У вступі розкрита сутність і стан наукової задачі, її значущість, обґрунтована актуальність теми, викладено зв’язок роботи з науковими програмами, сформульовані основні задачі і мета досліджень, наведено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, представлено загальну структуру дисертаційної роботи, апробацію й результати співпраці з підприємствами.
У першому розділі на основі аналізу літературних джерел доведено актуальність проблеми забезпечення цілісності ННФК в умовах вібраційного навантаження. Проблема обґрунтування вибору того чи іншого методу модифікації поверхні з точки зору динаміки руху приповерхневих шарів контактуючих деталей є актуальною при проектуванні вузлів, елементи яких піддаються впливу знакозмінного тангенціального навантаження. Розглянуті в розділі 1 методи модифікації поверхонь з’єднань вказують на можливість зміцнення поверхні ННФК в залежності від умов навантаження, забезпечуючи при цьому значне збільшення ресурсу роботи тих чи інших механізмів. Перспективною є розробка методів прогнозування стану спряження в умовах знакозмінного тангенціального навантаження та визначення оптимальних режимів модифікування поверхонь для окремо взятого вузла виходячи з визначення ННФЗ як динамічної системи. Ці методи дозволять оцінити стан ННФК протягом усього терміну експлуатації, уникнути непередбачених виходів з ладу устаткування. На основі аналізу літературних даних сформулювані задачі по досягненню мети дослідження.
У другому розділі наведено опис методик та матеріалів для виконання задач поставлених дослідженням.
Виконання досліджень проводилося за наступним алгоритмом:
-виготовлення зразків;
-модифікація поверхневого шару ННФЗ з метою зміцнення (лазерна та електроіскрова обробка);
-відтворення процесів, що мають місце у ННФК з заданими топографічними параметрами;
-дослідження поверхні та приповерхневих шарів зразків, що сформувалися в процесі відтворення реальних умов роботи вузла, за допомогою металографічного аналізу та аналізу осцилограм взаємних мікропереміщень і сили тертя в контакті;
-визначення закономірностей та особливостей роботи спряжень при заданих умовах навантаження, розробка моделі, що дозволяє спрогнозувати умови роботи з’єднання та їх оптимізувати.
В ході досліджень було застосовано методи, які, не змінюючи властивостей основного матеріалу дозволяють модифікувати лише певні поверхні. При цьому важливим фактором при виборі методу обробки є можливість максимально точного позиціонування інструменту та мала площа поперечного січення інструменту, що актуально при створенні на поверхні деталі запланованого макрорельєфу. На вибір методів модифікації також вплинув фактор отримання поверхонь з можливістю змінювати параметри геометрії поверхні в широкому діапазоні. Тому, виходячи з вищевказаних міркувань, при дослідженні було використано лазерну обробку та електроіскрове легування. Лазерна обробка виконувалась на установці імпульсної дії BSL-720 фірми BAASEL LASERTECHNIK, електроіскрове легування на установці ЭЛФА-541.
Для забезпечення максимального контактного тиску та регулярності контактуючих поверхонь при контактуванні геометрія обробки (електроіскрової та лазерної) формувалася у вигляді нанесеної на метал гратки.
Крок сітки обробки визначався з конструктивних характеристик існуючого устаткування і мінімально становив 0,5 мм.
Зазначені покриття наносилися на зразки з конструкційних сталей 45, 30ХГСА, 20Х13. Електроіскрові покриття формувались за допомогою електродів з твердого сплаву ВК-8.
Для моделювання умов роботи з’єднань було використано наступні типи устаткування:установка для дослідження зразків на фреттинг-зношування по схемі площина-площина, установка для дослідження зразків на фреттинг-зношування за схемою площина-кулька, універсальна установка для дослідження трибологічних властивостей матеріалів та покриттів, а також onlineконтролю процесів, що протікають у контакті. Визначення характеристик контактних поверхонь були проведені в трьохвимірному просторі лазерним профілографом-профілометром Talyscan 150 фірми Rang Taylor Hobson. Сканування поверхонь відбувалось в області плями контакту з кроком 1 мкм. Дані, що були отримані, оброблялись за допомогою програми TALYMAP Expert і представлялись у графічній та цифровій формі. Для проведення експериментальних досліджень запропоновано апаратно-програмний комплекс, який дозволяє проводити дослідження матеріалів на трибостійкість в широкому діапазоні умов навантаження. Це дало можливість моделювати роботу широкої номенклатури вузлів та спряжень, що дозволило реалізувати online контроль процесів, котрі протікають у контакті з неперервною оцінкою стану спряження.
У третьому розділі запропонована модель, що описує поведінку модифікованого ННФК в умовах знакозмінного тангенціального навантаження з описом поверхневих нерівностей на основі концепції базового еліптичного параболоїда. Загальний алгоритм прогнозування стану спряження наведено на рисунку 1.
Оскільки при дослідженні цілісності ННФЗ в умовах динамічного навантаження було застосовано широкий спектр методів модифікації поверхні, які в свою чергу змінюють геометрію поверхневого шару в широкому діапазоні значень – від зміни шорсткості до надання специфічної макрогеометричної форми, було визначено критерії, що дозволять порівняти геометрію поверхні при різних способах модифікації поверхні. Поверхня деталі, яка оброблялась тим чи іншим методом, отримує певний профіль, геометричні характеристики якого є величиною випадковою і підкоряються певному закону розподілення. Для апроксимації реальної поверхні з метою моделювання контактування було визначено та проаналізовано топографію модифікованої поверхні реальної деталі. На основі аналізу було підібрано найбільш адекватний закон розподілу для таких ймовірнісних характеристик окремих елементів досліджуваної поверхні як висота виступу, його ширина, крок між елементами. Для моделювання контакту модифікованих поверхонь ННФЗ було відтворено робочі поверхні за допомогою базового модельного елемента, розміщення та геометричні параметри якого обрані на основі попередньо визначених законів розподілу для даного типу поверхні.
Для моделювання поверхневих нерівностей було запропоновано модель контактуючих поверхонь, в основі якої покладено мікроелемент у вигляді еліптичного параболоїда. Переваги такої моделі перед іншими очевидні – можливість одночасної реалізації як нормальної так і тангенціальної взаємодії між елементами, усі три параметри – мінімальна ширина, максимальна ширина та висота – взаємонезалежні, що значно спрощує реалізацію довільного контакту. У порівнянні з моделлю у вигляді еліпсоїда еліптичний параболоїд має простіше рівняння, що спрощує статистичну обробку моделі.
