Прогнозирование работоспособности узлов трения с полиамидными покрытиями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат технических наук Иваньков, Сергей Андреевич

• Иваньков, Сергей Андреевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иваньков, Сергей Андреевич

Введение.

1. Постановка вопроса и методика исследования.

1.1 Анализ возможностей полимерных материалов в узлах трения машин и механизмов.

1.2 Адгезия и адгезионная прочность тонкослойных полиамидных покрытий.

2. Исследование адгезионной прочности полиамидных композиций.

2.1 Зависимость адгезионной прочности от контактных давлений.

2.2 Зависимость адгезионной прочности от температуры.

3. Исследования покрытий, модифицированных фуллереном.

3.1 Анализ возможности влияния фуллеренов на физико-механические свойства полимеров.

3.2 Влияния фуллерена Сбо на свойства адгезии тонкослойных полиамидных покрытий.

4. Исследование долговечности адгезионного соединения.

4.1 Методика исследования долговечности адгезии.

4.2 Определение параметров долговечности адгезии полиамидных покрытий.

4.3. Напряженное состояние полиамидного покрытия в цилиндрическом подшипнике скольжения.

4.4. Методика расчета долговечности адгезии с учетом технологических факторов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование работоспособности узлов трения с полиамидными покрытиями»

Актуальным вопросом машиностроения всегда остается проблема повышения долговечности тяжелонагруженных узлов трения, работающих в сложных условиях эксплуатации.

Одним из путей увеличения их срока службы стало применение антифрикционных пластмасс. В настоящее время накоплен достаточно большой опыт использования полимерных материалов в различных отраслях машиностроения, что связано с рядом их достоинств: высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения, сокращением расходов на эксплуатацию и ремонт механизмов и т. п.

Из многообразия полимерных материалов, по наиболее удачному сочетанию свойств для узлов трения, можно выделить полиамиды. Они применяются, как при создании монолитных деталей, так и в качестве тонкослойных антифрикционных покрытий, прочно соединенных с металлической подложкой. По износостойкости, при корректном использовании, полиамиды превосходят не только другие полимеры, но и многие антифрикционные металлы и сплавы. Другим их достоинством является высокая технологичность, обусловленная сравнительно низкой температурой плавления и хорошей текучестью расплавов.

Тонкое полиамидное покрытие может воспринимать нагрузки, создающие напряжения, которые значительно превышают предел прочности полиамида в монолите. Это объясняется тем, что покрытие, прочно удерживаемое на металлической поверхности силами адгезии, имеет ограниченную возможность к деформированию. Благодаря малой толщине полимерного слоя (менее 0.35 мм) увеличивается его теплопроводность, что существенно уменьшает тепловую напряженность узла трения.

Использование полимеров в узлах трения в виде тонкослойных покрытий, позволяет без больших экономических затрат применять особо высококачественные композиты, в том числе включающие нано-структурные материалы, такие как фуллерены.

Однако все это становится возможным только при обеспечении надежного соединения покрытия с металлической подложкой. Но практический опыт показывает, что именно нестабильность адгезии антифрикционного слоя к подложке ограничивает широкое применение тонкослойных полимерных покрытий в узлах трения, так как в результате воздействия неблагоприятных факторов в процессе эксплуатации происходит постепенное снижение прочности адгезии.

Таким образом, дальнейшее продвижение в узлы трения новых перспективных полимерных композитов требует создания методов расчета их адгезии на прочность с учетом фактора времени работы.

Выполненное исследование является еще одним шагом к решению данной проблемы.

Заключение диссертации по теме «Машиноведение, системы приводов и детали машин», Иваньков, Сергей Андреевич

Основные выводы и результаты.

Выполненные исследования дали возможность получить результаты и сделать следующие выводы.

1. Разработана, обоснована и апробирована методика расчета долговечности полимерного антифрикционного покрытия, учитывающая температурно-временной режим технологического процесса и I доказывающая, что от него зависит не только величина адгезионной прочности, но и ее стабильность в процессе эксплуатации.

2. Для практического использования термофлуктационной теории прочности применительно к расчетам долговечности адгезионного соединения предложен способ определения энергии активации разрушения и коэффициента, отражающего чувствительность материала к механическим напряжениям. Особенность способа заключается в том, что испытания могут проводятся при постоянной температуре, что повышает достоверность результатов.

3. Применительно к антифрикционным полимерным композициям, исследовано влияние на адгезионную прочность полимер-сталь величины контактных давлений и температуры во время действия нагрузки. В разработанной методике расчета оба эти фактора учитываются.

4. Проведенные исследования полиамидных покрытий с добавкой фуллерена Сбо показали, что существенного изменения адгезионной прочности у данных композиций нет. Однако исследования по изучению стабильности адгезии таких покрытий могут быть продолжены.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иваньков, Сергей Андреевич, 2011 год

1. Александров В.М., Бабешко В.А., Белоконь A.B. и др. Контактная задача для кольцевого слоя малой толщины // Механика твердого тела, 1966. № 1. - С. 135 - 139.

2. Александров В.М., Бабешко В.А., Белоконь A.B. и др. Расчет теплоупругих контактных давлений в подшипнике с полимерным покрытием. Сб.: Контактные задачи и их инженерные приложения. М.: НИИМАШ, 1969.-С. 214-226.

3. Алешин А.Н., Бирюлин Ю.Ф., Виноградова JI.B., Згонник В.Н. и др. // Письма в ЖТФ 21, 23, 64 (1995).

4. Айдуганов В.М., Волкова Л.И., Лаптева Т.И. Опыт строительства и эксплуатации трубопроводов из металлопластиковых труб// Нефтегазовое дело, 2006.

5. Айнбиндер С.Б. и др. Свойства полимеров при высоких давлениях. -М.: Химия, 1973. 192 с.

6. Бабиков Д.Ф. Изучение статического сопротивления полиамидов при различном исходном состоянии и режиме нагружения. -Кандидатская диссертация, ЛПИ, 1968. 210 с.

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

8. Белоцерковский М.А., Федаравичус A.B. Разработка технических средств для газопламенного напыления полимерных покрытий // Машиностроитель: 2002. №12. - С. 13.

9. Белый В.А. и др. О расчете тонкослойных полимерных подшипников скольжения // Полимеры в промышленности. Гомель: АН БССР, 1968.

10. Белый В.А., Довгяло В.А., Юркевич O.P. Полимерные покрытия. Минск: Наука и техника, 1976. - 416 с.

11. Белый В. А., Егоренков H.H., Плескачевский Ю.М. Особенности формирования покрытий и клеевых швов из порошковых полимеров. ДАН БССР, 1970. - Т.14. - №3. - С. 247 - 252.

12. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам Минск: Наука и техника, 1971. - 288 с.

13. Белый В. А., Рутто P.A. Исследование и применение антифрикционных покрытий из полиамидов. Сб.: Полимеры в машинах, М.: НИИМАШ, 1966.- С. 271 - 275.

14. Белый В.А., Свириденок А.И. Подбор материалов для трущихся деталей В кн.: Трение, изнашевание и смазка Т.1/ М.: Машиностроение, 1978, С. 127-159.

15. Беляков Л.Я. Исследование влияния толщины антифрикционного полиамидного покрытия на тепловой режим подшипников скольжения. Сб.: Применение материалов на основе пластмасс для опор скольжения и уплотнений в машинах, М.: Наука, 1968. - С. 80 - 82.

16. Берлин А. А., Басин И. В. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1974.

17. Биглова Ю.Н. Фуллерен С6о в реакции радикальной сополимеризации аллиловых и виниловых мономеров // Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.х.н., Уфа, 2008. 121 с.

18. Бирюлин Ю.Ф., Лебедев В.М., Миков С.Н., Орлов С.Е. и др. Некоторые физические свойства и элементный состав пленок звездообразных фуллеренсодержащих полистиролов // Физика твердого тела, 2000. Т. 42. - вып. 10. - С. 1904 - 1910.

19. Бондаренко Г.З., Измалков Л.И. Исследование металлополимерных подшипников скольжения. Сб.: Методы испытания и оценки служебных свойств материалов для подшипников скольжения. -М.: Наука, 1972. - С. 130 - 136.

20. Бриджмен П.В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. М.: Издатинлит, 1955. - 444 с.

21. Букреев В.В. Методы повышения надежности и долговечности подвижных соединений деталей строительных машин на базе использования полимерных покрытий // Автореферат канд. техн. наук. Д., 1996. 15 с.

22. Бухин В.Е., Евсеев В.Н., Постинков Ю.А., Федосеева А.Ю. Полимерные материалы для узлов трения // Технология, организация производства и управление, 1987. №7.

23. Валишин A.A., Карташова Э.М. Статистическое описание теплового движения в полимерах // Пластические массы: 2006. №7. - С. 36.

24. Валишин A.A., Степанова Т.С. Проблема смещения полюса в температурно-временной зависимости прочности полимеров. Вычислительный эксперимент // Пластические массы: 2008. №7. - С.29.

25. Валишин A.A., Степанова Т.С., Карташов Э.М. Прочность и долговечность полимеров и композитов в переменных температурно-силовых внешних условиях // Механика композиционных материалов и конструкций: 2008. Т. 14. - №4. - С. 547-560.

26. 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.

27. Веттегрень В.И., Иваньков С.А., Мамалимов Р.И. Деформация химических связей в молекулах покрытия из полиамида 6 на поверхности стали // Журнал технической физики: 2011. Т.81.- № 10. -С. 107-113.

28. Виноградов С.И., Капустин М.И., Семенов В.П. Несущая способность полиамидных подшипников // Труды ЛПИ, Л.: Машиностроение, 1967. № 285. - С. 27 - 31.

29. Виноградов В.М. Остаточные напряжения в изделиях из наполненных пластических масс // Пластические массы, 1976. № II. - С. 51-54.

30. Ворович И.И., Устинов Ю.А. О некоторых результатах исследования контактных явлений в полимерных подшипниках. М.: НИИМАШ, 1969. - С. 193 - 199.

31. Гинзбург Б.М., Поздняков А.О., Поздняков О.Ф., Редков Б.П. ЖПХ. 2000. - Т. 73. - вып.З. - С. 484 - 490.

32. Гинзбург Б.М., Точильников Д-Г., Влияние фуллеренсодержащих добавок к фторопластам на их несущую способность при трении // Журнал технической физики, 2001. Т. 71. -вып.2. - С. 120-124.

33. Гладченко C.B., Полоцкая Г.А., Грибанов A.B., Згонник В.Н. Исследование твердофазных композиций полистирол-фуллерен // Журнал технической физики, 2002. Т. 72. вып.1. - С. 105 - 109.

34. Гольдман А.Я. Прочность конструкционных пластмасс. JL: Машиностроение, 1979. - 320 с.

35. Гонца В.Ф. Влияние слабой сжимаемости на решение задач теории для несжимаемого // Вопросы динамики и прочности, 1970. № 20.-С. 181 - 193.

36. Горский В.А., Сиротинкин Н.В., Голощапов Ю.Г. и др., Модификация фуллереном полиакрилатной матрицы. // Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии. VI Международная конференция. Кисловодск Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. - 501 с.

37. Громов В.Г. Термо-вязко-упругие деформации полимерного подшипника. Сб.: Контактные задачи и их инженерные приложения. М.: НИИМАШ, 1969. - С. 193 - 199.

38. Гуль В.Е., Структура и прочность полимеров. М.: Химия, 1978. - 328 с.

39. Гуняев Г.М., Ильченко С.И., Комаров O.A. и др. Фуллероидные наноматериалы активные модификаторы полимеров и полимерных композитов // Пластические массы, 2003. - №10. - С. 15.

40. Гутьяр Е.М. Распределение давлений между шипом и втулкой при малом зазоре между ними. М.: Труды МИИСП, 1964. - Т. I. - вып.5. - С. 89 - 96.

41. Жуков В.В., Кустов Л.И. Расчет долговечности металлополимерных подшипников скольжения // Вестник машиностроения, 1969. № 8. - С. 36 - 38.

42. Заборский Е.В. Исследование шарнирных соединений с полимерным покрытием в узлах строительных и дорожных машин // Автореферат дисс. кандтехн. наук, Л., 1980.

43. Зборжил И.П., Айнбиндер С.Б., Бетехтин В.И. Влияние гидростатического давления на образование субмикротрещин при растяжении полимеров // Механика полимеров, 1971. № 5. - С. 917-921.

44. Згонник В.Н., Меленевская Е.Ю, Литвинова Л.С., Кевер Е.Е. и др. Высокомолекулярные соединения. Сер. А 38, 2, 203 (1996).

45. Зимон А.Д. Адгезия пленок и.покрытий. М.: Химия, 1977.352 с.

46. Зубов П.И., Сухарева Л.А., Смирнова Ю.П. Влияние внутренних напряжений на долговечность полимерных покрытий. -Доклады АН СССР, 1963. Т.150. - N2. - С. 359 - 360.

47. Иваньков С.А., Башкарев А.Я. О долговечности и прочности композитов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. СПб., 2011. -№4 (110): Наука и образование. - С.196 - 199.

48. Каис, A.M. Джода. Повышение долговечности и ремонтнопригодности соединений в узлах строительных машин с помощью полимерных материалов // Дисс. канд. техн. наук: СПб., 1994. -120 с.

49. Карагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. М: Машиностроение, 1984. - 280 с.

50. Карпович 0,И. Температурные зависимости вязкоупругих свойств термопластичных полимеров // VII Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиноведения». -Гомель. 2008. - С. 44 - 45.

51. Кинлок Э. Адгезия и адгезивы // Наука и техника: перевод с англ. Под ред. JI.M. Притыкина М.: Мир, 1991.

52. Комиссаров Ю.А., Зеленев Ю.В., Дегтярев В.Г. Математическое моделирование управления свойствами полимерных материалов // Пластические массы: 2001. №7. - С. 14.

53. Корнопольцев В.Н., Могнонов Д.М., Фарион И.А, Никитин В.Е., Захаров В.А. Применение сверхвысокомолекулярного полиэтилена для подшипниковых материалов на стальной подложке // Трение и износ, 2009. Т. 30. - №1. - С. 78 - 82.

54. Краснов А.П., Плескачевский Ю.М., Адериха В.Н., и др. Совместимость и триботехнические свойства смесей СВМПЭ ПА-6 // Пластические массы, 2001. - №12. - С. 12.

55. Кривопал Б.А. Исследование долговечности полимерных покрытий деталей машин. Сб.: Надежность и долговечностьполимерных материалов и изделий из них // Материалы конференции, МДНТП, 1969.-С. 159- 163.

56. Кузнецов Е.В., Дивгун С.М., Бударина JI.A. и др. Практикум по химии и физике полимеров. М.: Химия, 1977. - 256 с.

57. Лин Д.Г., Воробьева Е.В. Перенос металла в полиэтиленовых пленках, окисляемых на медных подложках // Журн. Прикладной химии -2001.- Т.74. №6. - С. 998 - 1002.

58. Мадорский Л. Термическое разложение органических полимеров. Пер. с англ. М.: Мир, 1967. - 328 с.

59. Мышкин Н.К., Петроковец М.И., Ковалев A.B. Трибология полимеров: адгезия, трение, изнашивание и фрикционный перенос // Трение и износ, 2006. Т. 27. - №4. - С. 429 - 443.

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

61. Необердин Ю.А. Исследование контактных напряжений для прямых и обращенных пластмассовых подшипников скольжении // Автореферат кандидатской диссертации. Л., 1973. - 24 с.

62. Оптимальное использование фрикционных материалов в узлах трения машин // Под ред. Чичинадзе A.B. М.: Наука, 1973. - 139 с.

63. Пенькова A.B. Исследование физико-химических свойств композиции фуллерен-полифениленоксид // Материалы Международной конференции молодых ученых по фундаментальным наукам «ЛОМОНОСОВ 2006». - Химия. - Т. 1. - 174 с.

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

65. Петров С.В. Эксплуатация модифицированных РТИ // VII Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиноведения». Гомель, 2008. - С. 50 - 51.

66. Платонов В.Ф. Подшипники из полиамидов. М.: Машгиз, 1961.-112 с.

67. Полимеры в узлах трения машин и приборов // Под ред. Чичинадзе A.B. М.: Машиностроение, 1988. 328 с.

68. Попов A.B., Кириченко И.Я., Басов Н.И. О несущей способности полимерного подшипника скольжения // Вестник машиностроения, 1969. № 10. - С. 50 - 52.

69. Поталицын М. Г., Бабенко А. А., Алехин О. С., Алексеев Н. И., и др. Модифицирование капролона фуллероидными материалами // Вопросы материаловедения, 2006. № 2(46). - С. 153 - 157.

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

71. Ратнер С.Б., Ярцев В.П. Физическая механика пластмасс // Как прогнозируют работоспособность. М.: Химия, 1992.

72. Сидоров Л.Н., Юровская М.А. и др. Фуллерены: Учебное пособие. М.: Издательство «Экзамен», 2005. - 688 с.

73. Скрипняк В.А., Козулин A.A. Влияние технологических микродефектов структуры на долговечность полимерных материалов // Известия ВУЗов: Физика, 2007. №7. - С. 3 - 6.

74. Скудра A.M., Кирулис Б. А. Критерий прочности адгезионной связи при взаимодействии нормальных и касательных напряжений // Механика полимеров, 1974. № 2. - С. 246 - 251.

75. Снеговский Ф.П. Опоры скольжения тяжелых машин. М.: Машгиз, 1969. - 223 с.

76. Снеговский Ф.П., Ситников И.И. Рабочие параметры скоростных подшипников скольжения с пластмассовыми антифрикционными слоями // Вестник машиностроения, 1967. № 7. - С. 46 - 48.

77. Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Кн. 1 // Под ред. Дж. Любина; Пер. с англ. А.Б. Геллера, М.М. Гельмонта; Под. Ред. Б.Э. Геллера. -М.: Машиностроение, 1988. 448 с.

78. Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Кн. 2 // Под ред. Дж. Любина; Пер. с англ. А.Б. Геллера; Под. Ред. Б.Э. Геллера. М.: Машиностроение, 1988. - 584 с.

79. Старосельский A.A., Клейнер А.Б. О распределении давлений в поперечном сечении неметаллического подшипника скольжения. Сб.: Детали машин и подъемно-транспортные машины. -Киев; Техника, 1966. - вып.З. - С. 80 - 86.

80. Стукач A.B. Исследование работоспособности узлов трения с полимерными покрытиями в гусеничном ходе строительных машин // Кандидатская диссертация. ЛИИ им. М.И. Калинина, 1979. - 216 с.

81. Трение и износ фрикционных материалов // Под ред. Чичинадзе A.B. М.: Наука, 1977. - 136 с.

82. Третьяков А.Г. Материалы для узлов трения // Полимеры-деньги, 2006. №4(№18), - С. 72.

83. Турусов А., Вуба К.Т. Напряженное состояние и особенности оценки прочности адгезионных соединений при сдвиге. Физика и химия обработки материалов, 1979. - № 9. - С. 87.

84. Фрейдин A.C. Прочность и долговечность клеевых соединений. -М.: Химия, 1971. 272 с.

85. Чесноков Н.М. Количественная оценка внутренних напряжений в полимерных покрытиях металлопластмассовых цилиндров // Тр.ин-та. ЛПИ, 1969. - С. 56 - 69

86. Шепелевский A.A., Богданов A.A., Гинзбург Б.М., Лексовский A.M., Ойченко В.М., Олейник C.B., Точильников Д.Г. Изменение структуры и свойств фуллереновых саж при хранении в атмосферных условиях // Трение и износ, 2009. Т.ЗО. - №2. - С. 199 -203.

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

88. Штаерман И.Я. Контактная задача теории упругости. — М. — JL: Гостехиздат, 1949. 272 с.