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 h_wp

- głębokość wgłębienia profilu h_wy

- maksymalna wysokość wzniesienia profilu W_p

- maksymalna głębokość wgłębienia profilu W_v

- maksymalna wysokość profilu falistości W_m

- średnia wysokość falistości W_c

- średni odstęp falistości

•parametry określające chropowatość:

- wysokość wzniesienia profilu y_p

- głębokość wgłębienia profilu y_v

- maksymalna wysokość wzniesienia profilu R_p

- maksymalna głębokość wgłębienia profilu R_v

- maksymalna wysokość chropowatości R_m

- średnia wysokość chropowatości R_z,R_c

- średnie arytmetyczne odchylenie profilu R_a

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

---