Виды трения

Виды трения. В процессе работы машин поверхности  трения деталей находятся в различных  условиях. В зависимости от того, есть или нет смазка между трущимися  поверхностями,  различают  следующие виды трения (ГОСТ 16429—70).

Трение без  смазки происходит при отсутствии на поверхностях трения обоих твердых тел смазочного материала всех видов. Такое трение сопровождается повышенными температурами на поверхностях трения, пластическими деформациями и даже охватыванием отдельных точек контакта, приводящими к интенсивному разрушению трущихся поверхностей. В условиях трения без смазки работают диски сцеплений, соединения: тормозной барабан — колодки, гнездо клапана — клапан, звенья гусениц — пальцы, а также звенья гусениц в паре с направляющими и ведущими колесами, с поддерживающими и опорными катками.

Граничное трение двух твердых тел возникает при  тонком слое смазки на поверхностях трения, не превышающем высоты шероховатостей соприкасающихся поверхностей. При  сравнительно небольших нагрузках  условия граничного трения оказывают положительное воздействие, интенсивность разрушения трущихся поверхностей резко снижается. Но при больших нагрузках масляная пленка разрушается, частицы ее попадают в образующиеся микротрещины и при сжатии их в местах контакта проявляют расклинивающее действие, увеличивая интенсивность разрушения трущихся поверхностей. При таком трении в машинах работают многие трущиеся пары: толкатель — кулачок распределительного вала, клапаны и толкатели с направляющими втулками и др.

Жидкостное трение возникает между двумя телами, полностью разделенными слоем жидкости (смазки). Отсутствие контакта между поверхностями предохраняет их от разрушения. Заметные повреждения или разрушения поверхностей происходят только в моменты нарушения условий жидкостного трения или при попадании в смазку посторонних твердых частиц. При таком трении работают опорные шейки распределительных валов, коренные и шатунные подшипники коленчатых валов, поршневые пальцы и др.

Виды изнашивания. В условиях всех видов трения происходит разрушение трущихся поверхностей, т. е., иначе говоря, поверхности изнашиваются.

Изнашивание — это процесс постепенного изменения размеров деталей вследствие работы трения, проявляющийся в отделении с поверхностей трения материала и (или) его остаточной деформации.

Износ — результат изнашивания деталей, т.е. результат работы трения. Изнашивание деталей машин сопровождается сложными физико-химическими явлениями и многообразием влияющих на него факторов. Изнашивание зависит от материала и качества трущихся поверхностей, от характера и скорости их взаимного перемещения, от характера контакта, вида и значения нагрузки, вида трения и многих других факторов, В соответствии с ГОСТ 16429—70 установлены три группы изнашивания в машинах: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое. Каждая группа изнашивания делится на несколько видов.

Механическое  изнашивание разделяют на абразивное, гидроабразивное газо-абразивное, эрозионное, усталостное и кавитационное.

Абразивное изнашивание  в машинах возникает в результате микропластических деформаций и срезания металла твердыми абразивными частицами, находящимися между поверхностями трения. Абразивные частицы попавшие из окружающей среды или образовавшиеся при других видах изнашивания, часто по своей твердости превышают твердость трущихся поверхностей и действуют как режущий инструмент. Поэтому по своей природе механизму протекания абразивное изнашивание очень похоже на явление резания металлов. Абразивному изнашиванию подвержены детали машин, работающие в абразивной среде (ходовая часть гусеничных тракторов и дорожно - строительных машин, рабочие органы сельскохозяйственных машин).

Гидроабразивное изнашивание вызывается абразивными (твердыми) частицами, перемещающимися  потоком жидкостей. Абразивными  частицами попадают в поток жидкости в результате загрязнения при небрежной заправке, плохой фильтрации и очистке. Этому виду изнашивания подвержены детали водяных, масляных и топливных насосов, гидроусилителей, гидроприводов тормозных и других систем.

Газоабразивное изнашивание вызывается воздействием твёрдых частиц, увлекаемых потоком воздуха или газа.

Самые эффективные  способы борьбы с абразивным износом  — повышение твердости и улучшение  качества обработки трущихся поверхностей, тщательная герметизация всех уплотнительных устройств при ремонте, а также очистка топлива и смазки от механических примесей в процессе эксплуатации и поддержание в исправном состоянии уплотнительных (сальники, уплотнительные прокладки, чехлы и т. п.) и очистительных устройств (топливные и масленые фильтры, воздухоочиститель).

Эрозионное изнашивание  деталей происходит в результате трения потока жидкости о металл. Эрозионное изнашивание в большинстве случаев  проявляется совместно с гидроабразивным  изнашиванием. Поток жидкости разрушает  постоянно образующуюся окисную пленку металла, а абразивные частицы в потоке способствуют более интенсивному изнашиванию.

Усталостное изнашивание  возникает под действием больших  удельных повторно-переменных нагрузок, превышающих предел текучести металла, в результате чего образуются микропластические деформации сжатия и упрочнения поверхностных слоев. Микро и макротрещины по мере работы развиваются и приводят к усталостному отслаиванию частиц металла. На контактных поверхностях образуются одиночные и групповые осповидные углубления и впадины. Глубина впадин зависит от свойств металла, удельных давлений и размера контактных поверхностей. После заметного появления усталостного износа быстро наступает аварийное состояние. Усталостному изнашиванию преимущественно подвержены поверхности трения-качения подшипников и зубьев шестерен. Нарушение межосевого расстояния и оосности вызывает повышенные удельные давления и повышенный усталостный износ деталей. Меры борьбы с усталостным изнашиванием — правильный монтаж подшипников и зубчатых передач.

Кавитационное изнашивание деталей объясняется  появлением на поверхности металла  гидравлических микро ударов, образующихся при относительном перемещении  жидкости и твердых тел. Этому виду изнашивания подвержены поверхности цилиндров и водяных рубашек современных двигателей, охлаждаемых турбулентным потоком жидкости, лопасти водяных насосов и другие детали.

Молекулярно-механическое изнашивание вызывается одновременным  воздействием механических и молекулярных или атомарных сил. В результате схватывания поверхностей в месте контакта происходит глубинное вырывание материала, поэтому его называют изнашиванием при заедании. Этот вид изнашивания разделяют на изнашивание схватыванием первого и второго рода.

Изнашивание схватыванием первого рода возникает при трении поверхностей с малыми скоростями (1,0 м/с), отсутствии смазки и при больших  нагрузках в местах контакта поверхностей. Под действием большой нагрузки между отдельными выступами трущихся поверхностей возникают металлические связи и упрочнение в месте схватывания. При перемещении происходит вырывание стружки из менее твердой поверхности или царапанье ее упрочненным участком. Изнашивание схватыванием первого рода сопровождается наиболее высоким коэффициентом трения, выделением большого количества тепла и наибольшей интенсивностью изнашивания.

Изнашивание схватыванием второго рода наблюдается при  трении скольжения с большими скоростями, недостаточной смазке и со значительными  удельными нагрузками. Оно также характеризуется интенсивным повышением температуры в поверхностных слоях и увеличением их пластичности.

Эффективные меры, снижающие появление износа схватыванием, — достижение высокого класса шероховатости  и правильной геометрической формы при обработке поверхностей, получение защитных окисных пленок, улучшение условий смазки, соблюдение (в начальный период работы после изготовления или ремонта) режимов обкатки, а также недопущение перегрузок в процессе всего периода эксплуатации.

Коррозионно-механическое изнашивание происходит при трении поверхностей, непрерывно вступающих в химическое взаимодействие с окружающей средой. Это изнашивание разделяют  на окислительное изнашивание при  фреттинг-коррозии.

Окислительное изнашивание характеризуется протеканием одновременно двух процессов —.пластической деформации малых объемов металла поверхностных слоев и проникновения кислорода воздуха в деформированные слои. В первой стадии окислительного изнашивания происходит раз рушение и удаление мельчайших твердых частиц металла из непрерывно образующихся (от проникновения кислорода) пленок. Вторая стадия характерна образованием и выкрашиванием пластически недеформирующихся хрупких окислов. Окислительное изнашивание возникает при трении скольжения и трении качения. При трении скольжения оно становится ведущим, а при трении качения сопутствующим другим видам изнашивания. Проявляется этот вид изнашивания, при сравнительно невысоких скоростях скольжения и небольших удельных нагрузках, а также на таких деталях, как шейки коленчатых валов цилиндры, поршневые пальцы и др.

Изнашивание при  фреттинг-коррозии возникает о трения скольжения с очень малыми возвратно-поступательными  перемещениями в условиях динамической нагрузки. При ударах и вибрации происходит интенсивное окисление соприкасающихся поверхностей вследствие резкой активизации пластически деформируемого металла. В результате на рабочих поверхностях в местах контакта появляется резко выраженное разрушен» Изнашиванию при фреттинг-коррозии подвергаются посадочные поверхности подшипников качения и шестерен, болтовые и заклепочные соединения рам и другие детали.

Наибольшему коррозионно-механическрму  изнашиванию подвержены мягкие стали, поэтому эффективным способом уменьшения этого изнашивания является повышение твердости рабочих поверхностей закалкой, нанесением твердых сплавов, хромированием и др.