Трибология

Трибологическая лаборатория

Современная техника содержит большое количество узлов трения. От работы узлов трения зависит ресурс всего изделия. Под ресурсом (долговечностью) изделия понимается срок его службы, в течение которого характеристики изделия не выходят из допустимых пределов.

Теоретической основой расчета широкого класса узлов трения является теория смазки деформируемых тел.

Математическое моделирование процесса смазки деформируемых тел представляет собой сложную задачу, которая состоит в совместном решении уравнений движения смазочного слоя, уравнений, определяющих деформации контактирующих тел, а также уравнений, описывающих распространение тепла, выделяемого в смазочном слое при его движении. В общем случае нагрузка и скорости движения тел меняются со временем, поэтому все процессы являются нестационарными. Помимо уравнений должны быть заданы начальные и граничные условия.

На данном сайте в кратком виде приведены основные положения теории смазки. Основное внимание уделяется анализу наиболее простых математических моделей теории смазки. В частности:

- приведен один из вариантов процесса перехода сухого контакта тел в смазываемый контакт тел. В начальный момент времени осуществляется сухой контакт тел. Для определения параметров контакта решается контактная задача. Далее цилиндры под нагрузкой начинают вращаться, смазочный материал затягивается поверхностями в зазор между ними и через некоторый момент времени поверхности оказываются разделенными смазочным слоем. Наглядное представление об этом процессе дают динамические графики толщины смазочного слоя и контактного давления, которые можно посмотреть здесь.

Математическая модель этого процесса описана в приведенном здесь кратком курсе теории смазки.

- на одном примере внешнего линейного контакта продемонстрировано, какой вклад в толщину смазочного слоя вносит упругая деформация тел, и какой вклад в нее вносит возрастание вязкости смазочного материала при возрастании давления. Показано, что толщина смазочного слоя может быть определена с необходимой точностью только при учете обоих указанных факторов.

- показано, как изменяются толщина смазочного слоя и давление в смазочном слое при уменьшении скорости вращения цилиндров до нуля и дальнейшем росте скорости в противоположном направлении (реверсивном движении). В момент времени, когда скорости тел равны нулю, толщина смазочного слоя может принимать высокое значение. Наглядное представление о характере изменения толщины смазочного слоя и давления в нем со временем при реверсивном движении дают динамические графики, которые можно посмотреть здесь.

Математическая модель этого процесса описана в приведенном здесь кратком курсе теории смазки.

- приведены характерные функции толщины смазочного слоя и давления в нем для случая, когда имеет место точечный контакт тел, разделенных тонким слоем смазочного материала.

- на примере одной плоской упругогидродинамической (УГД) задачи при внутреннем контакте цилиндрических тел продемонстрировано, как изменяется толщина смазочного слоя и давление в нем в подшипнике скольжения при росте нагрузки.

- приведен пример расчета подшипника скольжения, в котором для определения деформаций решается пространственная задача теории упругости. Для решения этой пространственной задачи используется метод конечных элементов. Показано, что наименьшее значение толщина смазочного слоя принимает в торцевых сечениях подшипника. При определенной нагрузке в этих сечениях возможен непосредственный контакт поверхностей, в то время как в центральном сечении толщина смазочного слоя принимает высокое значение.

В приведенном кратком курсе теории смазки не рассматриваются тепловые процессы. Это связано с тем, что качественно картина не меняется при их учете. Изменяются только количественные значения параметров смазываемого контакта. Однако при расчете реального смазываемого узла трения тепловые процессы необходимо учитывать.

Трибологическая лаборатория занимается разработкой математических моделей процесса смазки узлов трения, разработкой численных методов решения полученных систем уравнений, расчетом характеристик смазываемых узлов трения, численным решением контактных задач деформируемых тел при непосредственном контакте поверхностей, численным решением контактных задач с учетом изнашивания.