Трение и износ деталей
Трение является одним из основных факторов, определяющим процесс изнашивания деталей.
При относительном перемещении соприкасающихся тел возникает трение скольжения или трение качения. Нередко один вид трения сопутствует другому. Например, в шарикоподшипнике шарики не только катятся по поверхностям внутреннего и наружного колец, но и проскальзывают по ним, так как радиусы этих поверхностей неодинаковы.
Для уменьшения величины трения и, следовательно, для уменьшения износа трущихся поверхностей деталей применяют смазку. В зависимости от наличия или отсутствия смазки, а так же толщины и характера слоя, образуемого смазкой, различают следующие виды трения скольжения:
Жидкостное трение, при котором трущиеся поверхности полностью разделены слоем смазки и непосредственного контакта друг с другом не имеют.
Полужидкостное трение, при котором слой смазки имеет не достаточную толщину, вследствие чего трущиеся поверхности разделены слоем смазки, частично находятся в соприкосновении. Полусухое трение трение, при котором большая часть нагрузки передаётся непосредственным контактом трущихся поверхности, а меньшая воспринимается масляной пленкой;
Граничное трение, характеризующееся тем, что трущиеся поверхности разделены слоем смазки толщиной не более 0,1мк; слой масла такой толщины обладает свойствами, не подчиняющимися законам гидродинамики;
Сухое трение, при котором между трущимися поверхностями деталей смазка полностью отсутствует. Все эти виды трения можно наблюдать при работе подшипников скольжения
В конце XIX в. выдающийся русский ученый Н.П. Петров, рассматривая вопрос о трении хорошо смазанных частей машин, разработал гидродинамическую теорию трения. Сущность гидродинамической теории трения состоит в том, что
при определенных условиях между подшипником и валом создаётся гидродинамическое (жидкостное) давление, которое приподнимает вал, вследствие чего трение твердых тел вала и подшипника друг о друга заменяется трением между слоями масла.
В состоянии покоя, когда число оборотов вала равно нулю, лежит на поверхности подшипника и его центр оказывается ниже центра подшипника. При малых скоростях вращения вала соприкосновение между ним и подшипником сохраняется-происходит трение одного твердого тела о другое, коэффициент трения достаточно велик и трущиеся поверхности изнашивают друг друга. С увеличением скорости вращения смазывающая жидкость вследствие своих химических свойств, липкости и вязкости увлекается вращающимся валом в направлении вращения в узкий зазор между валом и подшипником, имеющим форму серповидного клина. Образующееся при этом давление приподнимает вал, одновременно смещая его в сторону, обратную направлению вращения. Следовательно, достигнув определенного числа оборотов, нагруженный вал всплывает в подшипнике, и рабочие поверхности разделяются слоем смазки. При дальнейшем возрастании числа оборотов центр вала описывает кривую, близкую к полуокружности радиуса, равного 1/4 зазора, и при бесконечно большом числе оборотов совмещается с центром подшипника.
При жидкостном трении трущиеся поверхности деталей полностью разделены слоем смазки, вследствие чего износ их оказывается ничтожным. Условия, обеспечивающие жидкостное трение, можно определить исходя из гидродинамической теории трения и смазки, согласно которой
h=μnd2/18,36PSC
- h — толщина слоя смазки в самом узком месте клиновидной щели в мм;
- μ— абсолютная вязкость масла в кгс сек/м', n — число оборотов вала в 1 мин; d — диаметр вала в мм;
- P — нагрузка на вал в кгс/м',
- S — зазор в соединении в мм;
- С — коэффициент длины подшипника,
C=d+l/l
- 1 — длина подшипника в мм.
При заданной конструкции соединения величины d и 1 можно считать постоянными, следовательно, основными факторами, обеспечивающими работу соединения при, жидкостном трении являются: качество смазки, число оборотов, нагрузка, меняющаяся с изменением режима работы машины,' и зазор, величина которого растет в результате износа.
По мере износа, с увеличением зазора, толщина слоя смазки уменьшается, и, когда значение h достигает величины, равной сумме неровностей поверхностей вала и подшипника, жидкостное трение перейдет в полужидкостное, так как будет иметь место взаимный контакт поверхностей вала и подшипника. Этот момент надо считать за предельно допустимый для соединений, которые рассчитаны для работы в условиях жидкостного трения.
Следовательно, работоспособность данного соединения определяется мерами способствующими тому, чтобы величина зазоров в процессе изнашивания изменялась как можно меньше. Такими мерами являются, предупреждение перегрузки соединении и внимательное наблюдение за качеством и режимом смазки. Естественна также тенденция уменьшить зазоры в подшипниках, так как только при небольших первоначальных их значениях возможно жидкостное трение.
Соединения, работающие в условиях жидкостного трения, практически не. изнашиваются. Например, вкладыши коренных подшипников двигателя внутреннего сгорания служат на протяжении десятков тысяч километров пробега автомобиля. В действительных условиях износ неизбежен хотя бы потому, что неизбежны пуски и. остановки машины, при которых жидкостное трение отсутствует; трудно избежать также и резких колебаний режима работы машины, при которых жидкостное трение может быть нарушено.
Большинство соединений деталей автомобильных машин и механизмов невозможно сконструировать так, чтобы они работали в условиях жидкостного трения.
К таким соединениям можно отнести: сильно нагруженные валы при небольших скоростях вращения, соединения с качательным движением деталей, соединения, работающие при высоких температурах, а следовательно, при низких значениях вязкости масла и т. д. В таких случаях превалирующими видами трения будут полужидкостное и полусухое. В этом случае значительно возрастает сопротивление трению и увеличивается скорость изнашивания.
Аналитические зависимости, определяющие закономерности изнашивания при этих видах трения, пока еще не установлены.
Сухое трение желательно обеспечить тогда, когда необходимо увеличить сцепление между соприкасающимися частями и исключить скольжение между ними, например, в различных фрикционных передачах и тормозных механизмах. В тех же случаях когда соприкасающиеся поверхности должны скользить одна по другой, сухое трение недопустимо, так как оно неизбежно сопровождается повышенным износом деталей. Однако в некоторых узлах строительных машин, работающих в абразивной среде, этот вид трения неизбежен, как, например, в звеньях гусениц экскаваторов и бульдозеров. Сухое трение может быть и в соединениях, работающих со смазкой, когда подача масла недостаточна или оно полностью выдавливается из зазора между трущимися поверхностями.
|
Машина как дорогая женщина, требует особого внимания. Любит, чтобы за ней ухаживали, постоянно чистили и мыли и «не спускали с нее глаз». Подробнее... 
Как говорят водители, самое неприятное, что может случиться на дороге, оказывается не пробой колеса или разбитие стекла, а встреча с сотрудником... Подробнее...