Поняття про трибосистеми

Для оцінки тертя необхідно враховувати взаємодію між контактуючими тілами під дією зовнішніх сил та середовища, накопичення і розсіювання енергії та наслідки трибологічних процесів. Процесом називається послідовність змін властивостей системи або її деталей у часі, які мажуть відбуватися одночасно або послідовно і призводити до зміни хімічного складу і будови матеріалу (хімічні, ядерні зміни) або енергетичного стану і властивостей (фізичні зміни). Трибологічні процеси є вимушеними і можуть бути зворотними (пружна деформація, підвищення температури) і не зворотними (пластична деформація, зношування). Трибологічним процесом називають тертя і зношування деталей, викликане тертям. Процеси відбуваються в системах або їх частинах. Система – це елемент (деталь) або сукупність елементів (деталей), фізично або мисленно виділені з їх оточення і які сприймаються як єдине ціле. При аналізі процесів і стану трибологічної системи (ТС) необхідно чітко визначити її межі, тобто виділити її гіпотетичною оболонкою. Кожна система характерезується певною ієрархією, наприклад, система дорожного руху – автомобіль – двигун внутрішнього згорання – підшипник – втулка – дискретний контакт поверхонь.

Трибосистема – складна термодинамічна система, яка утворюється при взаємодії тіл, що труться, а також проміжного середовища і частини оточуючого середовища. Це сукупність елементів, які приймають участь в процесах тертя, зношування і теплоутворення елементів, їх властивостей і зв’язків, параметрів, що діють на ці елементи ззовні, а також характеристик тертя, зношування і теплоутворення.

Реалізація трибологічного процесу, тобто послідовність змін структури і властивостей матеріалів в зоні контакту, можлива тільки при зовнішній енергетичній дії. Спектр зовнішніх дій складають сили і енергія (механічна, електрична, теплова). Для деяких ТС спектр зовнішніх дій можна описати з достатньо високою точністю. Для інших ТС це приктично неможливо, тому що він змінюється в кожній точці системи і в часі.

Сукупність взаємних співвідношень між деталями системи, яка визначає їх приналежність до системи, є її структурою. Структура системи визначається:

- множиною її елементів (А);

- відповідними властивостями елементів (Р);

- зв’язки елементів, які визначаються як співвідношення між елементами (R).

Тоді структура системи являє собою множину:

S={A, P, R}.

Крім структури система характерезується входами {X} і виходами {Y}, тобто зв’язками системи з оточенням і функцією, яка полягає у перетворенні (Т) входів {X} у виходи {Y}.

Оскільки трибологічні процеси залежать від багатьох параметрів, системний аналіз дозволяє впорядкувати і спростити розуміння процесів.

В абстрактному і сильно спрощеному описі функція різних трибомеханічних систем полягає головним чином в перетворенні входів, наприклад руху, мехенічної енергії і матеріалів, у придатні для технічних цілей виходи. Функціональні причинно-наслідкові співвідношення між входами і виходами супроводжуються втратами механічної енергії і матеріалів і визначаються втратами механічної енергії на тертя та зношування. З точки зору зовнішньо оточення систему можна розглядати як чорний яшик з входами і виходами, показаний на рисунку 1.1.

 

 

Рисунок 1.1 – Представлення трибомеханічної системи у виді чорного ящика

 

Можна класифікувати механічні системи у відповідності з їх функцією, і рух незмінно буде характеристикою трбомеханічної системи. Цей рух може представляти передачу роботи, матеріалів або інформації. В деяких випадках призаначення системи полягає в зміні швидкості руху або у виключенні його повністю. Часто бажано обмежити рух, тобто зменшити чсло можливих ступеней свободи деталей машин. В інших випадках матеріал не тільки рухається але і міняє свій стан або форму. На даний час ще застосовуються механічні пристрої, які виробляють або перетворюють інформацію, але вони постійно замінюються пристроями з мінімальним числом механічних деталей або зовсім без останніх (наприклад, заміна механічних годинників електронними і т.д.).

Головні особливості функцій механічних систем наведені в таблиці 1.1.

 

Таблиця 1.1 - Технічні функції ТС

Головний вхід {X}	Головний вихід {Y}	Основна функція	Приклад
Рух + робота	Рух	Надання напрямленості руху, передача руху, зупинка руху.	Підшипники, напрямні, муфти, гальма.
Робота	Механічне, гідравлічне і пневматичне перенесення потужності.	Зубчасті передачі, гідро- і пневмоциліндри
Інформація	Створення інформації	Циферблати, кулач-кові і відслідковуючі механізми.
Відтворення інформації.	Відтворення з стрічки, диску.
Рух + матеріали	Матеріали	Транспортування	Система колесо – рейка, трубопровід.
Формування	Волочіння дроту, накатування різьби

 

Повний аналіз трибологічних процесів повинен враховувати взаємний вплив величин, що описують кожен рівень. Тому коефіцієнт тертя або зносостійкість не можна віднести до якої-небудь однієї деталі. Вони залежать від всіх елементів системи, тобто вони є системними характеристиками.