Курсовая работа на тему Трение Влияние трения на конструкционные свойства изделий и выбор материалов трущихся поверхностей

Тема: «Трение. Влияние трения на конструкционные свойства изделий и выбор материалов трущихся поверхностей»
Содержание


Введение 3
1. Роль трения в работе машин и оборудования и основные задачи триботехники 4
2. Классификация трения 8
3. Влияние трения на конструкционные свойства изделий и выбор материалов трущихся поверхностей 14
4. Обобщенные закономерности трения твердых тел 19
Заключение 29
Список используемой литературы 31
Введение

Окружающий нас материальный мир находится в непрерывном движении. Движение осуществляется как на микро– так и на макро-уровнях. В движении находятся атомы, ионы и молекулы, а также тела, детали узлов трения машин, сами машины и планеты.
Если на микроуровнях характер движения частиц определяется, в конечном счете, температурой тела, то на макроуровне – уже работой, эквивалентной силе, затрачиваемой на единицу пути перемещающихся тел. Сопротивление относительному движению тел принято характеризовать понятием трения. Трение всегда связано с поглощением внешней, чаще всего механической работы и рассеиванием реализуемой во фрикционной паре энергией, преимущественно в виде тепла. Развитие учения о трении начиналось с периода деятельности первобытного человека и продолжается по настоящий день.
Трение в деятельности человека играет как положительную, так и отрицательную роль. Известно, что внезапное уменьшение трения, происходящее между колесами автомобиля или локомотива с дорожным покрытием или рельсами, делает совершенно беспомощной эту мощную транспортную технику для совершения ею поступательного движения вперед и создает крайне опасную ситуации при необходимости торможения транспортных средств. Без устойчивого трения становится также невозможной работа многих механических передач, тормозов и муфт. Помимо достижения решения ряда технических задач преодоление сил трения всегда связано с большим расходованием энергии.
Известно, что у хорошо отлаженного современного реактивного авиационного двигателя на это расходуется до 2% его мощности, у автомобильного двигателя – 26...44 %, у локомотивов – более 50%, а у текстильных машин – более 80% от затрачиваемой ими мощности.
В условиях реальной эксплуатации машин отмеченные выше потери энергии от трения, как правило, возрастают.

1. Роль трения в работе машин и оборудования и основные задачи триботехники

Уровень фрикционного взаимодействия в узлах трения машин и оборудования во многом определяет их эффективность в работе, а также материальные и энергетические потери. Например, на железнодорожном транспорте в прямой зависимости от величины коэффициента сцепления колес с рельсами находятся такие важные показатели его работы, как скорость движения и масса поездов. Увеличение коэффициента сцепления колес с рельсами всего на 0,01 может дать годовой экономический эффект 10 млн. руб., а уменьшение потерь от сопротивления движению поездов на 1% – экономию 15 млн. руб. в год. Опыт свидетельствует, что в 80...90 % случаев машины выходят из строя по причинам неудовлетворительной работы узлов трения (износа, задира, связанных с этим поломками и т.п.). Затраты на ремонт и обслуживание машин в несколько раз превышают их первоначальную стоимость: для автомобилей – в 6 раз, самолетов – в 5 раз, станков – до 8 раз.
На долю заводов, выпускающих новые тракторы в нашей стране, приходится 22% мощностей, на долю же заводов, изготавливающих запасные части к тракторам – 30%, а на долю ремонтных предприятий – 44%. Это означает, что на ремонт тракторов затрачивается почти в 4 раза больше производственных мощностей, чем на их изготовление. В сумме на запасные части расходуется более одной пятой выплавляемого в стране металла. Трудоемкость ремонта и технического обслуживания многих строительных машин за срок их службы в 15 раз превышает трудоемкость изготовления новых. За весь срок службы двигатели автомобилей, тракторов и комбайнов ремонтируют до 5 раз. Ресурс двигателя после ремонта составляет 30...50 % от нового. Общий объем отремонтированных двигателей почти в 2 раза превышает объем новых. Отремонтированные двигатели расходуют больше топлива и смазочных материалов на 10% и более.
Положение дел усугубляется еще и тем, что выпускаемые в нашей стране моторные масла, служащие для уменьшения потерь энергии, износа и повреждаемости машин, не всегда соответствуют международному уровню. Объем выпуска масел высшего качества для автотракторных дизелей составляет лишь 6%. Крайне мал выпуск моторных масел с улучшенными низкотемпературными свойствами. Выпуск легированных индустриальных масел не превышает 6% от общего объема. Производство многоцелевых литиевых смазок не достигает и 10%. Применяемые же в РФ смазочные материалы, как правило, низкого качества, а также недостаточное развитие триботехнического материаловедения привели к тому, что в РФ расход моторных масел по отношению к расходу топлива в 2...3 раза превышает этот показатель по США. Все это приводит к тому, что при приблизительно равном потребляемом в стране объеме моторных масел в США обслуживается парк автомобилей, в 8 раз больший, чем в РФ.
Принято считать, что в РФ в сложившихся условиях потери от трения и связанных с этим явлений составляют порядка 40 млрд. руб. при имеющейся тенденции ежегодного увеличения их приблизительно на 1 млрд. руб. В США те же самые потери составляют порядка 46 млрд. долларов, причем половина из них приходится на автомобили. Аналогичные явления наблюдаются и в других странах, и в большинстве случаев потери составляют 1,5...4 % их национального дохода. Это свидетельствует о том, что проблема трения, износа и смазки машин и оборудования, помимо чисто технической, является и экономической проблемой государственного масштаба. Экспертный анализ специалистов свидетельствует, что столь большие потери от трения происходят из-за разрыва между триботехникой и развитием промышленности и транспорта. Большое значение при этом отводится и отсутствию достаточной подготовки специалистов в этой области. Уже сейчас только за счет использования имеющихся достижений триботехники потери от трения можно уменьшить на 30...40 %, причем первые 10% из них – без дополнительных материальных вложений. При этом, как показывают исследования, проведенные в Великобритании, основная масса экономии средств от внедрения достижений триботехники достигается за счет сокращения затрат на обслуживание и ремонт машин, исключения потери из-за поломки оборудования и экономии капиталовложений за счет повышения долговечности машин (табл. 1).
Помимо явно выраженных технических и экономических аспектов, решаемых триботехникой, не менее важным является направление ее работ по улучшению экологии. Это, прежде всего, относится к переработке отработанных в машинах смазочных материалов.
При производстве в мире смазочных материалов в 100 млн. т проблема их утилизации достаточно сложна. Актуальной стала и проблема поиска путей ускорения процесса разложения смазки, выпадаемой на землю, в ходе работы транспортных средств, а также и обратная проблема по восстановлению работоспособности смазки в климатических условиях с активным воздействием бактерий. В этой области открываются большие перспективы для использования триботехнических технологий.
Таблица 1 – Оценка экономии, реализуемой промышленностью Великобритании при последовательном внедрении достижений триботехники в практику
№ п./п.
Показатель
Экономия (млн. фунтов стерлингов/год)

1
Снижение потребления энергии за счет меньшего трения
28

2
Сокращение ручного труда
10

3
Снижение затрат на смазку
10

4
Снижение затрат на обслуживание и ремонт
230

5
Исключение потерь за счет поломки оборудования
115

6
Экономия вложений вследствие более интенсивного использования оборудования и большего КПД
22

7
Экономия вложений вследствие более интенсивного использования оборудования и большего КПД
100

Всего
515


Острой также стала проблема замены на транспорте и в промышленности широко распространенных, но вредных для организма человека материалов. Этим и другими аналогичными вопросами активно занимаются сейчас трибологи ряда некоторых стран. В соответствии с вышесказанным можно выделить основные задачи триботехники на современном этапе.
Углубление научных представлений о природе фрикционного взаимодействия и закономерностях трения и изнашивания наиболее ответственных узлов трения машин и оборудования и определение направлений по более эффективному совершенствованию узлов трения, лимитирующих работу машин.
Разработка прогрессивных фрикционных и антифрикционных материалов (несущих поверхностей твердых тел, смазок и т.п.).
Разработка технологий, регулирующих свойства поверхностей трения.
Оптимизация конструктивных решений узлов трения.
Эксплуатационные мероприятия по повышению долговечности машин.
Повышение квалификации инженеров в области трения, износа и смазки и совершенствование контрольно-измерительных и расчетных триботехнических методов.
Организация комплексного подхода к решению проблемы повышения экономичности, долговечности и обеспечения узлов трения экологически чистой их работы.
В условиях, когда для жизнеобеспечения человечества требуются более производительные и менее энергоемкие машины и когда в мире приходится сталкиваться с дефицитом топливно-энергетических и материальных ресурсов, достижения и возможности трибологии и триботехники приобретают особое значение для решения стоящих перед обществом задач по повышению экологической чистоты, эффективности и безопасности использования машин и оборудования.
2. Классификация трения

Трение по характеру проявления и действия обычно представляется механическим явлением. Однако в его основе лежат сложные молекулярно-механические взаимодействия, во многом зависящие от состава, строения, объемных и поверхностных свойств трущихся тел. Большое многообразие сил трения, встречающихся в природе, принято классифицировать по видам и режимам его проявления (рис. 1).


Рисунок 1 – Классификация трения по основным критериям
В основе этой классификации лежат резкие отличия закономерностей трения для различных случаев. По кинематическим признакам трение (рис. 2) подразделяют на следующие три вида [2, с. 78].
1. Трение острия. Случай, когда вращение одного из двух контактирующих тел происходит вокруг оси, представляющей собой нормаль, проведенную через единственную точку соприкосновен