Институт металлургии, машиностроения и транспорта,
кафедра "Машиноведение и основы конструирования"
Учебная работа | Учебный план
Учебный план cпециальность “Триботехника”
Физико-химические процессы при трении и изнашивании (136 час.)
Строение, структура и свойства материалов трущихся тел и их поверхностных слоев. Анизотропия свойств и микродефекты поверхностного слоя. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение. Жидкости и особенности их строения. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Смачивание и капиллярные явления. Дисперсные и коллоидные системы. Воздушная среда, ее состав и свойства. Явления переноса в газах, жидкостях и твердых телах. Взаимодействие трущихся тел между собой и с внешней средой. Напряженное состояние тел, деталей, узлов трения. Роль дефектов поверхности на распределение напряжений в материале. Адгезия и когезия. Сорбционные явления, физическая и химическая адсорбции. Влияние эффекта Ребиндера и внутренних трещин на свойства поверхностных слоев трущихся тел. Влияние адсорбционных и оксидных слоев на трение твердых тел. Коррозионные процессы при трении. Природа теплообразования, акустических, электрических, электромагнитных и других явлений при трении. Методы исследования состояния поверхностных слоев.
Неорганическая химия (102 час.)
Основные законы химии. Периодический закон. Строение атомов и молекул. Химическая связь: ковалентная связь. Метод валентных связей. Гибридизация. Метод молекулярных орбиталей. Ионная связь. Химическая связь в комплексных соединениях. Строение вещества в конденсированном состоянии. Вода. Растворы: способы выражения концентраций; идеальные и неидеальные растворы; растворы электролитов; равновесия в растворах. Окислительно-восстановительные и электрохимические процессы. Электролитическое равновесие. Гидролиз солей. скорость химических и электрохимических реакций. Химия групп периодической системы.
Коллоидная химия (68 час.)
Коллоиды и коллоидная система. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем. Общие свойства поверхностных слоев. Ионная и ионообменная адсорбция. Понятие о хроматографическом анализе. Электрокинетические явления: электроосмос и электрофорез; строение мицелл золей; явление коагуляции. Растворы высокомолекулярных соединений. Явление набухания и вязкость высокомолекулярных соединений. Высаживание и застудневание. Эмульсии и пены. Пенистость, дисперсность, устойчивость и скорость утончения пленок.
Органическая химия (68 час.)
Классификация. Строение и номенклатура органических соединений. Классификация органических реакций. Свойства основных классов органических соединений: алканы, циклоалканы, алкены, алкины, алкадиены, ароматические соединения, галогенпроизводные углеводородов, спирты, фенолы, эфиры, тиоспирты, тиофенолы, тиоэфиры, нитросоединения, амины, альдегиды и кетоны, хиноны, карбоновые кислоты, гетероциклические соединения. Основные методы синтеза органических соединений.
Физическая химия (102 час.)
Основы химической термодинамики; начала термодинамики; термодинамические функции; химический потенциал и общие условия равновесия систем; термодинамические свойства газов и газовых смесей; фазовые равновесия и свойства растворов; равновесия в однокомпонентных системах; термодинамические свойства растворов; равновесия в двухфазных двухкомпонентных системах; равновесия в трехкомпонентных системах; химическое равновесие; термодинамическая теория химического сродства; равновесия в растворах электролитов; термодинамическая теория Э.Д.С. Химическая кинетика: формальная кинетика, теория химической кинетики, кинетика сложных гомогенных, фотохимических, цепных и гетерогенных реакций. Катализ: гомогенный и ферментативный катализ; адсорбция, десорбция и гетерогенный катализ; коррозия и ее разновидности; основы радиационной химии.
Механика деформирования и контактирования твердых тел (272 час.)
Модели сплошных сред. Основные положения теории прочности и механики разрушения. Элементы физики прочности. Упругая и пластическая деформации; дислокации; упругость, пластичность, ползучесть, вязко упругость. Реологические модели. Хрупкое и пластическое разрушение; разрушение при ползучести. Теории прочности. Основные уравнения деформируемого тела; теории деформаций и напряжений; уравнения равновесия; вариационные соотношения; общая система уравнений; вариационные принципы; упругое деформирование тел. Введение в теорию контактного взаимодействия упругих тел; теория Герца; модель Винклера в контактных задачах; термоупругий контакт; динамические задачи теории упругости; волны в упругой среде. Нелинейные проблемы механики твердого деформированного тела; классификация нелинейных задач; условия начала пластичности и текучести; термодинамическое состояние элемента тела; математические модели ползучести; кривые ползучести; зависимость напряжений от температуры; кинетические уравнения ползучести; релаксация напряжений; ползучесть при одномерном и сложном напряженном состоянии. Общие методы решения нелинейных задач: метод шагов по параметру нагружения; метод переменных параметров упругости; вариационные методы; численные методы; применение метода конечных элементов к решению задач упругости и пластичности. Нелинейные проблемы контактного взаимодействия: нормальный контакт неупругих тел; основные уравнения и их преобразования; линии скольжения; ползучесть в зонах контакта; скользящий контакт жестких идеально пластических тел; контакт упругих тел при качении; неподвижный контакт шероховатых тел; контактное взаимодействие тел при скольжении. Контактирование твердых тел с учетом изнашивания. Теория предельного состояния и математические модели механики разрушения; силы сопротивления раскрытию трещины; пластическое состояние вблизи трещины; длительное разрушение при высоких температурах; усталостное разрушение.
Колебания и устойчивость (136 час.)
Колебания линейных систем с одной степенью свободы: малые свободные колебания консервативных систем; вынужденные установившиеся и неустановившиеся колебания одномассовых консервативных систем и с учетом сил сопротивления; параметрические колебания. Основы теории нелинейных колебаний: аналитические, численные и приближенные методы исследования нелинейных колебаний; устойчивость нелинейных колебаний; автоколебания; методы исследования автоколебательных систем (метод возмущений, Вандер-Поля, оптимальной линеаризации). Теория колебаний линейных систем с конечным числом степеней свободы; метод главных координат; приближенные методы определения собственных частот; методы динамических податливостей и жесткостей; вынужденные неустановившиеся и установившиеся колебания; резонансные режимы колебаний; демпфирование колебаний. Введение в теорию нелинейных колебаний систем с конечным числом степеней свободы. Колебания систем с распределенными параметрами: свободные и вынужденные малые колебания стержневых систем; нелинейные колебания стержней. Основные понятия теории устойчивости движения; методы проверки на устойчивость линейных и нелинейных систем; критерии устойчивости.
Технология конструкционных материалов (136 час.)
Технологический цикл, его стадии и характеристика. Традиционные технологические процессы и операции: литейные и деформационные, термическая обработка. Процессы формирования разъемных, неразъемных соединений. Процессы сборки. Существо и назначение новых обрабатывающих и формообразующих процессов: различные процессы сварки и формообразования; электро и гидроимпульсные процессы, процессы спекания, процессы высокоскоростной кристаллизации, газофазные и плазменные процессы, электроэрозионная обработка, пиролитические процессы, процессы получения и обработки гибридных металло-неметаллических материалов.
Основы теории трения 1 (136 час.)
Формирование поверхности твердых тел в процессе изготовления и эксплуатации; профильные и топографические характеристики микрогеометрии. Понятие о фрикционном контакте: номинальная, контурная и фактическая площади контакта; упругая, упругопластическая и пластическая деформация микровыступов; деформация контакта и объем межконтактного пространства; расчет характеристик контакта. Виды трения: трение покоя и трение движения, трение скольжения, трение качения, трение верчения, сухое, граничное жидкое трение. Предварительное смещение. Теории трения; формирование сил трения; коэффициент трения. Фрикционные связи и условия их существования. Динамические, тепловые поля разной природы. Отжатие поверхностей трения при скольжении. Преобразование работы трения в теплоту; диссипация энергии; задача теплопроводности при трении; температурные поля в элементах пар трения; распределение тепловых потоков между трущимися деталями; температурная вспышка; гипотеза суммирования температур; специфика расчета температур на поверхностях трения при наличии поверхностных пленок (покрытий); эффективная глубина проникновения тепловых потоков на микро и макроконтакте при трении; влияние температуры и температурного градиента на трение. Особенности трения металлов, композитов, слоистых твердях тел и др. Теория трения качения.
Основы теории изнашивания 2 (136 час.)
Классификация видов изнашивания. Модели разрушения упругого, жесткопластического и хрупкого тел; резание; усталостная природа изнашивания; модель усталостного разрушения поверхности при трении; основные уравнения изнашивания; термодинамика изнашивания; влияние окружающей среды на свойства поверхностных слоев материалов и их разрушение при трении. Влияние вторичных структур, остаточных напряжений, продуктов износа, влияние силовых, тепловых, электрических и магнитных полей на процесс изнашивания. Кинетика изнашивания; самоорганизующие процессы в зоне фрикционного контакта изнашивание при приработке установившемся режиме; вероятностный характер изнашивания. Характеристики основных видов изнашивания (абразивное, гидро и газоабразивное, гидро и газо-эрозионное, усталостное, кавитационное, изнашивание при схватывании, изнашивание при ударных воздействиях, коррозионно-механическое, фреттингкоррозия, электроэрозия, водородный износ и др.). Предельный и допустимый износ, прогнозирование формоизменения деталей и узлов трения при изнашивании. Векторная интерпретация изнашиваемого объема материала. Влияние износа на кинематические и динамические характеристики машин. Постановка и методы решения контактноизносных, температурно-контактноизносных задач. Расчет изнашивания методами математического эксперимента. Ресурс узлов трения. Экологические оценки влияния продуктов изнашивания на здоровье человека. Конструкторские, материаловедческие, технологические и эксплуатационные методы повышения износостойкости.
Основы теории смазки и смазочные материалы (136 час.)
Виды смазки. Диаграмма Герси-Штрибека. Гидродинамическая смазка; уравнение Рейнольца; образование и несущая способность масляного клина. Постановка и методы решения задачи гидродинамической смазки подшипников скольжения. Эластодинамическая смазка; гидростатическая смазка; граничная смазка, области их существования. Образование и разрушение граничного слоя; избирательный перенос; смешанная смазка. Газовая смазка и ее особенности. Виды смазочных материалов (жидкий, твердый, пластичный и газообразный). Базовые масла и присадки; виды присадок и их действие. Смазочные материалы для конкретного оборудования (моторные, трансмиссионные, индустриальные, авиационные, компрессорные и другие). Основные характеристики смазочных материалов и методы их определения. Методы смазывания (одноразовая, ресурсная, погружением, циркуляционная, капельная, ротопринтная и другие). Конкретные примеры смазки узлов трения и подбора смазочных материалов. Экологические оценки влияния смазочных материалов на окружающую среду.
Методы моделирования процессов в трибосистемах (136 час.)
Физические, математические, аналоговые, имитационные и другие методы моделирования. Теория подобия виды моделирования при изучении трения и изнашивания; теоремы подобия; обобщенные переменные и критерии подобия. Решение триботехнических задач с применением критериев подобия для анализа результатов и свертки информации. Методы составления уравнений подобия, описывающих процесс трения и изнашивания. Методы составления иерархических моделей получения замкнутого математического описания и система ограничений; методы определения масштабных коэффициентов для перехода от модели к натуре. Теория планирования многофакторного эксперимента. Численные методы моделирования напряженно-деформированного состояния контактирующих тел, тепловых и динамических процессов в узлах трения машин и агрегатов.
Триботехническое материаловедение и триботехнология (119 час.)
Основы триботехнического материаловедения. Металлы и другие материалы в узлах трения. Антифрикционные материалы. Методика подбора материалов пар трения, их совместимость; теория и практика расчетов основных технологических параметров получения и обработки (переработки) новых материалов, параметров технологической оснастки. Управление структурой и характеристиками антифрикционных и фрикционных материалов; влияние качества обработки сопрягающихся поверхностей и точности их взаимного расположения на износостойкость узлов трения. Шероховатость поверхности; твердость поверхности; термическая обработка поверхностей трения: закалка, отпуск, нормализация; объемная и поверхностная термообработка; влияние структуры поверхностного слоя материала на износостойкость. Химико-термическая обработка рабочих поверхностей трения: цементация, азотирование, борирование, алитирование и т.п. Гальванические покрытия поверхностей; металлизация напылением; графитирование; покрытие дисульфидом молибдена; наплавка поверхностей трения: электродуговая, газовая, газопламенная, индукционная, под флюсом, в среде газа и т.п.; алмазное выглаживание; финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО) поверхностей стальных и чугунных деталей; механический наклеп; электроискровое и электродуговое упрочнение поверхностей; обработка поверхностей трения лучом лазера. Экологические показатели процессов изготовления и эксплуатации материалов узлов трения.
Машины для триботехнических испытаний (221 час.)
Объекты испытаний; основные принципы построения испытательного триботехнического оборудования. Типовые машины трения и требования к образцам. Стенды для испытаний натурных конструкций. Измерительные системы машин. Оценка погрешностей испытаний.
Методы испытаний на трение и износ (102 час.)
Цели и задачи испытаний пар и узлов трения. Структура испытаний: лабораторные, стендовые, полигонные, эксплуатационные и другие виды испытаний. Рациональный цикл последовательных испытаний. Использование методов физического эксперимента и планирования эксперимента для задания режимов испытаний и обработки их результатов. Испытания на трение и изнашивание в условиях эксплуатации. Меры обеспечения безопасности персонала при испытаниях.
Динамика машин с узлами трения (85 час.)
Динамическая модель машины с фрикционными узлами; обобщенная динамическая модель фрикционного узла; эквивалентные системы машин; методы упрощения динамических моделей до уровня минимальной сложности; фазочастотная идентификация математических моделей динамических систем. Численное моделирование динамических процессов в машинах с узлами трения; моделирование теплодинамических процессов в динамических системах с узлами трения типа фрикционных муфт и тормозов. Устойчивость динамических систем с трением; критерии устойчивости. Квазигармонические фрикционные автоколебания; динамика перехода от сил трения покоя к скольжению; релаксационные автоколебания; вынужденные колебания динамических систем с фрикционными элементами. Особенности введения различного вида фрикционных демпфирующих элементов в динамические системы для снижения в них колебаний. Влияние вибрации на силы трения и на работу узлов трения. Динамика самотормозящих систем.
Основы проектирования и расчета узлов трения (238 час.)
Формулировка задания на проектирование машин; компоновка; нагрузочные, скоростные, тепловые и другие условия работы узла трения; специфические условия (агрессивность среды, вакуум, магнитные поля и др.); патентный анализ конструкций узлов трения; конструктивные, технологические и эксплуатационные требования, обеспечивающие высокое качество их функционирования и долговечность. Методики расчета ресурса типовых узлов трения: зубчатых передач, цепных передач, ременных передач, фрикционных передач, передач винтгайка, опор скольжения и качения, сцепных фрикционных муфт и тормозов, шариковых и роликовых подшипников и др. Расчет износа с учетом изменения условий нагружения поверхностей трения в процессе изнашивания. Проектирование систем смазывания. Методы расчета экономической целесообразности использования узлов трения с учетом экологических требований и требований безопасности.
Дисциплины по выбору студента, устанавливаемые вузом (164 час.)
Институт металлургии, машиностроения и транспорта,
кафедра "Машиноведение и основы конструирования". Наши адреса:
(1): 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29. Главный учебный корпус, а. 327 (3 этаж), тел. +7(812)552-64-29;
(2): 195197, Санкт-Петербург, Полюстровский пр. 14. Главный корпус, а. 147 (1 этаж), тел. +7(812)540-58-37 (доб.266);
(3): 195197, Санкт-Петербург, ул. Жукова, д. 17. Второй корпус, а. 46 (4 этаж), тел. +7(812)540-89-12.
