CC BY
50
По формуле (8) выполнены расчеты жесткости с при следующих исходных данных: а = 8,5;
= 0,2; Ь = 2 м; тст = 0,0015 кг; /п = 2000 ст./м; дп = 0,6; цр =1; х0 = 0,01 м; к0 = 0,01м; гс = 0,001 м; рвг = 12 Н/м. Получена жесткость пружины 86,7 Н/м. Принято с = 90 Н/м.
Для практического пользования построены зависимости силы предварительного натяжения пружины Рп0 и ее деформации х0 от числа стеблей г'п на
1 м длины ленты для сухих и свежевытеребленных стеблей льна (рис. 2). Из рис. 2 видно, что с увеличением плотности ленты сила предварительного натяжения пружины должна быть меньше. Это объясняется тем, что толщина ленты увеличивается с ростом числа стеблей на 1 м длины, стебли воздействуют на направляющие прутки и деформация пружины также возрастает. Вследствие этого требуется меньшая сила предварительного натяжения.
Деформацию х пружин направляющих прутков под действием утолщающейся ленты стеблей в транспортирующем канале целесообразно рассчитывать по формуле (7), а жесткость с — по формуле (8). Расчетное значение жесткости пружины для подбирающе-оборачивающих аппаратов составило 90 Н/м.
Для корректировки значения силы предварительного натяжения пружины в зависимости от характеристик ленты льна рекомендуется использовать графики на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость силы предварительного
натяжения пружины .Рп0 и ее деформации х0 от числа стеблей Ьп на 1 м длины ленты льна:
1 — сухие стебли; 2 — свежевытеребленные стебли
Список литературы
1. Дмитриев, В.И. Обоснование и изыскание подбирающе-оборачивающего устройства льноуборочной машины / В.И. Дмитриев // Материалы Межд. науч.-практ. конф. — М.: ВИМ, 2004.
2. Ковалев, Н.Г. Сельскохозяйственные материалы (виды, состав, свойства) / Н.Г.Ковалев, Г.А. Хайлис, М.М. Ковалев. — М.: ИК «Родник», 1998. — 208 с.
3. Ковалев, М.М. Плющильные аппараты льноуборочных машин (конструкция, теория и расчет): Монография / М.М. Ковалев, В.П. Козлов. — Тверь: Тверское областное книжно-журнальное издательство, 2002. — 208 с.
УДК 631.3:620.179.112
Н.В. Синяя, аспирантка
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ПРИ ППД
Ресурс узлов трения во многом определяется состоянием поверхностного слоя, который формируется в процессе окончательной обработки поверхностей трения.
Рассмотрим контакт упругого индектора (ролика), изготовленного из стали ШХ15 и чугунной поверхности. В процессе упрочнения поверхность трения находится под действием нормальных и касательных сил. При обработке на поверхности трения наносим антифрикционное пластичное неуп-рочняющееся покрытие.
В начальный момент под действием силы трения поверхности деформируются упруго; дальнейшее скольжение приводит к нагреву поверхности детали и ролика. Это сопровождается снижением твердости материла поверхностного слоя. Повышение температуры до некоторого критического значения, когда
касательные напряжения, обусловленные трением, достигают предела текучести, вызывает пластический сдвиг поверхностных слоев. Причем наблюдается нелинейная зависимость предела текучести материала от глубины слоя [1]. При пластическом деформировании происходит наклеп материала. Таким образом, с одной стороны, нагретые и пластически недеформированные слои разупрочняются, с другой стороны упрочняются вышележащие слои.
В работе [2] приведены результаты испытаний образцов с твердым покрытием толщиной 3.. .6 мкм. Расчеты показали, что под твердым покрытием развивается пластическая деформация в результате разупрочнения основного материала из-за фрикционного нагрева. Нанесение пластичного покрытия, показало, что независимо от толщины покрытия пластический сдвиг происходит непосредственно
157
в поверхностном слое. При этом менее пластичная основа остается упругой. Таким образом, пластическая деформация поверхности с пластичным покрытием локализуется в тонком поверхностном слое. После начала деформации температура на поверхности трения снижается и покрытие выступает в качестве твердого смазочного материала.
С точки зрения прочности поверхностный слой наиболее ослаблен, так как атомы на поверхности имеют устойчивые связи только с соседними и нижележащими атомами. Поэтому атомы поверхностного слоя обладают свободной энергией и притягивают из окружающей среды влагу и кислород, образуя оксиды.
Различные дефекты поверхности при внешних нагрузках являются концентраторами напряжений.
ППД способствует, наряду с упрочнением, возникновению остаточных напряжений стали, что положительно влияет на работоспособность узла трения.
Известен способ повышения работоспособности узлов трения по следующей схеме: 1 — ППД;
2 — нанесение композиционного (медь, никель и др.) покрытия; 3 — последующая упрочняющая обработка [3], обеспечивающая снижение коэффициента трения на 20.. .25 % и повышение работоспособности деталей пар трения на 30.35 %о.
В рассматриваемом ППД происходит с одновременным нанесением антифрикционного неупрочняющего покрытия. Обработка сопровождается приложением внешней нормальной и тангенциальной нагрузок за счет натяга и принудительной продольной подачи роликов.
Внешнее воздействие сил нарушает равновесное состояние атомов, которые смещаются в новые более устойчивые положения. Последующая пластическая деформация способствует возникновению дислокаций, их перемещению, торможению. Это повышает плотность дислокаций, обеспечивающих некоторое увеличение объема деформированного слоя, и при сохранении его сплошности ведет к возникновению остаточных напряжений сжатия. Во внутренних нижележащих слоях возникают уравновешивающие напряжения растяжения.
Следует отметить, что при обработке поверхностей методами поверхностного деформирования область максимума остаточных напряжений располагается на некотором расстоянии от поверхности, а на самой поверхности значения напряжений существенно снижаются. В зависимости от конкретных условий обработки (статического давления, процессов трения, режимов обработки, теплообразования при деформации, свойств материала детали и инструмента) подповерхностный максимум напряжения может располагаться на различных расстояниях от поверхности, от чего существенно зависит работоспособность деталей.
Механизм формирования остаточных напряжений следует рассматривать как приближенную схе-
158
му взаимодействия деформационных и тепловых процессов. При обработке каждый участок поверхности подвергается многократному воздействию деформирующего элемента, что приводит к дополнительному упрочняющему эффекту. При нанесении покрытия происходит проникание ионов металла покрытия в поверхность по дислокациям основного материла, что вызывает дополнительное торможение дислокаций, замедляя скорость их перемещений к поверхности. Это несколько снижает уровень деформационного упрочнения, а максимум остаточных напряжений располагается на поверхности, что благоприятно влияет на работу поверхности в условиях трения. Следует отметить, что сама спецжидкость снижает температурную напряженность процесса, в первую очередь, за счет лучшего отвода теплоты из зоны деформации, снижения трения в зоне контакта деформирующего инструмента и поверхности. Поэтому при реализации предложенного метода обработки основным фактором, влияющим на процесс формирования напряженно-деформирующего состояния поверхности (остаточных напряжений), является силовой фактор.
В работе [4] проведено моделирование напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя при упрочнении поверхностей с антифрикционным покрытием. В результате получено в графической форме распределение нормальных и касательных напряжений в зоне контакта индек-тора и упрочняемой поверхности.
Анализ распределения напряжений показывает, что на сложность процессов, происходящих в поверхностном слое при поверхностной пластической деформации, влияют как напряжения сжатия, как и напряжения растяжения, причем подтверждается гипотеза, что напряжения сжатия уравновешиваются напряжениями растяжения (об этом свидетельствуют численные значения напряжений как нормальных, так и касательных).
Список литературы
1. Рубцов, В.Е. Пластическая деформация и квазимпе-рические колебания в трибологической системе / В.Е. Рубцов, А.В. Колубаев. Ж. технической физики. — Т. 74. — 2004. — № 11. — С. 63-69.
2. Белый, А.В. Физическая мезомеханика / А.В. Белый, В.А. Кукаренко, В.Е. Рубцов, А.В. Колубаев. — Т. 5. — 2002. — № 1. — С. 51-57.
3. Белый, А.В. Техническое обеспечение эксплуатационных свойств рабочих поверхностей зубчатых колес / А.В. Белый, В.А. Кукаренко, В.Е. Рубцов, А.В. Колубаев // Вестник. Сер.: Технические науки. — Самара: СамГТУ, 2002. — № 15. — С. 105-111.
4. Берсудский, А.Л. Моделирование напряженного деформированного состояния поверхностного слоя при упрочнении поверхностей с покрытием / А.Л. Берсудский, О.А. Логинов, Ю.Н. Радаев // Вестник. Серия: Естественнонаучная. — Самара: СамГТУ, 2004. — № 4. — С. 103-111.
