справочник (550668), страница 26
Текст из файла (страница 26)
В результате изнашивания возникает износ, вычисляемый в абсолютных или относительных единицах. В абсолютных единицах нанос определяют по потере массы путем взвешишиия, уменьшению линейных размеров, изменению объема детали. Износ, отнесенный к нуги трения, объему выполненной работы, работе трения и т. д., является показателем интенсивности изнашивания. Износ, отнесенный ко времени процесса трения, определяет скорость изнашивания. Различают износ при трении без смазки, граничной смазке и при наличии абразива, Износ по харакшру деформирования поверхностей трения подразделиог на износ при упругом контакте, упругопластическом контакте и при микрорезаиии.
Работа трущегося сопряжения характеризуется тремя стадиями процесса изнашивания: приработкой, установившимся процессом изнашивания и периодом катастрофического износа. Процесс приработки зан ает коро кнй период врем ни и характеризуется повышенными активацией поверхностей, интенсивностью юнюпивюпш и тепловыделения, что приводиг к физико-химическим изменениям поверхностных слоев и созданию равновесной шероховатости. В результате приработки в системе вырабатывается комплекс выгодных свойств, определжощий максимальную несущую способность трущегося сопряжения.
Виды и характеристики изнашивания определены ГОСТ 23001-88, согласно которому различают механическое иишппшаиие, происходящее в результате механических воздействий; коррознонно-механическое, когда помимо механических действуют химические ияи электрические воздействия, и абразивное, которое возникает в результате режущего или царапающего действия твердых часппь находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Разновидностями механического изнашивания яввянися также усталостное изнашивание, начальные стадии фрегппп коррозии и др. При воздействии жидкой илн гкювой среды и абразива различают пц~роабразнвное или гаюабразивное изнашивание, а без определяющего действия абразивных частиц — зрозионное изнашивание. Нередко детали машин работают в условиях кавнтацин.
Изнашивание в этом случае, получившее название кавнтационного 122), происходит при захлопываннн вблизи поверхности детали пузырьков газа или пара (каверн), что создает местное повышение давления или температуры, приводящее к отделению частиц наноса и разрушению поверхностных слоев. Большое количество трибосопряжеиий работает в условиях токосъема.
В этом случае возникает злектроэрозионное изнашивание поверхностей трепла в результате воздействна разрядов при прохождении электрического тока. 142 Закономерности процесса изнашивания зависат от условий эксплуатации конкретных трущихся узлов, режимов трения, материалов трущихся поверхностей, конструктивного исполнения, внешней среды, смазки и др. Наибольший урон сельскохозяйственным машинам, горнодобывающему оборудованию, дорожностроительным машинам и т. д.
наносит абразивное (н коррозионно-абразивное) изнашивание. Закономерности абразивного изнашивания (рнс. 3.1) установлены фундаментальными исследованиями М.М. Хрущева н М.А. Бабичева [72, 73). От естественного абразива (главным образом часпщ йййз) с твердостью 1000 НЧ0,1 избавиться нельзя, можно только защищаться от него, нспользуа уплотнения и, что более эффективно, применял для трущихся сопряжений материалы с высокой твердостью (желательно превышающей твердость абразива).
Как правило, такие материалы хрупки и непригодны для изготовления динамически нагруженных деталей машин. Решением этой проблемы является нанесение износостойких слоев. Повышение износостойкости в некоторых случаях достигается термической обработкой стальных деталей (объемной нли поверхностной), различными химико-термическими методами модифнцнрования поверхностных слоев, дополнительным наклепом поверхностных слоев, лазерной обработкой, нанесением поверхностных слоев различными методами (элекгрохимнческнми, плазменными, вакуумными ионно-плазменными и др.). Эффективно применение высоколегированных сталей (содержащих большое количество твердых карбидов), твердых сплавов, керамических материалов (например, корундовой керамики). 30 40 20 10 20 О 100 200 300 НЧ0,1 0 200 400 600 800 НЧ0,1 а 6 Рис.
3.1. Зависимости относительной азнсссстойксстя а при абразивном изнашивании (испытания пра тренин о шлнфовапьаув шкурку) ст твеснсста чистых металлов н сталей в отвкженном (а) и термически обработанном (6) состояния 143 Одной из основных причин износа металлических материалов является схватывание трущихся поверхностей (по существу, твердофазная сварка). Среди различных предположений о механизме образования химических (нли физических) сашей между твердыми поверхностями наиболее широкое признание получили представления о необходимости преодоления для образованна прочных связей между контактирующими поверхностями некоторого энергетического порога (энергии активации) [24, 55).
К рассмотрению механизма схватывания на микроуровне привлекают теорию дислокаций (дислокационные представления о природе схватывашщ), в в последние годы учитывают процессы развитой пластической деформации, включая теорию ротационных эффектов и термодинамики необратимых процессов [4, 76]. Явление схватывания при неблагоприятном соотношении механических свойств твердых тел, нахолшцнхся в контакте, приводит к образованию наростов («узлов схватыванияв), закиров, эаеданшо, катастрофическому повреждению поверхностей треща н изнашиванию. Оно лежит также в основе так называемой фрепинг-коррозии [! 1) сопряжений, работающих прп вибрации нлн относительном перемещении поверхностей с малой амплитудой (первая стадия представляет собой микросхватыванне трущихсл поверхностей).
Средспюм борьбы со схватыванием является применение смазочных материалов (жидких, пластичных и твердых). Однако смаючные пленки могуг разрушаться, и в этом случае неизбежен непосредственный контакт чистых (ювеннльных) поверхностей. Для предотвращения схватывания нли снижения вызываемых повреждений до приемлемого уровня осуществляют следующие мероприятия: а) для трущихся пвр выбираот сочетание материалов с минимальной способностью к схватыванию; б) легируют мсталлй'с целью снижения способности к схватыванию и повышения противозадирных свойств; в) повышают твердость сталей термической обработкой (закалкой); г) изменяют состав и состояние поверхностных слоев химико-термической (цементацня, азотироаание, сульфидирование н т.
д.) и поверхностной термической (шкаляв ТВЧ, лазерная н электронно-лучевая закалка) обработкой; д) на поверхности трениа наносат пленки мягких металлов и сплавов ()л, Сд, Бп, Ай, Сц, латуней и т. п.); е) вводят мягкие сосгавлшощие (РЬ, Зп) в антнфрикцнонные сплавы (свннцовистые бронзы, алюминиево-оловянные сплавы); ж) используют материалы, выполняющие функции твердой смазки (графит, дисулы фнд молибдена и другие халькогениды переходных металлов У-Ч! групп Периодической системы элементов, фторопласг.4 и т. п.), или наносят соответствующие покрытия; з) в пористую металлическую основу вводят жидкие нли пласгичные смазки (пористые самосмазываюшиеся подшипники); и) для изготовления деталей трущихся сопряжений применяют материалы, обладающие относительно материала копгртела низкой адгезионной способностью (полимерные материалы, естественная и модифицированная древесина, угле|рафитовые антифрикционные материалы, рубин, другие оксидные керамики, алмаз).
Эффективность действия смазочных материалов (жидких н пластичных) в предотвращении проявления схватываниа трупшхся поверхностей может быть повышена введением в смазки поверхностно-активных, химически активных и полимерообразуюшнх прнсадок, способствующих образованию на поверхностях прочных защитных пленок 144 Повреилсняя Усталостные повреждения (трещины, выкрашнванне, разрушения); юноа в результате абразивного возкействня частил, попадающих со смазкой; кавитационные повреждения вкладышей (местные н общие по всей нлн большей части поверхности) н ксррозновные повреждения (общие яли отдельных структурных составляющих) Устаяосшые повреждения (трещины, выкрашиваняе, разрушения); износ в результате абразивного воздействия частиц н схватывания на отдельных участках поверхностей; образовеие глубоких н широких борозд, приводящих к зашру трущихся поверхностей Износ вслеясгвне схватывания, сопровождаемый вырывамн н переносом металла с одной поверхности на другую; образование глубоких н широких борозд, прнводмцнх к задиру трущихся поверхяостей; износ нз-за снятия (пластической деформации трущихся поверхностей) Жидкостный Смешанный нлн граничный Без смазки В условиях жидкостного трения интенсивность изнашивания незначительна н износ большей частью происходит вследствие попаданив абразивных частиц.
Для трущихся узлов характерен режим смешанного трении, когда имеются участки как жидкостного, так и граничного трения. Такой режим часто возникает вследствие повышения давления н температуры, а иногда в связи с изменением геометрической формы подшипника в результате его износа, по, в у частности, наблюлаеия у бекмзорных подшипников скольжения грузовых вагонов.
Несущую способность таких подшипников с учетом износа баббитового слоя и условий работы определяют по толщине масляного слоя, давяению и произведению рт (7). Результаты расчетов по- ) 2 3 зволилн установить допустимые нормы эксплуатации вагонных подшипников по износу баббитового слоя, опредеяяемому по юменеиию его толщины в зависимости от нмФ Риг. ЗЛ. Изменение козффнцнПри обнаружении повышенного износа шаек валов, подшипников и опРеделенни с помощью Расчетов и сост- 3 ф,м) встствУющих зкспеРиментов наличил смешанного Режима (кривая гарси-Щтрнбека): трения изыскивают пути перехода на жидкостный режим трения.
В соответствии с дншраммой Герон-Штрибека (рнс. 3.2) это возможно вследствие повышения вязкости ннмнсомяснман 145 непосредственно в процессе трения; введением в смазки тонкодисперсных твердых веществ (~рафита, халькогенидов, металлов, полимеров и др.), предотвращающих непосредственный контакт поверхностей трения; обеспечением конструктивными мерами гидродинамических или гидростатических условий трения (поверхности при этом разделены слоем смазочного материала). Последнее относится также к случаю газовой (мзодинамической и газостатической) смазки. В некоторых случаях проявление схватывания может быть устранено применением газовых химически активных сред, образующих нли способствующих образованию на поверхносгвх защитных пленок, превпствующих схватывшппо (в значительной мере такую роль выполняет кислород воздуха).
Закономерности изнашивания некоторых трнбосистем рассмотрим на примере подшипников скольжения коленчатых валов различных двигателей (табл. 3.! ). Таблица 3.1. Виды неврннленнй нодшинннкев скольжения (В) 3~ чС Ю ю о Я Ю о е 1 Ю о еаза ! ! 1 ю е ео 146 смазки р, угловой скорости в и снижения давления р (участок 3). Смягчить условия работы трибосистемы иногда удается с помощью конструктивных изменений трущихся деталей. Например, бесканавочная конструкция подшипников коленчатого вала дизелей тепловозов позволила перевестн работу таких подшипников в режим жидкостного трения, устранить случаи задиров шеек коленчатых валов и сущестмнно подшпь долговечность трущегося узла [16).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
