раздражение
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( январь 2022 г. ) |
Фреттинг – это износ , а иногда и коррозионное повреждение нагруженных поверхностей, находящихся в контакте, когда они испытывают небольшие колебательные движения, касательные к поверхности. Фреттинг вызван слипанием неровностей контактной поверхности , которые впоследствии снова разрушаются при небольшом движении. Это разрушение приводит к образованию остатков износа.
Если мусор и/или поверхность впоследствии подвергаются химической реакции, т. е. главным образом окислению, этот механизм называется фреттинг-коррозией. Фреттинг ухудшает поверхность, приводя к увеличению шероховатости поверхности и микроямкам, что снижает усталостную прочность деталей. Амплитуда относительного скользящего движения часто составляет порядка микрометров или миллиметров, но может достигать и 3 нанометров . [1]
Обычно истирание встречается при термоусадочных посадках , седлах подшипников, болтовых деталях, шлицах и соединениях типа «ласточкин хвост» .
Материалы
[ редактировать ]Сталь
[ редактировать ]Фреттинг-повреждения стали можно определить по наличию изъеденной поверхности и мелкой «красной» пыли оксида железа, напоминающей какао-порошок. Строго говоря, этот мусор не является « ржавчиной », поскольку для его производства не требуется вода. Частицы намного тверже соприкасающихся стальных поверхностей, поэтому абразивный износ неизбежен; однако частицы не требуются для возникновения раздражения.
Алюминий
[ редактировать ]Фреттинг алюминия приводит к появлению черного мусора в зоне контакта из-за мелких частиц оксида.
Затронутые продукты
[ редактировать ]Примеры фреттинга включают износ приводных шлицов на приводных валах , колес на стыке болтов с проушинами и головки блока цилиндров, прокладок подверженных различиям в теплового расширения коэффициентах .
В настоящее время исследованиям в аэрокосмической промышленности уделяется особое внимание. [2] Соединение «ласточкин хвост» с лопаткой и шлицевая муфта газотурбинных авиационных двигателей подвергаются истиранию. [3]
Другим примером фреттинг-коррозии могут быть подшипники шага современных ветряных турбин , которые работают в условиях колебательного движения, контролируя мощность и нагрузки турбины. [4]
Фреттинг также может возникать между совершающими возвратно-поступательное движение элементами в организме человека. Эффекту раздражения особенно часто подвержены имплантаты, например имплантаты тазобедренного сустава. [5] [6]
Фреттинг электрических/электронных разъемов
[ редактировать ]Источник: [7]
Треттинг также возникает практически на всех электрических разъемах, подверженных движению (например, разъем печатной платы, подключенный к объединительной плате, например, SOSA/ VPX ). Обычно большинство электрических разъемов «плата-плата» (B2B) особенно уязвимы, если между ответными разъемами наблюдается относительное движение. Чтобы удерживать обе половины B2B неподвижно (часто это невозможно), необходима механически жесткая система соединения. Соединители провод-плата (W2B), как правило, невосприимчивы к истиранию, поскольку проводная половина разъема действует как пружина, поглощающая относительное движение, которое в противном случае перешло бы на контактные поверхности разъема W2B. Существует очень мало экзотических разъемов B2B, которые устраняют раздражение за счет: 1) включения пружин в отдельные контакты или 2) использования китайской конструкции ловушки для пальцев для значительного увеличения площади контакта. Конструкция разъема, которая контактирует со всеми 4 сторонами квадратного контакта, а не только с одной, 1 или 2, может на некоторое время задержать неизбежное раздражение. Поддержание контактов в чистоте и смазке также продлевает срок их службы.
При наличии вибрации контактное раздражение может изменить импеданс разъема B2B с миллиомов на омы за считанные минуты. Относительно мягкое и тонкое золотое покрытие, используемое в большинстве высококачественных электрических разъемов, быстро изнашивается из-за обнажения лежащих под ним металлов сплава, а из-за истираний импеданс быстро увеличивается. Как это ни парадоксально, высокие контактные усилия на сопряженной паре разъемов (считается, что они помогают снизить импеданс и повысить надежность) на самом деле могут еще больше увеличить скорость раздражения.
Фреттинг в подшипниках качения
[ редактировать ]
В подшипниках качения может возникнуть истирание, когда подшипники работают в колебательном движении. Примерами применения являются подшипники лопастей ветряных турбин, подшипники шага ротора вертолета и подшипники роботов. Если движение подшипника ограничено небольшими движениями, вызванное повреждение можно назвать фреттингом или ложным бринеллированием, в зависимости от используемого механизма. [8] [9] Основное отличие состоит в том, что ложное бринеллирование происходит в условиях смазки, а истирание — в условиях сухого контакта. Была предложена зависимость между ложным бринеллированием и фреттинг-коррозией, зависящая от времени. [10]
Тревожная усталость
[ редактировать ]Фреттинг снижает усталостную прочность материалов, работающих под циклическими нагрузками. Это может привести к фреттинг-усталости , в результате чего в зоне фреттинга могут возникнуть усталостные трещины. После этого трещина распространяется вглубь материала. Нахлесточные соединения, часто встречающиеся на поверхностях планера, являются основным местом фреттинг-коррозии. Это также известно как фреттаж или фреттинг-коррозия. [11]
Факторы, влияющие на раздражение
[ редактировать ]Сопротивление фреттингу не является внутренним свойством материала или даже пары материалов. Существует несколько факторов, влияющих на раздражение контакта: [12]
- Контактная нагрузка
- Скользящая амплитуда
- Количество циклов
- Температура
- Относительная влажность
- Инертность материалов
- Коррозия и, как следствие, недостаточность контактов, вызванная движением.
смягчение последствий
[ редактировать ]Основной способ предотвращения истирания — это исключить относительное движение поверхностей в месте контакта. Шероховатость поверхности играет важную роль, поскольку истирание обычно происходит при контакте неровностей сопрягаемых поверхностей. Смазочные материалы часто используются для уменьшения истирания, поскольку они уменьшают трение и препятствуют окислению. Однако это может также вызвать противоположный эффект, поскольку более низкий коэффициент трения может привести к большему движению. [13] Таким образом, решение должно быть тщательно продумано и протестировано.В авиационной промышленности покрытия наносятся для упрочнения поверхности и/или влияния на коэффициент трения.
Мягкие материалы часто проявляют более высокую восприимчивость к истиранию, чем твердые материалы аналогичного типа. Соотношение твердости двух материалов скольжения также влияет на фреттинг-износ. [14] Однако более мягкие материалы, такие как полимеры, могут оказывать противоположный эффект, когда они захватывают твердый мусор, который застревает в их опорных поверхностях. Затем они действуют как очень эффективный абразивный агент, стирая более твердый металл, с которым они контактируют.
См. также
[ редактировать ]- Контактная механика - Исследование деформации твердых тел, соприкасающихся друг с другом.
- Недостаток контакта, вызванный движением. Износ или повреждение нагруженных поверхностей.
- Трибология - наука и техника взаимодействующих поверхностей в относительном движении.
- Износ – повреждение, постепенное удаление или деформация материала на твердых поверхностях.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Справочник ASM, Том. 13 «Коррозия», ASM International, 1987.
- ^ Рао, Д. Шриниваса; Кришна, Л. Рама; Сундарараджан, Г. (2017). «Покрытия, напыленные детонационным методом, для аэрокосмической отрасли». Аэрокосмические материалы и технологии материалов . Серия Индийского института металлов. Спрингер, Сингапур. стр. 483–500. дои : 10.1007/978-981-10-2134-3_22 . ISBN 978-981-10-2133-6 .
- ^ Говиндараджан Нараянан (3 октября 2016 г.). «Влияние трения скольжения на разрушение поверхности шлицев при несоосности в авиационных двигателях». Международный журнал структурной целостности . 7 (5): 617–629. дои : 10.1108/IJSI-07-2015-0024 . ISSN 1757-9864 .
- ^ Швак, Фабиан (2016). «Сравнение расчетов ресурса качающихся подшипников с учетом индивидуального регулирования шага в ветряных турбинах» . Физический журнал: серия конференций . 753 (11): 112013. Бибкод : 2016JPhCS.753k2013S . дои : 10.1088/1742-6596/753/11/112013 . Проверено 23 марта 2016 г.
- ^ Моллой, Деннис О.; Мунир, Селин; Джек, Кристофер М.; Кросс, Майкл Б.; Уолтер, Уильям Л.; Уолтер, Уильям К. (19 марта 2014 г.). «Истирание и коррозия в ножках бедренной кости при тотальном эндопротезировании тазобедренного сустава с модульной шейкой». Журнал костной и суставной хирургии. Американский том . 96 (6): 488–493. дои : 10.2106/JBJS.L.01625 . ISSN 1535-1386 . ПМИД 24647505 .
- ^ Браун, Л; Чжан, Х; Блант, Л; Барранс, С. (1 августа 2007 г.). «Воспроизведение фреттинг-износа на границе стержень-цемент при полной замене тазобедренного сустава» (PDF) . Труды Института инженеров-механиков, Часть H: Журнал техники в медицине . 221 (8): 963–971. дои : 10.1243/09544119JEIM333 . ISSN 0954-4119 . ПМИД 18161257 . S2CID 7918311 .
- ^ Браунович, Миленко (2009). «Раздражение в электрических/электронных соединениях: обзор» . Транзакции IEICE по электронике . Е92-С (8): 982–991. Бибкод : 2009IEITE..92..982B . doi : 10.1587/transele.E92.C.982 . ISSN 0916-8524 .
- ^ Годфри, Дуглас (2003). «Фреттинг-коррозия или ложное бринеллирование?» (PDF) . Трибология и технология смазки . 59 (12): 28–31 . Проверено 23 июня 2017 г.
- ^ Эррикелло, Роберт (2004). «Другой взгляд: ложное бринеллирование и фреттинг-коррозия» . Трибология и технология смазки . 60 (4): 34–36 . Проверено 23 июня 2017 г.
- ^ Швак, Фабиан. «Анализ износа вибрирующих подшипников в зависимости от времени» . СТЛЭ . 72-й . Проверено 23 июня 2017 г.
- ^ Чарльз Липсон, Лестер Верн Колвелл; Справочник по механическому износу: износ, фреттаж, питтинг, кавитация, коррозия; Издательство Мичиганского университета, 1961; п. 449.
- ^ Айдар, Акчурин (16 марта 2019 г.). «Фреттинг, фреттинг-коррозия и фреттинг-механизмы» .
- ^ Справочник ASM, Том. 19 «Справочник по усталости и переломам», ASM International, 1996.
- ^ А. Нейман, О. Ольшевски, «Исследование зависимости коэффициента твердости и коэффициента трения фрикционной пары от фрикционного износа», Износ материалов, Международная конференция № 9, Сан-Франциско, Калифорния, США (13.04.1993). Износ, том. 162–64, часть Б, стр. 939–943, 1993.
Внешние ссылки
[ редактировать ]