Issn молодой учёныйМеждународный научный журналВыходит два раза в месяц 10 (114) Редакционная коллегия bГлавный редактор
 Скачать 5.47 Mb.
|
|
233 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May отдельно выделить их долю из общих потерь на трение в КШМ, особенно на работающем двигателе. Наличие нормальной силы (N) у поршневых ДВС с классической схемой КШМ (один кривошип на один поршень) обусловлено кинематикой и динамикой данного механизма. Действие нормальной силы с классической системой КШМ при повороте коленчатого вала на о показано на рисунке Рис Действие нормальной силы с классической системой кривошипно-шатунного механизма tg Р рез где N — нормальная сила, кН; β — угол, град. Попытки снизить влияние нормальной силы на трение уравновешиванием решают эту задачу частично. На наш взгляд, наиболее эффективным решением этой проблемы является применение схемы КШМ с двумя кривошипами на один поршень (двухвальный двигатель) рис. Рис Схема действия сил с двухвальной системой кривошипно-шатунного механизма При такой схеме пр » лев (нормальные силы от правого и левого кривошипов будут равны по величине, при равных массах поступательно движущихся частей) и направлены в противоположные стороны. Поршень будет перемещаться, не прижимаясь к стенке цилиндра, будет исключена перекладка поршня в мертвых точках. Действие нормальной силы в двухвальном двигателе показано на рисунке В связи с этим можно укоротить поршень (отпадает необходимость в направляющей части. Особенно это важно для дизельных двигателей, у которых масса поршня значительна из-за высоких силовых нагрузок. Эффективность работы двухвального двигателя подтверждена разработкой двух немецких автолюбителей [3]. По их наблюдениям, двухвальный двигатель сможет спокойно работать на скоростных режимах более 10000 об/мин. Рис. 4. Действие нормальной силы с двухвальной системой кривошипно-шатунного механизма Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г. С учетом изложенного можно сделать следующие выводы. Двухвальный ДВС исключает прижатие поршня к стенке цилиндров и перекладку его в мертвых точках. Поршень перемещается в цилиндре не прикасаясь к стенкам. За счет снижения силы трения, увеличивается механический и эффективный КПД и улучшается топливная экономичность двигателя. Двухвальный поршневой ДВС обеспечивает спокойную работу двигателя на скоростных режимах от 10 до 15 тыс. об/мин. Литература: 1. Рикардо, ГР. Быстроходные двигатели внутреннего сгорания. — М Машгиз, 1960. — 411 с. Качканьян, Р. А. Автореферат на тему Исследование механических потерь в тракторных двигателях с газотурбинным наддувом. — Челябинск, 1970. 3. Фомин, В. Н, Кокорев И. А. Исследование трения легкого двигателя. Тр. НАТИ. — 1931. — Вып. 15. 4. Такигути, М, Матида К, Фурухама С. Сила трения поршня о стенку цилиндра высокооборотного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания//Проблемы трения и смазки. —1988. —№ Причины и следствия неравномерного износа тормозных колодок автомобиля Клищенко Фрол Юрьевич, студент; Полуэктов Михаил Владимирович, кандидат технических наук, доцент Волгоградский государственный технический университет В статье рассматриваются возможные причины и следствия неравномерности износа внутренней и внешней тормозных колодок, одного тормозного механизма. Ключевые слова неравномерный износ, тормозные колодки, дисковые тормозные механизмы. П ри проведении технического обслуживания и проверки состояния тормозной системы зачастую наблюдается явление неравномерного износа тормозных колодок одного тормозного механизма. Как показывает статистика, внутренняя тормозная колодка в ряде случаев изнашивается значительно быстрее внешней. Поскольку тормозная система является наиболее сильно влияющей на безопасность движения автомобиля, исследования, связанные с совершенствованием её эксплуатации, в частности, исследование причини следствий неравномерного износа является актуальным. В тех случаях, когда усилия, передаваемые на колодки, имеют одинаковые значения в каждый момент времени, причиной неравномерного износа являются внешние факторы, в частности, попадание пыли и песка в зазор пары трения. Частицы загрязнений создают условия для абразивного изнашивания, интенсивность которого может быть очень высокой. В случае, когда усилие передаётся колодкам неравномерно, необходима дальнейшая диагностика узла. Как правило, причина неравномерности заключается в засорении направляющих, по которым перемещаются колодки. Как следствие необходима их чистка с заменой уплотнительных пылезащитных манжет и обновление смазки. В ряде случаев, когда на направляющих присутствуют следы коррозии, направляющие требуется заменить. При этом в соответствии с технологическими требованиями необходимо менять и тормозные колодки вместе с тормозными дисками. Неравномерный износ может быть также вызван разбуханием уплотнительных манжет тормозных цилиндров или попаданием загрязнений в их рабочую область, что требует проведения работ по очистке, замене тормозной жидкости или тормозных цилиндров в сборе. В ходе проведенного анализа были рассмотрены возможные последствия неравномерного износа тормозных колодок. Во-первых, при более быстром истирании одной колодки, вторая ещё не вырабатывает свой ресурса замену требуется производить комплектом, что является нерациональным с экономической точки зрения. Второй сложностью является то, что контролировать остаточную толщину внутренней колодки менее удобно внешней. Следовательно, имеется риск несвоевременного обнаружения выработки ресурса колодки, что приведёт к трению металлической части колодки о тормозной диск. И, соответственно, снижению эффективности торможения, а также выводу из строя диска, замена которого поза- тратам обходится существенно дороже замены тормозных колодок. С точки зрения эксплуатации автомобиля, при неравномерном износе происходит неравное распределения усилий на тормозные колодки, следовательно, эффективность торможения снижается, требуется большее усилие нажатия на педаль тормоза для обеспечения тех же значений показателей торможения, как на исправном автомобиле. Такая работа, особенно на больших скоростях может увеличить тормозной путь, что повышает вероятность аварийных ситуаций. В теории автомобиля для оценки тормозных свойств используется ряд показателей максимальное замедление, тормозной путь, время срабатывания тормозных механизмов, диапазон и алгоритм изменения тормозных усилий. Эти показатели определяются конструкцией систем и механизмов автомобиля и сильно зависят от состояния элементов этих систем. При подсчёте тормозного пути учитывается, что после нажатия на педаль тормоза автомобиль начнёт замедляться не моментально, а через некоторое время. Для автомобилей с гидроприводом тормозов это время составляет с. Ещё некоторое время (0,36–0,54 с) понадобится для нарастания тормозного усилия от нуля до максимума. Предположим, что из-за закисания направляющей тормозного суппорта время срабатывания тормозной системы увеличилось нас и время нарастания усилия увеличилось нас. Если перевести на расстояние, которое проходит автомобиль за 0,4 сна скорости 100 км/ч, получим около 11 метров. Следовательно, тормозной путь данного автомобиля со скорости 100 км/ч до 0 км/ч увеличится на 11 метров. В тяжёлой дорожной ситуации это может оказаться критичным зна- чением. Также необходимо затронуть вопрос распределения сил на тормозной диски сопутствующие элементы. При резких торможениях в тормозной системе возникают довольно значительные усилия. Если усилия на внутренней и внешней тормозных колодках равны (F1=F2 на рисунке 1), то тормозной диск работает в зоне контакта с колодками на сжатие. При неравномерности усилий сила F1, действующая на диск со стороны внутренней колодки, становится большей, чем F2. Помимо более быстрого изнашивания внутренней колодки, возникает повышенное изгибающее напряжение в сечении A-A. В процессе торможения точка приложения силы F1 изменяется, а после торможения F1=0. Воздействие переменных усилий может спровоцировать деформацию диска. Однако для оценки вероятности данного исхода необходимо проведение дополнительного исследования. Указанные воздействия будут также восприниматься ступичным подшипником, что негативно скажется на его сроке службы. Со временем подшипник выходит из строя из-за образования зазора в сопрягаемых элементах выше допустимого и требует замены. Своевременная проверка и диагностика тормозной системы, в частности, проверка равномерности износа тормозных колодок, поможет избежать преждевременной замены комплекта тормозных колодок; Рис. 1. Схема тормозного диска с усилиями, возникающими при неравномерном распределении тормозных усилий Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г тормозного диска, по причине изнашивания его внутренней части или нарушении геометрии ступичного подшипника из-за возникновения повышенных люфтов вследствие дополнительных воздействующих усилий. Однако применительно к тормозной системе экономические вопросы имеют не столь высокое значение, как надёжность. Надёжная работа элементов тормозных механизмов обеспечивает высокий уровень активной безопасности транспортных средств. Литература: 1. Радченко, МГ. Методы и средства испытаний на долговечность элементов автоматизированных тормозных систем / МГ. Радченко, МВ. Полуэктов, А. А. Ревин // Сборник научных трудов SWorld: матер. междунар. науч. — практ. конф. Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании Вып. 4, т. 2. — C. 56–58. 2. Ревин, А. А. Экспресс-оценка долговечности тормозных накладок по результатам подконтрольной эксплуатации автотранспортных средств монография / А. А. Ревин, СВ. Тюрин, МВ. Полуэктов; ВолгГТУ. — Москва Инновационное машиностроение, 2015. — 148 с. Радченко, МГ. Особенности ресурсных испытаний элементов гидравлического тормозного привода автомобилей с АБС / МГ. Радченко, МВ. Полуэктов, А. А. Ревин // Автомобильный транспорт сб. науч. тр. / Харьковский нац. автомобильно-дорожный унт. — 2011. — Вып. 29. — C. 90–93. 4. Ревин, А. А. АБС и ресурс элементов тормозной системы / А. А. Ревин, МВ. Полуэктов, МГ. Радченко // Автомобильная промышленность. — 2009. — № 10. — C. 39–40. 5. Влияние рабочего процесса АБС на долговечность элементов шасси автомобиля монография / А. А. Ревин, МВ. Полуэктов, МГ. Радченко, Р. В. Заболотный; под ред. А. А. Ревина. — М Машиностроение, 2013. — 222 с. Н. Н. Вишняков, В. К. Вахламов, АН. Нарбут Автомобиль. Основы конструкции Москва, Машиностроение г. Обзор методов нанесения кремниевых покрытий Клюева Виктория Андреевна, студент Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Благодаря своим свойствам кремний находит применение в различных областях наука, промышленности и медицины. В настоящее момент разработаны физические (молекулярно-лучевую эпитаксию, магнетронное распыление, вакуумное дуговое испарение, ионно-лучевое распыление и импульсное лазерное осаждение покрытий) и химические (газовая эпитаксия, плазмохимическое осаждение, жидкофазная эпитаксия, сублимационное осаждение кремниевых покрытий, золь-гель) методы. В данной работе рассмотрены особенности и параметры различных способов нанесения покрытий, свойства получаемых пленок и сферы их применения. Ключевые слова кремниевые покрытия (silicon coatings), газовая эпитаксия (vapor phase epitaxy), жидкофазная эпитаксия (liquid phase epitaxy), золь-гель метод (sol-gel method), плазмохимическое осаждение (plasma-chemical deposition), молекулярно-лучевая эпитаксия (molecular beam epitaxy), сублимационная мо- лекулярно-лучевая эпитаксия (subliminal molecular beam epitaxy), магнетронное распыление (magnetron sput- tering), вакуумное дуговое испарение (vacuum arc evaporation), ионно-лучевое распыление (ion beam sput- tering), импульсное лазерное осаждение (pulsed laser Кремний является одним из самых распространенных материалов в природе. Содержание этого неметалла в земной коре составляет 27,6%. При нагревании он становится очень реакционноспособным и взаимодействует с галогенами, кислородом, серой, металлами, кислотами и щелочами. Кремний может иметь аморфную, алмазоподобную, моно- и поликристаллическую структуру. Широкая распространенность и простота получения и очистки кремния, а также его электрофизические, теплофизические и химические свойства предоставляют возможность активно использовать покрытия на основе кремния в многочисленных областях промышленности, науки, техники, медицины. В настоящее время тонкие пленки, состоящие из аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si: H) или из наночастиц кремния (nc-Si), рассматриваются как весьма перспективные элементы солнечных батарей на монокристаллическом кремнии (c-Si), способные повысить эффективность их преобразования. Материалы на основе пористого диоксида кремния используются в светодиодах, фотодетекторах, катодах вакуумной микроэлектроники, биологических имплантатах, в датчиках газов, мембранах. Диоксид кремния имеет большие перспективы для создания датчиков влажности, газовых, химических и биологических сенсоров, а также для других применений. Тонкие пленки нитрида кремния чаще всего являются изолирующим слоем в кремниевой электронике. Также нитрид кремния часто используют как изолятор и химический барьер при производстве интегральных микросхем и обеспечивают защиту от коррозии во влагосодержащих средах [1]. Нитрид кремния является более устойчивыми к воздействию окружающей среды, что делает их перспективными для изготовления так называемых бескорпусных транзисторов и транзисторов, запрессованных в пласт- массу. В области износостойких покрытий перспективен карбид и кремния (SiC) и композиционные материалы на их основе, позволяющие получать высокие удельные прочность и жесткость, жаропрочность, изностойкость, высокие теплопроводность и теплозащитные свойства, радиационная прочность. Представляют большой интерес нанокомпозитные покрытия Ti–Si–N, Ti–Al– Si–N, Ti–Al–V–Si–N и Zr–Si–N, характеризующихся высокой износостойкостью, твердостью, окислительной стойкостью, термической стабильностью и низких коэффициентом трения. Также карбид кремния используют в качестве радиационностойкого покрытия на элементы ядерных реакторов. Разработаны и успешно применяются различные технологии нанесения покрытий на основе кремния. Методы получения кремниевых пленок разделяются на химические и физические. Химические методы включают в себя такие методы, как осаждение из газовой фазы (газовая эпитаксия, плазмохимическое осаждение, из жидкой фазы (жидкофазная эпитаксия, сублимационное осаждение кремниевых покрытий, золь-гель метод. Физические методы подразделяются на молекулярно-лучевую эпитаксию, магнетронное распыление, вакуумное дуговое испарение, ионно-лучевое распыление и импульсное лазерное осаждение покрытий. Целью данной работы является обзор существующих методов получения кремниевых покрытий для определения возможностей применения каждого из методов и формирование общего взгляда на проблемы cоздания тонких плёнок кремния и путей их решения. Химические методы осаждения покрытий В данную группу объединяют газовую эпитаксию, жидкофазную эпитаксию, золь-гель метод, плазмохимическое осаждение из газовой фазы. Газовая эпитаксия Суть газофазной эпитаксии заключается в выращивании кремния на образцах из газовой фазы в кварцевом реакторе. Процесс проводится при атмосферном или пониженном давлении при пропускании потока парогазовой смеси через реактор на подложках, нагретых от 400 до 1200 С. Для выращивания кремния используются четыре кремнийсодержащих реагента тетрахлорид кремния SiCl 4 , трихлорсилан SiHCl 3 , дихлорсилан SiH 2 Cl 2 и силан SiH 4 . Свойства получаемых пленок можно регулировать при изменении характеристик процесса процентное содержания примесей в газах, скорости процесса, давления в реакторе. В результате реакций кремний осаждается на подложке, а продукты реакции уносятся потоком газа. При добавлении в газовую смесь галогенидов легирующих элементов BCl 3 , AsCl 3 , PCl 3 осуществляется легирование эпитаксиальных слоев. Схема метода приведена на рис.1. Рис.1. Устройство газофазного осаждения покрытия Газофазная эпитаксия дает возможность получать пленки поликристаллического кремния, нитрида кремния и карбида кремния Основные преимущества ГФЭ — возможность нанесения однородного по толщине тонкого эпитаксиального слоя на подложку большой площади. Эпитаксиальный слой может быть локально нанесён на определённом участке поверхности подложки. Недостатком считается ограниченная скорость роста слоев при пониженных температурах эпитаксии. Жидкофазная эпитаксия Метод эпитаксии из жидкой фазы основан на наращивании монокристаллического слоя полупроводника из расплава или раствора, который насыщен полупро- Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г. водниковым материалом (рис. Полупроводниковую подложку погружают в расплав, который начинают медленно охлаждать. В процессе охлаждения материал источника рекристаллизуется на подложке, затем растворитель сливается. В методе ЖФЭ толщина осажденного слоя зависит от объёма растворителя, перепада температур при охлаждении и площади поверхности подложки. Измеренная средняя нормальная скорость роста при этом составляет приблизительно 0,27 мкм/ч. Давление в камере составляет 5·10– 4 Па, температура роста 1250 0 C, продолжительность процесса выращивания от 2 до 5 ч. В основном ЖФЭ применяется в промышленности для получения пленок карбида кремния Рис Жидкофазное выращивание четырехслойной гетероструктурной подложки Достоинства ЖФЭ — относительная простота метода, возможность выращивать слои с высокой степенью однородности на подложках большого размера. ЖФЭ используют для получения толстых эпитаксиальных слоев или высоких концентрации примесей. Пленки, выращенные ЖФЭ, обладают более выраженной люминесценцией, чем полученные газовой эпитаксией. К недостаткам технологии ЖФЭ следует прежде всего отнести высокую концентрацию остаточных примесей, источниками которых могут быть атмосфера в ростовой камере или графитовая оснастка. Золь-гель метод Золь-гель процесс — процесс получения неорганических и органо-неорганических материалов золя с последующим переводом его в гель. Золь образовывается входе гидролиза и поликонденсации исходного вещества. Удаление растворителя из геля происходит при сушке покрытия (рис.3). Золь-гель метод нанесения покрытий имеет ряд преимуществ простота оборудования, экологичность, экономичность и гибкость технологии, возможность нанесения покрытий на материалы любой формы и любых размеров. Материал синтезируется при невысоких температурах процесса. Формируемые покрытия имеют низкую диэлектрическую проницаемостью, что важно при изготовлении изолирующих слоев интегральных схем. Золь-гель метод является менее энергетически затратным методом в сравнении с вакуумными и термическими методами. Наличие функциональных групп в материале нанесенной пленки позволяет создавать химические связи и обусловливает высокую степень сцепления покрытия с подложкой. Антиотражающие покрытия с коэффициентом пропускания, полученные золь-гель методом, привлекают много внимания в сфере солнечной энергетики благодаря их низкой стоимости, простоте процесса покрытия, контролируемой микроструктуре [9, Длительный процесс осаждения покрытия золь-гель методом является основным недостатком метода. При Рис. Этапы процесса получения покрытия методом погружения погружение подложки в раствор, образование мокрого слоя путем удаления подложки и преобразование слоя в гель путем выпаривания растворителя |