Информационный портал

Добро пожаловать, у нас Вы найдете все о строительной технике, включая колесные и гусеничные экскаваторы, грейдеры, бульдозеры,  тракторы, скреперы, бетононасосы и прицепы.

 

Трение и изнашивание

Основной причиной нарушения работоспособности машин и воз­никновения отказов являются изменения, происходящие в ма­териалах деталей в результате трения и изнашивания.

Исследованием процессов трения и изнашивания деталей ма­шин занимается наука — трибоника. Основы теории трения и из­нашивания разработаны советскими учеными П. А. Ребиндером, В. Д. Кузнецовым, Л. К. Зайцевым, И. В. Крагельским, М. М. Хруще­вым, Б. И. Костецким.

Внешним трением называют явления сопротивления относи­тельному перемещению, возникающего между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним . Основ­ной характеристикой внешнего трения является сила трения — сила сопротивления относительному перемещению двух тел при трении. Преодоление силы трения на пути перемещения тел носит название работы трения.

В зависимости от отсутствия или наличия движения разли­чают трение покоя и трение движения.

Трение покоя представляет собой трение двух тел при мик­росмещениях до перехода к относительному движению, а трение движения — трение двух тел, находящихся в относительном движе­нии.

В свою очередь трение движения подразделяется на следую­щие виды: трение качения и скольжения.

Трение скольжения характерно тем, что скорости тел в точке каса­ния различны по величине и направлению или по величине или по направлению. В свою очередь трение качения представляет собой трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению. В зависимости от наличия смазочного материала различают трение без сма­зочного материала и трение со смазочным материалом.

Трение без смазочного материала представляет собой тре­ние двух тел при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида, а трение со смазочным мате­риалом характеризуется тем, что трение происходит при наличии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

Понимание сущности процессов трения обусловливает пра­вильный выбор конструктивных и эксплуатационных мероприятий, направленных на повышение долговечности элементов машин. На характер трения влияют качество рабочих поверхностей сопря­женных деталей и их физические свойства.

Трение без смазочного материала всегда сопровождается механическим повреждением трущихся поверхностей, упругопластическим деформированием, задирами, интенсивным теплообразовани­ем, возникновением шума и вибрации. Для этого вида трения характерно как механическое, так и молекулярное взаимодействие поверхностей.

Наличие смазочного материала между трущимися поверхностями не только уменьшает трение вследствие скольжения слоев смазки друг по другу. Смазка, проникая в имеющиеся на поверхности деталей микропоры, снижает пластическую деформацию материала, способствует перераспределению давления и, таким образом, обеспе­чивает благоприятные условия приработки поверхностей. В резуль­тате трения наблюдается явление, носящее название изнашивание.

Изнашивание — процесс разрушения и отделения материала от поверхности твердого тела и накопления его остаточной де­формации, проявляющейся в постепенном изменении размеров и форм тела.

При эксплуатации машин интенсивность изнашивания деталей не является постоянной. В начальный период работы наблюдается довольно быстрый износ (результат изнашивания) деталей участок 0 —а). Продолжительность этого периода обусловли­вается качеством поверхности и режимом работы механизма.

При правильном выборе режимов приработки (участок 0а)довольно быстро устанавливается определенная шероховатость поверхностей. При такой шероховатости наступает период так на­зываемого нормального или установившегося изнашивания (участок а—б).Этот период характеризуется неболь­шой, примерно постоянной по величине степенью изнашивания и продолжается до тех пор, пока изменение размеров или формы де­талей не повлияют на условия их работы. Накопление изменений геометрических размеров и физико-механических свойств деталей ведет к ухудшению условий работы сопряжения. Основным фак­тором при этом является повышение динамических нагрузок вследст­вие увеличения зазоров в трущихся парах. В результате насту­пает период прогрессивного изнашивания (участок б — в).

Существует несколько классификаций изнашивания. Наиболее распространенной является классификация в соответствии с ГОСТ 23.002—78. В зависимости от характера преобладающих факторов различают механическое и коррозионно-механическое изнашивание.

Механическое изнашивание возникает в результате механи­ческих воздействий. К этому виду изнашивания относят абразив­ное и усталостное.

Абразивное изнашивание возникает в результате режущего или царапающего действия твердых тел или частиц. Эти тела или частицы, обладая большей, чем металл, твердостью, разрушают поверхность деталей и резко увеличивают их износ. Примерами абразивного изнашивания могут служить изнашивание деталей открытых сопряжений машин — шкворней, подшипников катков гу­сеничного хода и др.

В результате действия твер­дых частиц, взвешенных в жид­кости или газе и перемещающихся относительно изнашивающегося тела, происходит гидроабразив­ное (газоабразивное) изнашива­ние. Примером гидроабразивного изнашивания может служить из­нашивание гидроцилиндров, насо­сов и распределителей а газоабра­зивного — изнашивание деталей двигателя внутреннего сгорания.

Механическое изнашивание или газа носит название эрозионного изнашивания. Эрозионному изнашиванию подвер­гаются жиклеры карбюратора, распылители форсунок, клапа­ны двигателя и некоторые другие детали машин.

Механическое изнашивание в результате усталостного раз­рушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя металла носит название усталостного изна­шивания. Этот вид изнашивания наблюдается на рабочих поверхнос­тях зубьев шестерен.

Кавитационное изнашивание — гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное повышение давления или температуры. Кавитационному из­нашиванию могут подвергаться гильзы блока цилиндров двигате­ля, лопасти водяного насоса системы охлаждения и др.

Одним из наиболее опасных и разрушительных видов изнашива­ния является заедание, которое возникает в результате схваты­вания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неров­ностей на сопряженную поверхность. Этот вид изнашивания характе­рен для многих сопряжений машин.

Коррозионно-механическое изнашивание характеризуется про­цессом трения материала, вступившего в химическое взаимо­действие со средой. При этом на поверхности образуются новые менее прочные химические соединения, которые в процессе рабо­ты сопряжения удаляются с продуктами износа. Примером этого вида изнашивания является изнашивание деталей цилиндропоршневой группы двигателя в результате воздействия таких агентов коррозии, как серная, сернистая и органические кислоты.

Коррозионно-механическое изнашивание включает окислитель­ное изнашивание и изнашивание при фретинг-коррозии. При пер­вом из них основное влияние на изнашивание оказывает хими­ческая реакция материала с кислородом или окисляющей окружа­ющей средой, а второе — характеризуется коррозионно-механическим изнашиванием соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях.

Рис. 4.2. Характер изменения износа деталей в процессе работы.

Для обеспечения надежной работы машин при их эксплуатации необходимо установить, какие из рассмотренных видов изнашивания в данных конкретных условиях наиболее нежелательны с точки зрения снижения работоспособности машин, и разработать эффек­тивные методы борьбы с ними.

Исследования показывают, что в связи с проблемой повыше­ния надежности все виды изнашивания могут быть подразделены на две группы: допустимые виды, характеризуемые относительно малыми скоростями развития, и недопустимые, характеризуемые интенсивными процессами разрушения.

Основной задачей эксплуатации является создание таких ус­ловий, при которых бы не происходило перехода от нормальной работы к аварийной, от допустимого изнашивания к другим ви­дам, вызывающим разрушение поверхностей деталей. С учетом этого можно сформулировать следующие основные направления со­вершенствования эксплуатации машин, направленные на уменьшение изнашивания, а следовательно, и на повышение надежности:

повышение квалификации обслуживающего персонала;

строгое соблюдение рекомендаций инструкции по эксплуата­ции;

обеспечение нормальных режимов работы машины; соблюдение правил транспортировки и хранения машин; совершенствование организации и технологии технического обслу­живания.

Квалификацией обслуживающего персонала определяется ка­чество подготовки машины к работе, ее технического обслужива­ния и ремонта. Строгое соблюдение рекомендаций, приведенных в инструкциях по эксплуатации, связано со своевременным проведе­нием работ по техническому обслуживанию и ремонту.

Обеспечение нормальных режимов работы связано с работой без перегрузок, что приводит к уменьшению изнашивания сопря­женных деталей. Совершенствование организации и технологии технического обслуживания предусматривает высокий уровень вы­полнения этих работ, включение в технологический процесс диагно­стирования, а также широкую механизацию проведения работ.

Смотрите также:

 

 
< Пред.