Общие закономерности измерения силы трения и скорости изнашивания в зависимости от условий нагружения

Общие закономерности измерения силы трения и скорости изнашивания в зависимости от условий нагружения

При работе машины на скорость изнашивания влияют:

1) увеличение (уменьшение) номинальной площади контакта с соответствующим изменением контактной нагруженности деталей машин;

2) увеличение внешнего силового воздействия вследствие роста динамических нагрузок и появления дополнительных нагрузок при перекосе и заклинивании изношенных деталей;

3) ухудшение условий снабжения трущихся поверхностей смазкой и нарушение нормального для данного сопряжения режима смазки (утечки, снижения вязкости, потери гидродинамического эффекта и т.п.);

4) интенсификация выделения тепла и ухудшение его отвода;

5) нарушение кинематических связей трущихся деталей;

6) увеличение количества и размеров твердых частиц, попадающих извне в зону трения (при увеличении зазора между деталями, при износе уплотнений и т.п.);

7) увеличение удельных затрат энергии и топлива на работу узла трения.

Все это, в конечном счете, определяет срок службы детали узла трения, прошедшего обработку, по его допустимому предельному

износу hп где h1  износ после обкатки; J2  скорость изнашивания в нормальных условиях эксплуатации машины. При многообразии трущихся пар, машин, рабочих сред и т.п. в подавляющем большинстве случаев измерения коэффициентов трения от нагрузки или скорости относительного скольжения имеется участок, на котором коэффициенты трения бывают приблизительно неизменными и минимальны по сравнению со значениями коэффициентов трения вне этого участка. Условно этот участок называют участком стационарного трения и изнашивания. Принципиальная схема коэффициента трения от нормального давления и скорости скольжения на примере ряда распространенных пар трения представлена на рис. 9.1. На нем приведены результаты эксперимента пар трения: I сталь 45 сталь 45; II сталь У8А сталь У8А (закаленная, без смазки); III сталь8ХМЮА бронза БрОЦС-6-3 (граничная смазка). Из анализа результатов этих исследований следует, что данные различных исследователей отличаются друг от друга только масштабом явления границами стационарного участка и значениями коэффициентов трения на этом участке. Эти границы зависят как от скорости скольжения, так и от дав

ления на фрикционном контакте, от свойств контактирующих материалов, физико-химических свойств смазки и газовой среды. Каждые из них, в свою очередь, характеризуют механические, молекулярномеханические и коррозионно-механические процессы, развивающиеся во фрикционном контакте. Скорость процессов механического и химического взаимодействия поверхностей трения и среды и составляющие процесса диссипации находятся в определенных соотношениях с результатами фрикционного взаимодействия. Таким образом, при рассмотрении зависимости коэффициента трения и соответствующих параметров, характеризующих интенсивность изнашивания тел, от условий нагружения могут быть выделены области скоростей, при которых трение и износ будут минимальными, а также и режимы, при которых будут реализовываться неблагоприятные режимы трения.

а

б

Рис. 9.1. Зависимость коэффициента трения от нормального давления и скорости скольжения: а нормальные давления: I и II 10 кг/см2;

III 30 кг/см2; б скорости скольжения: I 1 м/с, II 1,5 м/с, III 5 м/с

На рис. 9.2 представлена принципиальная схема зон нормального трения и износа (область I), зоны повреждаемости (области III и IV) и

переходная зона (область II). Для разных трущихся пар и сред эти области будут большими или меньшими, более широкими или узкими. Для каждой пары трения и среды будут свойственные для них области со специфическими условиями трения и износа. Зависимости, представленные на рис. 9.2, свидетельствуют и о том, что в природе нет абсолютно износостойких или неизносостойких материалов, а есть только диапазоны режимов (скоростей и давлений), при которых в определенных условиях данный материал работает как износостойкий. За пределами этого диапазона режимов этот же материал уже ведет себя как неизносостойкий. И только для определенных машин и оборудования, для которых имеются вполне определенные режимы и среда, можно подобрать материал, который для нее окажется износостойким и с наименьшими потерями энергии (с меньшим коэффициентом трения).

Рис. 9.2. Схема расположения областей нормального трения и износа:

I стационарная область; II переходная область; III и IV области повреждаемости