Изнашивание деталей машин. Меры по снижению интенсивности изнашивания

Одной из наиболее распространенных причин постепенных отказов является износ (последствие изнашивания) деталей машин.

Изнашивание — процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Изнашивание является сложным физико-химическим процессом, зависящим от многих факторов: материала и качества трущихся поверхностей, скорости их взаимного перемещения, нагрузки, вида трения, смазывания, смазочных материалов и т.д.

Различают следующие виды трения: покоя, движения, скольжения, качения, без смазочного материала и со смазочным материалом.

Смазочный материал — материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивности изнашивания.

Трение без смазочного материала происходит между двумя телами при отсутствии на поверхностях трения введенного смазочного материала любого вида. Твердые тела при этом взаимодействуют непосредственно. Такое трение сопровождается пластическими деформациями и даже временным прочным сцеплением отдельных точек контактирующих поверхностей. ЧТО вызывает их интенсивное разрушение. Трение без смазочного материала наблюдается при работе звеньев гусениц в паре с направляющими и опорными катками гусеничных тракторов и т.д.

Трение со смазочным материалом происходит между двумя телами, поверхности трения которых покрыты введенным смазочным материалом любого вида.

Механическое изнашивание представляет собой процесс деформации и разрушения поверхностных слоев, происходящий в результате механического взаимодействия микронеровностей взаимно перемещающихся плоскостей.

Сближение поверхностей с микронеровностями приводит как к контакту микронеровностей, так и к взаимному проникновению микровыступов одной из поверхностей во впадины другой. При относительном перемещении трущихся поверхностей происходит смятие, сдвиг или изгиб микронеровностей. Одни из них испытывают упругие деформации, другие — пластические. При этом контактное давление на отдельных микровыступах достигает больших значений. При таком давлении в контактных точках возникают температурные вспышки, при которых происходит сваривание микровыступов с почти мгновенным разрывом мостиков сварки. В результате описанных процессов происходит разрушение и деформация трущихся поверхностей.

Кроме механического воздействия при механическом изнашивании наблюдается молекулярное взаимодействие поверхностей трения.

Для уменьшения интенсивности механического изнашивания необходимо при механической обработке деталей обеспечивать оптимальную шероховатость поверхности. Например, для шатунных и коренных шеек коленчатого вала оптимальная шероховатость поверхности Ra 0.16...0,32 мкм, что обеспечивается шлифованием и полированием. Эффективным способом уменьшения интенсивности механического изнашивания является создание условий для жидкостного трения. Чем меньше частота вращения и чем больше удельная нагрузка на подшипник, тем больше должна быть вязкость масла для сохранения необходимой толщины масляного слоя. Перегрузка подшипника приводит к резкому уменьшению толщины масляного слоя. При пусках и остановках машин масло выжимается из зазора между поверхностями трения, поэтому в этот момент наблюдается интенсивное изнашивание. Пуски особенно опасны при низких температурах. Вот почему важно подогревать масло и воду перед пуском двигателя.

Разновидностями механического изнашивания являются: абразивное, гидроабразивное, газоабразивное, гидроэрозионное, газоэрозионное, кавитационное, усталостное изнашивание, а также изнашивание при фреттинге и заедании.

Абразивное изнашивание материала детали происходит в результате режушего или царапающего действия на него твердых (абразивных) частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Абразивные частицы содержатся в почве, дорожной пыли, а также могут образовываться в процессе трения в подвижных соединениях в виде продуктов изнашивания, оксидов и других химических соединений. Для уменьшения интенсивности абразивного изнашивания необходимо повышать твердость трущихся поверхностей путем термической обработки, наплавки, хромирования и другими способами, а также предотвращать проникновение абразивных частиц к поверхностям трения с помощью уплотнений, воздухоочистителей и фильтров.

Гидроабразивное (газоабразивное) изнашивание — это абразивное изнашивание в результате действия твердых абразивных частиц или тел, увлекаемых потоком жидкости (газа). Абразивные частицы попадают в поток жидкости (газа) в результате загрязнения топлива, масла, рабочих жидкостей при заправках, неудовлетворительной герметизации и фильтрации. Гидроабразивному (газоабразивному) изнашиванию подвергаются детали насосов, гидроприводов, гидроусилителей, цилиндропорш-невой группы двигателей.

Для снижения интенсивности гидроабразивного (газоабразивного) изнашивания необходимо также как и при абразивном изнашивании повышать твердость поверхностей деталей, не допускать зафязнения топлива, масла и рабочих жидкостей при заправках, вовремя заменять и следить за исправностью фильтров и воздухоочистителей, уплотиительных элементов машин.

Гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание — это изнашивание поверхности в результате воздействия потока жидкости (газа).

Кавитационное изнашивание — это механическое изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости (или наоборот), при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности детали, что создаст высокое местное давление или высокую температуру. Пузырьки газа образуются при нарушении сплошности потока жидкости. Захлопываясь вблизи поверхности твердого тела, они создают мощный гидравлический удар жидкости по поверхности металла. Сосредоточение в одном месте на металлической поверхности большого количества таких ударов вызывает разрушение металла в виде каверн (полостей) диаметром 0,2... 1,2 мм. Такому виду изнашивания подвержены поверхности гильз цилиндров, посадочные пояски блоков цилиндров под гильзу, лопасти водяных насосов и другие детали, омываемые потоком жидкости.

Для увеличения долговечности деталей, подвергающихся кавитационному изнашиванию, необходимо исключать вибрации, повышать жесткость, коррозионную стойкость и твердость деталей. Интенсивность разрушения однородных по составу металлов снижается с увеличением твердости.

Усталостное изнашивание — это механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. Усталостное изнашивание происходит в процессе трения, при котором под действием больших повторно-переменных нагрузок, превышающих предел текучести металла, возникают микропластические деформации сжатия. При многократных деформациях одних и тех же участков на поверхности детали появляются микро-и макроскопические трещины, которые в дальнейшем в результате отслаивания и выкрашивания частиц металла приводят к возникновению осповидных углублений и впадин.

Усталостное изнашивание при высоких контактных давлениях наблюдается на беговых дорожках подшипников качения, зубьях шестерен и других деталях.

Основным мероприятием, обеспечивающим снижение интенсивности усталостного изнашивания, является снижение контактных давлений между соприкасающимися поверхностями путем более равномерного их распределения по длине зуба и между телами качения. Этого можно достичь более точным монтажом и соблюдением оптимальных зазоров и натягов в подвижных и неподвижных соединениях.

Дата добавления: 2015-07-14