+ All Categories
Home > Documents > [2] Tribologie Cap 1

[2] Tribologie Cap 1

Date post: 22-Jul-2015
Category:
Upload: mihai-cazacu
View: 183 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
of 11 /11
CAPITOLUL 1. No iuni ţ şi concepte de baz în tribologie ă 1.1. Solicitări mecanice O preocuparedominant a ă ştiin elor ţ inginereşti contemporane este asigurarea func ion rii f r întreruperi sau avarii a maşinilor şi ţ ă ă ă echipamentelor, garantând, în acelasi timp, un randament mare şi o fiabilitate înalt . De aceea, ă chiar din faza de concep ie şi proiectare, trebuie ţ luate în considerare posibilele pierderi şi deterior ri care pot afecta substan ial optimul ă ţ func iilor tehnice şi economice, dar şi pe cele care ţ pun în pericol securitatea operatorilor şi a altor sisteme. Trecând în revist solicit rile mecanice ă ă generale care pot ac iona asupra elementelor şi ţ sistemelor, acestea pot fi împ r ite în dou grupe ă ţ ă mari: - solicit ri în volum, care rezult din for e ă ă ţ dinamice şi statice; aceste solicit ri fac obiectul de ă studiu al rezisten ei materialelor; ţ - solicit ri de suprafa, datorate ă ţă contactului şi mişc rii relative dintre corpuri; ă aceste solicit ri şi deterior rile pe care le produ ă ă fac obiectul de studiu al tribologiei (fig Tensiunile de suprafa , care sunt deseor ţă indispensabile pentru îns şi asigurarea fu ă ţ ă sistemelor tehnice, determin pierderi de energie ă şi de material din cauza frec rii dar şi m ă ă ale elementelor ca rezultat al uzurii. Tri ca scop minimizarea acestor pierderi energ de material, provocate de frecare şi uzur , înc din ă ă faza de proiectare a maşinilor şi echipame contribuind la asigurarea unei func ion ri f r ţ ă ă ă probleme, în condi iile men inerii valorii ţ ţ economice a maşinilor, prin reducerea optimizarea condi iilor de frecare. ţ Fig. 1.1. Tipuri generale de solicit ri de suprafa ă ţă pentru elemente de maşini. 1.2. Cuple de frecare Rela iile şi interac iunile dintre elementele ţ ţ unui sistem mecanic definesc cuplele de frecare, iar parametrii geometrici, cinematici şi dinamici guverneaz natura fenomenelor şi proceselor ă tribologice – frecarea, uzura şi ungerea – în corela ie cu lubrifiantul şi materialele elementelor ţ în contact. La nivelul interac iunilor dintre elementele ţ sistemului mecanic, frecarea şi uzura sunt în corela ie cu parametrii cinematici şi dinamici şi cu ţ prezen a lubrifiantului, a particulelor de uzur sau ţ ă provenite din mediulde lucru, precum şi cu caracteristicile de rezisten ale suprafe elor ţă ţ elementelor în contact. Procesele de lubrifiere, care au efecte benefice asupra frec rii şi uzurii, sunt în corela ie ă ţ cu parametrii cinematici şi dinamici, fiind limitate de temperatur , condiii de mediu, grad de ă ţ contaminare. Pentru a asigurafiabilitatea înalt a ă întregului sistem mecanic, fiecare cupl ă component trebuie s aib o fiabilitate ridicat . ă ă ă ă La proiectarea elementelor mecanice componente (organe de maşini) se aplic criterii de siguran ă ţă de natur mecanic , pe baza rezisten ei la r ă ă ţ a limitei de curgere, a limit rii deforma iilor ă ţ elastice, a nivelului de vibra ii etc. Pe ţ de frecare, care înseamn leg turi între element ă ă este necesar utilizarea unor criterii de sig ă ţă de natur tribologic , cum sunt: uzur limitat , ă ă ă ă nivel limit de frecare şi de temperatur , grosime ă ă minim de film etc. ă Aplicarea criteriilor tribologice în s-a impus ferm deoarecemarea majoritate a avariilor de natur mecanic are la baz deterior ri ă ă ă ă la nivelul leg turilor dintre elementele ă componente, deterior ri ce provin din ă necunoaşterea proceselor tribologice ce au utilizarea unor cuple de materiale şi a unor lubrifian i neadecva i condi iilor de func ionare, ţ ţ ţ ţ nerespectarea periodicit i ungerii etc. [180]. ăţ La nivelul sistemelor de tip ind cadrul c rora func ioneaz simultan zeci sau sute ă ţ ă de echipamente mecanice, tribologia permite monitorizarea şi diagnosticarea func ion rii La ţ ă momentul actual se poate realiza asis c tre calculator a tuturor proceselor ă repara ii, revizii, control. Prin predic ţ i ţa şi, astfel, 7
Transcript

7

CAPITOLUL 1. Noiuni i concepte de baz n tribologie 1.1. Solicitri mecaniceO preocupare dominant a tiinelor inginereti contemporane este asigurarea funcionrii fr ntreruperi sau avarii a mainilor i echipamentelor, garantnd, n acelasi timp, un randament mare i o fiabilitate nalt. De aceea, chiar din faza de concepie i proiectare, trebuie luate n considerare posibilele pierderi i deteriorri care pot afecta substanial optimul funciilor tehnice i economice, dar i pe cele care pun n pericol securitatea operatorilor i a altor sisteme. Trecnd n revist solicitrile mecanice generale care pot aciona asupra elementelor i sistemelor, acestea pot fi mprite n dou grupe mari: - solicitri n volum, care rezult din fore dinamice i statice; aceste solicitri fac obiectul de studiu al rezistenei materialelor; solicitri de suprafa, datorate contactului i micrii relative dintre corpuri; aceste solicitri i deteriorrile pe care le produc fac obiectul de studiu al tribologiei (fig. 1.1). Tensiunile de suprafa, care sunt deseori indispensabile pentru nsi asigurarea funcionrii sistemelor tehnice, determin pierderi de energie i de material din cauza frecrii dar i modificri ale elementelor ca rezultat al uzurii. Tribologia are ca scop minimizarea acestor pierderi energetice i de material, provocate de frecare i uzur, nc din faza de proiectare a mainilor i echipamentelor, contribuind la asigurarea unei funcionri fr probleme, n condiiile meninerii valorii tehnice i economice a mainilor, prin reducerea uzurii i optimizarea condiiilor de frecare.

Fig. 1.1. Tipuri generale de solicitri de suprafa pentru elemente de maini. 1.2. Cuple de frecare Relaiile i interaciunile dintre elementele unui sistem mecanic definesc cuplele de frecare, iar parametrii geometrici, cinematici i dinamici guverneaz natura fenomenelor i proceselor tribologice frecarea, uzura i ungerea n corelaie cu lubrifiantul i materialele elementelor n contact. La nivelul interaciunilor dintre elementele sistemului mecanic, frecarea i uzura sunt n corelaie cu parametrii cinematici i dinamici i cu prezena lubrifiantului, a particulelor de uzur sau provenite din mediul de lucru, precum i cu caracteristicile de rezisten ale suprafeelor elementelor n contact. Procesele de lubrifiere, care au efecte benefice asupra frecrii i uzurii, sunt n corelaie cu parametrii cinematici i dinamici, fiind limitate de temperatur, condiii de mediu, grad de contaminare. Pentru a asigura fiabilitatea nalt a ntregului sistem mecanic, fiecare cupl component trebuie s aib o fiabilitate ridicat. La proiectarea elementelor mecanice componente (organe de maini) se aplic criterii de siguran de natur mecanic, pe baza rezistenei la rupere, a limitei de curgere, a limitrii deformaiilor elastice, a nivelului de vibraii etc. Pentru cuplele de frecare, care nseamn legturi ntre elemente, este necesar utilizarea unor criterii de siguran de natur tribologic, cum sunt: uzur limitat, nivel limit de frecare i de temperatur, grosime minim de film etc. Aplicarea criteriilor tribologice n proiectare s-a impus ferm deoarece marea majoritate a avariilor de natur mecanic are la baz deteriorri la nivelul legturilor dintre elementele componente, deteriorri ce provin din necunoaterea proceselor tribologice ce au loc, din utilizarea unor cuple de materiale i a unor lubrifiani neadecvai condiiilor de funcionare, din nerespectarea periodiciti ungerii etc. [180]. La nivelul sistemelor de tip industrial, n cadrul crora funcioneaz simultan zeci sau sute de echipamente mecanice, tribologia permite monitorizarea i diagnosticarea funcionrii. La momentul actual se poate realiza asistarea de ctre calculator a tuturor proceselor de ungere, reparaii, revizii, control. Prin predicia i, astfel,

Tribologie

evitarea opririlor accidentale ale utilajelor, din cauze de natur tribologic, se poate obine creterea productivitii activitilor industriale. Constructiv, o cupl de frecare este identic cu o cupl cinematic utilizat n analiza mecanismelor. Funcional, prin luarea n considerare a fenomenelor i proceselor de frecare, uzur i ungere, cupla de frecare are un caracter mult mai complex, cuprinznd aspecte cinematice, dinamice i tribologice. Clasificarea cuplelor de frecare, diferit de cea a cuplelor cinematice, cuprinde 4 clase [180, 189] (fig. 1.2): Cuple de frecare de clasa I. Interaciunea se produce, teoretic, ntr-un punct. Sub aciunea sarcinilor normale, se produce o deformaie de contact pe o suprafa eliptic, cu dimensiuni mici (de ordinul 10-1-10-2 mm, n general) n raport cu dimensiunile corpurilor. Exemple de cuple de clasa I (cu contact punctual, fig. 1.2, 1a-1g): contacte pe vrfuri 1a i 1b, cupla sfer/plan1c, cupla mainii cu patru bile1d, cupla format de doi cilindri neparaleli1e, rulmenii cu bile (axiali 1f; radiali 1g), angrenaje elicoidale, uruburi cu bile, variatoare EHD, ghidaje cu bile etc. Cuple de frecare de clasa a II-a. Interaciunea se produce, teoretic, pe o linie. Sub aciunea sarcinilor normale se produce o deformaie de contact pe o suprafa de form dreptunghiular, cu limea de ordinul 10-1-10-2 mm, n general. Exemple de cuple de clasa a II-a (cu contact liniar, fig. 1.2, 2a2g): cupla cu dou discuri cu axe paralele (SAE)2a, cupla cilindru/plan (Timken)2b, cupla Falex (sau Faville)2e, n rulmenii cu role, ghidaje cu role, mecanisme cam-tachet2d, variatoare EHD2f, transmisii prin roi de friciune2c, transmisii prin roi dinate cilindrice2g i conice, transmisii prin lan etc. Cuplele de clasa I i a II-a se mai numesc i cuple superioare i se caracterizeaz prin suprafee de contact reduse ca dimensiuni i prin tensiuni de contact ridicate, 0,5 2,8 GPa i chiar mai mari. Cuple de frecare de clasa a III-a. Interaciunea se produce la nivelul unor suprafee curbe. Exemple, pe tipuri de suprafee (fig. 1.2, 3a3f): a) suprafee cilindrice: sabot/fus (Amsler) 3a, doi saboi pe fus3b, lagr de alunecare (Almen)3c, piston/cilindru3d, articulaii, frne cu sabot; b) suprafee elicoidale: mecanisme urubpiuli3e; c) suprafee sferice: articulaii sferice 3f. Cuple de frecare de clasa a IV-a. Interaciunea dintre elemente se produce la nivelul unor suprafee plane. Exemple (fig. 1.2, 4a4e): cupla tift/disc4a, cilindru/disc4b, disc/disc4c, discuri de friciune, ghidaje de alunecare4d, 4e etc. 1.3. Tribosisteme

Cuplele de clasa a III-a i a IV-a se mai numesc i cuple inferioare, caracterizndu-se prin suprafee de contact ale cror dimensiuni sunt comparabile cu dimensiunile elementelor aflate n contact. Tensiunile de contact sunt reduse, 0,5 -20 MPa. Cele patru clase de cuple de frecare implic interaciunea dintre dou corpuri solide. n lucrarea [189] se introduce clasa a V-a, n care unul din cele dou elemente ale cuplei este un mediu gazos, lichid sau solid (cu structur cristalin, amorf, pulberi). n aceast clas sunt incluse cele mai multe dintre cuplele de frecare ce se dezvolt la nivelul elementelor active ale utilajelor (fig. 1.2, 5a-5d): interaciunea dintre scul i piesa de prelucrat n procesele de achiere, de deformare plastic; interaciunea dintre scul i roc sau sol n cazul instalaiilor de foraj, de prelucrare a solului i a subsolului, n industria minier; interaciunea dintre palet i aer sau ap la ventilatoare, turbine, sistemul de propulsie a navelor etc. n figura 1.2 se prezint exemple de cuple de frecare ntlnite uzual n construcia de maini, utilaje i echipamente, ct i n studiile tribologice.

Cap. 1. Noiuni i concepte de baz n tribologie

1.3.1. Structura unui sistem Studiul pe baza claselor de cuple de - sistemele aparin unor anumite clase de frecare consider interaciunile dintre corpuri nivele diferite de complexitate; numai din punctul de vedere al elementelor - orice lege analitic sau empiric valabil ntrgeometrice, fiind exclus natura proceselor un sistem la un anumit nivel este aplicabil n orice tribologice [180]. sistem de nivel superior; De aceea a aprut necesitatea utilizrii - numrul elementelor i al legilor necunoscute unui nou concept, cel de sistem tribologic. este cu att mai mare cu ct crete nivelul sistemului, Acesta a fost definit n 1974 de Czichos (apoi n caracteriznd un sistem particular de lucru. 1974, 1978 [59], 1982, 19922) i a fost dezvoltat n figura 1.3 se prezint sistemul traficului ulterior n toate colile de tribologie din lume. rutier, ca exemplificare a conceptului de sistem i a Conceptul de tribosistem este subiectul ordinii de clasificare a sistemelor: standardului german DIN 50320. n 1985, Crudu - sistem de nivel (b) un angrenaj; [56] propune o sistematizare a clasificrii - sistem de nivel (b+1) cutia de viteze; sistemelor tribologice ntlnite n construcia de - sistem de nivel (b+2) transmisia vehiculului; maini, prezentat detaliat la 1.3.3. - sistem de nivel (b+3) vehiculul; Un sistem poate fi definit ca o mulime - sistem de nivel (b+4) traficul rutier de elemente interconectate prin structur i funciuni. Economistul Kenneth Boulding3 (citat n [59]) a sugerat clasificarea sistemelor dup urmtoarele reguli: Fig. 1.3. Sistemul traficului rutier.

traficul rutier

cutie angrenaj de viteze

transmisie vehiculmmm

2 3

Czichos, H., Habig, K. H., Tribologie Handbuch: Reibung und Verschlei. Vieweg. 1992. B Boulding, K., General systems theory the skeleton of science, Management Science, 2 (1956) 197.

1e

1a

1b

1c

1d

1f

1g

2a

2b

2c

2d

2e

2f

2g

3a

3b

3c

3d

3e

3f

4a 1g

4b

4c

4d

4e

5a

5b 5c

5d

cupl de frecare la cupl de frecare la cupl de frecare la prelucrarea prin prelucrarea prin cupl de frecare la transportoare cu prelucrarea solului achiere deformare plastic band Fig. 1.2. Clasificarea cuplelor de frecare (STAS 8069-87, [180, 189]). )

1 11

Cap. 1. Noiuni i concepte de baz n tribologie

Principalele caracteristici ale unui sistem sunt indicate schematic n figura 1.4. Simbolurile utilizate au urmtoarele semnificaii: a) Structura unui sistem cuprinde: A = { a1 , a 2 ......a n } , elementele proprietile elementelor P = { P ( a i ) } i relaiile dintre elemente, R = R ai , a j .

b) Mulimea

mulimea Y - a ieirilor din sistem; c) Funcia unui sistem este de a transforma intrrile { X } n ieirile {Y } . Transformarea poate fi exprimat prin relaii matematice, analitice sau empirice, sau prin descrieri verbale.

{ }

{X}

a intrrilor n sistem i

{ {

}}

({ X } {Y } )T

intrrilor

{X}

n

ieirile

{Y }

X1 X { X} = 2 ... X n Fig. 1.4. Structura unui sistem. 1.3.2. Sistemul tribologic 1.3.2.1. Elementele structurii unui tribosistem

Y1 Y 2 = { Y} ... Yn

Un sistem tribologic sau un tribosistem este definit ca un sistem a crei comportare este direct legat de interaciunile de suprafa aprute n micarea relativ a elementelor n contact. Un tribosistem poate fi complet caracterizat prin patru elemente distincte (fig. 1.5): i - elemente, denumite de aici nainte triboelemente; - material intermediar (lubrifiant; material abraziv); - mediu ambiant n care funcioneaz tribosistemul. Un proces tribologic implic, n general, toate cele patru componente de material. Componentele 1 i 2, care formeaz straturile superficiale i se influeneaz reciproc, sunt numite triboelemente: 1 triboelement de baz i 2 triboelement de contact. De regul, triboelementul de baz este cel ales pentru examinarea uzurii. Triboelementul de contact poate fi solid sau fluid. Fig. 1.5. Structura unui tribosistem: In tribosistemele lubrifiate, ntre triboelemente, n zona de 1 triboelement de baz; 2 triboelement contact, este introdus sistematic un mediu intermediar. ntr-un caz de contact (mobil); 3 mediu/material ideal acesta duce la o separare complet a celor dou corpuri. De intermediar; 4 mediu ambiant (de lucru). obicei acest mediu intermediar este un lubrifiant al crui scop este s reduc frecarea i, implicit, uzura dintre corpuri. Mediul nconjurtor este de obicei aerul i, de regul, are numai un efect minor asupra uzurii tribosistemelor lubrifiate. Totui, n tribosistemele fr ungere, umiditatea aerului poate juca un rol esenial asupra proceselor de uzur. Mediul intermediar i cel nconjurtor pot conine i particule care ptrund n zona contactului cu frecare, ca particule perturbatoare. Praful, impuritile sau chiar particulele de uzur care nu sunt nlturate din contact, pot influena funcionarea sistemului. Tabelul 1.1 prezint elementele unor tribosisteme tipice. Tabelul 1.1. Elementele structurale ale tribosistemelor tipice [96, 246]. Tribosistem Triboeleme Triboelement Mediu Mediu nt de baz de contact intermediar nconjurto r Angrenaj cu roi Ulei de Roata 1 Roata 2 Aer dinate transmisii Roat-in Roata ina Aer umed Aer Calea de Ghidaj liniar Carul (sania) Unsoare Aer ghidare Amestec de Lagr radial Cuzinetul Fusul Ulei ulei Cup de Cupa Materialul Praf + aer

Tribosistem Triboeleme Triboelement Mediu Mediu nt de baz de contact intermediar nconjurto r excavator excavat Particule Piatra de Maina de Piesa de detaate i/sau Praf + aer rectificat rectificat emulsie de rectificat prelucrareadsorbie (4) chemisorbie

M eca nisme de frecare(1) (2)

M ecanism e de uzur (1)

Mecanisme de frecare(2)

(a) tribosistem n vid(4)

Mecanisme de uzur (b) tribosistem n aer

difuzie(3)

lubrifiere Mecanisme de frecare(1) (2)

(c) tribosistem lubrifiat

Mecanisme de uzur

Fig. 1.6. Tribosisteme cu structuri diferite [96, 246]: 1 i 2 triboelemente, 3 material intermediar, 4 mediu ambiant. Exemplele de tribosisteme din figura 1.6 arat c, avnd elemente structurale diferite, procesele tribologice la 1.3.2.2. Funcia unui tribosistem Funcia caracterizeaz scopul tehnic al tribosistemului care va fi examinat. Sistemele tehnice pot fi clasificate dup funciile legate de energie, de material sau de informaie, deoarece destinaiile principale ale sistemelor tehnice sunt transformarea energiei, a materialelor sau a informaiei. O privire general asupra funciilor pentru tribosisteme tipice este dat n tabelul 1.2. Tabelul 1.2. Funciile tehnice ale unui tribosistem. Funcia Gama de funcii Tribosisteme i/sau componente general Energetic Transmiterea energiei Angrenaje, transmisii cu curele, ambreiaje, sisteme de Transmiterea micrii control al conducerii fluidelor, lagre, asamblri, frne, Ghidare sisteme de amortizare. Restricionarea micrii De material Transport de material, procese de Echipamente de transport, scule pentru prelucrare prin prelucrare achiere i deformare plastic. De semnal Transmiterea semnalului Relee, sisteme de control. Funciunile de baz ale tribosistemelor au stat la baza unei prime clasificri fcut de Czichos n lucrarea [59] i prezentat, cu exemple, n tabelul 1.3. 1.3.2.3. Solicitrile tribosistemului Setul de solicitri este impus de parametrii fizici i tehnici care afecteaz structura sistemului, pentru a fi asigurat ndeplinirea funciei lui tehnice. Caracteristicile cele mai care sunt diferite. supuse sunt i ele

13importante ale setului de solicitri pot fi determinate cunoscndu-se urmtoarele variabile [96]: tipul de micare, ciclul de micare, ncrcrile, temperatura, timpul.

Cap. 1. Noiuni i concepte de baz n tribologie

1.3.2.4. Proprieti tribologice ale elementelor structurale Fiecare proces tribologic este influenat de anumite proprieti ale elementelor structurale. Aceste proprieti de material i de form, de mare importan n tribologie, pot fi: proprieti de volum i de suprafa ale triboelementelor 1 i 2; starea de agregare a mediului intermediar, 3, i a celui ambiant, 4. Mrimea uzurii pentru un set predeterminat de solicitri depinde n principal de proprietile componentelor solicitate tribologic i

de alte elemente influenade de uzur. Proprietile relevante din punct de vedere tribologic ale triboelementelor sunt trecute n revist n capitolul 3, iar cele ale mediului intermediar sunt prezentate n capitolul 4. 1.3.2.5. Interaciuni ntre elementele structurale Interaciunile ntre elementele structurale sunt caracteristici de baz ale tribosistemului. Interaciunile sistemului sunt difereniate n [96]: solicitri tribologice, adic aciunea setului de solicitri asupra structurii sistemului, prin procese de contact i micri relative ntre elementele structurale i procese tribologice. Procesele tribologice sunt datorate solicitrilor tribologice i proceselor dinamice de frecare i uzur, de natur fizic i chimic, dar i proceselor din zonele de margine ale contactului, care duc la pierderi de energie i material. Aceste solicitri i procese tribologice sunt discutate n capitolul 2.

Tabelul 1.3. Clasificarea tribosistemelor [59, 246]. a) Tribosisteme pentru transmiterea micrii b) Tribosisteme pentru transmiterea puterii sau a lucrului mecanic: c) Tribosisteme pentru generarea sau reproducerea informaiilor c1) Tribosisteme generatoare de informaii: c2) Tribosisteme de reproducere a informaiilor: a1) Tribosisteme pentru ghidarea sau transmiterea micrii: a2) Tribosisteme pentru cuplarea micrii: a3) Tribosisteme pentru oprirea micrii: lagre de alunecare; lagre de rostogolire; ghidaje; mecanismul urub-piuli; articu-laii tehnice; articulaii umane i animale. cuplaje (cu disc, conice, dinate); ambreiaje (conice; cu discuri; cu band). frne (cu disc, cu sabot, cu band); amortizoare prin friciune; sisteme de fixare. transmisii prin angrenaje (cilindrice, conice, elicoidale, hipoide, melc-roat melcat, pinion-cremalier); transmisii cu uruburi de micare; transmisii prin curele; transmisii prin lan; transmisii prin came; transmisii prin friciune; transmisii hidraulice. sistem cam-tachet; sincronizatoare; contacte electrice; relee; ntreruptoare; sisteme de scris; sisteme de imprimare, tiprire, multiplicare. sisteme de nregistrare/redare audio; sisteme de nregistrare/redare video; sisteme de nregistrare i stocare magnetic. sisteme de deplasare roat-in (cale ferat); sisteme de deplasare roat-osea; benzi transportoare (pentru minereu, crbune etc.); sisteme de transportat pulberi, pmnt; sisteme de transport uman i animal; sisteme biologice de transport (inima i sistemele de vase sanguine). sisteme de etanare; ansamblul piston-cilindru; robinete; supape.

d) Tribosisteme de transport

d1) Tribosisteme de transport al materialelor

d2) Tribosisteme pentru controlul circulaiei i curgerea materialelor: e1) Tribosisteme de prelucrare forjare; extrudare; trefilare; laminare; ambu-tisare; rulare; e) prin deformri plastice: injectare etc. Sisteme e2) Tribosisteme de prelucrare utilaj terasier; utilaj minier; utilaj de foraj petrolier; sistemele tribologice n prin mrunire a materialelor: de masticaie umane i animale. procesele de e3) Tribosisteme pentru dispozitive i scule pentru debitare, gurire, alezare, prelucrare a prelucrri prin achiere ale strunjire, rabotare, frezare, rectifi-care, lefuire, polizare, materialelor metalelor: lepuire, honuire etc. In afar de parametrii impui de funcia tehnic a tribosistemului, trebuie s se in seama de parametrii exteriori perturbatori, de exemplu vibraii i radiaii, care pot influena tribosistemul. 1.3.3. Tribosistematic

Lund ca baz standardul german DIN 50320 din 19 din 1979, care introduce conceptul de tribosistem (fig.1.1), I. Crudu a elaborat o tribosistematic [54-58], innd seama de micarea relativ ntre triboelementele (1) i (2) (alunecare, rostogolire sau combinaii ale acestora), de natura triboelementului (2) (solid, fluid cu sau fr particule abrazive) i de natura materialului intermediar (lubrifiant, particule abrazive, diverse fluide). Astfel se disting: tribosisteme cu alunecare sau alunecare cu rostogolire (TA), tribosisteme cu rostogolire sau rostogolire cu alunecare (TR), tribosisteme abrazive (TZ), tribosisteme cavitaionale (TV) [58]. I. Tribosistemele de alunecare TA i alunecare cu rostogolire TAr sunt: - de alunecare de friciune TAf (frne, ambreiaje prin friciune); - de alunecare i antifriciune TAa (lagre, ghidaje); - de alunecare cu rostogolire de antifriciune TAr (angrenaj melc-roat melcat, angrenaj globoidal). II. Tribosistemele de rostogolire TR i rostogolire cu alunecare (TRa i TRf): - de rostogolire liber TR (rulmeni, ghidaje cu role etc.); - de rostogolire cu alunecare forat de antifriciune TRa (angrenaje cu roi dinate);

- de rostogolire cu alunecare liber de friciune TRf (variatoare prin friciune). III. Tribosisteme abrazive Tz care pot fi: - cu abraziv interpus Tzi: cu alunecare sau cu rostogolire; - n fluid cu particule abrazive Tzh: hidroabrazive sau gazoabrazive. - cu triboelementul de baz n contact cu abraziv Tzm: monolit sau mas de particule. Aceast gam de tribosisteme este specific mainilor de construcii, mainilor agricole, mainilor miniere etc. IV. Tribosisteme de cavitaie Tv care pot fi: - n curent de fluid antrenat, numite i hidrodinamice (lagre de alunecare cu ungere cu ulei sau alt fluid); - n curent de fluid liber (elice de vapor, rotor de turbin hidraulic etc.); - cu triboelemente cu vibraii, n mas de fluid (vibraia cmilor de cilindru de motor n ap de rcire). Aceast tribosistematic, este susinut de cercetri experimentale, realizate pe baze contractuale i n cadrul unor lucrri de doctorat, iar rezultatele au fost prezentate i publicate n reviste i la conferine n domeniu, naionale i internaionale.

n lucrarea [56], Crudu propune un model de tribosistem (fig. 1.7) care are ca mrimi de intrare i ieire parametrii, Xi, ai stratului superficial (Ss) i caracteristicile tribosistemului, CTi, iar ca mrimi de comand - parametrii constructivi i de exploatare, Ui. Pentru tribosistemele de rostogolire, se propun urmtorii parametri [208, 211]: Parametrii stratului superficial Parametrii caracteristici ai (Xi): tribosistemului: - X1 - rugozitatea; - CT1 tensiunea de contact; - X2 - duritatea; - CT2 - timpul de apariie a pittingului; - X3 - starea de tensiuni; - CT3 - mrimea suprafeei afectate de - X4 - compoziia chimic; pitting; - X5 - structura; - CT4 - nivelul de zgomot i vibraii; - X6 - puritatea. - CT5 - gradul de modificare a jocului; - CT6 - pata de contact etc. Funcionarea tribosistemului este influenat de parametri constructivi i de exploatare, numii parametri exteriori sau de comand U. Parametrii constructivi sunt cei ce definesc dimensiunile i forma triboelementelor, iar cei de exploatare sunt legai de viteza relativ, de sarcina aplicat sau transmis, de energia primit sau dezvoltat n tribosistem, de caracteristicile mediului precum i de cele ale lubrifiantului. Ca exemplu se prezint studiul tribosistemic Fig.1.7. Modelul unui tribosistem. al angrenajelor. Angrenajele cu roi dinate sunt considerate tribosisteme de rostogolire cu alunecare forat. Pentru angrenaj s-a conceput un model de tribosistem ce cuprinde ca mrimi de intrare parametrii stratului superficial, Xi, (rugozitatea, X1, duritatea, X2, starea de tensiuni, X3, compoziia chimic, X4, structura, X5, puritatea, X6) i parametrii specifici ce definesc durata de via a unui angrenaj (momentul apariiei primelor ciupituri pe flancul dinilor, creterea pasului ca urmare a uzurii flancurilor, nivelul de zgomot sau vibraii etc.) [54, 58, 208, 211]. Pentru setul de triboelemente de testare se prevede meninerea aceluiai material (compoziia chimic X4x4, structura Rodaj Exploatare X5x5, puritatea X6x6), u1 u2 u3 u4 u1 u2 u3 u4 variabile fiind rugozitatea (X1), duritatea (X2), starea SS(t 0) SS(t 1) SS(t1) de tensiuni (X3). dxi' ' ' ' dxi ' ' ' modelul tribologic al unui angrenaj, n cele dou faze zgomot, ale uzurii: rodaj i pitting funcionare (2.4). n general parametrii de Fig. 1.8. Model tribologic pentru tribosisteme de rostogolire cu alunecare intrare i cei de comand (TRm i TRAm) [56, 58]. au valori diferite pentru cele dou faze. Pentru faza de rodaj, parametrii de Ca mrimi de comand, U, se pot intrare sunt cei rezultai din procesul tehnologic. considera parametrii constructivi ai angrenajelor Valorile lor, modificate prin rodaj, constituie (modulul, mrimea deplasrii profilului, parametrii de intrare n faza de funcionare, n care geometria danturii etc.) i cei de material rata de uzur se consider constant. Se apreciaz (tehnologici i de tratament termic) ct i c n faza de rodaj se modific microgeometria parametrii de exploatare (turaia, mrimea suprafeei i starea de tensiuni, ceilali parametri ai sarcinii, caracteristicile lubrifiantului i ale mediului de lucru). n figura 1.8 se prezintmbuntirea caracteristicilor contactului CT(t0)

dt

=x1,...,x4; u1,...,u4 ) fi (t ;

CT(t1)

dt

=x1 ,..., 4; u1 ,..., 4 ) fi (t; x u

CT(t1)

stratului superficial suferind modificri nesemnificative. Dintre parametrii de comand, n faza de rodaj, pentru tribosistem se pot lua n considerare lubrifiantul utilizat i ncrcarea pe triboelemente, n general mai mic dect cea de exploatare. Modelul prezentat este un model de uzur, urmrindu-se timpul dup care apare distrugerea elementelor prin uzur. Plecnd de la modelul unui asemenea tribosistem, principiul de tribomodelare conine, ca elemente de baz, dou role pentru care se realizeaz condiiile de contact ale dinilor n timpul angrenrii. Se pot obine astfel contacte de rostogolire i rostogolire cu alunecare, caracteristice unor puncte convenional alese pe linia de angrenare a tribosistemului cu roi dinate studiat. Att parametrii de intrare-ieire ct i cei de comand se stabilesc, plecnd de la parametrii caracteristici ai tribosistemului, precizai n figura 1.8.

1.3.4. Tribosisteme tribosisteme deschise

nchise

i

Cnd se analizeaz structura sistemelor tribotehnice, este necesar s se fac distincia ntre tribosistemele nchise i cele deschise. Tribosistemele nchise sunt, n primul rnd, cele cu funcii energetice i legate de semnal (tabelul 1.2), adic tribosisteme pentru transmiterea micrii, puterii sau a lucrului mecanic i tribosisteme pentru generarea sau reproducerea informaiilor. Elementele structurale ale tribosistemelor nchise sunt componente permanente ale structurii tribosistemului i sunt supuse constant unor anumite tipuri dominante de procese tribologice. n tribosistemele nchise, procesele de uzur ale tuturor elementelor din sistem, implicate tribologic, sunt relevante pentru fiabilitatea sistemului tehnic. Exemple de tribosisteme nchise: angrenajele cu roi dinate, cuplajele prin friciune, lagrele sau sistemul de acionare a supapelor de la un motor cu ardere intern cu arbore i supap conic. Tribosistemele deschise sunt cele cu funcii n principal legate de material, adic exist o "trecere" constant de material nspre sistem i dinspre sistem, a materialului vehiculat sau prelucrat. La tribosistemele deschise, durabilitatea este determinat preponderent de proprietile elementului cu cea mai mare uzur. Exemple de tribosisteme deschise: sisteme de conducte, transportoare cu benzi sau cu melc, tribosistemul roat/in de cale ferat sau cauciucul roii unui vehicul pe osea. Analiza sistemic a componentelor structurale este mai uor de fcut pentru sistemele nchise i este mai dificil de realizat pentru sistemele deschise, din cauza trecerii permanente a materialului prin sistem. 1.3.5. tribosistemelor Analiza sistemic a

O premis important pentru nelegerea proceselor de frecare i uzur este examinarea sistematic a tribosistemului i a solicitrilor lui tribologice. Concluziile trase asupra proprietilor i proceselor tribologice relevante vor putea servi ca baz pentru posibile optimizri ale tribosistemului respectiv. Trebuie avut n vedere faptul c proprietile importante de frecare i uzur nu pot fi considerate ca proprieti individuale ale unui component al sistemului sau ale materialelor, ci sunt valabile i caracterizeaz ntreg tribosistemul. Aceast important concluzie se bazeaz pe constatrile de mai jos. Orice solicitare tribologic implic cel putin un cuplu de materiale. Variabilele tribologice nu privesc doar un material, ci se refer la perechea de materiale sau la ntreg tribosistemul. Solicitrile tribologice implic efecte reciproce ale cuplului de triboelemente, asupra materialelor i prin fortele implicate. Fiecare proces de frecare i uzur poate implica diverse procese fizice i chimice n zonele de margine ale contactului. Solicitarea materialului apare n principal pe suprafaa de contact. De cele mai multe ori, pe durata solicitrii aceast suprafa nu este accesibil unei examinri directe sau ncercrilor mecanice, tehnologice sau tribologice. Aceste aspecte dau o imagine a complexitii proceselor de frecare i uzur n maini i echipamente. Nu este posibil definirea unei singure variabile de material, general valabil (de exemplu rezistena la uzur), pentru a determina procesele de frecare i uzur. n timp ce, n condiii simplificate, unele aspecte i unele variabile ale proceselor tribologice pot rmne n afara analizei, implementarea teoriei sistemelor garanteaz o tratare comprehensiv a majoritii problemelor tribologice. De aceea este necesar o abordare sistemic i focalizat a diferiilor indicatori i variabile de influen ce caracterizeaz un tribosistem.


Recommended