1 - Tribomehanicki Sistemi - Uvod

8/12/2019 1 - Tribomehanicki Sistemi - Uvod

1/64


2/64

TRIBOLOGIJATribologija je nauka i tehnologija o uzajamnom dejstvukontaktnih povr ina pri relativnom kretanju.

Tribologija je nauka i tehnologija o procesima trenja,habanja i podmazivanja.

Tribologija je interdisciplinarna nauka i tehnologija oproblemima prenosa i rasipanja masa i energije umehanikim sistemima, sa posebnim naglaskom naprocese trenja, habanja i podmazivanja.


3/64

Sa razvojem tribologije dolazi se i do novih tribolokih t e rmina

koji se odnose na pojedine ue oblasti ove iroke interdisciplinarne nauke.

Triboanaliza

Tribomaterijali Tribotehnologija Tribotehnika Tribometrija

Tribodijagnostika Triboinformatika Tribobiologija Nanotribologija


4/64

Tribologija kao naukaNauni aspekt tribologije proistie iz

injenice da dva osnovna fenomenatribologije - trenje i habanje - predstavljajudva fundamentalna procesa disipacijeenergije i materijala pri kretanju vrstih tela, tenosti i gasova.


5/64

Trenje je uslov i mera realnosti procesafunkcionisanja tehnikih sistema.

Trenje predstavlja otpor relativnom kretanjuelemenata u kontaktu i zahteva utroak odredjene koliine energije za njegovosvladavanje.

TRENJE


6/64

TRENJE

UNUTRANJE TRENJE

SPOLJANJE TRENJE - Trenje klizanja

- Trenje kotrljanja


7/64

KVANTIFIKACIJA TRENJA

F N

F T

v

= F T / F N

= W T / W U


8/64

A F F N T

Charles Coulomb se smatra osnivaem nauke o trenju.Razmatrao je tri osnovna aspekta trenja: otpor klizanju, otpor

kotrljanju i otpor rezanju. Otpor klizanju kada deo trenja ne zavisi ili slabo zavisi odoptereenja Coulomb je izrazio kao:

A lan koji uzima u obzir spregnute povrine iproporcionalnost povrina u dodiru

r F F N T

/ Za otpor kotrljanju

r radijus cilindra i koeficijent trenja kotrljanja


9/64

Trenje klizanja

Trenje klizanja se na mikronivou odvijakroz interakciju mikroneravnina, tj krozdisipativni proces formiranja i raskidanjamikro-kontakata


10/64

FAZA I

Elastino eformisanje, Plastino eformisanje Zadiranje (brazdanje)

FAZA II

Adheziono vezivanje

FAZA III

Raskidanje veza,Elastina relaksacija


11/64

TiT F F

iiiiT F F F F F

4321

F1i otpor izazvan elasti nim deformacijama materijalaF2i otpor izazvan plastinim deformacijama materijala F3i otpor izazvan zadiranjem mikroneravnina iF4i otpor izazvan kidanjem adhezionih veza

d =0-0.75 (0-0.43) a =0-0.4 b =0-1 (0-0.4)


12/64


13/64

HABANJE

Najee se definie kao progresivanproces gubitka materijala sa kontaktnih

slojeva elemenata tribomehanikihsistema


14/64

Razlika izmedju trenja i habanja

Trenje je proces koji dovodi do gubitakaulaznih veliina u sistem- primarno utiena relaciju ulaz - izlaz

Habanje primarno uslovljava promenustrukture sistema - oblik, geometrija isvojstava elemenata sistema, ime senegativno deluje na funkciju sistema(korisni izlaz)


15/64

Klasifikacija habanja Sa aspekta vrste relativnog kretanja

(habanje pri klizanju, kotrljanju...)

Sa aspekta elemenata u interakciji(metali, nemetali...)

Sa aspekta dominantnog mehanizma


16/64

V R S T E

K RE T A

N J A

KLIZANJE

KOTRLJANJE

UDAR

OSCILOVANJE

STRUJANJE TENOSTI

STRUJANJE GASA


17/64

Mehanizmi habanja

Adhezija

Abrazija

Zamor

Tribohemija


18/64

KLIZANJE

KOTRLJANJE

UDAR

OSCILOVANJE

STRUJANJE

STRUJANJE

HABANJE PRI KLIZANJU

HABANJE PRI KOTRLJANJU

HABANJE PRI UDARU

HABANJE USLED OSCILACIJ (FRETING)

KAVITACIONO HABANJE

EROZIJA FLUIDOM

TIPRELATIVNOGKRETANJA

MEHANIZMI HABANJA ZAM

OR

ABRAZI J A

ADHEZI J A

TRI B

O-

HEMI J A

ELEME

NTI

VR

S TATELA

T/TE.

T/FLUID +ESTICE


19/64

Habanje realnih elemenatatribomehanikih sistemaodvija se kao posledica

komleksnog dejstva viemehanizama.


20/64

OPTEREENJE

KRETANJE

TRIBOLOKA INTERAKCIJA

1

2

3

POETNO STANJE


21/64

Formiranje povrinskih slojeva u procesu adsorpcijeili tribohemijske reakcije kontaktnih povrina saokruenjem

Adhezivni transfer izmedju kontaktnih elemenataosnovnog materijala i materijala povrinskih slojevadobijenih adsorpcijom i tribohemijski

Generisanje produkata habanja osnovnog materijalaprodukata reakcije i prenetog materijala koje se odvijakroz efekte povrinskog zamora i abrazije

Kompleksnost procesa habanja


22/64

Opti sluaj razvoja procesa habanja

Vreme trajanja kontakta T u min

P a r a m e t a r

h a b a n

j a

I fazaII faza

III faza

Najoptiji oblik krive habanja, imatri karakteristina dela :1. inicijalno habanje (period uhodavanja) I faza,2. period umerenog habanja II faza, i3. period katastrofalnog habanja III faza.


23/64

Identifikacija procesa habanja vri se preko parametara koji mogu biti linijski , povr inski i

zapreminski , odnosno gravimetrijski .

Linijski parametri habanja - prate promenu jedne dimenzije

elementa tribomehanikih sistema na kome se razvija proceshabanja (najee se koriste), Dvodimenzionalni ( povrinski) parametri habanja - prate

promenu dve dimenzije elementa tribo-mehanikih sistema nakome se razvija proces habanja (retko se koriste),

Zapreminski i gravimetrijski parametri habanja - odreuju senajee merenjem mase pohabanog materijala (produkata habanja)ili mase elementa tribomehanikog sistema pre i posle ostvarivanjakontakta.


24/64


25/64

Sa razvojem procesa habanja:

Smanjuje se masa elemenata TMS-a,

Menjaju se mikrogeometrijske karakteristikekontaktnih povrina,

Menjaju se fizi ko-hemijske karakteristike

kontaktnih slojeva, Dolazi do pojave ve ih sila trenja, temperatura

i vibracija u zoni kontakta

Posledice habanja


26/64

Poznavanjem tribologije moe se u mnogomeuticati na:

smanjenje utroaka energije u svim oblastimamaterijalne proizvodnje i transporta,

izbor optimalnih vrsta materijala mainskih elemenata isklopova,

izbor optimalnih vrsta i kvaliteta obrade, izbor optimalnih termikih obra a mainskih elemenata, izbor optimalnih naina po mazivanja, povedanje pouz anosti i veka trajanja sre stava ra a,

projektovanje i realizaciju tehnologije o ravanja mainai ureaja svih vrsta.


27/64

Tribologija kao tehnologija

Sa tehnolokog stanovita znaajtribologije se uglavnom odnosi na njenekonomski uticaj i potencijal u smislutednje energije i materijala krozsmanjenje trenja i habanja u tehnikimsistemima.


28/64

Tribologija

Gubici energije i materijala

Ekoloki aspekt

Ouvanje neobnovljivih

resursaEkonomskiaspekt


29/64

POSLEDICE TRIBOLOKIH PROCESA

Direktni gubicienergije i materijala

Aktivnosti

odravanja

U cilju smanjenjaintenziteta tribolokih

pojava

U cilju predupredjenja ieliminisanja triboloki

uzrokovanih otkaza

Proizvodnja potrebnihsredstava i tribolemenata

Materijal, energijai rad

Investicionaulaganja

Globalne posledice tribolo kih procesa


30/64

TRIBOLOKI GUBICI/UTEDE

DIREKTNI(energija, materijal)

INDIREKTNI(posledica direktnih)

Primarni(energija)

Sekundarni(zamena pohabanih elemenata

i podmazivanje)

Tercijalni(materijal za izradu

pohabanih elemenarta)

Primarni(zastoj)

Sekundarni(investicije)


31/64

Tribomehaniki sistem

Pod pojmom tribomehaniki sistempodrazumeva se sistem ija sefunkcija odvija kroz interakciju

povrina koje se relativno kreu.


32/64

Gde su u tehnologiji triboloki procesi relevantni?

Kinematske funkcije (generisanje, vodjenje, prenos,ograniavanje kretanja) Dinamike funkcije (prenos sila preko kontaktnihpovrina) Rad i mehanika energija (prenos ili transformisanjemehanike energije) Transportne funkcije (transport vrstih tela, fluida imeavina) Obrada i oblikovanje materijala (izrada komponenti,proizvoda i funkcionalnih povrina) Informacione tehnologije (generisanje i prenossignala)


33/64

Vrste tribomehanikih sistema

Tribomehaniki sistemi u obradnimprocesima

Tribomehaniki sistemi za vodjenje kretanja Tribomehaniki sistemi za prenos snage Tribomehaniki sistemi za prenos

informacija


34/64

3

F N

V 1

2

Primeri tribo mehanikih sistema


35/64

2

1

1

3

Tribomehaniki sistemi u obradnim procesima

1

3

2

2

1

3


36/64


37/64

Strukturu tribomehanikog sistema ine :

Elementi - E = {a1, a2, a3,....,aN}

Karakteristike elemenata - K = {k (ai)} Interakcije elemenata - I = {I (ai,aj)}

S = { E, K, I }


38/64

Karakteristike elemenata sistemadele se obino u 2 grupe:

1. Karakteristike , koje se odnose na:

geometrijski oblik, fiziko -hemijsku prirodu istrukturu materijala elemenata sistema .

2. Karakteristike , koje se odnose na:mikrogeometriju kontaktnih povrina istrukturu kontaktnih slojeva vrstihelemenata sistema .


39/64

Karakteristike osnovnihtribomehanikih sistema , u kojima seodigravaju procesi trenja i habanja, za

vreme trajanja proizvodnih procesa,

zavise od vr ste m ateri jala (sva trielementa sistema) i uslova pod kojim se

kontak t u njima ostvaruje ( brzina

relativnog kretanja, spoljanjeoptereenje, reim podmazivanja i sl.).


40/64

Kontakt u osnovnim tribomehanikim sistemima moe bitiizmeu v rstih elemenata izraenih od metalnih ilinemetalnih materijala, sa ili bez prisustva maziva .

Mogue su 3 vrste kontakta:metal-metal ,metal-nemetal ,

nemetal-nemetal .


41/64


42/64

KRETANJE

ENERGIJA

INFORMACIJE

MATERIJAL

INPUT

KRETANJEENERGIJA

INFORMACIJE

MATERIJAL

OUTPUT

TOPLOTA

VIBRACIJEKONTAMINACIJA

SMETNJE

USLED TRENJA

USLED HABANJA

GUBICI

TMS

Osnovni tribomehanikisistemi , bilo kojoj grupi dapripadaju, imaju iste ulazne ,izlazne i izgubljene veliine .

Ulazne veliine su m a s a ,energ i ja , k re tan je , in formaci je i mater i ja l .

Izlazne i izgubljene veliine suiste vrste, ali sa promenjenim

koliinama .

Izgubljene veliine su gubitakmase koji se javlja zbogpostojanja procesa habanja usistemu, gubitak energ i je kaoposledica postojanja trenja uzonama kontakta i gubitakkretanja , koji se javlja kaoposledica pojave klizanja .


43/64

Input TMS

KRETANJE +RADKRETANJE +MATERIJAL

KRETANJERADINFORMACIJEMATERIJAL

Voenje kretanja Prenos kretanjaOmetanje kretanja

Prenos snage

Generisanjeinformacija

Reprodukcijainformacija

Transport

Obradni procesi

Tehni ki koristan

rad

Pretvaranje ulaznih u izlazne veliine sistema, kao i obim i zgubl jen ih veliina zavise iod vrste interakcije izmeu njegovih elemenata.

Pod vrs tama in te rakc i je izmeu elemenata sistema podrazumevaju se:

vrs ta kontakta (klizanje, kotrljanje, udar i dr. ),

vrs te t ren ja (trenje klizanja, trenje kotrljanja ),

vrs te mehanizma habanja (adhezivno, abrazivno, zamorno ili tribohemijsko ), i

vrs ta podm azivanja (kontinualno, prekodno, hidrodinamiko, granino i sl. ).


44/64

Vrste tribomehanikih sistema

Sistemi kod kojih su glavne ulazne iizlazne fizike veliine - kretanje,rad i informacije

Sistemi kog kojih su glavni ulaz i

izlaz dati tokom materijala krozsistem


45/64

Upravljanje tribolokim procesima u industriji svodise, u osnovi, na upravljanje procesima t renja i habanja

u osnovnim tribomehanikim sistemima.Da bi se stvorili uslovi za upravljanje procesima t renja ihabanja u osnovnim tribomehanikim sistemima,neophodno je poznavati i uslove pod kojima oni

funkcioniu . Osnovne veliine sa kojima se indentifikujuuslovi ostvarivanja kontakta su: brzina re la t ivnogkretanja , spoljanje optereenje i temp eratura zonekon tak ta .

Za upravljanje procesima t renja i habanja utribomehanikim sistemima od izuzetne vanosti jepoznavanje tribolokih karakteristika svih elemenatasistema.


46/64

Proizvodni procesi u industrijskim sistemimaostvaruju se na proizvodnoj i drugoj opremi uzutroak materi jala , energi je i l juds kog r ada .

Broj tribomehanikih s i s t ema u jednomindustrijskom sistemu srednje veliine u oblastiprerade metala, na primer, moe da iznosi i vie desetina hiljada, to zavisi od vrste i nivoakoriene tehnologije.


47/64

TENOST

GAS

SA SREDSTVOM ZA PODMAZIVANJE

BEZ SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE

TENOST SA VRSTIM ESTICAMA

TENOST BEZ VRSTIH ESTICA

GAS SA VRSTIM ESTICAMA

GAS BEZ VRSTIH ESTICA

Strujanje

Strujanje

KONTAKTNI ELEMENTIVRSTAKRETANJA

KlizanjeKotrljanje

Kotrljanje saproklizavanjem

Rotacija

Udar

Vrste kontaktnih elemenata TMSa sa vrstama moguih kretanja


48/64

Vrste odstupanja od idealne povrine :

Makrogeometrijska oblik i dimenzije neravnina napovrinama vrstih tela (neparalelnost povrina ,

valovitost) Mikrogeometrijska posledica obradnih procesa

(izbrazdanost, hrapavost)

Nanogeometrijska geometrijske granice inepravilnosti kristalne i molekularne strukture

Sva ova ods tupanja zajedno daju povrinu koja seznaajno razlikuje od idealno ravne povrine .

Pod geometrijom neke povrine podrazumeva se obl ik idimenzi ja te povrine .


49/64

Topografija kontaktne povrine


50/64


51/64

Kontaktna povrina

ab


52/64

Granini sloj

5 nm

10 nm

0.5 nm

>5 mmUnutranji granini sloj

Spoljanji granini sloj

Sloj adsorbovanog gasa

Kontaminirani sloj

Oksidni sloj

Defektni sloj

Osnovni materijal(substrat)


53/64

KLASIFIKACIJA POVRINSKE HRAPAVO

Povrina mainskih elemenata nije apsolutno glatka.Mainski elementi posle grube obrade imajuneravnine reda 100 200m . Posle zavrnih operacija o 0.01 o 0.1m . Glatki kristali kvarca su

pokriveni neravninama visine 0.01m

, a povrine liskuna 0.002m .

Ovo ukazuje na injenicu da je povrina tvrdih telahrapava. Pod uticajem opteredenja , u procesueksploatacije, hrapavost aktivnih povrina mainskih elemenata se menja.


54/64

Od makrogeometrijskih nepravilnosti koje se javljaju na

aktivnoj povrini mainskih elemenata, najede je prisutnaVALOVITOST.

Po valovitodu povrina po razumevaju se naravnine koje se javljaju na povrinama u valovima (talasima) priblino

jednakog koraka i visine. Pri tome je korak vala (rastojanjeizmeu va vrha vala) znatno vede o visine vala.


55/64

Po hrapavodu povrina vstih tela po razumevaju senaravnine ije je meusobno rastojanje relativno malo, a ijevisine mogu biti veoma razliite.

Hrapavost je prouzrokovana :- oblikom alata- stanjem njegovih reznih ivica, i-nizom drugih, manje ili vie, relevantnih faktora.


56/64

U odnosu na pravac praenja razlikuje se poprena iuzduna hrapavost .

Poprena h rapavos t se prati i meri u pravcu normalnomna tragove obrade (u pravcu pomonog kretanja), auzduna du tragova obrade (u pravcu glavnog kretanja).Poprena h rapavos t je u normalnim uslovima obrademetala rezanjem, vea od uzdune , i merodavna je zaocenu kvaliteta obraene povrine .

Poprena i uzduna hrapavost


57/64

Prema naem standardu HRAPAVOST se defini e kaoskup neravnina koje obrazuju reljef povr ine u granicama

odabranog ise ka, takve veli ine da su eliminisane gre keoblika i valovitosti.

Osnovni parametri hrapavosti su :

Maks im alna v i s in a neravnin a Rmax, Srednja aritmetika odstupanja od srednje linije

profila Ra,

Srednja visina neravnina Rz.

Pre nego to se definiu osnovni parametri hrapavostineophodno je definisati sledee veliine :


58/64

Osnovni parametri hrapavosti:


59/64

p p Maksimalna visina neravnina, Rmax , je rastojanje dve paralelne

prave, sa srednjom linijom profila, povuene tako da u granicamareferentne duine , dodiruju najniu i najviu taku profila (rastojanjeizmeu gornje i done linije profila).

Srednje aritmetiko odstupanje profila od srednje linije profila,Ra , je srednja aritmetika vrednost odstupanja svih taaka efektivnog profila (y1, y2, yn) od srednje linije profila.

Srednja visina neravnina, Rz, je razlika aritmetikih vrednostivisina 5 najviih vrhova i 5 najniih udubljenja, u granicamareferentne duine .

n

iia yn

R1

1l

a dx x yl R

0

)(1

Yi - rastojanje svake ta ke profila od srednje linije profila.n - broj ta aka profila povr ine.

l - referentna du ina profila.

5

1min

5

1max 5

151

ii

ii Z y y R


60/64

Oznaavanje kvaliteta obraenih povrina


61/64

Mogui raspored materijala u hrapavom sloju pri Ra=cons


62/64

Dopunski parametri hrapavosti povrina .

Najvea visina ispupenja Rp , predstavlja rastojanjeizmeu gornje i srednje linije profila

Najvea visina udubljenja RvStepen punoe profila K , K=Rv/RmaxDuina noenja profila lp , je zbir odseaka, ugranicama referentne duine, koje profil odseca na pravoj,paralelnoj sa srednjom linijom profila.

n

i pi pn p p p l l l l l

121 ...

Duina noenjaprofila


63/64

Hrapavost povrine

100 %0

O rasporedu materijala u hrapavom sloju povrina najboljegovori kriva noenja profila povrine , koja se konstruie

na osnovu duina noenja profila.


64/64

Kriva noenja profila

Kriva noenja profila predstavlja grafiku interpretacijuzavisnosti duine noenja profila povrine od nivoa ravniseenja profila.

Documents

1 - Tribomehanicki Sistemi - Uvod