Zagadnienia do egzaminu z Tribologii

Pytania egzaminacyjne nie muszą być tożsame z podanymi poniżej zagadnieniami.

1.Jaki procent szacunkowo energii produkowanej w świecie pochłaniają opory ruchu wynikające z tarcia ?

2.Z jakich materiałów niemetalowych są budowane łożyska toczne.?

• elementy toczne wykonano z azotku krzemu

• poliamid PA6, PA66, PA12

• polietylen PE-HD

• styren akrylonitryl

• politetrafluoroetylen PTFE (teflon, temp. pracy 280C)

• guma

• intermetal

• twarde drewno

• kamienie szlachetne (rubin, szafir)

3.Gdzie położona jest strefa największych naprężeń w styku skoncentrowanym dwóch

powierzchnie zakrzywionych ,np.w łożyskach tocznych ,kołach zębatych itp.?

• Pod powierzchnią styku zgodnie z prawem Hertza

4.Co oznacza skrót MEMS?

• (ang. Micro Electro-Mechanical Systems), lub też Mikrosystemy, określenie zintegrowanych układów elektro-mechanicznych, których co najmniej jeden wymiar szczególny znajduje się w skali mikro (0,1 - 100 μm).

5.Zdefiniować pojęcia adhezja i kohezja .

• adhezja - (przyleganie) – łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw ciał fizycznych lub faz (stałych lub ciekłych) na powierzchni danego ciała.

Adhezja wynika z oddziaływań międzycząsteczkowych stykających się substancji.

Miarą adhezji jest praca przypadająca na jednostkę powierzchni, którą należy wykonać aby rozłączyć stykające się ciała.

• Kohezja - ogólna nazwa zjawiska stawiania oporu przez ciała fizyczne, poddawane rozdzielaniu na części. Jej miarą jest praca potrzebna do rozdzielenia określonego ciała na części, podzielona przez powierzchnię powstałą na skutek tego rozdzielenia.

6.Jakie rodzaje tlenków mogą występować w warstwie wierzchniej elementów stalowych?

• Fe₂O₃

7.Objaśnić zasadniczą różnicę pomiędzy metodą konwencjonalną i metodą instrumentalną wyznaczenia twardości powierzchni.?

Przy pomiarze twardości standardowymi metodami, twardość oblicza się na podstawie zmierzonej przekątnej odcisku d przy pomocy mikroskopu. Określanie tego wymiaru w ten sposób wiąże się z czynnikiem subiektywnym przynależnym osobie wykonującej pomiar.

• Różnica w zachowaniu się materiału podczas pomiaru ma ogromny wpływ na określany wymiar d. Jeżeli materiał jest miękki to podczas zagłębiania wgłębnika może „wypływać”. W wyniku pomiaru przekątnej odcisku w takim materiale, otrzymana wartość przekątnych jest większa niż w rzeczywistości Jeżeli materiał jest twardy, to podczas pomiaru będzie dążył bardziej do „wygięcia” niż do odkształcenia plastycznego. Zmierzona przekątna odcisku będzie mniejsza od przekątnej rzeczywistej. Pomiar twardości przy użyciu MCT eliminuje powyższe błędy dzięki automatycznemu wyznaczeniu wielkości geometrycznych odcisku. Przekątna odcisku jest określana na podstawie głębokości penetracji wgłębnika, która jest mierzona i rejestrowana na bieżąco. Jest to główna przewaga metody MCT nad standardową metodą pomiaru twardości.

8. Zdefiniować nacisk krytyczny adhezyjny i nacisk krytyczny kohezyjny.

• nacisk krytyczny adhezyjny- jest to nacisk pod wpływaem którego ) powłoka pęknie i oderwie się od podłoża odległośc Lc2.

• nacisk krytyczny kohezyjny – jest to nacisk pod wpływem którego wystąpi Pęknięcie kohezyjne, powierzchnia pęknie ale nie odrywa się od podłoża odległość Lc1. (praca potrzebna do rozdzielenia określonego ciała na części, podzielona przez powierzchnię powstałą na skutek tego rozdzielenia.

9.Jakie prawa tarcia podał Leonardo da Vinci.?

• Tarcie wywołuje dwukrotne zwiększenie oporu, gdy ciężar ulegnie powiększeniu dwa razy

• Obszar powierzchni stykających się ma maly wpływ na tarcie.

10.Podać wzór Amontonsa oraz jego uzupełnienie przez Coulomba.

• Pierwsze prawo tarcia (Amontonsa): wartość siły tarcia jest proporcjo-nalna do wartości siły normalnej;

• Drugie prawo tarcia (Amontonsa): tarcie nie zależy od wielkości po-wierzchni stykających się ciał1;

• Trzecie prawo tarcia (Coulomba): tarcie kinetyczne nie zależy od prędko-ści ślizgania.

11.Podać podstawowe założenia do adhezyjnej teorii tarcia, sformułowanej w Oxfordzie w latach 50-tych /Bowden,Tabor/

• Teoria tworzenia i niszczenia szczepień; opory tarcia są sumą oporów ścinania nierówności szczepionych i przepychania odkształconego materiału

T = S _pl + S_w p_w

• wartość współczynnika tarcia oraz charakter uszkodzeń powierzchniowych, powstałych przy tarciu ślizgowym są określone głównie względnymi wartościami własności fizycznych trących się powierzchni ciał stałych. Charakter współoddziaływania trących powierzchni zależy od wartości stosunku ich twardości, a przy dużych wartościach pracy tarcia również od temperatury obszarów styku (będącej funkcją obciążenia i twardości materiału) oraz od temperatury topnienia trących materiałów.

12.W jaki sposób w mechanice obliczane są opory toczenia zwane „tarciem tocznym”

• Tarcie toczne (nazywane również oporem toczenia) - opór ruchu występujący przy toczeniu jednego ciała po drugim.

Z czego wynika:

gdzie:

• - siła tarcia tocznego,

• f - współczynnik tarcia tocznego, jednostką jego jest metr,

• R - promień toczonego walca,

• N - siła nacisku ciała na podłoże.

13.Narysować typowy wykres tarcia statycznego z przejściem do tarcia kinetycznego.

14. Jak nazywa się jednostka zużycia zarekomendowana przez OECD w 2005 roku ?

15. Wymienić mechanizmy dominujące w zużyciu ściernym zwanym także abrazyjnym?

• bruzdowanie i mikroskrawanie

Abrazja – proces zużycia ściernego związany z ubytkiem powieżhniowym elementuw maszyn lub użądzeń wskutek oddziaływania na niego luźnyh lub umocowanyh zaruwno suhyh jak i wilgotnyh ziarn mineralnyh.

Ma to miejsce podczas: kruszenia, mielenia, kopania, pżesypywania, pżesiewania oraz pżemieszczania i transportu materiałuw ziarnistyh.

16 . Zdefiniować współczynnik zużycia podany przez Archrada w 1953 roku.

17. Wymienić czynniki wpływające na intensywność zużycia erozyjnego.

• Energia kinetyczna strumienia (ziaren w strumieniu),

• Kształt ziaren (ostre, obłe)

• Materiał i wielkość ziaren (zwłaszcza twardość)

• Kąt uderzenia

• Właściwości sprężysto plastyczne powierzchni atakowanej,

• Mały kąt – dochodzi do skrawania przy materiałach sprężysto plastycznych

18. Opisać i zilustrować mechanizm kawitacji. Jakie elementy maszyn i instalacji są narażone na kawitację ?

Kawitacja jest zjawiskiem polegającym na gwałtownej przemianie fazowej z fazy ciekłej w fazę gazową pod wpływem zmniejszenia ciśnienia. Jeżeli ciecz gwałtownie przyśpiesza zgodnie z zasadą zachowania energii, ciśnienie statyczne cieczy musi zmaleć. Dzieje się tak np. w wąskim otworze przelotowym zaworu albo na powierzchni śruby napędowej statku.

19. Opisać i zilustrować mechanizm zużycia typu fretting..Gdzie występuje ten typ zużycia?

Fretting – proces niszczenia warstwy wierzchniej.

Proces polega na powstawaniu miejscowych ubytków materiału w elementach maszyn poddanych działaniu drgań lub niewielkich poślizgów powstających w wyniku realizacji przez te elementy ruchu obrotowo- lub postępowo-zwrotnego lub ich przemieszczania się pod wpływem cyklicznych obciążeń oraz intensywnego korozyjnego oddziaływania środowiska.

Przykładem frettingu jest zdzieranie powierzchni nitu łączącego dwa współpracujące elementy. Jego warstwa wierzchnia ulega uszkodzeniu poprzez powstałe drgania. Uszkodzony materiał jest następnie atakowany przez korozję co zmniejsza jego wytrzymałość i doprowadza do zwiększania uszkodzenia.

20. Opisać i zilustrować zużycie typu pitting oraz podać typowe elementy maszyn narażone na pitting.

Zużycie wykruszające (pitting) występuje w smarowanym styku, a jego przyczyną jest głównie zmęczenie warstwy wierzchniej. W zespołach maszynowych pitting występuje w układach, które są bezpośrednio w kontakcie z substancją smarującą ( łożyskach tocznych, przekładniach zębatych, napędach krzywkowych). Uszkodzenie warstwy wierzchniej powoduje powstanie wyrwy, do której dostaje się substancja smarująca. Wyrwa wypełniona smarem zostaje poddana działaniu siły (np. dociśnięcie wyrwy w bieżni kulką w łożysku tocznym) co powoduje zwiększeniu ciśnienia i powiększaniu się uszkodzenia.

Proces zużycia wykruszającego składa się z 3 faz:

• tworzenie się mikroszczelin pod wpływem zmęczenia

• rozklinowanie mikroszczelin pod wpływem wtłaczania smaru podczas przetaczania elementów po sobie

• wyrywanie cząstek materiału z warstwy wierzchniej

21.Podać definicje tarcia granicznego.

• Tarcie graniczne występuje wtedy, gdy powierzchnie trące są pokryte środkami smarnymi zawierającymi substancje powierzchniowo czynne, które tworzą na powierzchniach elementów warstwy graniczne wyjątkowo odporne na duże naciski i trwale z nimi połączone. Zapobiega to powstawaniu tarcia suchego nawet przy nieciągłym dopływie środka smarnego.

22.Kiedy najczęściej mamy do czynienia z tarciem mieszanym?

• Tarciem mieszanym nazywamy sumę zjawisk wszystkich lub co najmniej dwóch rodzajów tarcia. Występuje ono wówczas, gdy część obszarów tarcia styka się ze sobą bezpośrednio (tarcie suche), a część jest rozdzielona warstwą graniczną (tarcie graniczne)

Najpowszechniej spotykanym rodzajem tarcia w maszynach jest tarcie mieszane. Występuje ono na ogół przy małych prędkościach ruchu i dużych naciskach jednostkowych, np. przy uruchomianiu i zatrzymywaniu maszyny. Wtedy olej nie rozdziela całkowicie obszarów powierzchni tarcia współpracujących elementów maszyny. Część obciążenia normalnego jest przenoszona przez mikroobszary bezpośredniego styku trących ciał, a pozostała część obciążenia przez zespół mikroklinów cieczy smarującej, wypełniającej wgłębienia i nierówności.

23.Opisać mechanizm zużycia adhezyjnego.

• Zużycie adhezyjne zachodzi najczęściej przy małych prędkościach i dużych naciskach – w warunkach niedostatecznego smarowania lub jego braku. Występy , nierówności powierzchni są wówczas sczepiane, a następnie ścinane. Podczas współpracy materiałów o różnej wytrzymałości zużycie jest niewielkie. Podczas współpracy materiałów o podobnej wytrzymałości występuje głębokie wyrywanie i przywarte do trących się powierzchni wyrwane cząstki metalu bruzdują je – co jest niedopuszczalne w eksploatacji maszyn. Zużycie adhezyjne występuje w wolnobieżnych łożyskach ślizgowych, a czasami w przekładniach ślimakowych – zwłaszcza gdy wymienione węzły maszyn są niedostatecznie smarowane, a materiały współpracujących części są źle dobrane.

24.Wymienić czynniki mające wpływ na wartość współczynnika tarcia metali .

• Rodzaj pary trącej

• Rodzaj występującego typu tarcia,

• Zastosowanych środków smarnych,

25 Jaka jest różnica pomiędzy smarowaniem hydrodynamicznym i smarowaniem hybrydowym?

Smarowanie hydrodynamiczne występuje gdy wytworzenie ciśnienia środka smarnego (w celu unoszenia i rozdzielania trących po sobie ciał stałych) (np. czop i panewka) następuje w wyniku ruchu względnego trących powierzchni oraz lepkości środka smarnego.

Smarowanie chybrydowe

26 Podać definicję smarowania elestohydrodynamicznego.

27.Co określa krytyczna wartość liczby Herse'ya ?

• określa

28.Z jakich dwóch podstawowych składników otrzymuje się smary plastyczne?

29.Jaki związek chemiczny jest powszechnie stosowany jako syntetyczny olej bazowy do wytwarzania olejów silnikowych?

30.Co to jest smarność?

31 Dlaczego tarcie w skali nanoskopowej nie podlega wzorowi Amontonsa?

32 Jakie są różnice w tarciu obserwowanym w skali makro i skali nano?

33. Jakich form zużycia można się spodziewać podczas transportu szlamów (cząstki stałe w cieczy np. wodzie)?

35. W jakim celu stosowane są powłoki nanoszone metodami PVD i CVD na powierzchnie elementów konstrukcyjnych?

36. Co to jest adhezja i jak można ją wyznaczyć dla układu powłoka-podłoże?

37. W jaki sposób można zwiększyć adhezję powłoki do podłoża.

38. Scharakteryzować proces tarcia podczas współpracy pary kompozyt polimerowy (polimer)/stal

39. Opisać proces tworzenia filmu polimerowego podczas tarcia tworzyw polimerowych ze stalą.

40. Wyjaśnić dlaczego w badaniach tribologicznych cienkich twardych powłok najczęściej stosowany jest styk skoncentrowany typu kula/płaszczyzna.

41. Co to jest charakterystyka tribologiczna materiału ?