Определение и предмет исследований трибоэкологии

Проведенный анализ ТС показал, что при ее работе возникает цепь процессов, влияющих на экологические факторы среды. Такими границами будут:

1. Контакт поверхностей взаимодействующих звеньев (Контакт).
2. Трение и износ соприкасающихся поверхностей (Трение и износ).
3. Физические явления при контакте звеньев (Физические аспекты контакта и износа).
4. Контакт и износ в активных химических средах (Контакт в химически активной среде).
5. Износ и разрушение силовых цепей (Износо-усталостные напряжения).
6. Воздействие ТС на окружающую среду и оценка ТС на соответствие ее техническим и экологическим требованиям (Воздействие на среду).
7. На основании вышеперечисленных факторов осуществляется оценка направлений и видов управленческих и конструктивно-технологических решений для минимизации экологических воздействий (Управление качеством).

При исследовании указанных процессов необходимо использование и объединение следующих направлений научных знаний:

1. Трибомеханических, в которых рассматривается процесс контактного взаимодействия соприкасающихся поверхностей звеньев (трибомеханика).
2. Трибологических, в которых исследуются процессы, проходящие в контакте в результате относительного скольжения взаимодействующих (стыкуемых) поверхностей звеньев и возникающих при этом явлений трения и износа (трибология).
3. Трибофизических, в котором рассматриваются процессы контакта и износа на молекулярном уровне (трибофизика).
4. Трибохимических, в которых исследуются процессы контакта, трения и износа в химической активной среде (трибохимия).
5. Трибофактических, в которых изучаются износоусталостные повреждения поверхностей и разрушение звеньев силовых систем (трибофатика).
6. Экологических, которые рассматривают процессы, происходящие в функционирующей ТС и их воздействие на окружающую среду (экология).
7. Проектировочных, в которых рассматриваются конструкторско-технологические мероприятия и управленческие решения для минимизации экологических потерь (экопроектирование).

Каждая из представленных научных дисциплин изучена достаточно обстоятельно в отдельности. Возникает задача комплексного подхода к изучению процессов применительно к задачам экологии.

Научные направления можно условно разделить на две группы.

К первой группе можно отнести научные направления, посвященные экспериментально-теоретическому анализу ТС.

Ко второй группе относятся конструкторско-технологические решения, возникающие при проектировании ТС с учетом экологического воздействия.

Каждая из представленных научных дисциплин изучена достаточно обстоятельно в отдельности. Возникает задача комплексного подхода к изучению процессов применительно к задачам экологии.

Комплексный подход, состоящий в установлении связей между этими научными направлениями назван трибоэкологией.

Трибоэкология, как научная и техническая дисциплина, изучает контакт поверхностей при их относительном движении, производственные отходы, возникающие при действии трения, смазки и износа в машине, их воздействие на окружающую среду и на изменение функциональных свойств машин, а также меры защиты окружающей среды.

Название определяется двумя словами: «трибос» и «экология». Слово «трибос» означает трение, «экология» – наука о взаимосвязи всех частей живого на Земле друг с другом и с окружающей средой, а также изучение этих связей.

Задача трибоэкологии состоит в исследовании контакта, трения, смазки и износа технических поверхностей в машине с целью получения подробного представления их связи и воздействия на окружающую среду с последующим усовершенствованием механизмов для уменьшения
их экологического влияния на окружающую среду. Формирование такой научной и технической дисциплины определяется универсальным значением контакта, трения и экологии в современном мире.

Большой круг взаимодействующих процессов и явлений обуславливает широкие области рассмотрения трибоэкологических задач. Поэтому в настоящей работе рассматриваются механизмы и процессы, связанные с контактным взаимодействием.

Задачи трибоэкологии можно разделить на две большие группы. К
первой группе относятся научные направления с 1 по 5. В этой группе задачи решаются на основе экспериментально-теоретического анализа. Во второй группе объединяются научные направления 6 и 7, которые реализуют конструкторско-технологические решения, полученные на основе экспериментально-теоретического анализа.

Цель и задачи трибоэкологии.

Проведенный анализ работ прямо или косвенно связанных с вопросами функционирования ТС и воздействием на окружающую среду позволяет сделать следующие выводы.

1. Процесс проектирования ТС состоит из ряда этапов: маркетинг, проектирование и анализ, технологическая подготовка производства, производство, сбыт, эксплуатация и утилизация. В процессе создания ТС, охватывающего весь жизненный цикл, возникает задача теоретической
оценки трибоэкологических факторов на всех перечисленных этапах.

2. В зависимости от конкретной конструктивной схемы ТС в той или иной степени используются методы, относящиеся ко всем направлениям. Следует отметить, что отдельные задачи в указанных направлениях исследованы достаточно подробно и тщательно (влияние шероховатости, контактные задачи, трение и износ, теплоперенос, контакт инструмент-деталь и т.д.).

Однако, непосредственное использование теоретических достижений в указанных областях для решения комплексных задач трибоэкологии затруднительно ввиду разнообразия методов их
решения и расчетов. К тому же простое объединение методов, если это возможно, приводит к решению задач большой размерности, что может привести к потере физического смысла задачи.

3. При теоретическом исследовании механизмов встречаются упрощенные схемы деталей и узлов и контактных связей между ними. Например, узлы представляются только абсолютно жесткими, связи между ними моделируются пружинами или стержнями.

В конструкциях редукторов, коробок скоростей, планетарных, волновых и других передач, инструментальных оправках встречаются в основном цилиндрические и конические соединения.

При оценке показателей таких машин, где встречаются стыки, образованные телами вращения, кроме геометрических факторов возрастает роль контактной жесткости, изгибных (собственных) деформаций, а также отклонений форм и положений стыкуемых поверхностей.

4. Характерной особенностью контактных задач является то, что в математическом плане они являются статически неопределимыми со смешанными граничными условиями.

К тому же задачи имеют две ключевые особенности : высокую размерность и геометрическую, а также физическую и контактную нелинейность, вытекающую из учета кроме
контактных, собственных деформаций и отклонений форм и положений взаимодействующих поверхностей. Это требует новой формулировки при постановке и решении контактной модели.

Суммируя изложенное, можно сказать, что полное решение проблемы моделирования в трибоэкологии не представляется возможным. Необходимо создание новых методов, новых подходов к решению этой проблемы.

Поэтому целью исследований является повышение качества конструкторско-технологических решений в трибоэкологии на основе учета контактного взаимодействия деталей и узлов ТО и процессов трения между ними при проектировании.