Контактирующих материалов

Свойства червячных зацеплений в значительной мере определяются условиями образования масляного слоя, отделяющего поверхности витков червяка от зубьев червячного колеса. Эти условия зависят от угла г) между направлением контактных линий и скоростью относительного движения контактирующих элементов. Чем ближе этот угол к л/2, тем лучше условия для возникновения масляного клина. Для разных точек на поверхности зубьев углы г; отличаются весьма значительно. Так, вблизи средней торцовой плоскости червячного колеса угол аэ близок к нулю и, следовательно, условия для образования масляного клина в этой зоне неблагоприятны. Это является недостатком передач с цилиндрическим червяком.

Еще одним условием, обеспечивающим нормальные условия работы механизма, является соблюдение допустимого угла давления сгд для данного типа механизма за весь цикл работы. Под углом давления понимают угол между нормалью (п — п) к профилю кулачка и вектором VBZ скорости движения ведомого звена в точке их контакта (рис. 15.1, а, б). При увеличении угла давления а возможно заклинивание. Для каждого типа механизмов с учетом материалов контактирующих элементов высшей пары существуют диапазоны допустимых значений а, исходя из которых определяют размеры звеньев механизма га, гтах, е, I, г2 во избежание заклинивания.

Для обеспечения точного воспроизведения заданных характеристик кулачкового механизма необходимо соблюсти также условие постоянного и однозначного контакта кулачка и ведомого звена. Указанные исходные условия создают определенные ограничения при выборе параметров механизма и профиля контактирующих элементов высшей кинематической пары Из всех возможных вариантов сочетания параметров необходимо выбрать такие, чтобы были обеспечены наименьшие габаритные размеры механизма.

Другие примеры замены высших кинематических пар приведены на рис. 1.5, б, в, г; заменяющие механизмы показаны справа. Общее правило замены высших кинематических пар цепями с низшими парами заключается в следующем: на общей нормали к элементам высшей пары, образованной двумя звеньями в точке их контакта, находим центры кривизны контактирующих элементов с радиусами рх и р2; в них помещаем элементы пар пятого класса — вращательных — в случае конечных, либо равных нулю значений радиусов кривизны, и поступательных — при радиусе кривизны, равном бесконечности; вторые элементы этих пар образуются дополнительным звеном, помещенным между указанными выше элементами.

Сцепление и трение элементов звеньев, образующих кинематические пары механизмов и машин, представляют собой сложные физико-химические процессы, имеющие большое значение в технике. Сцепление проявляется в сопротивлении относительному сдвигу контактирующих элементов (в состоянии относительного покоя), а трение — в сопротивлении относительному движению. Одной из количественных мер интенсивности каждого из этих явлений принято считать соответственно силу сцепления и силу трения, векторы которых лежат в плоскости, касательной к поверхностям звеньев в зоне их контакта.

Все сказанное относилось к контактированию двух неподвижных твердых тел. Рассмотрим теперь скольжение тела А по поверхности тела В и взаимодействие контактирующих элементов обоих тел во время скольжения. Очевидно, что в области контакта в любой момент времени находится одно и то же множество элементов СА = {alt a2, ..., a10} тела А, но различные элементы Св = {bt, Ьг+1, ..., Ьг+ю) тела В, причем мощности, т. е. количества элементов тел Л и В, находящихся в контакте, постоян-

Важную роль в сопротивлении металла коррозионно-усталостному разрушению играют размеры и геометрия изделия, состояние их поверхности, наличие контактирующих элементов и другие факторы, которые можно объединить в группу конструкторско-технологических.

Многие металлы и сплавы, например нержавеющие стали, титановые и алюминиевые сплавы и др., обладают высоким сопротивлением коррозионной усталости из-за образования на их поверхности стойких к воздействию коррозионных сред оксидных пленок. Можно предположить, что постоянное или периодическое разрушение этих пленок, обеспечивающее доступ коррозионной среды к деформируемому металлу, должно активизировать процесс его коррозионно-усталостного разрушения. На практике очень многие детали машин подвергаются одновременному воздействию циклических напряжений, контактирующих элементов и коррозионной среды. Такие условия реализуются, например, при свободной посадке деталей, в узлах трения, болтовых и прессовых соединениях, бурильной колонне, гребных и турбинных валопроводах и т.п. Поэтому изучение влияния внешнего трения на процесс коррозионно-усталостного разрушения металлов представляет собой важную научно-практическую задачу.

Глава VIII. КОРРОЗИОННАЯ УСТАЛОСТЬ ПРИ НАЛИЧИИ КОНТАКТИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

1. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ КОНТАКТИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Проведенные нами исследования при большой базе испытаний (рис. 82) наглядно показывают ограниченность эффективности применения поверхностного пластического деформирования (ППД) для повышения коррозионной выносливости. При высоких уровнях напряжений время до разрушения упрочненных и неупрочненных образцов отличается несущественно. При Л/= Ю6 -5-5 • Ю7 цикл (т.е. при наиболее часто применяемой в лабораторной практике базе) эффект ППД максимальный. С увеличением базы испытаний коррозионная выносливость упрочненных образцов снижается, особенно при наличии стальных контактирующих элементов (рис. 83), причем у более прочной стали интенсивность снижения коррозионной выносливости выше.

поверхностей трения Rz. От точки встречи проводят горизонтальную линию 3 до пересечения с лучом, который соответствует приведенному модулю упругости контактирующих материалов ?'. Затем из полученной точки проводят вертикаль 4 вверх до пересечения с кривой, соответствующей приведенному радиусу кривизны р, и из точки пересечения проводят горизонталь 5 до пересечения со вспомогательной шкалой U.

ГЕТЕРОПЕРЕХОД - контакт между двумя разл. по хим. составу или (и) фазовому состоянию полупроводниками. В зависимости от типа проводимости контактирующих материалов различают Г. анизотипные (р - /7-Г.) и изоти пн ые (л - л-Г., р - р-Г.). Г. используются в разл. ПП приборах: переключателях логич. схем, светоизлучающих диодах, ПП лазерах и др.

ЗЕЕБЕКА ЭФФЕКТ [по имени нем. физика Т. Зеебека (Th. Seebeck; 1770-1831)] - возникновение электродвижущей силы (термоэдс) в замкнутой электрич. цепи, составленной из последовательно соединённых (посредством пайки или сварки) разнородных проводников тока (или ПП), контакты между к-рыми находятся при разных темп-pax. Величина термоэдс зависит от абс. значений темп-р «горячего» и «холодного» контактов, разности этих темп-р, а также от природы контактирующих материалов. На З.э. осн. действие термопары. ЗЁЕМАНА ЭФФЕКТ [по имени голл. физика П. Зеемана (P. Zeeman; 1865-1943)] - расщепление энерге-тич. уровней атомов, молекул и кристаллов во внеш. магнитном поле. Приводит к расщеплению спектр, линий излучения, испускаемого или поглощаемого в-вом, находящимся в магн. поле. З.э. используется в мазерах, при исследованиях структуры в-в, для определения напряжённо-стей магн. полей Солнца, звёзд и т.д.

КОНТАКТ МЕТАЛЛ - ПОЛУПРОВОДНИК - переходная область между соприкасающимися металлом и ПП, обеспечивающая прохождение электрич. тока между ними. В К.м.-п. вследствие различия в работе выхода электронов контактирующих материалов возникают встречные электронные потоки, выравнивающие Ферми-уровни металла и ПП. В результате вблизи границы металл - ПП (в осн. в приконтактной области ПП) образуется двойной электрич. слой пространств, заряда, наз. переходным барьерным слоем, и возникает связанная с ним контактная разность потенциалов. Если в переходном слое К.м. - п. концентрация осн. носителей заряда повышена по сравнению с концентрацией в ост. объёме ПП (т.н. обогащённый слой), то такие К.м.- п. обеспечивают двустороннюю электрич. проводимость и используются в качестве омических (невыпрямляющих) контактов. Если переходный слой К.м.- п. обеднён осн. носителями заряда, то такой контакт, наз. Шоттки-контак-том, обладает выпрямляющим действием. Шоттки-контакты используют для создания ПП диодов, биполярных и полевых транзисторов, детекторов ядерного излучения и др. КОНТАКТ ПОЛУПРОВОДНИК - ПОЛУПРОВОДНИК - переходная область между двумя приведёнными в соприкосновение ПП образцами (одинаковыми или разными по хим. составу либо по типу проводимости), обеспечивающая прохождение электрич. тока между ними. К.п.- п. характеризуется установлением одинакового Ферми-уровня для обоих ПП и образованием вблизи границы области пространств, заряда с примыкающими к ней нейтральными областями. К.п.- п. делятся на гетеропереходы и гомопереходы. По виду вольт-амперной характеристики (ВАХ) различают выпрямляющие (с нелинейной ВАХ) и невыпрямляющие (с линейной ВАХ) К.п.- п. На основе выпрямляющих К.п.-п. создаются ПП диоды, фотоэлементы, биполярные транзисторы,

Оже-электронная спектроскопия показала, что с поверхностью металла связан атом углерода группы CF2 и что мы имеем дело с химическим взаимодействием, т.е. с образованием химических связей. Разрушение такого адгезионного соединения носит когезионный характер и происходит по объему менее прочного материала. В результате на более прочной металлической поверхности постепенно формируется тонкая полимерная пленка, которую называют пленкой фрикционного переноса. Фрикционный перенос при трении без смазочного материала практически имеет место в любых условиях и режимах трения. Это приводит к образованию перенесенных пленок сложной структуры и состава. Вначале рассмотрим это явление в металлических парах трения. Для пар трения металл-металл разными исследователями предлагались различные механизмы переноса. В работах Боудена и Тейбора, например, предлагается модель изнашивания, в которой перенос материала с одной поверхности на другую рассматривается как результат среза мостиков сварки на реальном пятне фрикционного контакта. По мнению этих исследователей, перенос металла наблюдается в том случае, когда прочность адгезионной связи на поверхностях контакта твердых тел оказывается выше когезионной прочности одного из контактирующих материалов.

Физические модели процессов изнашивания материалов характеризуются качественным описанием физических и физико-химических процессов, развивающихся при фрикционном взаимодействии и приводящих к изменению структуры и свойств контактирующих материалов и их изнашиванию.

Г. А. Гороховский, исследуя особенности диспергирования металлов в контакте с полимерами, установил, что полимеры, как и низкомолекулярные поверхностно-активные вещества, интенсифицируют процессы деформирования, упрочнения и разрушения металлов. На основании комплекса исследований им предложена следующая модель механизма изнашивания [46]. Работа динамически контактирующих материалов полимер-металл сопровождается комплексом структурных превращений в поверхностных слоях как полимера, так и металла, а также мсханохимическими явлениями на границе их раздела. Структура в поверхностном слое подвергается ориентации - необратимым деформациям в направлении тангенциальных сил трения. Это приводит к нарушению надмолекулярных образований, изменению фазового состава и диспергированию кристаллических областей. Субмикроструктура металла при этом также резко изменяется, происходит измельчение кристаллических блоков, в некоторых случаях на один десятичный порядок.

Аналитические методы. Температура, развивающаяся на фрикционном контакте, зависит от режимов трения, теплофизических свойств контактирующих материалов и конструктивных параметров трибосопряжения. В связи с распределением и миграцией фактических пятен касания по контурной и номинальной поверхностям трения максимальную температуру на фактическом пятне касания можно определить в виде суммы [108]:

механического взаимодействия микровыступов контактирующих тел и сопровождается, как правило, значительным изменением потенциальной энергии поверхностных слоев. Это облегчает проявление атомно^молекулярных сил, которые зависят от природы контактирующих материалов.

поверхностей трения Кг. От точки встречи проводят горизонтальную линию 3 до пересечения с лучом, который соответствует приведенному модулю упругости контактирующих материалов ?'. Затем из полученной точки проводят вертикаль 4 вверх до пересечения с кривой, соответствующей приведенному радиусу кривизны р, и из точки пересечения проводят горизонталь 5 до пересечения со вспомогательной шкалой U.

энергии и скорости удара сопротивление контактирующих материалов деформации повышается, и поэтому энергетические потери в системе увеличиваются.