«ступени в будущее» xш научно-практическая студенческая конференция



страница4/16
Дата29.07.2016
Размер3.09 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

Десятичная система счисления

Используемая нами сегодня десятичная система счисления и основные правила счета, ей соответствующие, появилась на севере Индии в V в. до н. э. Для того чтобы это случилось, потребовались три вещи: а) разработанная концепция цифр от 1 до 9, обозначаемых отдельными абстрактными символами; б) утверждение полноправного положения нуля; в) формулировка позиционных принципов размещения цифр при написании больших чисел. Согласно этой системе, совершившей революцию не только в науке, но, вообще говоря, перевернувшей весь мир, написание «1704» означает: «четыре единицы, ни одного десятка, семь сотен и одна тысяча».

Латинское слово «calculus» переводится как «маленький камушек». Такие камушки издавна помогали обучать детей счету. Для того чтобы считать было легче, в камушках просверливались дырки, через которые пропускали нитки. Этот принцип хорошо знаком завсегдатаям бильярдных. Он используется и в четках — с их помощью верующие ведут счет собственным молитвам.

Описанная схема легла в основу устройства счетов — первой «вычислительной машины».

Когда кто-то считает на пальцах (пусть даже он этого не показывает другим) и говорит: «36 и 2 в уме», — это те же счеты, где пальцы заменяют косточки.

Самые совершенные счеты изобрели древние китайцы. Они имеют хождение до сих пор. Такие счеты представляют собой деревянную рамку с несколькими поперечными параллельными рейками, на каждую из которых нанизано по семь шариков. Расположенная перпендикулярно к ним палочка делит счеты на две части таким образом, что с одной стороны остается 2 шарика, а с другой — пять. Счет основан на десятичной системе — каждая рейка обозначает следующий порядок счета. Это простейшее устройство предназначено для складывания, вычитания, умножения, деления и даже таких относительно сложных операций, как извлечение квадратного или кубического корня.



Удивительный ноль

Средневековые арабские математики первоначально переводили санскритское слово «sunya» как «sirf», что значит «пустота».

К XII в. этот термин латинизировался и стал звучать как «sifra», «cifra» или «tzyphra». В христианском мире его долгое время именовали «неверным числом». Сегодня в большинстве западных языков письменные знаки счета называются «цифрами». В испанском языке аналог этого термина — слово «сего», образовавшееся от итальянского «zero» (то есть «ноль»).

Наличие системы счисления – первый шаг к счету, но чтобы сделать следующий шаг, потребуется эффективная методика вычислений. И тут снова без математиков не обойтись.



Автоматизация вычислений. Вычисления и вычислители

С появлением цифр, десятичной системы счисления и определением операционных возможностей нуля возникли предпосылки к началу великой «вычислительной» гонки. Сложные вычисления были очень обременительны – чтобы решить эту проблему, люди придумали «вычислительные машины». Сначала это были счеты, затем – логарифмические таблицы, и наконец – компьютеры. Именно они занялись «грязной работой» счета, освободив от нее человека.

В Средние века элементарные математические действия, которое без труда выполнит современный ребенок, занимали массу времени и были доступны только «профессионалам». На счетовода, умело обращавшегося с фишками счетов, тогда смотрели как на волшебника, наделенного сверхъестественными способностями.

Первая попытка

Ученый французский монах-бенедиктинец Герберт Орильякский, в 999г. провозглашенный римским папой под именем Сильвестра II, первым ввел в Европе систему арабских цифр. При этом он столкнулся с активным сопротивлением, исходившим от служителей церкви, глубоко приверженных римским традициям. Максимум, на что мог рассчитывать Герберт, — это на то, чтобы в каждом «ряду» счетов определенное количество фишек было заменено одной фишкой с индивидуальным номером. Таким образом, для набора на счетах числа 7052 фишка под номером «2» помещалась в ряду единиц, фишка под номером «5» — в ряду десятков, ряд сотен оставался пустым, а фишка под номером «7» попадала в ряд тысяч. Тем самым число «0» по-прежнему оказывалось вне игры.



Основания систем счисления

И абакисты, и их оппоненты, — несмотря на их яростные споры – существовали в пределах одной системы счисления, а именно – десятичной. Основание этой системы – 10.оно определяется по числу значащихся цифр в системе. В данном случае, это: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Однако уже в XVII –XVIII вв. математики работали и с иными системами счисления. Например, с двоичной – ее подробно изучил Лейбниц. Кстати, именно двоичная система нашла впоследствии широкое применение в компьютерах.

Основание 16

Основание системы счисления может быть и больше 10. Примером тому является основание 16 в шестнадцатеричной системе счисления.

Так как значащих знаков тут больше десяти, то «блок» основных цифр приходится пополнять «основными» буквами (в чем-то возвращаясь к опыту древних греков, которые, как мы помним, числа обозначали буквами). Пример такой записи в шестнадцатеричной системе – числу десятичной системы 20285 соответствует число 4F3D.

Основание 2

Простейшая система счисления – двоичная. Она основана на двух значащих цифрах – 0 и 1.

Способ перевода в двоичную систему числа, записанного в десятичной системе, заключается в последовательном делении на число два. Например, для перевода 18 в двоичную систему мы делим это число на два – до тех пор, пока частное не окажется меньшим двойки. После этого мы последовательно записываем это частное и все остатки, которые мы получили при делении (начиная с последнего), — это и будет выражение числа в двоичной системе. Для 18-ти это – 10010.

Двоичная система используется не только в вычислительной технике и известной всем телеграфной азбуке Морзе, но и в играх. Одна из таких игр – «Ним». Иногда ее называют еще «Мариенбадом» - по культовому фильму Алена Рене «В прошлом году в Мариенбаде», добавившему ей популярности.

Естественный вопрос-имеют ли описанные системы счисления практическое применение? Имеют, да ещё какое! Так, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы активно используются в информатике. Язык электроники строится на устойчивых парах «включено-выключенном», «течёт-не течёт ток», то есть, по сути, на двоичной системе счисления. Даже спин электрона, описывающий его вращение вокруг собственной оси, может быть ориентирован «кверху» или «книзу». Словом, мы имеем дело с логикой, основанной на оппозиции «да-нет». Каждая из этих двух возможностей представлена 0 и 1,так называемыми «битами» информации.

Компьютерный язык

В компьютерном мире оперируют термином «байт». Байт представляет собой единицу измерения емкости памяти, объединяющую восемь бит. Самое большое число, которое можно выразить одним байтом – 11111111 (двоичная система), соответствует 255 (десятичная система) и FF (шестнадцатеричная система). А для слов из двух байт (16 бит) используется всего четыре шестнадцатеричные цифры. Для 32 бит - 8 шестнадцатеричных цифр и так далее. Программисту гораздо проще использовать и запоминать число ЗЕ, чем число 00111110.



Заключение.

При исследовании истории возникновения чисел была установлена зависимость между возникновением чисел и необходимостью выражения всех чисел знаками. Эта зависимость повлияла на появление знаков-цифр, которые заменили другие не совсем удобные способы обозначения. Самым ценным вкладом в сокровищницу математических знаний человечества является употребляемый нами способ записи при помощи десяти знаков чисел: 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0.



Литература

  1. Журнал «Мир математики», Изд. Москва-2013

  2. Интернет-ресурсы



МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

(Муниципальное казённое образовательное учреждение

Семилукская средняя общеобразовательная школа №1

с углубленным изучением отдельных предметов)
Турчанинова Елена Александровна

Руководитель: Телкова Марина Александровна


Цель данной работы заключается в практическом освоении общих вопросов теории моделирования, методов построения математических моделей и формирования описания объектов математеческих моделей для проведения вычислительных экспериментов и решения задач.

Задачи:


1) закрепить и расширить знания основ математического моделирования;

2) показать значимость математического моделирования при изучении физических явлений;

3) приобрести умение пользоваться литературой, справочными материалами, в которых освещаются вопросы математического моделирования.

Математическая модель представляет собой формализованное описание системы с помощью абстрактного языка, в частности с помощью математических соотношений, отражающих процесс функционирования системы. Для составления модели можно использовать любые математические средства - алгебраическое, дифференциальное и интегральное исчисление, теорию множеств, теорию алгоритмов и т. д. По существу вся математика создана для составления и исследования моделей объектов или процессов.

Метод математического моделирования, представляющий собой количественное описание изучаемых явлений на языке математики, широко применяется для исследования всевозможных явлений природы и общественной жизни. Этот «третий путь познания» сочетает в себе достоинства как теории, так и эксперимента. С одной стороны, работая не с самим объектом, а с ее моделью, мы можем относительно быстро и без существенных затрат исследовать его свойства и поведение в любых мыслимых ситуациях (преимущества теории). С другой стороны, вычислительные эксперименты с моделями объектов позволяют, опираясь на мощь современных вычислительных методов и вычислительной техники, подробно и глубоко изучать объекты в достаточной полноте, недоступной чисто теоретическим исследованиям (преимущества эксперимента).

Свойство универсальности математических моделей широко используется при изучении объектов самой разнообразной природы.

В работе рассмотрены следующие математические модели:

- математическая модель физического процесса движения тела, брошенного под углом к горизонту. Выясним зависимость расстояния и время полета тела от угла броска и начальной скорости. Угол броска и начальная скорость являются главными факторами процесса моделирования;

- математическая модель движения системы трех небесных тел.

Представлен пример модели на основе вейвлет-анализа. Вейвлет-анализ используется в задачах, связанных с анализом пространственных полей со сложной многомасштабной структурой (турбулентное течение), либо временных сигналов с меняющимся со временем спектральным составом (сейсмические сигналы). Рассмотрен вейвлет-анализ солнечной активности.

Метод математического моделирования давно занимает ведущее место среди методов научного познания. Математическое моделирование часто позволяет предвидеть характер изменения исследуемого процесса в условиях, трудно воспроизводимых в эксперименте, а в отдельных случаях позволяет предсказать ранее неизвестные явления и процессы.

Секция №3 «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ СКОРОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ СОПРЯГАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ В УЗЛАХ ТРЕНИЯ
(ГБПОУ ВО «Семилукский политехнический колледж»)
Булавин Степан Альбертович,

Исанбаев Александр Алексееви

Руководитель: Наумова Евгения Александровна
В связи с модернизацией многих технологических процессов существенно возросли скорость, механические и температурные воздействия на материал. Эти и другие факторы привели к увеличению скорости изнашивания сопрягаемых деталей в узлах трения.

Одним из главных направлений в решении проблемы технического обновления различных отраслей машиностроения является разработка и применение новейших антифрикционных материалов, удовлетворяющих возрастающим потребностям.

Назначение и свойства антифрикционных материалов.

     Одним из условий нормальной работы узла трения является такой выбор материалов, который обеспечивает приемлемые потери на трение и минимальные затраты на изготовление, обслуживание и ремонт. Антифрикционными называют материалы, обладающие низким коэффициентом трения.

     В одних случаях детали пары трения изготовлены из однотипных материалов с примерно одинаковой твердостью (подшипники качения, шестерни зубчатых передач).

     В других - применяются разнотипные материалы с разной твердостью (подшипники скольжения, червячные передачи). Поскольку износ трущихся деталей неизбежен, в подобных случаях  дешевая деталь «приносится в жертву» более дорогостоящей. Например, стальной червяк должен изнашиваться меньше  колеса и выдержать несколько его замен. Вал подшипника должен изнашиваться меньше опоры.

    Материалы, из которых изготавливают более изнашиваемую деталь узла трения, часто называют антифрикционными (АФ). Они должны обладать следующей совокупностью свойств: совместимость, прирабатываемость, износостойкость, стойкость к заеданию, способность к поглащению твердых частиц, сопротивление усталости, температуростойкость.

     В червячных и винтовых передачах в качестве антифрикционных материалов применяют всего несколько марок бронз.

Перечень антифрикционных материалов для подшипников скольжения намного шире – металлические материалы,   неметаллические, комбинированные и композиционные материалы. Выбор зависит от режима смазки и условий работы опор скольжения.

К группе антифрикционных сплавов относятся баббиты, бронзы, латуни, некоторые сплавы алюминия и серые чугуны. Выбор материала зависит от режима смазки и условий работы подшипника.

Металлические антифрикционные материалы предназначены для работы в режиме жидкостного трения, когда вал и подшипник разделены тончайшим слоем масляной пленки. Однако в режиме пуска и остановки машины наблюдается режим граничной смазки. Разрушение граничной масляной пленки возможно также из-за перегрева подшипникового узла. Поведение материала в этот период работы зависит от его склонности к схватыванию.

Металлические подшипниковые материалы по своей структуре подразделяются на два типа сплавов: 1) сплавы с мягкой основой и твердыми включениями и 2) сплавы с твердой основой и мягкими включениями.

К сплавам первого типа относятся баббиты, бронзы и латуни. Мягкая основа в этих материалах обеспечивает хорошую прирабатываемость и удержание масляной пленки, а твердые включения, на которые опирается вал, обеспечивают высокую износостойкость. Мягкая основа материала, изнашиваясь быстрее, прирабатывается к валу и образует микрорельеф, удерживающий пленку смазки.

Баббитами -антифрикционные сплавы на основе олова или свинца. В состав баббитов вводятся также легирующие элементы, улучшающие некоторые их свойства. В частности, медь увеличивает твердость, никель – вязкость и износостойкость, кадмий – прочность и коррозионную стойкость, сурьма – прочность сплава.

В зависимости от химического состава устанавливаются марки баббитов Б83, Б88 на оловянной основе; Б16, БН, БС16 на свинцовой основе. Особую группу образуют более дешевые свинцово-кальциевые баббиты марок БКА Баббит Б83(рис 1б) и БК2. Баббит Б83(рис 1а) содержит 83% олова, 11% сурьмы и 6% меди; состав баббита Б16 – 16% олова, 16% сурьмы, 2% меди, а стальное (до 100%) – свинец.

По антифрикционным свойствам баббиты превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости. В связи с этим баббиты применяют только для тонкого (менее 1 мм) покрытия рабочей поверхности опоры скольжения. Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные баббиты.


Рис1. Микроструктура баббитов Б83 (а) и БКА (б)
Однако эти баббиты достаточно дороги из-за высокой стоимости и дефицитности олова. Поэтому их используют главным образом для подшипников ответственного назначения (дизельные двигатели, паровые турбины и т.п.). Из-за хорошей теплопроводности граничный слой смазочного материала на этих сплавах сохраняется при высоких скоростях скольжения и нагрузках, чем и обеспечивается надежность работы подшипниковых узлов. По сравнению с баббитами на основе свинца износ оловянных баббитов в два раза меньше. Однако при повышении температуры в рабочей зоне свыше 70°С наблюдается резкое падение износостойкости баббитовых подшипников.

Более дешевые свинцовые баббиты применяют в менее ответственных случаях, так как они уступают оловянным баббитам по механическим и антифрикционным свойствам, а также и по коррозионной стойкости. Содержание дефицитного олова в свинцовых баббитах снижено до 5,5…17%.

Наиболее дешевые из баббитов являются кальциевые баббиты. Это сплавы на основе свинца с небольшими добавками кальция и натрия. Выпускаются следующие марки кальциевых баббитов: БКА, БК2 и БК2Ш. Кальциевые баббиты обладают наименьшей теплопроводностью и наибольшей плотностью среди всех баббитов на основе олова или свинца. К их недостаткам относятся также легкая окисляемость.

Все баббиты имеют существенный недостаток – низкое сопротивление усталости, что ухудшает работоспособность подшипника. Кроме того, ввиду небольшой прочности баббиты могут успешно эксплуатироваться только в подшипниках, имеющих прочный стальной или чугунный корпус.

Одним из лучших антифрикционных материалов являются бронзы. Особое место среди них занимают оловянистые и оловяно-свинцовистые бронзы. Оловянистые бронзы обладают высокими механическими и антифрикционными свойствами, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности олова. Свинец улучшает антифрикционные свойства бронз, но понижает их механические свойства.

Бронзы применяют для монолитных подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при значительных давлениях и сравнительно невысоких скоростях скольжения.

В последнее время бронзы широко используют как компоненты для получения антифрикционных материалов методом порошковой металлургии, а также тонкостенных пористых покрытий, пропитанных твердыми смазочными материалами, например, графитом.

Латуни используют для опор трения в качестве заменителей бронз. Однако по антифрикционным свойствам они уступают бронзам. Применяют латуни при небольших скоростях скольжения (менее 2м/с) и невысоких нагрузках. Их достаточно часто используют для опор трения приборов.

К сплавам второго типа относятся свинцовистая бронза БрС30 (с 30% свинца) и алюминиевые сплавы с оловом, например, сплав АО9-2 (содержит 9% олова и 2% меди).

По сравнению с баббитами более дешевые алюминиевые антифрикционные сплавы отличаются меньшей плотностью, более высокой теплопроводностью и прочностью. Из-за хорошей теплопроводности граничный слой смазки на этих сплавах сохраняется при более высоких скоростях скольжения и при более высоких нагрузках.

Важным достоинством этих сплавов является их высокая технологичность и коррозионная стойкость при работе в масляных средах. Детали подшипниковых узлов из антифрикционных алюминиевых сплавов можно изготавливать литьем, прессованием, прокаткой с последующей штамповкой полуфабрикатов.

Недостатком этих сплавов является высокий коэффициент теплового расширения (примерно в два раза выше, чем у стали). Это вызывает определенные трудности при изготовлении и сборке подшипников.

Сплавы алюминия с оловом обладают повышенным пределом выносливости и хорошо работают в условиях полусухого трения. Используют эти сплавы для отлива монометаллических вкладышей и втулок.

К сплавам второго типа относятся также серые и легированные антифрикционные чугуны. Роль мягкой составляющей в этих сплавах выполняют включения графита, а пористость способствует впитыванию масла. Антифрикционные чугуны предназначены для изготовления деталей, работающих в узлах трения со смазкой. Марки антифрикционных чугунов: АЧС-1- перлитный чугун, легированный хромом (0,2-0,5 %) и медью (0,8-1,6 %); АЧК-1- перлитный чугун с хлопьевидным графитом, легированный медью предназначен для работы в паре с термически обработанным валом. АЧС-6 способен выдержать температуру до 300 0С. АЧВ-2 способен работать в условиях трения с повышенными окружными скоростями.

Достоинство чугунов – невысокая стоимость; недостаток – плохая прирабатываемость, чувствительность к недостаточности смазки и пониженная стойкость к воздействию ударных нагрузок.

В последнее время получили распространение многослойные подшип-никовые материалы, в состав которых входят различные антифрикционные сплавы (рис2). При этом сплавы или чистые металлы укладываются слоями, каждый из которых выполняет определенную роль. Например, четырехслойный подшипник, применяемый в современных автомобильных двигателях, состоит из стального основания, на котором уложен слой свинцовистой бронзы БрС30 (0,25 мм). Этот слой покрыт тонким слоем никеля (примерно 0,01 мм). На него нанесен слой сплава свинец-олово толщиной 0,025 мм. Верхний мягкий слой обеспечивает хорошую прирабатываемость подшипника. После его износа рабочим слоем становится свинцовистая бронза. Слой никеля служит барьером, не допускающим диффузию олова из верхнего слоя в свинец бронзы.

Рис. 2. Схема строения четырехслойного металлического подшипника скольжения: I — сплав свинца и олова; 2 — никель; 3 — свинцовистая бронза; 4 — сталь
Неметаллические и комбинированные материалы

Для изготовления подшипников скольжения применяют пластмассы-термореактивные и термопластичные. Текстолит относится к термореактивным пластмассам. Из него изготавливают подшипники прокатных станов, гидравлических машин, гребных винтов. Такие подшипники допускают тяжелые режимы работы, смазываются водой, которая хорошо охлаждает и размягчает поверхностный слой.

Из полимеров наиболее широко применяют ПС10, капрон и фторопласт.

Достоинства полимеров - низкий коэффициент трения, высокая износостойкость и коррозионная стойкость.

Исключительными антифрикционными свойствами обладает фторопласт, коэффициент трения которого без смазочного материала по стали- 0,04-0,06.Однако фторопласт течет под нагрузкой и, как все полимеры, плохо отводит теплоту. Он может применяться лишь при ограниченных нагрузках и скоростях. Поэтому высокие антифрикционные свойства фторопласта реализуют в комбинации с другими материалами, используя его в виде тонких пленок либо как наполнитель.

Металлофторопластовые подшипники имеют высокие антифрикционные свойства в диапазоне температур 200-280 оС f=0,03-0,1; рυ=150 МПа ·м/с. Они могут работать в вакууме, жидких средах, необладающих смазочным действием, а также при наличии абразивных частиц, которые легко «утапливаются» в мягкой составляющей материала. Такие подшипники применяются в машиностроении и авиации.

Смазывающиеся подшипники получают методом порошковой металлургии. Их особенность является наличие пор (8-27% объема), которые пропитываются жидкой смазкой. Металлическая основа таких материалов: железо, медь, сталь, бронза, никель. Кроме того, спеченные материалы содержат компоненты (графит, сульфиды, селениды), служащие твердой смазкой. Износостойкость спеченных материалов в 1,5-3 раза выше, чем у бронз, латуней, баббитов.

Замена литых антифрикционных материалов(АФМ) на основе цветных металлов спеченными материалами на железной основе дает экономию в 3-3,5 млн. рублей на каждой тысяче тонн изделий.

Различают спеченные АФМ железографитовые, металлографитовые и бронзографитовые. Железографитовыми материалами марок ЖГр3Цс4 и ЖГр1(2) с содержанием сульфида цинка или сульфида меди заменяют антифрикционные сплавы на основе цветных металлов; используют их также для уплотнения быстровращающихся деталей. Железографитовый материал марки ЖГр3М15 применяют при температуре до 400оС.

Металлографитовый материал марки МГ10ЖН1К (на основе железоникелевого сплава), содержащий графит и сульфид цинка более износостоек ( в 2- 5раз), чем текстолит, графитопласт, углеграфит. Он предназначен для эксплуатации в воде и в некоторых несмазывающих жидкостях. Сульфидированные и сульфоборированные материалы на основе коррозионно-стойких сталей марок Х23Н18 и Х18Н15, отличающиеся высокой коррозионной стойкостью, прочностью и жаропрочностью, можно использовать в химическом и металлургическом машиностроении.

Графитовые подшипники применяются преимущественно в химически агрессивной среде с высокими или низкими температурами. Графит устойчив почти во всех агрессивных средах, за исключением плавиковой кислоты, концентрированных кислот и расплавленных щелочей. Графитовые подшипники изготавливаются смешиванием графита со связующими веществами (смолой, пеком). Эту смесь формуют, прессуют и прокаливают, в результате связующие вещества коксуются, обеспечивая надежное сцепление частичек графита (так называемые мостики). Графитовые самосмазывающиеся подшипники дороже металлографитовых.

Свойства графитовых подшипников в сильной степени зависят от качества исходных материалов, условий изготовления и структуры графита. Плотные материалы с высоким содержанием графита обладают лучшими свойствами скольжения. Графитовые заготовки, прошедшие многократную пропитку высокополимерами или легкоплавкими металлами (например, баббитом, свинцом, оловом или сурьмой), обнаруживают более высокую износостойкость. Свойства графитовых подшипников аналогичны свойствам металлографитовых подшипников.

На рис. 3 показаны сравнительные характеристики графитовых, металлографитовых и композиционных подшипников.
Рис.3 Сравнение несущей способности пористых спеченных металлических подшипников.

1-спеченная бронза; 2-спеченное железо; 3- графитовый подшипник, пропитанный баббитом; 4- композиция металл – тефлон; 5-графитовый подшипник, пропитанный синтетической смолой; 6- графитовый подшипник без пропитки.

3.3Керамические материалы.

Использование керамики в качестве материала пар трения связано с уникальным комплексом их свойств: высокой твердостью, химической инертностью, низкой плотностью, невысоким коэффициентом термического расширения, способностью сохранять свою прочность при нагреве. Основными их недостатками являются хрупкость и трудоемкость механической обработки.

Перспективными для использования в узлах трения при высоких температурах, в том числе в вакууме, являются керамики в состав которых входят: титан, ниобий, кобальт, никель, молибден, хром.

Из неметаллических безкислородных тугоплавких соединений в качестве триботехнических керамик обычно используют Si3N4 , SiC ,B4C, Al2O3 ,ZrO2 Высокими свойствами обладает карбид бора B4C, который отличается более высокими физико-химическими свойствами, в особенности, высокой теплостойкостью вплоть до температур, близких к температуре плавления, при этом коэффициент трения спеченной смеси порошков карбида и нитрида бора f=0,2.

Керамические подшипники скольжения и качения работают в условиях высоких скоростей, нагрузок и температур, в агрессивных средах, содержащих абразивные частицы. Высокие характеристики позволяют использовать их в особо сложных и напряженных условиях.

4. Перспективные технологии в области антифрикционных материалов.

Изготовление антифрикционных материалов на подложках с металлическим антифрикционным слоем.

В практике довольно широкое применение находят материалы, у которых относительно тонкий антифрикционный слой укреплен на несущей подложке, чаще всего представляющей собой стальную ленту. Создание такого типа материалов позволило обеспечить армирование антифрикционного слоя более прочной стальной подложкой и за счет этого повысить несущую способность подшипников; уменьшить толщину стенки, а следовательно, габариты и металлоемкость подшипников, так как толщина слоя подложки и собственно антифрикционного материала может составлять доли миллиметра; сэкономить антифрикционный материал, потому что в материалах на подложке антифрикционный слой может иметь очень малую толщину в пределах допускаемой степени износа подшипника в работе.

Имеется несколько типов материалов, изготовленных методами порошко-вой металлургии с применением армирования стальными подложками. К ним можно отнести:

– материалы на стальной подложке с напрессованным беспористым спеченным слоем, предназначенным для подшипников двигателей и свертных вкладышей различного назначения;

– материалы на стальной подложке с напрессованным спеченным слоем на основе бронзы, пропитанные смазкой;

– материалы на стальной подложке с пористым слоем из оловянистой бронзы, пропитанные баббитом или другим белым антифрикционным сплавом.

Известен, способ получения поверхности трения, заключающийся в создании на металлической поверхности регулярно расположенных углублений и внесения в них твердосмазочного материала, который обеспечивает скольжение параллельно поверхности трения.

Известен также способ формирования антифрикционной поверхности трения в парах трения, при котором на поверхности трения выполняют канавки глубиной 0,1-1000 мкм, при этом канавки заполняют антифрикционным материалом, содержащим интерметаллиды цветных металлов, армированные ультрамелкодисперсными алмазами.

Известно покрытие на основе алмазоподобного материала с аморфной структурой, который содержит включения алмазной фазы и представляет собой чистый углерод.

Известен также подшипник скольжения на основе углерода, содержащий цилиндрическую втулку, закрепленную в опорном кольце, причем, одна из сопрягаемых деталей выполнена металлической, а опорное кольцо выполнено из углеродного композиционного материала с наполнителем в виде прошитого углеродной нитью пакета углеродной ткани.

Известен подшипник скольжения, содержащий слой из серебра или серебряного сплава и покрытие, выполненное порошковой формовкой из спеченного карбида кремния и содержащее кристаллический графитовый слой на поверхности и слой из алмазных частиц.

Известен также способ формирования антифрикционных и противоизносных покрытий, при котором на трущиеся поверхности элементов пар трения наносят стекловидную пленку двуокиси кремния.

Известен роликовый подшипник, в котором одна из обойм или ролики снабжены поверхностным покрытием, содержащим наружный углеродный азотированный слой и подложку, расположенную между наружным слоем и основанием. Подложка содержит нитрид бора.

Для деталей космических аппаратов используют наноструктурные покрытия типа «хамелеон». В процессе трения химический состав трибологических слоев на поверхности покрытий изменяется в зависимости от состава и температуры окружающей среды. Твердые фазы WC, TiC, Al2O3 обеспечивают высокую износостойкость, а смазывающие фазы (С, WS2 BN)снижают коэффициент трения в контактной паре.

Наиболее часто в нанокомпозитах, как и в слоистых покрытиях, в качестве смазывающей фазы используется дисульфид молибдена MoS2. Известны покрытия Ti-MoS2 TiN- MoS2 Ti-SiN- MoS2 TiB2- MoS2 и др.

Селениды вольфрама характеризуются стабильно низким коэффициентом трения и высокой стойкостью к окислению при повышенной влажности воздуха.

Двухслойные покрытия WSex/TiC WSex/Ti-C-N WSex/Ti-Si-N, в которых верхние слои состоят из нанокристалических фаз WSex и W3О, включенных в аморфную матрицу WSex характеризуются стабильно низким коэффициентом трения как на воздухе (0,015….0,05), так и в воде (0,06-0,07).

Потери средств от трения и износа в развитых странах составляют 4-5% национального дохода, а преодоление сопротивления трения поглощает во всем мире 20-25% вырабатываемой за год энергии. Анализ исследований, проведенных в области трибологии показал, что за полный цикл эксплуатации машин эксплуатационные расходы, затраты на ремонт и запасные части в несколько раз превышают затраты на изготовление новой техники.



В этой связи, исключительное значение приобретают работы в области создания новейших антифрикционных материалов и технологий, которые могут раскрыть и изыскать новые способы снижения потерь на трение и повышения износостойкости машин, приборов и оборудования. Задача повышения долговечности узлов трения крайне усложняется каждый год, так как неумолимая тенденция развития науки, техники и технологии обязательно ведет к ужесточению и усложнению режима работы машин, а значит, узлов трения и деталей по нагрузкам, скоростям, температурам, вибрации и т.д.

В ходе проведенной работы мы выяснили, что антифрикционные материалы, используемые для уменьшения скорости изнашивания сопряга-емых деталей в узлах трения должны обладать низким коэффициентом трения, отличаться низкой способностью к адгезии, хорошей прирабатываемостью, теплопроводностью и стабильностью свойств. Антифрикционность материалов проявляется в условиях несовершенной смазки (или при трении без смазки) и зависит от физических и химических свойств материала, к которым относятся: высокие теплопроводность и теплоёмкость; способность образовывать прочные граничные слои, уменьшающие трение; способность материала легко (упруго или пластически) деформироваться или изнашиваться, что способствует равномерному распределению нагрузки по поверхности соприкосновения (свойство прирабатываемости) . К антифрикционности относятся также микрогеометрическое строение поверхности, а именно определённая степень шероховатости или пористости, при которых масло удерживается в углублениях, и способность материала "поглощать" твёрдые абразивные частицы, попавшие на поверхность трения, предохраняя тем самым от износа сопряжённую деталь. Проявлению антифрикционности в условиях сухого трения способствует наличие в материале таких компонентов, которые, сами обладая смазочным действием и присутствуя на поверхности трения, обеспечивают низкое трение (например, графит, дисульфид молибдена и др.). Одним из важных свойств АФМ, обусловливающих антифрикционность при всех условиях трения, является его неспособность или малая способность к "схватыванию" (адгезии) с материалом сопряжённой детали. Наиболее склонны к "схватыванию" при трении одноимённые пластичные металлы в паре, имеющие гранецентрированную и объёмноцентрированную кубической решётки. При трении по стали наименее склонны к "схватыванию" серебро, олово, свинец, медь, кадмий, сурьма, висмут и сплавы на их основе.
Наиболее распространены как АФМ подшипниковые материалы (ПМ) , применяемые для подшипников скольжения. Кроме антифрикционных свойств, они должны обладать необходимой прочностью, сопротивлением коррозии в среде смазки, технологичностью и экономичностью. Вследствие различия в требованиях к материалу подшипника, образующему поверхность трения (антифрикционность), и к остальной части подшипника (достаточная прочность) получили распространение ПМ и подшипники, у которых основа состоит из прочного конструкционного материала (например, стали) , а поверхность трения - из слоя АФМ (например, баббита) .

Методы порошковой металлургии позволяют изготавливать такого типа материалы более экономично, с малыми отходами и более стабильными свойствами. Для изготовления армированных стальной подложкой антифрикционных материалов применяются свинцовистые и оловянистые бронзы.

Лидером среди АФМ являются наноструктурные покрытия, которые одновременно обладают противокоррозионными свойствами и обеспечивают высокую износостойкость в контактной паре.


Каталог: docs -> news
news -> Задания для проведения заключительного этапа профильной Олимпиады Специальность
news -> 25 ноября 2009г, в 16ч, ауд. 294 19. 10. 2009
news -> Учет руслового процесса и режима затопления пойм при разработке противопаводковых защитных мероприятий на реках Амур и Зея и результаты работ Росгидромета по проблеме паводка 2013 года
news -> Василий Филиппович Маргелов
news -> Г вторник 13. 01. 2016 г среда
news -> 15 декабря стал очень знаковым днем как для Первого городского бизнес-инкубатора. Так и для его управляющей компании «рэо


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница