Рабочая программа учебной дисциплины “Антифрикционные материалы”

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Механико-технологический факультет

Кафедра “Материаловедение в машиностроении”

“УТВЕРЖДАЮ”

Декан

механико-технологического факультета

___________

“___ ”_____________2009 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины

“АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ”

для студентов, обучающихся по специальности

150501 "Материаловедение в машиностроении"

квалификация – инженер

Факультет: Механико-технологический

Курс 5, семестр 9

Лекции 17 ч.

Лабораторные занятия 17 ч.

Самостоятельная работа 34 ч

Расчетно-графическая работа 9 семестр

Зачет 9 семестр

Всего часов 68 ч.

Новосибирск 2009

Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 651700 – «Материаловедение, технологии материалов и покрытий» специальность 150501 Материаловедение в машиностроении

Регистрационный номер ГОС: 254 тех/дс от 01.01.2001 г.

Шифр дисциплины в ГОС: СД-03

Шифр дисциплины по учебному плану:

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Материаловедение в машиностроении»,

протокол № ________ от _________2009 г.

Программу разработал:

к. т.н., доцент ___________________________

Заведующий кафедрой,

д. т.н., профессор ___________________________

Ответственный за основную

образовательную программу,

к. т.н., доцент ____________________________

1. Внешние требования

4. ТРЕБОВАНИЯ К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ ДИПЛОМИРОВАННОГО СПЕЦИАЛИСТА «Материаловедение, технологии материалов и покрытий»*

Таблица 1

Шифр дисциплины	Содержание учебной дисциплины	Часы
СД-03	Механические и физические свойства материалов Механические свойства: характеристика механических свойств; упругие свойства и неполная упругость; механизмы пластической деформации; деформационное упрочнение; ползучесть; сверхпластичность; пластическая деформация неметаллических материалов; теория разрушения; вяз кое, хрупкое разрушение; хладноломкость; замедленное разрушение; усталостное разрушение; изнашивание и износостойкость материалов; физические основы повышения сопротивления разрушению; методы механических испытаний; приборы, установки и методика определения стандартных характеристик механических свойств, вязкости разрушения, трещиностойкости, циклической прочности, износостойкости, сопротивлению релаксации напряжений, ползучести.	238

7.1. Требования к профессиональной подготовленности специалиста*

Инженер по специальности «Материаловедение в машиностроении:

должен: знать:

- основные тенденции и направления развития современного теоретического и прикладного материаловедения, а также современных технологий обработки и упрочнения материалов;

- механизма пластической деформации и разрушения материалов в зависимости от их структуры, химического состава, условий нагружения, характера напряженного состояния;

- методологии выбора материалов для деталей машин, приборов и инструментов;

- закономерности, отражающие зависимость механических, физических, физико-химических и технологических свойств современных материалов от химического состава, структурного состояния и видов обработки;

- основные типы, классы и группы материалов, их составы, структурные характеристики и свойства.

владеть:

- методами определения механических, физических, физико-химических и технологических свойств материалов, применяемыми для этой цели приборами и оборудованием;

- методами конструирования и проектирования для типовых, нестандартных и принципиально новых видов технологического оборудования;

* Сохранена нумерация ГОС

2. Особенности (принципы) построения дисциплины

Особенности (принципы) построения дисциплины описываются в табл. 2.

Таблица 2

Особенности (принципы) построения дисциплины

Особенность (принцип)	Содержание
Основание для введения курса	Решение кафедры «Материаловедение в машиностроении», протокол № 1 от 01.01.2001.
Адресат курса	Студенты, обучающиеся по специальности 1208 "Материаловедение в машиностроении"
Главная цель	Изучение основных видов триботехнических материалов и областей их применения при изготовления узлов трения.
Ядро курса	Материалы для трущихся деталей, конструирование узлов трения
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения Вашего курса	Для успешного изучения дисциплины студенту необходимы знания, полученные из курсов Материаловедение, Технология конструкционных материалов, Физика, Химия
Уровень требований по сравнению с ГОС	Соответствует требованиям стандарта
Объём курса в часах	17 час лекций, 17 часов лабораторных работ, 34 часов самостоятельная работа студента
Основные понятия курса	Коэффициент трения, износостойкость, смазочный материал, вид изнашивания, совместимость, пара трения, антифрикционный материал
Направленность курса на развитие общепредметных, общеинтеллектуальных умений, обладающих свойством переноса	Обобщение, анализ, классификация, абстрагирование, выделение главного
Обеспечение последующих дисциплин	Выполнение дипломного проекта
Практическая часть курса	Практическая часть дисциплины содержит лабораторные работы и расчетно-графическую работу. Студенты закрепляют на практике теоретические положения курса, систематизируют знания об оборудовании, материалах, технологических процессах, проводят научно-исследовательскую работу со статистической обработкой полученных результатов. Для проведения лабораторных занятий используются методические указания.
Учёт индивидуальных особенностей студентов	Методическое обеспечение курса построено на использовании базовых понятий, с объяснением всех вновь вводимых терминов и понятий. Изложение методов изготовления изделий проводится последовательно по принципу "от простого к сложному", что позволяет большинству студентов успешно освоить программу курса. Для учета индивидуальных особенностей студентов предусмотрено проведение консультаций и время для самостоятельной работы.
Области применений полученных знаний и умений	Выбор материалов для изготовления узлов трения
Описание основных "точек"	Итоговый контроль выполняется в форме защиты расчетно-графической работы и проведения зачета в устной форме по билетам.
Ваш курс и современные информационные технологии	Современные информационные технологии используются в курсе при выполнении лабораторных работ и расчетно-графической работы (расчет результатов исследований, поиск материалов в Интернете, оформление текстовой и графической части пояснительной записки).
Ваш курс и современное состояние науки и практики	Курс отражает современные представления науки о закономерностях трения, изнашивания и триботехнических узлов и элементов.

3. Цели учебной дисциплины

Таблица 3

После изучения дисциплины студент будет

иметь представление:
1	-  об основных теориях и механизмах трения и изнашивания
2	-  о роли смазки в процессе трения, видах смазочных материалов и наиболее рациональных областях их применения -  .
3	-  об основных принципах конструирования и выбора антифрикционных и износостойких материалов -
4	-  об основных принципах и особенностях конструирования узлов трения различных машин и механизмов
знать
5	- основные виды антифрикционных, фрикционных, износостойких и смазочных материалов
6	- основные способы упрочнения конструкционных материалов и рациональность их применения для повышения надежности и долговечности узлов трения
уметь
7	-разработать конструкцию узла трения, обеспечивающую надежную работу при заданных условиях эксплуатации
8	рационально подобрать материалы для изготовления узла трения при заданных условиях эксплуатации
9	выбрать и обосновать способы обработки материалов, улучшающие их триботехнические характеристики
иметь опыт
10	в определении триботехнических характеристик антифрикционных материалов
11	в расчетах подшипниковых узлов и узлов трения

4. Содержание и структура учебной дисциплины

Лекционные занятия (17 час).

Таблица 4

Блок, модуль, раздел, тема	Часы
Семестр №9
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ 1. Характеристики поверхности твердых тел. Шероховатость поверхности. Остаточные напряжения. Структура приповерхностных слоев, фазовые превращения в них. Показатели качества поверхностей. Физико-химические свойства поверхностей. Пленки на металлических поверхностях. Эффект Ребиндера. 1.2 Контактное взаимодействие твердых тел. Номинальная контурная и фактическая площадь контакта. Теория Герца. Проскальзывание. Гистерезисные потери. Геометрия, прочность и жесткость механического контакта. Процессы в пятнах контакта. Физический аспект контактного взаимодействия. 1.3 Фрикционное взаимодействие и закономерности процесса трения. Общие сведения о трении. Разновидности трения. Трение без смазочного материала. Трение при граничной смазке. Трение при жидкой, вязкопластической и контактно-гидродинамической смазке. Трение при полужидкой смазке. Режимы трения в подшипнике скольжения. Трение качения. Коэффициент трения. Теории трения.	2
ИЗНАШИВАНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ 2.1. Механизмы и теории изнашивания. Основные понятия о механизме изнашивания пар трения. Теории изнашивания. Молекулярно-механическая теория трения и теория усталостного изнашивания . 2.2. Виды изнашивания рабочих поверхностей. Водородное изнашивание. Абразивное изнашивание. Окислительное изнашивание. Усталостное изнашивание. Коррозионно-механическое изнашивание. Эрозия. Кавитация. Схватывание и заедание. Изнашивание при фреттинг-коррозии. 2.3. Связь трещиностойкости, контактной прочности и износостойкости деталей машин. Трещинообразование в деталях машин. Разрушение поверхности деталей при контактных нагрузках. Связь сопротивления усталости с трением и изнашиванием. 2.4. Эффект безызносности. Процессы, протекающие при избирательном переносе. Условия реализации избирательного переноса. Применение эффекта безызносности	4
ТЕОРИЯ СМАЗКИ И СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 3.1. Упругогидродинамическая теория смазки. Физико-химические характеристики смазывающих веществ. 3.2. Классификация и маркировка смазочных материалов. Виды и классификация смазочных материалов. Моторные масла. Требования. Присадки. Маркировка. Основы выбора. Трансмиссионные масла. Требования. Присадки. Маркировка. Основы выбора. Индустриальные масла. Требования. Присадки. Маркировка. Основы выбора. Особые виды масел. Пластичные смазки и консервационные материалы. Достоинства и недостатки. Маркировка. Основы выбора. Твердые смазочные материалы. Свойства. Достоинства и недостатки. Области рационального применения 3.3. Подвод и распределение смазки. Смазочные канавки. Состав смазочных систем. Особенности конструирования смазывающих систем.	2
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОСВМЕСТИМОСТИ МАТЕРИАЛОВ ТРУЩИХСЯ ПАР. 4.1.Понятие совместимости трущихся пар. Общая схема выбора совместимых пар трения. Требования к материалам по совместимости в процессе приработки и послеприработочный период. Способы оценки совместимости материалов трущихся пар. 4.2. Совместимость материалов в режиме жидкостного трения 4.3. Совместимость материалов в режиме смешанного (жидкостного и граничного) трения. Условия перехода от жидкостного трения к граничному. Возможные механизмы приспосабливаемости. Отличительные особенности граничного трения у металлов и полимеров. 4.4. Совместимость в режиме трения без смазочного материала. Особенности процессов схватывания трущихся поверхностей. Возможные пути улучшения служебных свойств трущихся поверхностей. 4.5. Виды повреждений трущихся поверхностей при различных видах трения. 4.6. Общие принципы конструирования антифрикционных материалов. Правило Шарпи.	2
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ 5.1. Антифрикционные материалы (АФМ). Металлические антифрикционные материалы. Медные АФМ. Алюминиевые АФМ. АФМ на основе железа. Цинковые АФМ. Баббиты. Маркировка. Свойства. Рациональное применение. Углеграфитовые антифрикционные материалы. Состав Свойства. Область применения. Антифрикционные материалы на основе пластмасс, резины и дерева. Свойства. Достоинства и недостатки. Порошковые антифрикционные материалы. Металлические. Полимерные. Углеродные. Керамические. Состав. Структура. Свойства. Маркировка. 5.2. Фрикционные материалы. Фрикционные материалы на основе асбеста. Фрикционные материалы на основе железа. Фрикционные материалы на основе меди. Порошковые фрикционные материалы. 5.3. Износостойкие материалы Виды износостойких материалов. Износостойкие стали. Износостойкие керамики высокой твердости.	4
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ 6.1. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин. Термообработка. Химико-термическая обработка. Химическая обработка. Электрохимическая обработка. Обработка поверхностной пластической деформацией. Наплавка. Напыление. Обработка лазером. Втирание порошков и смазочных материалов. 6.2. Конструктивные способы повышения износостойкости деталей машин Расположение материалов пар трения в зависимости от твердости. Жесткость, податливость и специальная конфигурация деталей и узлов, как факторы повышения износостойкости пар трения. Применение плавающих деталей. Замена внешнего трения внутренним трением упругого элемента Замена трения скольжения на трение качения. Учет температурных деформаций и теплового режима работы. Уменьшение напряжений на рабочих поверхностях. Защита пар трения от загрязнения. Учет легкости ремонта при конструировании машин Способы установки узлов, уменьшающие напряжения при монтаже и эксплуатации. 6.3. Особенности конструирования отдельных узлов машин и выбор материалов для них. Опоры качения. Опоры скольжения. Передаточные механизмы. Направляющие машин. Детали циллиндро-поршневой группы. Герметизирующие устройства. Фрикционные устройства. Неподвижные соединения и сопряжения. Трение и износ колес транспорта. Трение и износ режущего инструмента. Трение и износ электрических контактов.	2

Описание лабораторных работ (17 часов)

Темы лабораторных работ	Учебная деятельность	Часы
Семестр №9
Лабораторная работа № 1 – «Проведение триботехнических испытаний на машине трения ИИ 5018».	Ознакомиться с методом определения коэффициента трения на машине ИИ 5018, определить антифрикционные свойства пары трения (по выбору преподавателя).	4
Лабораторная работа № 2 – «Испытания материалов на абразивное изнашивание при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы»	Определить характеристики износостойкости материала (по выбору преподавателя) при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы	4
Лабораторная работа № 3 – «Испытания материалов на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы»	Определить характеристики износостойкости материала (по выбору преподавателя) при трении о закрепленные абразивные частицы.	4
Лабораторная работа № 4 – «Испытания материалов на газоабразивное изнашивание с помощью центробежного ускорителя».	Определить характеристики износостойкости материала (по выбору преподавателя при изнашивании потоком абразивных частиц.	4
Защита лабораторных работ	Ответить на вопросы по темам лабораторных работ	1

Структура учебной дисциплины

 

 

5. Учебная деятельность

Лекции читаются по 2 часа один раз в две недели. Студент должен вести конспект. В конспекте рекомендуется выделять термины, определения, схемы методик, даваемые преподавателем, выписывать непонятные слова и определения, которые уточнять либо вопросами к преподавателю, либо с помощью учебников, энциклопедических словарей и справочников.

На пятой неделе студенту выдаётся задание на расчетно-графическую работу. Начиная с 15-ой недели, студенты сдают работы преподавателю на проверку. Получив рецензию и исправив замечания, студент защищает свою работу для получения допуска к экзамену. Расчетно-графическая работа состоит из двух частей: первая часть выполняется в форме реферата, вторая – из практического определения триботехнических характеристик материала из данной группы на машинах трения. В процессе выполнения работы студенту предлагается провести обзор литературы по заданной теме, в том числе ознакомиться со специализированными журналами и справочными изданиями, современными видами антифрикционных материалов и способами оценки их свойств. Целью работы является: более глубокое ознакомление с материалом курса, обучение работе с научной литературой и приобретение практических навыков по определению триботехнических свойств материалов и пар трения.

Темы расчетно-графических работ:

1.  антифрикционные материалы на основе железа

2.  антифрикционные материалы на основе алюминия

3.  антифрикционные материалы-бронзы

4.  антифрикционные материалы – латуни

5.  антифрикционные материалы на основе цинка

6.  антифрикционные материалы на основе легкоплавких металлов

7.  антифрикционные материалы на основе углерода

8.  антифрикционные материалы на основе термореактивных пластмасс

9.  антифрикционные материалы на основе термопластичных пластмасс

10.  антифрикционные материалы на основе керамики

11.  антифрикционные материалы на основе древесных материалов

12.  антифрикционные материалы на основе резины

13.  фрикционные материалы

14.  антифрикционные материалы, изготавливаемые порошковой металлургией

15.  консистентные смазочные материалы

16.  жидкие смазочные материалы

17.  присадки к смазочным материалам

Объём пояснительной записки – 15-20 стр.. компьютерного набора Формат бумаги А4 – 210 х 297 мм. На титульном листе должно быть указание дисциплины, номер и наименование темы расчетно-графической работы, фамилия, имя и группа студента. Титульный лист оформляется по образцу, приведенному на рис.1. Вторым листом работы должно быть содержание, где не более чем на двух уровнях (глава, параграф) перечисляются разделы с указанием страниц. Брошюровка работы должна быть книжной; поля: сверху – 2,0 см, слева – 1,5 см, внизу – 2,0 см, справа – 3,0 см. Шрифт набора текста должен быть 12-14 пунктов. Межстрочный интервал полуторный. Текст должен иллюстрироваться схемами, графиками, рисунками, таблицами. Рисунки должны быть сделаны в редакторе CorelDraw (7 версия и выше) и могут быть расположены на отдельной странице. Подрисуночная подпись должна располагаться под рисунком! Нумерация рисунков сквозная. К работе должен быть сделан список использованной литературы (3-5 наименований). В списке указываются авторы, наименование, издательство, год издания.

Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Расчетно-графическая работа по курсу «Антифрикционные материалы» Тема № 1 «Антифрикционные материалы на основе алюминия» Факультет механико-технологический Группа ММ-31 Студент Преподаватель Новосибирск 2009

Рис.1. Образец титульного листа

6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине

Для оценки достижений студентов в ходе изучения дисциплины применяется балльно-рейтинговая система. Аттестация проводится в соответствии с планом ООП – зачет 9 семестр. К зачету допускаются студенты, выполнившие расчетно-графическую работу и лабораторные работы. При аттестации используются контролирующие материалы, образцы которых приведены в п. 8. Рейтинг студента в баллах за семестр складывается из оценки его деятельности в течение семестра и баллов, набранных на зачете в соотношении 80:20. Работа в течение семестра оценивается в соответствии с таблицей. Зачет проходит в письменной (тестовой) форме. При аттестации используются контролирующие материалы, образцы которых приведены в п. 7. Для сдачи зачета студентам выдается тестовое задание, состоящее из 100 вопросов, причем на каждый из них предлагается от двух до пяти ответов. В большинстве вопросов среди альтернативных ответов только один является правильным, однако в ряде вопросов несколько ответов могут быть правильными. В этом случае задача студента заключается в выборе фактора, оказывающего наибольшее влияние на процесс или свойство материала. Подобная структура альтернативных ответов позволяет преподавателю при контроле судить о знаниях не только на уровне “знает” (выбран правильный ответ) или “не знает“ ( выбран неправильный ответ), но и о том, какова глубина знаний студента.

Оформление ответа. Ответы на тесты студент заносит в бланк, выдаваемый преподавателем. В бланке пишется фамилия, инициалы и роспись студента, номер группы, факультет, дата. Обозначение правильного, по мнению студента варианта, ответа заносится в таблицу напротив номера соответствующего вопроса. Время ответа на все вопросы составляет один час. Студентам выдаются различные варианты тестового задания, в котором изменена последовательность вопросов.

Для получения зачета по дисциплине студенту необходимо набрать в сумме не менее 60 баллов.

9 семестр
№	Учебная деятельность	Объем	Баллы	Максимальный балл	Система оценки
1	Лекции	7 шт. (17 часов)	3	21	Посещение лекции – 3 балла
2	Лабораторные работы	4 шт. (17 часов)	5	20	Своевременное выполнение и защита– 5 баллов, своевременное выполнение – несвоевременная защита – 4 балла несвоевременное выполнение и защита– 3 балла
3.	Расчетно-графическая работа		3 этапа по 13 баллов	39	Своевременное выполнение каждого этапа и защита– 39 баллов (по 13 баллов за этап) несвоевременное выполнение каждого этапа и защита– 21 балл (по 7 баллов за этап)
Итого за семестр	80
	Зачет (тест)	100 вопросов	0,2	20
Итого	100

7. Контролирующие материалы для аттестации студентов по

дисциплине

Примеры вопросов из тестового задания

1. Для повышения абразивной износостойкости материала при трении о монолитный абразив необходимо:

а) повысить предел прочности

б) повысить предел текучести

в) повысить твердость

г) увеличить пластичность

д) увеличить ударную вязкость

2. Оказывает ли существенное влияние вязкость смазочного материала на коэффициент трения при граничной смазке?

а) оказывает

б) не оказывает

3. В каких парах трения может реализоваться эффект безызносности

а) медь - медь

б) сталь - медь

в) сталь – бронза

УЧЕБНЫЕ ФИЛЬМЫ

Подшипники скольжения. Трение. Трение и износ в механизмах. Силы сухого трения.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Гаркунов . Учебное пособие. М.:Машиностроение, 1989 -328с

2. Гаркунов . Пособие для конструктора. Учебное пособие. М.:Машиностроение, 1999 -358с

3. Справочник по триботехнике. Под ред. . в 3-х томах.- М.:Машиностроение, 1989.

5. , В. В Копытько. Совместимость трущихся поверхностей.-М: Наука 1981.-125с.

6. Трение изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х томах под ред . М.:Машиностроение,1979

Дополнительная

7. Гаевик в отечественных автомобилях. –Москва.-2000.-241с.

7. ,, Колокольников изнашивание. М.:Машиностроение, 1990.- 224с

8. Матвеевский материалы. Справочник. М.:Машиностроение, 1989

Дополнения и изменения к рабочей программе на 20 /20 учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения:

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры «___» _______ 20 г.

Заведующий кафедрой

«___»__________20 г.