ − 5.2. По второму способу величина КПЧ зависит от обëма поглощаемого тепла при трении. Для точного определения КПЧ необходимо знать относительность работы трения превращающейся в тепло. Если в тепло превращается 99,5 % работы трения, то коэффициент КПЧ оценивается величиной 3105 −⋅=ξ . 5.3. по третьему способу порядок величины КПЧ имеет значение 810 −=ξ . При этом требуется знать удельную работу трения сопряжения FVА и предельное значение удельной работы или твëрдость. 5.4. Главная научная ценность предложенных способов определения коэффициента повреж- дающей части работы трения является мировоззренческой и состоит : в установлении соотношения вели- чин энергетических потоков при трении поверхности трибологических систем обоснованные порядки оценок поврежденной части работы трения позволяет строить более достоверные энергетические модели изнашивания. 5.5. при наличии КПЧ представляется возможным определять как обëмный так и размер- ный износ поверхностей в зависимости от нагрузки коэффициента трения, пути трения и твëрдости. 5.6. В частности получено теоретически, что износ обратно пропорционален твëрдости, что является придельной удельной работай трения. Литература 1. Кузьменко А.Г. Энергетические методы и модели в трибологии. Часть ІІ. Поглащение енергии и повреждаемость поверхности в контакте // Проблемы трибологии. – 2005. – №3. – С. 41-91. 2. Ящерицын П.И., Еременко М.Л., Фельдштейн Е.Э. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах. – Минск: Высшая школа, 1990. – 512 с. 3. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / Э.Д. Браун, Н.А. Буше, И.А. Буяновский и др. / Под ред. А.В. Чичинадзе: Учебник для технических ВУЗов. – М.: Центр «Наука и техника», 1995. – 778 с. 4. Исаков Д.И., Щетинкин В.А. Критерии оценки трибологических свойств смазочных материа- лов // Проблемы трибологии. – 1991. – № 2. – С. 20-21. 5. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. – М.: Наука, 1967. – 608 с. Поступила в редакцію 14.05.2013 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Способы оценки величины, коэффициента части работы трения, вызывающей изнашивание поверхности (КПЧ) Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2013, № 2 103 Kuzmenko A.G. Methods of estimation of size, coefficient of part of work of friction, defiant the wear of surface. A scientific value of the offered methods of determination of coefficient of damaging part of work of friction is a world view and consists of correlating sizes of power streams at the friction of surface of the tribology systems. Allows to build the grounded orders of estimations of the damaged part of work of friction more reliable power models of wear. It is got in theory, that a wear is back proportional hardness, that is maximum specific work of friction. Keywords: coefficient of friction, wear, maximum energy, hardness. References 1. Kuz'menko A.G. Jenergeticheskie metody i modeli v tribologii. Chast' ІІ. Poglashhenie energii i povrezhdaemost' poverhnosti v kontakte. Problemy tribologii. 2005. No 3. pp. 41-91. 2. Jashhericyn P.I., Eremenko M.L. Fel'dshtejn E.Je. Teorija rezanija. Fizicheskie i teplovye processy v tehnologicheskih sistemah. Minsk, Vysshaja shkola, 1990. 512 p. 3Chichinadze A.V. Osnovy tribologii (trenie, iznos, smazka), Uchebnik dlja tehnicheskih VUZov. M. Centr «Nauka i tehnika», 1995. 778 p. 4. Isakov D.I., Shhetinkin V.A. Kriterii ocenki tribologicheskih svojstv smazochnyh materialov. Problemy tribologii. 1991. No 2. pp. 20-21. 5. Bronshtejn I.N., Semendjaev K.A. Spravochnik po matematike. M. Nauka, 1967. 608 p. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com