Структурно-енергетична модель перетворення енергії в умовах аномально низького тертя та зношування

Анотація

В роботі наведено відомий ефективний спосіб зниження тертя та зношування в різних трибосистемах у результаты трибомодифікування поверхневого шару. Метою такого трибомодифікування являється створення найбільш сприятливих (сумісних по Гаркунову) умов мікроконтактної квазіупружної взаємодії, що виникає на рівні мікрорельєфу. Розгляд квазіупружної взаємодії з позиції нерівноважної термодинаміки дозволив багатьом авторам висунути гіпотезу, що квазіупружна взаємодія може бути антидисипативним фактором, який призводить до виродження накопиченої внутрішньої енергії з трибосистеми. Серед цих факторів основний вклад приходиться на кінетичну (хвильову) складову сили тертя, що формується при різниці швидкостей гальмування при молекулярно-механічній взаємодії і проковзуванні при їх розгоні.Представлені реологічні та структурні умови перетворення зовнішньо підведеної енергії за результатами контактної взаємодії шорсткості поверхневого слою трибосистеми, де один з елементів представлений як квазітверде тіло, а у другому поверхневий шар квазіупружний, представлений за реологічною моделлю Шведова. Метою даної роботи було розроблення структурно-енергетичної моделі перетворення енергії в умовах аномально низького тертя та зношування, яка дає можливість розробки рекомендацій по структурній модифікації поверхневого шару реальних трибосистем з метою підвищення їх ресурсних показників та коефіцієнту корисної дії. Проведені дослідження показали, що основною причиною переходу трибосистем до аномального тертя та зношування є реологічні властивості поверхневого шару. Аналіз контактної взаємодії шорсткостей за моделлю твердого тіла у вигляді міжатомних зв’язків дало можливість оцінити пружню енергію, яка виділяється при руйнуванні зв’язків у результаті проковзування мікрошорсткостей. Вона складає чверть від величини енергії, яка витрачена на подолання сил тертя. Оцінка взаємодії, як марківського процесу з двома двосторонніми станами (розпад і відновлення), дозволила отримати математичну залежність узагальненої складової імпульсу сили на плямі контакту від енергії контакту в стані зчеплення і параметру розподілення плям контакту за модулем канонічного розподілу енергії по лінії (поверхні) контакту. Головною умовою при переході до аномально низького тертя та зношування є формування на поверхні тертя певного градієнта фізико-механічних властивостей, які описані реологічною моделлю Шведова. Оптимізацією реологічної побудови поверхневого шару реальних трибосистем вдалося досягти умов, коли дисипативний об’єм в умовах контактної взаємодії здатний зворотно трансформувати (розсіювати) енергію зовнішнього руху. Практично вдалося реалізувати «ідеальні» умови дисипації зовнішньої енергії, що підводиться по хвильовому каналу і уникнути процесу зношування в трибосистемі та позбавитися від зовнішнього тертя. Дану технологію можна віднести до розряду ресурсозберігаючих з високим ступенем енергоефективності. Наявність при зовнішньому терті хвильової складової показує значну різницю між молекулярною і механічною складовими сили тертя