Распределение износа между трущимися телами по их рабочим поверхностям Износы в узлах трения распределяются между трущимися деталями достаточно неравномерно. При этом одно из трущихся тел может подвергаться одному виду изнашивания, а другое - другому. Так, при пуске-останове неровности закаленного стального вала подвер-
гают поверхностные слои вкладыша, изготовленного из мягкого антифрикционного сплава, абразивному изнашиванию. Сама же поверхность вала подвергается намного менее интенсивному усталостному изнашиванию. В то же время, если слой смазочного материала, разделяющего поверхность вала и подшипника, разрушается при повышении температуры и реализуется металлический контакт этих поверхностей, то могут иметь место схватывание трущихся тел и изнашивание адгезионного типа. В том же случае, если в смазочный материал попадает абразив, то он поглощается подшипниковым сплавом, закрепляется в нем и начинает изнашивать шейку вала. Даже при одинаковых материалах износ трущихся тел различен - обычно большая поверхность теряет больше по массе.
Распределение износа по рабочим поверхностям трущихся элементов контактирующих тел также зависит от ряда факторов, из которых наибольшее влияние оказывают схема контакта, условия нагруже-ния, соотношение физико-механических свойств трущихся материалов, режим работы сопряжения и вид изнашивания. Износ детали по поверхностям трения далеко не всегда бывает равномерным, причем характеристикой изнашивания на отдельных участках поверхностей трения являются местные износы на этих участках. Для графического изображения распределения значений местного износа по поверхности трения или по определенному ее сечению используют эпюры износа. Так, для сопряжения вал-втулка эпюр износа совпадает по внешнему виду с эпюром распределения нормального давления и температуры. Если вал вращается в неподвижной опоре, то его износ будет равномерно распределен по его поперечному сечению, а на втулке будет образовываться местная выработка, смещенная от вертикальной оси в направлении вращения вала (это явление наблюдал еще Леонардо да Винчи). Если вал неподвижен, а втулка вращается, то равномерно будет изнашиваться рабочая поверхность втулки, а односторонний износ (выработка) будет наблюдаться уже на валу.
Рабочие поверхности зубьев шестерен подвержены главным образом усталостному изнашиванию, что выражается в образовании ос-повидных раковин на ножках зубьев в зоне полюса зацепления, т.е. здесь в основном имеет место трение качения. В дальнейшем наблюдается развитие усталостных микротрещин и выкрашивание частиц ме-
талла, причем наиболее интенсивно это происходит на отстающей поверхности в зоне нижней части зуба. В то же время на участках зуба, где имеет место проскальзывание, могут развиваться интенсивное натирание и заедание. Направление следов заедания совпадает с направлением скольжения профилей зубьев. Какой из этих видов изнашивания является ведущим, зависит от конкретных условий работы зацепления.
Рабочие поверхности цилиндрических втулок также подвержены неравномерному износу. При изнашивании коррозионно-механического типа максимальные износы наблюдаются в верхней части - напротив компрессионных колец при положении поршня в верхней точке, так как в этой зоне давление поршневых колец на стенку втулки достигает наибольшей величины и наблюдаются максимальные температуры. Если же изнашивание имеет абразивный характер, то гильза, согласно В. Винкенсу, больше изнашивается в средней части.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Какова зависимость изнашивания по В.Ф.Лоренцу?
2. Каково распределение износа по трущимся телам фрикционной пары?
3. Каковы особенности первой стадии изнашивания?
4. Каковы особенности второй стадии изнашивания?
5. Каковы особенности третьей стадии изнашивания?
6. Какие существуют возможные пути управления износом?
Глава 9. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИЗНАШИВАНИЯ
К настоящему времени разработан ряд методов расчетов на изнашивание. За рубежом широко используется закон Арчарда, согласно которому для абразивного и адгезионного изнашивания объемный износ V трущихся тел пропорционален пути трения 5 и площади фактического контакта этих тел Аг
V = КИ.А^•3, что для пластического контакта принимает вид
у-к • р ~к р
где Ки - коэффициент износа; <ут - предел текучести; И - твердость по Бринеллю более мягкого элемента пары трения.
Коэффициент износа Ки представляет собой безразмерную величину, характеризующую вероятность отделения частиц износа при трении. Значения коэффициента износа различных материалов при трении их по закаленной стали (кроме особо оговоренных случаев) приведены в табл. 9.1 для условий сухого трения.
Таблица 9.1 Коэффициенты износа по Арчарду
Материал
| Коэффициент износа Ки
| Мягкая сталь по мягкой стали
| 7-Ю"3
| Латунь
| 1,7-10"4
| Фторопласт
| 2,5-10"5
| Полиэтилен
| 1,3-10"7
| Закаленная инструментальная сталь
| 1,3-10"4
| Бериллиевая бронза
| 3,7-10"5
| Для абразивного изнашивания Ки зависит от формы изнашивающихся элементов. Так, для острого напильника Ки = 0,1; новой абразивной бумаги - 0,01; округленных абразивных частиц - 0,001.
Влияние смазочного материала на величину Ки приведено в табл. 9.2.
Таблица 9.2 Коэффициент износа для различных условий смазки
Условия
| Металл по металлу
| Неметалл по неметаллу
|
одноименные
| разноименные
|
Трение без смазки
| 5-10"3
| 1-Ю"3
| 5-10"6
| «Бедная» смазка
| 2-10"4
| 1-Ю"3
| 5-10"6
| «Средняя» смазка
| 1-10"5
| 1-Ю"3
| 5-10"6
| «Хорошая» смазка
| 1-10"6
| 1-Ю"3
| 5-10"6
| Уравнение Арчарда является весьма неточным, оно не учитывает влияния на износ твердых тел их температуры, скорости скольжения и геометрии контакта, а также микрогеометрии контактирующих тел и наличия критических точек на зависимостях интенсивности изнашивания от факторов нагружения.
Методика расчетов на изнашивание, разработанная И.В. Крагель-ским и его школой, рассматривает понятие удельного износа /', т.е. съема материала объемом А\/, на единицу фактической площади контакта Аг на пути скольжения, равном среднему диаметру пятна контакта с1, т.е.
АУ АН
п ~~ ~~ '
с1Аг с!
где АЬ - толщина изношенного слоя материала.
Для расчета интенсивности изнашивания /Л может быть использовано уравнение
I -\ Р*
Ъ ~ Ь ' " ' '
"г
где Ра - номинальное контактное давление; Рг - фактическое контактное давление; а - отношение номинальной площади контакта к площади трения.
Это уравнение справедливо для описания процесса изнашивания при любом его механизме. Так, применительно к стационарному процессу усталостного изнашивания оно имеет вид
где произведение безразмерной глубины зоны деформирования Ь/Н и безразмерной площади контакта А^АГ представляет собой безразмерный объем деформируемого материала, коэффициент к обусловлен расположением неровностей поверхностей по высоте, а 1/п = 10"2...10"10 характеризует склонность материала к разрушению при многократном деформировании (т.е. определяет сопротивление усталости).
Эти величины определяют, исходя из значений предела прочности материала при растяжении <тв и действующего напряжения <тпр, по эмпирическим формулам вида
Л,
г г, Уу
п =
где 1У- параметр кривой фрикционной усталости.
Определение других параметров, входящих в уравнение для расчета интенсивности усталостного изнашивания, рассмотрено в предыдущих разделах.
|