Ви є тут

Діагностування зносу та довговічності деталей машин по електропровідності змащувального мастила

Автор: 
Бабенко Андрій Олександрович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2002
Артикул:
3402U001140
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОСВЯЗИ
ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ
МАШИН С ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮ МАСЛА
2.1. Механизм и взаимосвязь электропроводности масла с
интенсивностью изнашивания деталей машин
Процесс трения деталей машин, в частности, ПС, как отмечалось в разделе 1, влияет на состояние смазочной пленки, в частности, на ее электропроводность, которая зависит от физико-химических свойств смазочного масла, а также качественного и количественного состава механических примесей, толщины пленки, температуры и т. п. Однако до настоящего времени не существует четкой концепции, объясняющей механизм и связь между электропроводностью масляной пленки с износными параметрами узла трения. Для установления такой связи необходимо разработать модель, адекватную процессу электропроводности узла трения.
Рассмотрим вначале основные типы проводимости материала, разделяющего поверхности ДМ. Как известно, масло представляет собой жидкий диэлектрик с вкраплениями загрязнений частиц износа и пыли. Удельное сопротивление жидких диэлектриков обычно превышает [17]. Их электропроводность обусловлена ионами, образованными вследствие диссоциации собственных и примесных молекул жидкости. Наиболее распространенной количественной оценкой электропроводности диэлектриков является формула, приводимая в [17]:
, (2.1)
где n0 -концентрация носителей заряда;
q -заряд носителя;
a0 -средний линейный размер (радиус) носителей заряда;
? -динамическая вязкость среды.
Вывод этой формулы основан на классическом уравнении проводимости Друде-Лоренца [17]:
, (2.2)
где m0 -масса носителей заряда;
? -время свободного пробега носителей заряда.
Можно рассматривать носители заряда в виде сферических частиц, на которые во время движения действует сила вязкого трения [17]:
где v -скорость упорядоченного движения заряженных частиц.
Примем, что за время ? свободного пробега скорость таких частиц в отсутствие электрического поля уменьшается от v до нуля. Тогда уравнение движения имеет вид [17]:
, (2.3)
Из (2.3) находим время свободного пробега:
. (2.4)
Подставляя из (2.4) значение ? в уравнение (2.2), получим
, (2.5)
Полученное выражение (2.5) полностью совпадает с (2.1). При этом из уравнения (2.1) видно, что произведение электропроводности на вязкость () имеет вид:
. (2.6)
Как следует из (2.6), произведение не зависит от температуры, так как величины, стоящие в правой части последнего уравнения, не зависят от нее. Этот вывод экспериментально подтвержден для льняного масла [17], но для трансформаторного масла произведение электропроводности на вязкость увеличивается с ростом температуры, что авторы работы [17] объясняют ростом степени диссоциации молекул примеси с ростом температуры. Однако, на наш взгляд, вывод формулы (2.1) является вполне корректным лишь в том случае, когда примеси являются квазимакроскопическими частицами (например, коллоидные и более грубодисперсные системы). Это обусловлено тем, что ионы и даже тонкодисперсные взвеси участвуют вместе с окружающими частицами в броуновском движении и применение к ним формулы Стокса проблематично.
В большинстве случаев температурная зависимость удельной проводимости жидких диэлектриков может быть выражена следующей формулой [17]:
, (2.7)
где ?0 -удельная проводимость при 0 0С;
t -температура, 0С;
b -константа для данного материала (размерность К -1).
Аналогичная зависимость может быть также представлена формулой приведенной в [17]:
, (2.8)
где A и d - константы, характеризующие данную жидкость.
Известно, что температурная зависимость вязкости жидкости определяется уравнением [17]:
, (2.9)
где C -слабозависящая от температуры константа для данной
жидкости;
W -энергия активации;
k -постоянная Больцмана.
Если рассмотреть произведение электропроводности на вязкость с учетом формул (2.8) и (2.9), то становится очевидным, что оно не зависит от температуры лишь при условии , которое может выполняться лишь для отдельных материалов. Следовательно, в общем случае произведение должно быть функцией температуры.
Произведем теперь оценку проводимости, обусловленной частицами загрязнений.
Рассмотрим сначала проводимость, обусловленную, термоэлектронной эмиссией. Как известно, плотность термоэлектронного тока насыщения определяется формулой Ричардсона-Дешмана [17]:
, (2.10)
где [17];
Ф -термодинамическая работа выхода, которую можно
представить в виде
где ? - потенциал выхода;
l -толщина двойного электрического слоя;
Е -напряженность двойного электрического поля.
Для определения термоэлектронной проводимости воспользуемся законом Ома:
, (2.11)
Откуда
Дифференцируя формулу Ричардсона-Дешмана (2.10), получим:
(2.12)
Отрицательная величина проводимости в (2.12) указывает на уменьшение плотности тока с ростом напряженности поля двойного электрического слоя, поэтому в дальнейшем нас будет интересовать лишь абсолютное значение этой величины.
Произведем численную оценку термоэлектронной проводимости при комнатной температуре Т ? 300 К. При этом примем, что входящие в уравнение (2.12) показатели имеют следующие характерные величины:
;
;
;
.
Поставив эти величины в (2.12), после соответствующего расчета получим для термоэлектронной проводимости приближенное значение электропроводности ??????????-22 (Ом?м)-1, которому соответствует удельное сопротивление ??????????21 Ом?м, что намного превышает удельное сопротивление жидких диэлектриков (??????8 Ом?м). Таким образом, термоэлектронная проводимость при комнатной температуре является пренебрежимо малой по сравнению с жидким диэлектриком величиной и не может оказывать влияние на проводимость масла. В соответствии с этим предположение о том, что в активационную проводимость может давать вклад термоэлектронная эмиссия не подтверждается (по крайней мере, при комнатной температуре) [