Триботехника (износ и безызносность)

Г20 Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: «Издательство МСХА», 2001. 616с., ил. 280. ISBN 5-94327-004-3, УДК 620.179. 112(075.8), ББК 34.41я Г20 73 (Гаркунов Дмитрий Николаевич) Книга состоит из введения в триботехнику и двух частей: первая часть посвящена износу, а вторая - безызносности. Во введении изложены практические примеры решения задач триботехники, этапы развития триботехники в России и ее инженерно-технические проблемы. В первой части книги рассмотрены физико-химические свойства поверхностей, взаимное контактирование деталей, виды трения в узлах машин и механизм износа деталей. Подробно проанализированы виды изнашивания и различные повреждения поверхностей, включая и от циклических контактных нагрузок. Особое внимание уделено водородному изнашиванию - новому виду контактного взаимодействия твердых тел. В зависимости от вида изнашивания или повреждения поверхностей трения указаны методы повышения долговечности деталей. Во второй части рассмотрена сущность эффекта безызносности, его механизм и закономерности. Описано как было установлено это явление. Исследуются физико-химические процессы безызносности. Показано, что эффект безызносности относится к самоорганизующимся явлениям неживой природы. Во второй части большое место уделено применению эффекта безызносности в различных отраслях техники: авиации, морском флоте, химическом машиностроении, тяжелом машиностроении, легкой промышленности и др. Даны методы оценки антифрикционных и прочностных свойств тонких металлических покрытий и испытаний смазочных материалов. Изложен новый курс в преподавании триботехники; в нем излагаются три вопроса, которые позволяют реализовать эффект безызносности в узлах трения машин: финишная антифрикционная безабразивная обработка поверхностей трения стальных и чугунных деталей, металлоплакирующие смазочные материалы и безразборное восстановление изношенных двигателей внутреннего сгорания. Для студентов по специальности 120600 «Оборудование и технология повышения износостойкости и восстановления деталей машин и аппаратов». Книга может быть полезна для научных и инженерно-технических работников машиностроительных и ремонтных предприятий.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие	5
Введение в триботехнику
1. Общие сведения	9
2. Основные термины	12
3. Практические примеры решения задач триботехники	14
4. Сроки службы трущихся деталей машин	18
5. Убытки от трения и износа в машинах	20
6. Этапы развития триботехники в России	24
6.1. Учение о трении и изнашивании деталей	25
6.2. Оптимизация конструктивных решения узлов трения	31
6.3. Технологические методы повышения износостойкости деталей	32
6.4. Эксплуатационные мероприятия по повышению долговечности машин	33
7. Организация борьбы с трением и изнашиванием в России	34
8. Инженерно-технические проблемы триботехники	34
8.1. Экономика и триботехника	35
8.2. Создание безызносных узлов трения машин	38
8.3. Разработка методов расчета деталей на износ	42
8.4. Защита деталей машин от водородного изнашивания	43
8.5. Расширение применения финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО) трущихся деталей	44
8.6. Совершенствование смазывания деталей сочленений	46
8.7. Исследование электрических, магнитных и вибрационных явлений при изнашивании	48
8.8. Подготовка инженерных кадров по триботехнике	50
8.9. Разработка новой теории трения и безызносности	53
8.10. Триботехника интересы здоровья и охраны окружающей среды	54
8.11. Программа исследований водородного изнашивания и избирательного переноса (ИП)	59
Часть I. ИЗНОС
Глава 1. Качество поверхности деталей
1. Общие сведения о поверхности деталей и ее геометрии	63
2. Шероховатость поверхности	66
3. Геометрия поверхности как функция процесса обработки	71
4. Остаточные напряжения	74
5. Структурные и фазовые превращения	76
6. Показатели качества поверхности	77
7. Пластическая деформация поверхностного слоя	79
Глава 2. Физико-химические свойства поверхностей деталей и контактирование поверхностей
1. Физико-химические свойства поверхностей деталей	83
1.1. Адсорбция и хемосорбция	84
1.2. Адсорбционный эффект понижения прочности (эффект Ребиндера)	88
2. Пленки на металлических поверхностях	91
3. Взаимное контактирование деталей	92
4. Взаимное внедрение поверхностей	95
Глава 3. Виды трения в узлах машин
1. Общие аспекты	97
2. Трение без смазочного материала	98
3. Трение при граничной смазке	100
4. Жидкостная, вязкопластическая и контактно-гидродинамическая смазка	107
5. Трение при полужидкой смазке	112
6. Режимы трения в подшипнике скольжения	113
7. Трение качения	116
8. Эффект аномально низкого трения	118
Глава 4. Механизм изнашивания деталей пар трения и рабочих органов машин
1. Основные понятия	119
2. Механизм изнашивания металлических поверхностей	119
2.1. Усталость при изнашивании металлических поверхностей	127
2.2. Влияние реверсивного трения при изнашивании	128
3. Механизм изнашивания полимеров и резины	129
4. Стадии изнашивания пар трения	132
5. Распределение износа между деталями	135
6. Влияние электрического тока на износ	138
7. Влияние вибрации на изнашивание деталей	140
Глава 5. Виды разрушения рабочих поверхностей деталей и рабочих органов машин	143
Глава 6. Водородное изнашивание
1. Сущность водородного изнашивания и его механизм	147
2. О туннельном эффекте при трении	152
3. Источники наводороживания	153
4. К истории открытия водородного изнашивания	154
5. Влияние водорода на прочность. Водородное охрупчивание	157
6. Отличия водородного изнашивания от водородного охрупчивания	160
7. Виды водородного изнашивания
7.1. Водородное изнашивание диспергированием (ВИДИС)	161
7.2. Водородное изнашивание разрушением (ВИРАЗ)	163
7.3. Некоторые методические вопросы при изучении водородного изнашивания	169
8. Влияние влажности воздуха на интенсивность водородного изнашивания	172
9. Водородное изнашивание при трении качения	174
10. Водородное изнашивание при трении и резании древесины	179
11. Водородное изнашивании титановых сплавов	181
12. Водородное изнашивание узлов трения машин и оборудования микробиологического и медицинского производств	184
13. Водородное изнашивание поршневых колец двигателей внутреннего сгорания	185
14. Водородное изнашивание деталей топливных плунжерных насосов 188
15. Водородное изнашивание стали при высоких температурах	191
16. Изнашивание металлов в среде газообразного водорода	191
17. Защита деталей от водородного изнашивания
17.1. Магнитная защита	196
17.2. Влияние легирующих элементов	198
17.3. Другие методы подавления водородного изнашивания	203
Глава 7. Абразивное изнашивание
1. Общие сведения	206
2. Изнашивание поверхностей деталей твердыми зернами	207
2.1. Абразивное изнашивание при ударе	211
3. Изнашивание от абразивных частиц в зазоре пары трения	212
4. Изнашивание от абразивных частиц в потоке жидкости и газа	218
5. Влияние влажности и агрессивности среды на абразивное изнашивание	218
6. Влияние мелких абразивных частиц на износ	221
Глава 8. Окислительное изнашивание, изнашивание вследствие деформации, диспергирования и выкрашивания
1. Окислительное изнашивание	223
2. Изнашивание вследствие пластической деформации	224
3. Изнашивание вследствие диспергирования	228
4. Изнашивание в результате выкрашивания вновь образуемых структур	230
Глава 9. Коррозия, кавитационное и эрозионное изнашивание
1. Коррозия	234
2. Кавитационное изнашивание
2.1. Гидродинамическая кавитация	238
2.2. Вибрационная кавитация	241
3. Эрозионное изнашивание	243
Глава 10. Коррозионно-механическое изнашивание в сопряжениях деталей машин
1. Коррозионно-механическое изнашивание цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания	249
2. Коррозия подшипников	251
3. Изнашивание рубашек валов	253
4. Изнашивание центробежных водяных насосов	253
5. Изнашивание деталей оборудования пищевой промышленности	253
Глава 11. Схватывание и заедание поверхностей при трении
1. Сущность процесса	255
2. Изнашивание при схватывании	260
3. Задиры в узлах машин
3.1. Заедание зубчатых и зубчато-винтовых передач	264
3.2. Задиры в подшипниках качения	267
3.3. Задиры поршневых колец, цилиндров и поршней	267
3.4. Задиры в роликовых цепях	269
3.5. Задиры вкладышей рамовых подшипников	270
3.6. Задиры на направляющих станков	270
3.7. Образование наростов на роликах проходных печей	270
4. Соединение деталей вследствие роста окислов в зазоре	272
Глава 12. Изнашивание при фреттинг-коррозии
1. Общие сведения	274
2. Закономерности при фреттинг-коррозии
2.1. Влияние амплитуды	279
2.2. Влияние давления	279
2.3. Влияние среды	280
3. Механизм фреттинг-коррозии	281
4. Методы борьбы с фреттинг-коррозией	285
Глава 13. Трещинообразование на поверхностях трения
1. Усталостное выкрашивание металлического антифрикционного слоя подшипников скольжения	287
2. Трещинообразование термического происхождения	292
3. Трещинообразование на поверхности деталей от перенаклепа	295
Глава 14. Контактная прочность
1. Контактная усталость при качении и качении со скольжением	296
2. Начальное и прогрессирующее выкрашивание	299
3. Повреждения в виде отслаивания	301
4. Влияние поверхностно-активных веществ на контактную прочность металлов	301
5. Контактная прочность пластмасс	303
Глава 15. Связь сопротивления усталости деталей с трением и изнашиванием
1. Общие сведения	304
2. Влияние шероховатости поверхности	304
3. Вырывы при схватывании	305
4. Эффект Ребиндера	306
5. Влияние фреттинг-коррозии	307
6. Расплавление подшипников	308
Глава 16. Распределение износа по поверхности деталей	309
Литература	318
Часть II. БЕЗЫЗНОСНОСТЬ (избирательный перенос при трении)
Введение	333
Глава 1. Механизм избирательного переноса при трении и его закономерности
1. Обнаружение избирательного переноса при трении (эффекта безызносности)	336
2. Первоначальные сведения о самоорганизации в узлах трения	338
3. Безызносность в узлах трения компрессора холодильника	341
4. Механизм образования сервовитной пленки	343
5. Постулаты классической (коммунальной) триботехники и натуртриботехники
5.1. Классическая (коммунальная) триботехника	350
5.2. Понятие о натуртриботехнике (самоорганизации в узлах трения)	353
6. Научные дисциплины, явления, термины и понятия,необходимые при изучении избирательного переноса	355
6.1. Энтропия	356
6.2. Синергетика	356
6.3. Избирательный перенос при трении (эффект безызносности)	357
6.4. Вакансионно-дислокационный механизм при ИП	358
6.5. Конфигурационная энтропия металла	358
6.6. Линейные и нелинейные системы	358
6.7. Переползание дислокаций	359
6.8. Трибо-ПАВ	360
6.9. Диссипативная система	360
6.10. Диссипативная структура	360
6.11. Условия возникновения диссипативной структуры	361
6.12. Неравновесность системы	361
6.13. Кооперативные явления в системе	362
6.14. Лиганды, комплексные соединения, координационная теория	362
6.15. Открытая система избирательного переноса	363
6.16. Сервовитная пленка	363
6.17. Серфинг-пленка	363
6.18. Металлоплакирующий смазочный материал	364
6.19. Финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО)	364
6.20. Континуальное трение	365
6.21. Бифуркация	365
7. Структура сервовитной пленки	366
7.1. Исследования на электронном микроскопе	367
7.2. Рентгеноструктурный анализ. Работы д.т.н. проф. Л.М. Рыбаковой и д.т.н. Л.И. Куксеновой	367
8. Физические основы (факторы) эффекта безызносности (ИП)
8.1. Общие сведения	374
8.2. Осуществление контакта поверхностей трения через пластически деформируемый мягкий тонкий слой металла	376
8.3. Предотвращение процесса окисления металла на поверхностях трения	378
8.4. Реализация эффекта Ребиндера	379
8.5. Перенос частиц с одной поверхности трения на другую и удержание их в зоне трения	379
8.6. Образование продуктов полимеризации смазочного материала на поверхности сервовитной пленки	381
8.7. Защита поверхностей трения от водорода	382
8.8. Возбуждение кристаллической решетки	383
9. Влияние металлоплакирующих присадок на окисление вязкость масла
9.1. Состояние вопроса. Работы д.т.н. В.Г. Бабель	386
9.2. Разработка металлоплакирующей присадки к маслу	387
9.3. Оценка антифрикционных свойств присадок с разработанными добавками	388
9.4. Влияние присадки на окисление и вязкость масла	390
9.5. Роль кислоты в образовании сервовитной пленки	391
9.6. Кинетика износа пары трения сталь - сталь	392
10. Роль комплексных соединений в избирательном переносе. Работы: д.т.н. проф. А.С. Кужарова, д.х.н. проф. А.Д. Гарновского, к.т.н. Г.Г. Чигаренко, кн.г.н. Г.П. Пономаренко, д.т.н. Г.П. Барчана	393
11. Эффект безызносности как диссипативная структура
11.1. Общие вопросы	398
11.2. Работы к.т.н. А.А. Полякова	399
12. Зарубежный опыт изучения и использования избирательного переноса в узлах трения (краткий обзор)
12.1. Избирательный перенос как средство достижения безызносности и повышения надежности контактируемых деталей	404
12.2. Применение ИП в подшипниках скольжения, работающих в воде	405
12.3. Применение металлоплакирующих смазок	406
12.4. Использование медьсодержащих эмульсий при обработке металлов резанием	406
12.5. Работы д.т.н. проф. Г. Польдера	407
12.6. Работы д.т.н. проф. Р. Марчака	409
Глава 2. Применение избирательного переноса в узлах трения
1. Общие сведения	413
2. Тяжелонагруженные трущиеся сочленения самолетов	414
2.1. Шарнироно-болтовые сочленения шасси, планера и управления	416
Работы к.т.н. В.Г. Шимановского и к.т.н. М.Н. Шепера, С.И. Дякина, д.т.н. проф. В.Н. Лозовского	418
2.2. Силовые цилиндры гидравлических систем. Детали топливной аппаратуры. Работа к.т.н. Г.И. Румянцева	422
2.3. Применение металлоплакирующих материалов. Работы к.т.н. В.М.Кремешного, к.т.н. А.В.Белякова и к.т.н. А.В. Тепляшина	425
3. Машины и механизмы морского флота
3.1. Замена смазки маслом на смазку водой в подшипниках скольжения	426
Работа д.т.н. Б.М. Рубина и к.т.н. В.М. Зиновьева	427
3.2. Главные и вспомогательные двигатели подшипники валопроводов. Работа Л.К. Козлова	429
4. Машины и аппараты химических производств. Работы к.т.н. Б.Д. Воронкова и В.Г. Шадрина	434
5. Машины и аппараты бытовой техники	441
Работа д.т.н. проф. А.К Прокопенко	443
6. Насосное машиностроение. Работа к.т.н. Л.А. Кольцова	452
7. Металлообработывающее оборудование. Работа к.т.н. В.Н. Дзегиленка	455
8. Тяжелое машиностроение. Работа к.т.н. В.М. Бондюгина и В.В. Быченкова	458
9. Железнодорожный транспорт	461
9.1. Работа д.т.н. В.И. Балабанова и С.М. Мамыкина	462
9.2. Применение металлоплакирующей смазки в паре 'колесо - рельс'	465
10. Буровое и нефтепромысловое оборудование
10.1. Износостойкий материал ТМ-1. Работа д.т.н. проф. М.В. Голуба	468
10.2. Износостойкий материал для уплотнений электробуров. Работа к.т.н. Е.Н. Грискина	473
10.3. Смазочно-охлаждающие жидкости в нефтепромысловом оборудовании. Работы д.т.н. проф. А.А. Петросянца и д.т.н. проф В.Ф. Пичугина	475
11. Червячные и глобоидные передачи. Работа К.П. Волкова	477
12. Машины литейного производства	480
13. Металлорежущий инструмент. Работа к.т.н. В.В. Анисимова	481
14. Материалы, реализующие избирательный перенос при трении
14.1. Медистый чугун для узлов трения текстильных машин. Работа к.т.н. Ю.Ф. Макарова и к.т.н. Е.М. Турчкова	485
14.2. Антифрикционный самосмазывающийся материал Афтал. Работа к.т.н. Ю.В. Гнусова	487
14.3. Порошковый железо-медисто-стеклянный материал (ЖМСМ). Работа д.т.н. проф. В.Г. Мельникова	488
14.4. Материалы для слаботочных электрических контактов. Работа к.т.н. Л.В.Рабинович, Н.Н. Казаковой и Т.П. Бергман Работа д.т.н. проф. В.Г. Куранова	490
15. Опыт применения избирательного переноса в промышленности Казахстана. Работа П.И. Корника, А.И. Лыбина, Г.А. Истомина	494
16. Сельскохозяйственная техника
16.1. Общие сведения	495
16.2. Работы д.т.н. проф. Ерохина, д.т.н. проф. С.С. Некрасова, д.т.н. проф. В.В. Стрельцова, д.т.н. проф. Карпенкова, д.т.н. П.И. Носихина, д.т.н. В.И.Балабанова, к.т.н. Г.И. Эжиева	496
Глава 3. Методы оценки антифрикционных и прочностных свойств тонких металлических покрытий и испытания смазочных материалов
1. Общие замечания	507
2. Методы оценки антифрикционных материалов
2.1. Определение износостойкости	510
2.2. Оценка прирабатываемости материалов и покрытий	511
2.3. Способность материала и покрытий длительно работать при выключении подачи смазки	512
2.4. Определение предельных нагрузок	512
2.5. Определение способности материалов противостоять схватыванию	515
2.6. Определение величины износа	516
3. Методы оценки прочностных свойств
3.1. Определение способности материалов сопротивляться циклическим контактным нагрузкам	517
3.2. Определение способности сопротивляться материала динамическим нагрузкам	519
4. Метод испытания материала на повторную пластическую деформацию	520
5. Методы лабораторных испытаний смазочных материалов, реализующих избирательный перенос
5.1. Общие замечания	526
5.2. Новая установка для определения триботехнических характеристик материалов в режиме избирательного переноса	529
6. Замечания о стендовых и эксплуатационных испытаниях	532
Глава 4. Новый курс в преподавании триботехники
1. Финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО) стальных и чугунных деталей узлов трения
1.1. Сущность метода ФАБО	534
1.2. Где используется технологический процесс ФАБО	537
1.3. Эффективность технологического процесса ФАБО	537
1.4. Возможность использования метода в технике	538
2. Металлоплакирующие смазочные материалы, реализующие режим безызносного трения
2.1. Общая характеристика смазочных материалов	538
2.2. Области использования металлоплакирующих смазочных материалов	539
2.3. Экономическая эффективность от применения металлоплакирующих смазочных материалов	540
2.4. Возможности использования металлоплакирующих смазочных материалов в технике	541
3. Безразборное восстановление изношенных двигателей внутреннего сгорания
3.1. Сущность безразборного восстановления изношенных двигателей	542
3.2. Где используется данный метод	543
3.3. Эффективность метода безразборного восстановления двигателей	544
3.4. Возможность использования метода в технике	545
4. Предложения по дальнейшему использованию методов повышения ресурса машин и оборудования	545
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Прошлое и будущее избирательного переноса при трении (эффекта безызносноса)
1. Регистрация открытия	546
2. Исследования механизма явления ИП и использование его в технике	548
3. Признание учеными явления эффекта безызносности	552
4. Будущее эффекта безызносности	554
Послесловие	557
Литература	558
Именной указатель	577
Предметный указатель	586