Maszyna: urządzenie do wykonywania określonej pracy mechanicznej albo przetwarzania informacji lub energii mechanicznej na inny rodzaj energii.
Cel istnienia maszyny: zaspokajanie różnorodnych potrzeb człowieka
Fazy istnienia maszyny :
faza wartościowania
faza projektowania i konstruowania
faza wytwarzania
faza eksploatacji
Eksploatacja: wszystkie działania, dotyczące maszyny od chwili jej wytworzenia do chwili likwidacji, decydujące o efektywności i skuteczności jej zastosowania oraz możliwości realizacji celów przez tę maszynę.
Własności maszyn opisujemy za pomocą odpowiednich cech fizycznych
Podział cech maszyny wg. stopnia ich ważności:
• cechy krytyczne (przekroczenie wartości poza dopuszczalny przedział tolerancji = istotne zmniejszenie efektywności funkcjonowania maszyny, może powodować jej zniszczenie, stwarza zagrożenie człowiekowi i jej otoczeniu)
• cechy ważne (obniżenie efektywności funkcjonowania maszyny, zagrożenie jej zniszczenia)
• cechy mało ważne (dopuszczalne obniżenie efektywności funkcjonowania maszyny)
• cechy pomijalne
Od maszyny wymagamy spełnienia określonych wymagań, w ciągu wyznaczonego przedziału czasu, w warunkach oddziaływania zbioru czynników wymuszających powodujących zmiany własności maszyny
Stan zdatności maszyny: maszyna może realizować funkcje zgodne z wymaganiami sformułowanymi w dokumentacji technicznej
Uszkodzenie: jedna z cech istotnych opisująca daną własność maszyny może nie spełniać wymagań, których spełnienie jest konieczne do prawidłowego funkcjonowania maszyny, w konkretnym jej zastosowaniu
Czynniki wymuszające działające na maszynę:
• czynniki robocze
• czynniki zewnętrzne
• czynniki antropotechniczne
• czynniki uwarunkowane funkcjonowaniem maszyny
•czynniki nieuwarunkowane funkcjonowaniem maszyny
Uszkodzenia maszyn i elementów
W trakcie funkcjonowania maszyny należy rozpatrywać łączne działanie różnorodnych czynników wymuszających.
Istnieje duże prawdopodobieństwo występowania krótkotrwałych niedopuszczalnych poziomów oddziaływań obciążeń elementów maszyn powodujących ich wymuszone uszkodzenia.
W fazie eksploatacji nie można zmienić konstrukcji maszyny, ani ograniczyć częstości i poziomów oddziaływania czynników wymuszających. Należy zatem w takim stopniu przeciwdziałać powstawaniu uszkodzeń oraz eliminować skutki już zaistniałych, aby funkcjonowanie maszyny można było uznać za efektywne.
• Do realizacji poszczególnych zadań, nie wszystkie wartości cech muszą spełniać ustalone kryteria,
• ocena zdatności maszyn jest względna - na ocenę ma wpływ rodzaj wyznaczonego zadania, sposób użytkowania, stan otoczenia, czas przewidziany na realizację zadania (rezerwowanie czasowe), itp.
zdatność funkcjonalna - zdatność do realizowania każdego zadania ze zbioru możliwych do zrealizowania przez maszynę
zdatność zadaniowa - zdatność do zrealizowania określonego zadania w wybranym przedziale czasu
W trakcie pracy zdolności człowieka do prawidłowego (efektywnego) sterowania maszynami wyczerpują się.
O szybkości zmian stanu psychofizycznego operatora decydują:
• indywidualne cechy operatora,
• stopień wyszkolenia
• zgodność wymogów techniki z cechami operatora,
• motywacje,
• organizacja pracy,
• stan zdrowia operatora,
• stan maszyny i otoczenia.
Jakość eksploatacyjna maszyn
Jakość eksploatacyjna-przydatność maszyny do spełniania społecznych potrzeb.
W fazie eksploatacji poziom jakości eksploatacyjnej maszyny obniża się
Podatność eksploatacyjna maszyny:
• podatność użytkowa,
• podatność obsługowo-naprawcza
• podatność diagnostyczna (badawcza? łatwo wykryć uszkodzenia i wyregulować)
Proces obsługiwania maszyn (obsługa techniczna)
ze względu na chwilę występowania (częstość)
• obsługa codzienna (OC)
• obsługi okresowe (OT1, OSI, OS2) (techniczna i sezonowa)
ze względu na krotność występowania
• obsługi jednokrotne
• obsługi wielokrotne
ze względu na cel obsługi
• utrzymanie zdatności maszyn - obsługi techniczne (OC, OT1.0T2, o. konserwacyjne,. o. gwarancyjne)
• obsługi organizacyjne (transport, przezbrajanie, przechowywanie)
ze względu na stan maszyny
• profilaktyczne dla odtworzenia resursu między obsługowego (OT l, OT2)
• profilaktyczne dla zapewnienia resursu miedzy obsługowego
Proces obsługiwania maszyn
W celu określenia stanu technicznego i ustalenia stopnia zużycia dokonuje się demontażu zespołów w potrzebnym zakresie.
Do weryfikacji zespołów lub części należy stosować przyrządy, sprawdziany i aparaturę kontrolno pomiarową.
Proces odnowy maszyn
cele odnowy maszyn
• zapewnienie odpowiedniego potencjału użytkowego maszyn
• efektywne wykorzystanie potencjału użytkowego
modernizacja maszyny
• kompleksowa - zmiana większości istotnych cech opisujących-działanie maszyny
• cząstkowa - zmiana niektórych, niekorzystnych, cech
cele modernizacji
• zwiększenie wydajności produkcyjnej maszyny
• poprawa jakości wyrobów i usługa
• obniżenie kosztów wytwarzania i usług,
• poprawa warunków bezpieczeństwa pracy,
• unowocześnienie organizacji i technologii produkcji.
odnowa przez wymianę maszyny
• zmiana profilu produkcji
• zastąpienie maszyn których naprawa jest nieopłacalne
• zastąpienie maszyn przestarzałych
• zmiana zakresu produkcji (np. z jednostkowej na seryjną)
• zastąpienie maszyn uszkodzonych w stopniu uniemożliwiającym ich naprawę
naprawa - ciąg czynności których celem jest usunięcie uszkodzeń elementów maszyny i przywrócenie im zdatności zadaniowej.
naprawa bieżąca
• wymiana uszkodzonych elementów, układów, zespołów
• czynności regulacyjne
• podstawowe rodzaje obróbki - spawanie i obróbka mechaniczno-ślusarska
naprawa średnia
• częściowy demontaż maszyny, wymiana lub naprawa pojedynczych uszkodzonych zespołów
• miejsce wykonania - stacje obsługi, warsztaty naprawcze.
naprawa główna
• miejsce - zakłady naprawcze.
• czynności: mycie maszyn, demontaż na podzespoły i dalej na elementy, mycie poszczególnych elementów, weryfikacja elementów, naprawa ram i korpusów maszyn, regeneracja elementów, kompletowanie elementów, montaż, regulacja, docieranie i próby technologiczne, malowanie, konserwacja itd..
naprawa konserwacyjna
• usunięcie skutków starzenia elementów maszyn po długotrwałym ich przechowywaniu lub użytkowaniu, -warsztaty naprawcze lub specjalne stanowiska
naprawa powypadkowa
• uszkodzenie maszyny nastąpiło w wyniku zdarzenia nagłego, nieprzewidzianego.
naprawa poawaryjna
• usunięcie uszkodzeń maszyny powstałych w trakcie jej użytkowania
Tylko naprawy główne są naprawami planowanymi
Procesy logistyczne
Procesy logistyczne związane są z dostarczaniem z otoczenia do systemu eksploatacji materiałów, informacji, energii itp., oraz odprowadzaniem do otoczenia produktów tego systemu
Podstawowe cele realizacji procesów logistycznych:
• prognozowanie zapotrzebowania na usługi, materiały, wyroby, energię i informację,
• zaopatrzenie w w/w składniki, ich przechowywanie, zarządzanie zapasami,
• pakowanie wyrobów,
• zarządzanie wykorzystaniem opakowań i odpadków produkcyjnych,
• gromadzenie, przetwarzanie i przesyłanie informacji dotyczących realizacji wymienionych celów.
Procesy badawcze
Badania:
• w warunkach eksploatacji maszyn,
• w warunkach pozorowanych (z wykorzystaniem modeli materialnych lub
abstrakcyjnych
Badania modeli materialnych:
• laboratoryjne,
• stanowiskowe
• poligonowe
Badania modeli abstrakcyjnych:
• analityczne,
• symulacyjne
• Badania specjalistyczne (zużycie, tarcie, geometria)
• badania prototypów maszyn (gł. Dla prod. Wielkoseryjnej)
• badania przyśpieszone i skrócone (zwiększenie intensywności pracy, środowiska)
Przygotowanie badań:
• merytoryczne - sformułowanie problemu, określenie przedmiotu badań, określenie celu i zakresu badań, wybór badanych cech, zestawienie procedur rejestrowania wartości badanych cech,
• metodologiczne - uszczegółowienie metody realizacji badań, opracowanie metod i sposobu zbierania i przetwarzania uzyskanych informacji, ustalenie kryteriów oceny i zasad wnioskowania o obiekcie badań, opracowanie sposobu kodowania informacji, opracowanie wzorców stosowanych i dokumentów, określenie sposobów realizacji badań laboratoryjnych
• organizacyjne - wybór i zorganizowanie miejsca badań, dobór instytucji i osób biorących udział w badaniach, zorganizowanie zespołów badawczych, zorganizowanie współpracy i systemów łączności w zespołach badawczych, dokonanie podziałów zadań i terminów ich realizacji
• technicznym- dostarczenie wybranych egzemplarzy badanych obiektów do miejsca badań, przygotowanie niezbędnych środków technicznych, przygotowanie stanowisk laboratoryjnych,
Podstawy teorii systemów
System - pewna całość, wchodząca w skład większej całości, utworzona z części (całości mniejszych), powiązanych w sposób nadający jej pewną strukturę, wyodrębniona z rzeczywistości za względu na pewne funkcje przez nią realizowane
System (def.) - trojka uporządkowana <E, R., φ> składająca się ze zbioru elementów E, ciągu R, określonego jako relacja na elementach zbioru E i zbioru celów φ , realizowanych przez system,
E - nazywa się zbiorem elementów systemu, R - jego struktura, φ- funkcja celów,
Struktura systemu - ciąg relacji <R1, R2,......, RN >, określonych na zbiorze elementów systemu E, którego składnikami są relacje od jedno- do wieloczłonowych, umożliwiających racjonalną realizację zadań systemu.
Relacje te zapisujemy jako podzbiory iloczynu kartezjańsktego
ExExE....xE = E^,j=l do N j=l - relacja systemotwórcza
Cel systemu - system powinien posiadać właściwości umożliwiające rozwiązanie problemu, dla którego podjęto się jego budowy.
Budowa systemu:
• zdefiniowanie obiektu badań,
• wyznaczenie zbioru celów, które rozważany obiekt ma realizować
• sformułowanie celu systemu
• wybór elementów systemu,
• wybór elementów otoczenia systemu,
• wybór istotnych sprzężeń miedzy elementami systemu,
• wybór istotnych sprzężeń z jego otoczeniem,
• wybór sposobu przedstawienia systemu.
Stan systemu w danej chwili czasu t wyznacza zbiór chwilowych wartości zmiennych (cech) systemu jako całości, uznanych za istotne dla danego problemu i występujących w sposób jawny w matematycznym opisie systemu,
Element działający - podsystem w którym nie wyodrębniamy podsystemów niższego poziomu
Rygory metody systemowej istotne przy podziale na podsystemy:
- funkcjonalność, - ścisłość
- niezmienność, - zupełność
- rozłączność, - hierarchiczność
Własności systemu złożonego:
• posiada globalny cel działania oraz cele lokalne
• realizacja celów lokalnych prowadzi do osiągnięcia celu globalnego
• ilość realizacji i podsystemów jest uzależniona od ilości dekompozycji
• stopień poznania systemu wzrasta przy przechodzeniu z jednego poziomu na drugi - im niższy poziom rozpatrujemy tym bardziej szczegółowo poznajemy system, im wyższe rozpatrujemy poziomy, tym lepiej widoczny jest sens istnienia systemu
• z ruchem ku górze maleje liczba relacji i podsystemów, natomiast zwiększa się, ich znaczenie
• relacje między podsystemami na tym samym poziomie dekompozycji wynikają z zależności funkcjonalnych pomiędzy nimi, natomiast relacje pomiędzy podsystemami na różnych poziomach wynikają z ich roli w systemie
Element działający x= (x1, x2,...., xm )y = (y1,y2,..., yn)
y=T(x)
Sprzężenie elementów - łańcuch sprzężeń:
• szeregowy,
• zamknięty,
• rozgałęziony
• sieć sprzężeń.
Model systemu - dający się pomyśleć lub zrealizować układ, który odzwierciedlając lub odtwarzając obiekt badań, zdolny jest zastąpić go tak, że jego badanie dostarcza nam nowej informacji o tym obiekcie
Typy modeli
• doświadczalny (wykonywany i stosowany do badań)
• logiczny (zbiór obiektów spełniających aksjomaty i twierdzenia)
• model matematyczny
• model fizyczny (realizacja modelu matematycznego np. za pomocą obwodów elektrycznych)
• model teoretyczny - konstrukcja myślowa, mająca na celu wyjaśnienie obserwowanych zjawisk.
Systemy eksploatacji maszyn
Cechy systemów eksploatacji:
• składają się z podsystemów różnych klas
• są systemami względnie odosobnionymi (powiązane z otoczeniem przez określone wejścia i wyjścia)
• prawidłowość działania podsystemów ma istotny wpływ na działanie systemu nadrzędnego
• struktury systemów są z reguły strukturami hierarchicznymi
Składniki systemów eksploatacji
• podmiot pracy (kierownicy, pracownicy)
• obiekty techniczne (maszyny, urządzenia, budynki)
• materiały (surowce, części zamienne, odpady)
• energie
• informacje.
• podział systemu eksploatacji na podsystemy jest podziałem umownym, niezbędnym do opracowania formalnego opisu działania systemu
• podsystemy z jednej strony składają się z pewnej liczby elementów, z drugiej strony są elementami systemu złożonego
• poszczególne systemy są samodzielnie funkcjonującymi elementami systemu (w ograniczonym zakresie)
Strategie eksploatacji
Strategia eksploatacji - sposób działania z maszynami, ustalony na podstawie wyników działań naukowych, polegający na osiągnięciu pożądanego stanu w systemie eksploatacji, będącego celem, którego osiągnięcie jest (podyktowane (Ja)) zdarzeniem losowym z powodu braku zespołu informacji o warunkach, w których ten stan będzie osiągany
Podstawowe strategie eksploatacyjne:
• według resursu
• według stanu,
• strategia mieszana
• strategia według efektywności
strategia według resursu
• ustalony zakres czynności obsługowych przyporządkowany konkretnej obsłudze
• hierarchizacja obsług i napraw
• występuje „nadmiarowość" obsług i napraw
strategia według stanu
• brak stałych terminów obsług i napraw,
• ciągłe kontrolowanie stanów technicznych maszyn i opracowywanie na tej podstawie informacji diagnostycznych,
• decyzje o obsługach i remontach podejmowane na podstawie informacji diagnostycznej,
• zmniejsza koszt eksploatacji, ale koszty zainstalowania podsystemu diagnostycznego są wysokie
• stosowana dla maszyn których utrata sprawności związana jest z zagrożeniem życia, lub znacznymi stratami w gospodarce
strategia według efektywności
• starzenie „moralne" maszyny wyprzedza starzenie fizyczne,
• koszty eksploatacji przewyższają koszty maszyny,
• decyzja o wymianie maszyny podejmowana w oparciu o bilans ekonomiczny
strategia mieszana
• system eksploatacyjny realizuje strategię wg resursów, ale wyposażony jest w podsystemy diagnostyczne ( diagnostyka prowadzona Jest w ograniczonym zakresie)
• rodzaje stosowanych podsystemów diagnostycznych:
- sekwencyjne, realizują diagnozowanie w ciągu ograniczającym się do wybranych sekwencji
- quasi-dynamiczne, realizują kontrolę poprzez monitorowanie zmian wybranych sygnałów diagnostycznych, których wartości mogą wpływać na zmianę terminu i zakresu obsług i napraw,
- pośredni - ciągłe diagnozowanie maszyny w stopniu ograniczonym, zależnym od uzasadnień ekonomicznych.
strategia wg niezawodności
• decyzja eksploatacyjne podejmowane są na podstawie kontroli poziomu niezawodności maszyn (zwiększonej intensywności uszkodzeń)
• stosuje się, kiedy następstwa uszkodzenia maszyny nie niosą poważniejszych zagrożeń i nie zwiększają kosztów eksploatacji.
Wybrane własności i właściwości el. maszyn
Siły działające pomiędzy atomami (cząsteczkami):
• elektrostatyczne - wynikaj ą z ładunków elektrycznych elektronów i jąder atomów,
• siły magnetyczne - wynikają z istnienia pól magnetycznych wokół atomów,
• siły dyspersyjne - wynikają z ruchu składników atomu (w obrębie atomu)
energia wiązania - spadek energii występujący wtedy, gdy atomy nieskończenie oddalone od siebie zostają sprowadzone do poł. równowagi
podział wiązań:
• pierwszego rzędu (chemiczne)
- wiązania jonowe
- wiązania metaliczne
- wiązania atomowe
• drugiego rzędu (van der Vaalsa)
Wybrane własności i właściwości el. maszyn
Wiązanie jonowe
• powstaje w wyniku całkowitego przejścia elektronów walencyjnych z jednego atomu do drugiego
• zachodzi tylko pomiędzy pierwiastkami elektrododatnimi i elektroujemnymi
• powstała cząsteczka stanowi dipol (posiada różnoimienne bieguny elektryczne)
• charakterystyczne dla atomów pierwiastków chemicznie odmiennych (np. pierwiastki metaliczne i pierwiastki niemetaliczne - tlenki metali)
Wiązanie atomowe
• powstaje między atomami elektroujemnymi lub elektroobojętnymi
• polega na wiązaniu dwóch atomów parami elektronów wspólnymi dla obu atomów -każdy atom uzyskuje trwałą dwu - lub ośmioelektronową konfigurację w warstwie zewnętrznej. Elektrony „wspólne" mają orbital wspólny dla obu atomów - tzw. orbital cząsteczkowy '
• wiązanie atomowe jest najbardziej trwałym wiązaniem między atomami.
Wiązanie metaliczne
• powstaje między atomami elektrododatnimi
• Elektrony walencyjne poruszają się po stosunkowo odległych orbitach - podlegają słabemu oddziaływaniu przyciągania jąder macierzystych
• Elektrony walencyjne, poddane oddziaływaniu jąder sąsiednich, tworzą tzw. gaz elektronowy, swobodnie płynący pomiędzy rdzeniami atomowym,
• charakter wiązania powoduje :
- brak kierunkowości wiązania
- dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne
- plastyczność
- absorbcję energii świetlnej (nieprzeźroczyste)
Wiązanie siłami van der Vaalsa
• wynika z wtórnych oddziaływań atomów
• polega na wzajemnym oddziaływaniu atomów, cząstek lub jonów siłami elektrycznymi, magnetycznymi, dyspersyjnymi.
• mechanizm powstawania wiązania można opisać w oparciu o mechanikę falową, operując tzw. funkcją falową. Na podstawie funkcji falowej tworzy się pojęcie chmury elektronów (przestrzenny rozkład ładunku elektrycznego.)
• Jeżeli do atomu zbliży się inny atom (na dostatecznie bliską odległość), to w chmurach tych atomów następuje zmiana rozkładu Jej gęstości -atomy uzyskują biegunowość. Między atomami powstaje trwała siła przyciągania
• asymetryczna budowa cząsteczki sprzyja powstawaniu wiązań
• występuje między dowolnymi atomami lub cząsteczkami
Powierzchnia ciała stałego - powierzchnia graniczna między rozpatrywanym ciałem stałym a otoczeniem.
Powierzchnia w sensie geometrycznym jest obiektem dwuwymiarowym, powierzchnia fizyczna jest obiektem trójwymiarowym
Warstwa wierzchnia - zewnętrzna warstwa materiału ograniczona rzeczywistą powierzchnią elementu, obejmująca tę powierzchnię oraz część materiału w głąb od powierzchni rzeczywistej, która wykazuje zmienne cechy fizyczne w stosunku do cech rdzenia materiału
Własności energetyczne powierzchni
• atomy (cząsteczki) leżące na powierzchni ciała mają inny stopień wysycenia pól sił spójności na nie działających
Energia powierzchniowa - różnica między całkowitą energią wszystkich atomów lub cząsteczek obu faz , na powierzchni ich rozdziału, a taką samą energią, jaką posiadały by one gdyby znajdowały się wewnątrz ciała.
Rodzaje powierzchni przy klasyfikacji w skali molekularnej
a). powierzchnia ciała o wiązaniach atomowych (kowalentnych)
b). powierzchnia ciała o wiązaniach międzycząsteczkowych
c). powierzchnia ciuła o wiązaniach Jonowych.
d). powierzchnia ciała o wiśniach metalicznych
Rodzaje powierzchni ciał stałych w skali molekularnej
• ciała o wiązaniach atomowych - nie mają lokalnych ładunków elektrycznych (są nieaktywne)
• ciała o wiązaniach międzycząsteczkowych (van der Vaalsa) - nie mają lokalnych ładunków elektrycznych (są nieaktywne), lub dla cząsteczek polarnych mają słabe ładunki.
• ciała o wiązaniach jonowych - mają ładunki elektryczne - występuje pole elektrostatyczne którego oddziaływanie wychodzi poza powierzchnię kryształu
• ciała o wiązaniach metalicznych - poruszający się gaz elektronowy wytwarza pole elektromagnetyczne
Zjawiska na powierzchni ciał stałych
Samodyfuzja powierzchniowa
• polega na przemieszczaniu się atomów powierzchniowych elementów metalowych
•zakres zjawiska jest niewielki (występowanie sił spójności) - ale efekt jest dostrzegalny makroskopowo
• warunkiem wystąpienia jest podwyższenie energii atomów (wzrost temperatury) - min. 0.3 ^ temp. topnienia.
Adsorbcja i absorpcja
• polega na pochłanianiu jednej cząsteczek fazy przez drugą, lub przyciąganie cząsteczek do powierzchni rozdziału faz.
• dzieli się na adsorbcję fizyczną (siły van der Waalsa i chemisorbcję (wiązania chemiczne)
- adsorbcja fizyczna jest procesem dynamicznym i odwracalnym (zaabsorbowane cząsteczki nie są trwale związane)
- chemisorbcja, w odróżnieniu od. a fizycznej jest jednocząsteczkowa - chemisorbcja zachodzi w wyższych temperaturach niż proces adsorbcji fizycznej
warstwy graniczne
• zjawisko występuje w warunkach kontaktu powierzchni elementu z ciecze (smarną)
• pole sił powierzchni ciała stałego powoduje, że ciecz w pobliżu ciała stałego ma odmienne właściwości i tworzy tzw. fazę przypowierzchniową
• tworzeniu, się warstwy granicznej sprzyja występowanie w cieczy tzw. cząsteczek powierzchniowo aktywnych
• warstwa graniczna może składać się z większej liczby warstw cząsteczek cieczy
• wraz ze wzrostem odległości od pow. ciała stałego maleje uporządkowanie cząsteczek w warstwie granicznej
• wytrzymałość warstwy granicznej rośnie wraz ze wzrostem nacisku normalnego
• wzrost temperatury powoduje obniżenie wytrzymałości warstwy granicznej (dla adsorbcji fizycznej -150*C, chemicznej -. 300 - 400*C-zanik w.g.) (ciecz powierzchniowo aktywna + szczelina - efekt Rebindera (rozwijanie się mikroszczelin i innych wad powierzchni))
Budowa warstwy wierzchniej
• warstwa wierzchnia powstaje na etapie wytwarzania lub eksploatacji
• najczęściej zmiana własności warstwy wierzchniej jest celowa
• procesy prowadzące do powstania warstwy wierzchniej prowadzone są na etapie wytwarzania (sterowalne) i zachodzą na etapie eksploatacji.
budowa warstwy wierzchniej
warstwa graniczna czynnika smarującego(może występować lecz nie musi)
• tlenki metalu
• warstwa Beilby'ego - bezpostaciowa (amorficzna) budowa materii - powstaje w procesie wytwarzania (obróbka mechaniczna) i eksploatacji (procesy tarcia i zużywana)
• strefa odkształcona plastycznie (siły normalne i styczne)
• rdzeń
Budowa warstwy wierzchniej (tworzywa sztuczne)
• na powstawanie warstwy wierzchniej decydujący wpływ mają procesy eksploatacji, a w szczególności tarcie.
A -rdzeń polimeru
B - Uszkodzenia struktury i jej orientacja w kierunku ruchu przeciwpowierzchni.
C - Struktura wysoce zorientowana (działanie sił tarcia)
D - mniejszy ciężar cząsteczkowy (mniejsza wytrzymałość na ścinanie)
E - faza gazowa (destrukcja polimeru, ciepło tarcia) oddziaływanie mechaniczne i chemiczne na sąsiadującą powierzchnię
Rzeczywisty styk ciał stałych
• Odchylenia powierzchni rzeczywistych ciał stałych od. stanu idealnego mają wpływ na mechanikę styku
• odchylenia:
- kształtu - topografia powierzchni
• falistość
•chropowatość
•kierunkowość
• parametry określające falistość:
- wysokość wzniesienia profilu hwp
- głębokość wgłębienia profilu hwy
- maksymalna wysokość wzniesienia profilu Wp
- maksymalna głębokość wgłębienia profilu Wv
- maksymalna wysokość profilu falistości Wm
- średnia wysokość falistości Wc
- średni odstęp falistości
•parametry określające chropowatość:
- wysokość wzniesienia profilu yp
- głębokość wgłębienia profilu yv
- maksymalna wysokość wzniesienia profilu Rp
- maksymalna głębokość wgłębienia profilu Rv
- maksymalna wysokość chropowatości Rm
- średnia wysokość chropowatości Rz,Rc
- średnie arytmetyczne odchylenie profilu Ra
Parametry charakteryzujące . kształt nierówności
• długość nośna. profilu chropowatości
• współczynnik długości nośnej
Rodzaje powierzchni styku
• nominalna
• konturowa
•rzeczywist
Przy zwiększaniu obciążenia rzeczywista powierzchnia styku rośnie
p=F/A=const
r<A*lil
właściwości rzeczywistej powierzchni styku
• przy odkształceniach czysto sprężystych - proporcjonalna do nacisku, odwr. proporcjonalna do E
• przy odkształceniach czysto plastycznych proporcjonalna do obciążenia, odwr. proporcjonalna do parametrów plastyczności
• nie zależy od nominalnej pow. styku; b. mało zależy od chropowatości powierzchni
wzajemne oddziaływanie mikronierówności
wzajemne mechaniczne oddziaływania mikronierówności
• odkształcenie sprężyste nierówności
- pojedyncze odkształcenie sprężyste
- cykl wielokrotny
• ścięcie nierówności
• oderwanie nierówności
• odkształcenie plastyczne nierówności
ze względu na skutki oddziaływania mechanicznego
• bruzdowanie
• rysowanie
• mikroskrawanie
Oddziaływanie dwóch ciał w styku podczas tarcia suchego
•szczepianie
•zrastanie tarciowe
Warunki wystąpienia oddziaływania
• zbliżenie powierzchni na odległość mniejszą od zakresu działania sił Van der Waalsa.
* przerwanie ochronnych błonek adsorpcyjnych i tlenków (metale)
Oddziaływanie dwóch ciał w styku podczas tarcia
Suchego
• adhezja - spowodowana siłami Van der Waalsa; wartość adhezji zależy od czystości i rodzaju powierzchni i jej chropowatości; najwyższa dla czystych motali, najniższa dla stopów wielofazowych; występuje w łagodnych warunkach tarcia-(odkształcenia spręż.) J
sczepianie - trwałe bezdyfuzyjne połączenie mikroobszarów trących się ciał. Tworzenie się wiązań chemicznych na pierwotnej granicy mikroobszarów
zrastanie tarciowe - przy wystąpieniu dyfuzji poprzez pierwotną granicę rozdziału; odmienna budowa zrostu w porównaniu z trącymi się metylami.
Procesy tarcia
Ok. 35% produkowanej energii tracona jest z powodu istnienia tarcia
Zachodzi na poziomie atonia cząsteczkowym, skutki zjawiska i makroskopowej
procesy tarcia prowadzą do trwałej zmiany w warstwie wierzchniej czynniku smarującym, i powstaniu produktów tarcia
przebiegają w trzech etapach
- wytwarzanie się więzi
- istnienia więzi tarciowej
- naruszenia więzi tarciowej i uszkadzania powierzchni elementu
tarcie wewnętrzne:
występuje w obrębie jednego ciała (opór powstający między elementami jednego ciała przy ruchu względnym)
• również ruich ciała stałego w cieczy lub gazie
• w ciałach stałych charakteryzują je własności tłumiące danego materiału
• w cieczach charakteryzuje je lepkość Cieczy
tarcie zewnętrzne:
występuje na obszarze styku fizycznego dwóch ciał stałych
• opory tarcia zewnętrznego są wynikiem adhezji (powierzchnia „idealna" oddziaływań pomiędzy mikronierównościami)
Tarcie statyczne (spoczynkowe)
• względna prędkość obszarów tarcia równa jest zero,
• występują b. małe częściowo odwracalne przemieszczenia obszarów styku (odkształcenia sprężysto -plastyczne - przemieszczenie wstępne)
- siłą styczna = <0, T^> - T^ , rozwinięta siła tarcia
Tarcie kinetyczne
• wartość max siły tarcia mniejsza niż dla tarcia statycznego
• skokowo - poślizgowy ruch trących się elementów
Tarcie toczne
• opór stawiany toczeniu elementów po sobie
• na opór tarcia tocznego składa się:
- opory wywołane poślizgami na powierzchniach styku toczących się elementów
- opory związane ze zjawiskiem „histerezy sprężystej"
- opory związane z molekularnym oddziaływaniem współpracujących powierzchni
- opory związane z przemieszczaniem zanieczyszczeń znajdujących się na pow. współpracujących elementów
Tarcie ślizgowe
• występuje przy postępowym i postępowo-zwrotnym, obrotowym, obrotowo-zwrotnych lub wiertnym ruchu względnym współpracujących elementów
• w zależności od obecności w obszarze styku trących elementów czynnika smarującego dzielimy na:
- suche
- graniczne
- płynne
tarcie toczne
• opór stawiany toczeniu elementów po sobie
Tarcie płynne
• powierzchnie el. trących całkowicie rozdzielone warstwą czynnika smarującego
• tarcie zewnętrzne zastąpione tarciem wewnętrznym w warstewkach czynnika smarującego
Tarcie graniczne
powierzchnie trące pokryte warstwami granicznymi
tarcie mieszane
• wy stępują mikroobszary styku, w których występują różne rodzaje tarcia
• tarcie występujące w makroobszarze styku jest wypadkową rodzajów tarcia występujących w mikroobszarach styku.
Tarcie suche
technicznie - bez środków smarnych
fizycznie - pow. fizycznie i chemicznie czyste teorie tarcia suchego
Teorie tarcia suchego
Teoria Amontonsa - Coulomba
Prawa tarcia:
• siła tarcia jest proporcjonalna do siły normalnej F=μN
• współczynnik tarcia nie zależy od nominalnej powierzchni styku
• współczynnik tarcia statycznego jest większy od współczynnika tarcia kinematycznego
• współczynnik tarcia nie zależy od prędkości poślizgu
Teoria Bowdena i Tabora
• w styku poszczególnych mikronierówności zachodzi silna „adhezja" i tworzą się połączenia tarciowe (C, D) - siła potrzebna do ścięcia tych mostków stanowi o sile tarcia
• dodatkowo dla styku „metal twardy- metal miękki" następuje bruzdowanie lub mikroskrawanie (B)
Ft=Ay*R^+F^ R^ - wytrzymałość połączeń tarciowych na ścinanie