Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Калининградский государственный технический
университет»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической работе
п\п
«15» января 2012 г.
Рабочая программа дисциплины
«ТРИБОЛОГИЯ»
Математический и естественнонаучный цикл, вариативная часть
Дисциплина по выбору
Направление подготовки
151000 – Технологические машины и оборудование
Квалификация (степень) выпускника
бакалавр
Форма обучения
очная
Факультет механико-технологический
Кафедра-разработчик – кафедра теории механизмов и машин и деталей машин
Калининград 2012
1 Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины является формирование обобщённых представлений о теории и практике феномена трения как преобразователя движение в машинах и механизмах (технических системах).
Основными задачами дисциплины являются следующие:
- ознакомление с основными методами физического (теоретического) моделирования трибосистем и расчётных моделей трения;
- ознакомление с приёмами оценки и расчёта трения, изнашивания и смазки;
- ознакомление с методами эксперимента (триботехники) и правилами эксплуатации и диагностики трибосистем.
2 место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Трибология» входит в состав вариативной части математического и естественнонаучного цикла ООП и является дисциплиной по выбору.
При изучении дисциплины используются знания и навыки, полученные при освоении дисциплин – физика, химия, теоретическая механика.
Дисциплина «Трибология» должна рассматриваться как междисциплинарная, инновационного характера, которая нацеливает выпускника на решение современных и передовых проблем развития качества и повышенных свойств (энергоемкости, оптимальной долговечности и экологичности) современных технических систем, например, при освоении дисциплины «Основы технологии машиностроения», при выполнении выпускной квалификационной работы, а также в дальнейшей профессиональной деятельности.
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Трибология»
В результате освоения дисциплины у обучаемого формируются следующие общекультурные (ОК) компетенции, предусмотренные ФГОС ВПО:
- способность к целенаправленному применению базовых знаний в области математических, естественных, гуманитарных и экономических наук в профессиональной деятельности (ОК-9);
- умение выбирать основные и вспомогательные материалы и способы реализации основных технологических процессов и применять прогрессивные методы эксплуатации технологического оборудования при изготовлении изделий машиностроения (ОК-11);
- умение применять современные методы для разработки малоотходных, энергосберегающих и экологически чистых машин, приводов, систем, различных комплексов, машиностроительных технологий, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности людей и их защиту от возможных последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий, умение применять способы рационального использования сырьевых, энергетических и других видов ресурсов в машиностроении (ОК-12).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: место трибологии в системе технических и практических знаний; основные законы и модели трения, изнашивания и смазки; принцип оптимизации свойств трибосистемы при создании пищевых машин, обладающих свойством энерго-и материалоемкости.
Уметь: конструировать узлы трения пищевых машин (оборудования) общего назначения в соответствии с техническими требованиями и заданием, использовать стандарты и справочную литературу, назначать материалы для узлов трения пищевых машин, исходя из требований конструкции и эксплуатации.
Владеть: навыками поиска, анализа и обобщения новых разработок, использования современных знаний для проектирования узлов трения для надёжных и долговечных технических систем – машин и оборудования.
4 Структура и содержание дисциплины «Трибология»
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоёмкость составляет 4 зачётные единицы или 144 академических часа, в том числе в третьем семестре 2 зачетные единицы (72 часа, из них 30 часов – аудиторные занятия (АЗ), 42 часа – самостоятельная работа студента (СРС)), в четвертом семестре – 2 зачетные единицы (72 часа, из них 30 часов АЗ, 42 часа СРС). Промежуточная аттестация по дисциплине (в третьем семестре) – зачет, итоговая аттестация по дисциплине (в четвертом семестре) – дифференцированный зачет (зачет с оценкой). Более подробные сведения о структуре дисциплины, видах, трудоемкости и формах контроля учебной работы студентов приведены в нижерасположенной таблице.
№ п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоёмкость (часы) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)* Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | ||||
А3 | СРС | Всего | |||||||
лекции | ПЗ | ЛЗ | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
1 | Введение. Актуальность трибологии. Первые законы трения | 3 | 1¸2 | 2 | - | 2 | 4 | 8 | Тесты Защита лабораторных работ |
2 | Свойства твердых тел и жидкости | 3¸7 | 6 | - | 4 | 12 | 22 | Тесты Защита лабораторных работ | |
3 | Трение | 8¸15 | 6 | - | 10 | 20 | 36 | Проверка рефератов Защита лабораторных работ | |
Подготовка к зачету и сдача зачета | 16¸17 | 6 | 6 | Зачет | |||||
Всего в третьем семестре | 14 | 16 | 42 | 72 | |||||
30 | |||||||||
4 | Износ | 4 | 1¸4 | 4 | 4 | 8 | 16 | Тесты Защита лабораторных работ Проверка рефератов | |
5 | Смазка | 4¸8 | 4 | 4 | 8 | 16 | Защита лабораторных работ Проверка рефератов | ||
6 | Обобщенные физические представления о природе трения. Метод трибо- эргодинамики | 8¸15 | 8 | 6 | 14 | 28 | Проверка рефератов Защита лабораторных работ | ||
Подготовка к зачету и сдача зачета | 16-17 | 12 | 12 | Дифференцированный зачет | |||||
Всего в четвёртом семестре | 16 | 14 | 42 | 72 | |||||
30 | |||||||||
Итого по дисциплине | 30 | 30 | 84 | 144 | Зачет, дифференцированный зачет | ||||
60 |
4.2 Теоретические занятия (лекции)
№ п/п | Тема | Содержание | Кол-во часов |
1 | Раздел «Введение. Актуальность трибологии. Первые законы трения» | 2 | |
1.1 | Введение | Трибология. Триботехника. Значимость трибологии и триботехники. История развития науки о трении. Классификация трения. Первые законы трения | 2 |
2 | Раздел «Свойства твердых тел и жидкости» | 6 | |
2.1 | Некоторые свойства твёрдых тел и жидкостей | Почему твёрдое тело твёрдое. Размер атомов и изображение сил между ними. Кристаллическая структура твёрдых тел. Полиморфизм. Свободная поверхность. Дефекты кристаллического строения и их общее свойство. Макроструктура твёрдых тел (поликристаллы). Иерархия структурных уровней твёрдых тел. Аморфные структуры твёрдых тел. Структура резины. Структура пластиков и полимеров. Структура дерева. Жидкое состояние. Газовое состояние | 2 |
2.2 | Формирование структуры деформированных металлов | Деформация. Виды деформаций. Диаграмма растяжения металлических материалов. Прочность. Пластичность. Механизмы пластической деформации. Наклёп (деформационное упрочнение). Разрушение. Возврат и рекристаллизация металлов. Холодное и горячее деформирование. | 4 |
3 | Раздел «Трение» | 6 | |
3.1 | Трение | Классификация видов трения. Внутреннее трение. Вязкость. Статическое трение. Закономерности статического трения. Измерение статического коэффициента трения. Измерение динамического коэффициента трения. Двучленный закон трения. Молекулярно–механическая теория трения. Деформационно–адгезионная теория трения. Закон аддитивности трения. Формирование контактов и их взаимодействие в процессе перемещения поверхностей трения. Фрикционные связи. Классификация фрикционных пар. Основные характеристики фрикционных связей. Принцип «третьего тела». Схватывание. Основные представления о схватывании. Этапы схватывания. Главные задачи управления схватыванием поверхностей. Тепловая динамика трения. Температурные вспышки при трении. Взаимная связь трения и износа (состояния контакта) с температурами трения. Принцип суммирования температур трения. Влияние главных эксплуатационных параметров на изменение коэффициента трения. Реальная поверхность твердого тела. Характеристики микрогеометрии поверхностей твёрдых тел. Профилограф, профилометр. Кривая опорной поверхности. Форма поверхностных шероховатостей. Природа металлических поверхностей, используемых в машиностроении. Модель площадей контакта двух поверхностей, сложенных вместе. Некоторые методы анализа поверхности. Метод косого сечения. Оптический метод. Электронная микроскопия. Отражающая или рефлекторная микроскопия. | 6 |
4 | Раздел «Износ» | 4 | |
4.1 | Износ | Основные понятия и определения. Классификация износостойкости. Стандартная классификация видов изнашивания трибопар. Водородное изнашивание. Изнашивание при избирательном переносе. Вторичные структуры. Приспосабливаемость. Нормальный износ и явление повреждаемости пар трения. Методика расчётов на износ. Энергетические методы (уравнения) оценки и прогноза оценки износа и износостойкости. Триботехника лабораторного анализа и оценки трения и износа. | 4 |
5 | Раздел «Смазка» | 4 | |
5.1 | Смазка | Функционально-физический принцип смазки. Типы смазки. Гидродинамическая смазка. Температурный критерий работоспособности смазывающих масел. Минеральные масла. Классификация. Функциональные присадки и антифрикционные добавки. Критерий работоспособности. Антифрикционные материалы подшипников гидродинамического трения. Аэродинамическая (газовая) смазка. Эластогидродинамическая смазка. Граничная смазка. Смазка предельного давления. Моделирование коммерческих смазок. Консистентная (пластическая) смазка. Твёрдые типы смазок на основе слоистых материалов. | 4 |
6 | Раздел «Обобщенные, физические представления о природе трения. Метод трибоэргодинамики» | 8 | |
6.1 | Эргодинамика деформируемых тел | Обобщённые представления о пластической деформации. Структурная модель твёрдого тела. Физический смысл пластической деформации. Интегральный критерий повреждаемости. Обобщённые характеристики вида разрушения. Термодинамический анализ взаимной связи деформационных и энергетических характеристик процесса. Кинетические уравнения повреждаемости (деформационного упрочнения) и теплового эффекта пластической деформации (динамического возврата). Кинетическое уравнение пластической деформации.. Обобщённые представления о пластической деформации. Структурная модель твёрдого тела. Физический смысл пластической деформации. Интегральный критерий повреждаемости. Обобщённые характеристики вида разрушения. Термодинамический анализ взаимной связи деформационных и энергетических характеристик процесса. Кинетические уравнения повреждаемости (деформационного упрочнения) и теплового эффекта пластической деформации (динамического возврата). Кинетическое уравнение пластической деформации. | 3 |
6.2 | Обобщенные, физические представления о природе трения | Существо и необходимость обобщённого подхода. Исходные аксиомы трения. Номинальные и действительные трибосистемы. Термодинамический подход. Системно – балансовый признак трения. Структурно – энергетическая интерпретация процесса трения. Термодинамическая модель трения. Уравнения энергетического баланса трения. Энергетическая интерпретация коэффициента трения Леонардо да Винчи. Общность уравнений энергетического баланса трения.. | 3 |
6.3 | Совместимость трибосистем и элементы аксиоматики машинного трения | Совместимость трущихся поверхностей. Оптимальные трибосистемы. Аксиоматичность феномена трения. Базовые аксиомы трения. Анализ машины как сложной трибонадсистемы. Количественные признаки натуральных (оптимальных) машин. Номинальная и действительная работоспособность машины. Принцип системной совместимости трибосистем в машине. Квантовые уровни совместимых трибосистем и совместимых машин. Системные критерии работоспособности оптимальных машин (трибосистем). | 2 |
Итого | 30 | ||
4.3 Практические занятия (не предусмотрены)
4.4 Лабораторные занятия (работы)
№ п/п | Номер темы | Темы лабораторных занятий | Кол-во часов |
1 | 1.1 | Измерение коэффициента статического трения поверхностей различного качества и природы методом наклонной плоскости | 2 |
2 | 2.1;2.2 | Измерение коэффициента динамического трения поверхностей различного качества и природы методом наклонной плоскости | 2 |
3 | 3.1;4.1;5.1 | Лабораторные установки для изучения трения, изнашивания и смазки | 2 |
4 | 1.1; 3.1 | Определение коэффициента трения в резьбе и на торце гайки, установка ДМ-27М; | 2 |
5 | 1.1; 3.1 | Испытание болтового соединения, работающего на сдвиг на установке ДМ –23М; | 2 |
6 | 4.1 | Исследование режима масляного голодания при трении | 2 |
7 | 4.1 | Минеральные масла. Применение. Обозначение | 2 |
8 | 5.1 | Анализ видов повреждаемости и износа при трении | 2 |
9 | 4.1 | Смазки для подшипников качения. Ассортимент. Применение. Практический опыт. | 2 |
10-11 | 3.1; 4.1;5.1 | Заводские (натурные) стенды и оборудование для испытания на трение, изнашивание и смазку | 4 |
12 | 3.1;4.1 | Испытания подшипников скольжения на установке ДМ-29М | 2 |
13 | 3.1;4.1 | Определение момента трения в подшипниках качения на установке 28М | 2 |
14 | 3.1; 4.1;5.1 | Определение приведенного коэффициента трения в подшипниках скольжения на установке 7М | 2 |
15 | 3.1; 4.1;5.1 | Определение к. п.д. и исследования температурного поля червячного редуктора на установке ДМ 41. | 2 |
Итого | 30 |
4.5 Самостоятельная работа
№ п/п | Вид (содержание) СРС | Кол-во часов | Формы контроля |
1 | Освоение теоретического материала | 36 | Тестирование |
2 | Подготовка к лабораторным занятиям | 30 | Защита лабораторных работ |
3 | Подготовка к зачетам и сдача зачетов | 18 | Дифференцированный зачет |
Итого | 84 |
5 Образовательные технологии
В процессе преподавания используются следующие методы:
- лекции; лабораторные занятия, консультации по изучаемым темам.
6 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
6.1 Оценочные средства для контроля успеваемости и итоговой аттестации по дисциплине (вопросы к зачету) представлены в составе учебно-методического комплекса по дисциплине (УМКД).
6.2 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов определено в разделе 7.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
7.1 Основная литература
1. Основы трибологии (трение, износ, смазка): Учебник для технических вузов. 2-е изд. переработ. и доп. /, , и др.; под общ. ред. .-М.: Машиностроение, 200с., ил.
2. Справочник по триботехнике: в 3-х т./ под общ. ред. М. Хебды, .- М.: Машиностроение, 1988, 1990, 1992.
3. Буше , износ и усталость в машинах (транспортная техника): Учебник.- М.: Транспорт, 1987.-223с.
7.2 Дополнительная литература
1. Поверхностная прочность материалов при трении. , , и др./ под ред. .- Киев: Техника, 1976.-296с.
2. Трение, изнашиваемость и смазка. Основные термины и определения. ГОСТ 27674 –88.
3. , , Комбалов расчётов на трение и износ.-М.: Машиностроение, 1977.-526с.
4. Трение и износ. Международный научный журнал. Гомель. Республика Белорусь
5. Трение и смазка в машинах и механизмах. Ежемесячный научно-технический и производственный журнал. М.: Машиностроение.
6. Тематические интернет-ресурсы.
7.3. Средства обеспечения освоения дисциплины
(Методические указания и материалы по видам занятий)
1. Фёдоров с. В. Современный энергетический анализ процесса трения. Часть 1. Структурно –энергетическая интерпретация трения скольжения. Учебное пособие.- Калининград: КГТУ, 2002, с.168.
2. Фёдоров с. В. Современный энергетический анализ процесса трения. Часть 2. Количественные и физические закономерности эволюции совместимых трибосистем. Учебное пособие.- Калининград: КГТУ, 2003,с. 224.
3. Фёдоров и триботехника. Методические указания по выполнению лабораторных работ. -Калининград : КГТУ, 2002,С.
4. Фёдоров и триботехника. Раздел «Смазочные масла». Учебное пособие.- Калининград: БГАРФ, 2001, С.48.
5. Фёдоров трибоэргодинамики и физико – химической предпосылки теории совместимости. – Калининград: КГТУ, 2003.-415с.
6. Фёдоров трения в машинах. Часть 1. Введение к анализу машинного трения: Конспект лекций. Калининград, 2009, 47 с.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
8.1 Специализированные аудитории
Аудиторные занятия проводятся в специализированном классе (лаборатории «Детали машин» и «Подемно-транспортные машины»), оснащённом перечнем наглядных и других пособий.
8.2 Учебно – лабораторное оборудование
1. Лабораторный стенд для изучения статического и динамического трения методом наклонной плоскости;
2. Установка для испытания подшипников скольжения, тип ДМ-29М;
3. Установка для определения коэффициента трения в резьбе и на торце гайки, тип ДМ-27М;
4. Приспособление для испытания болтового соединения, работающего на сдвиг, тип ДМ –23М;
5. Установка для определения момента трения в подшипниках качения, тип 28М;
6. Установка для определения приведенного коэффициента трения в подшипниках скольжения, тип -7М;
7. Установка для определения к. п.д. и исследования температурного поля червячного редуктора, тип ДМ 41.
8. Натурные образцы типичных пар трения, со следами повреждаемости и износа.
Лист согласования рабочей программы дисциплины
Рабочая программа дисциплины разработана в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 151000 – Технологические машины и оборудование (утвержден 9 ноября 2009 г. № 000), учебным планом университета по этому же направлению, утвержденным ученым советом 27 октября 2011г.
Автор программы – В., д. т.н., профессор.
Рабочая программа дисциплины рассмотрена и одобрена на заседании кафедры теории механизмов и машин и деталей машин (рецензент - профессор , протокол №1 от 01.01.2001 г.).
Заведующий кафедрой д. т.н., профессор
№ п/п | Учебно-методическое обеспечение дисциплины | ||
Наименование литературы | Наличие в учебном абонементе НТБ (кол-во) | Наличие в электронной библиотеке | |
Основная литература | |||
1 | Основы трибологии (трение, износ, смазка): Учебник для технических вузов. 2-е изд. переработ. и доп. /, , и др.; под общ. ред. .-М.: Машиностроение, 200с. | 25 | |
2 | Фёдоров с. В. Современный энергетический анализ процесса трения. Часть 1. Структурно –энергетическая интерпретация трения скольжения. Учебное пособие.- Калининград: КГТУ, 200с. | 18 | |
3 | Фёдоров с. В. Современный энергетический анализ процесса трения. Часть 2. Количественные и физические закономерности эволюции совместимых трибосистем. Учебное пособие.- Калининград: КГТУ, 2003.-224 с. | 20 | |
4 | Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Трибология и триботехника» «Трение и износ пищевых машин» для студентов специальности 17060 – Машины и аппараты пищевых производств. - Калининград : КГТУ, 2002.-45 с. | 25 | |
5 | Фёдоров трения в машинах. Часть 1. Введение к анализу машинного трения: Конспект лекций. Калининград, 2009, 47 с. | 20 | + |
Дополнительная литература | |||
6 | Фёдоров трибоэргодинамики и физико – химической предпосылки теории совместимости. – Калининград: КГТУ, 2003.-415 с. | 5 |
Директор НТБ
Рабочая программа дисциплины рассмотрена и одобрена на заседании методической комиссии механико-технологического факультета
(протокол № __ от «__»__________ 2012г.)
Председатель методической комиссии
Согласовано
заместитель начальника учебного управления В. Е Огнев
№ _____ дата _____________
