Структурно-энергетическая модель преобразования энергии в условиях аномально низкого трения и износа

Аннотация

Представлены реологические и структурные условия преобразования внешне подведенной энергии по результатам контактного взаимодействия шероховатостей поверхностного слоя трибосистемы, где один из элементов представлен как квазитверде тело, а во втором квазиупругий поверхностный слой представлен по реологические модели Шведова. Целью данной работы была разработка структурно-энергетической модели преобразования энергии в условиях аномально низкого трения и износа, которая дает возможность разработать рекомендаций по структурной модификации поверхностного слоя реальных трибосистем для повышения их ресурсных показателей и коэффициента полезного действия. Проведенные исследования показали, что основной причиной перехода трибосистем к аномальному трению и изнашиванию является реологические свойства поверхностного слоя. Анализ контактного взаимодействия шероховатостей по модели твердого тела в виде межатомных связей позволил оценить энергию упругого взаимодействия, которая выделяется при разрушении связей в результате проскальзывания микрошероховатостей. Она составляет четверть от величины энергии, затраченная на преодоление сил трения. Оценка взаимодействия, как марковского процесса с двумя двусторонними состояниями (распад и восстановление), позволила получить математическую зависимость обобщенной составляющей импульса силы на пятне контакта от энергии контакта в состоянии сцепления и параметра распределения пятен контакта по модулю канонического распределения энергии по линии (поверхности) контакта. Главным условием при переходе к аномально низкому трению и изнашиванию, является формирование на поверхности трения определенного градиента физико-механических свойств, которые описаны реологическою моделью Шведова. Оптимизацией реологического построения поверхностного слоя реальных трибосистем удалось достичь условий, когда диссипативний объем в условиях контактного взаимодействия способен обратно трансформировать (рассеивать) энергию внешнего движения. Практически удалось реализовать «идеальные» условия диссипации внешней энергии, подводимой по волновому каналу и избежать процесса изнашивания в трибосистеме и избавиться от внешнего трения. Данную технологию можно отнести к разряду ресурсосберегающих с высокой степенью энергоэффективности. Наличие при внешнем трении волновой составляющей показывает значительную разницу между молекулярной и механической составляющими силы трения.