Файл: Гаркави, Н. Г. Эксплуатация средств технического вооружения железнодорожных и дорожных войск учебник.pdf

Рассмотрение приведенных формул показывает, что износ про­ порционален удельной нагрузке на деталь, обратно пропорциона­ лен твердости материала и возрастает при увеличении шерохова­ тости.

Основным видом трения, в расчете на которое проектируются узлы машин, является жидкостное.

Для того, чтобы жидкостное трение имело место, необходимо соблюдение условия

основании их исследований установлено, что в сочленении валподшипник получается масляный слой, толщина которого h„ равна

няющимися в условиях эксплуатации. Скорость вращения вала возрастает от нуля в период пуска машины до максимума при нор­ мальной работе и понижается снова до нуля при остановке маши­ ны. Аналогично этому изменяется и толщина масляного слоя, а следовательно и закономерность изнашивания. Практика показа­ ла. что износ деталей в периоды пусков и остановок во много раз больше, чем в период установившейся работы.

Неправильный выбор режимов работы, ведущий к повышению нагрузок на детали, также приводит к уменьшению толщины мас­ ляного слоя. Вследствие этого увеличивается сила трения, что при­ водит к повышению температуры в сочленениях, а это, в свою оче­ редь, вызывает снижение вязкости масла и, следовательно, к обра­ зованию непосредственного контакта трущихся поверхностей. При температуре поверхностей деталей более 220° С минеральные мас­ ла обычно вообще теряют свои полезные свойства.

Износ сопряженных деталей вызывает увеличение зазора меж­ ду ними, изменение формы деталей, а это опять приводит к умень­ шению толщины масляного слоя, а иногда и к полному прекраще­ нию образования масляного клина.

'20

Следовательно, все факторы, влияющие на толщину масляного слоя, взаимосвязаны, рост одного из них вызывает изменение вели­ чины других. Это приводит к тому, что жидкостное трение встреча­ ется далеко не всегда и для его обеспечения огромное значение имеет соблюдение оптимальных режимов работы, правильный вы­ бор смазочных материалов, постоянная регулировка зазоров.

Изнашивание деталей определяется не только характером и размерами образовавшегося масляного клина. Важны и другие факторы. Например, масло с малой вязкостью быстрее достигает рабочих поверхностей машины, лучше охлаждает их во время ра­ боты и успешнее уносит продукты износа. Однако легкость про­ никновения маловязких масел через малые зазоры приводит к па­ дению давления в масляных магистралях при небольшом износе вкладышей подшипников и шеек, способствует угару масла в дви­ гателях.

Чем выше вязкость масла, тем большие давления развиваются внутри масляного слоя при неизменной его толщине и относитель­ ной скорости скольжения поверхностей, т. е. тем большую нагруз­ ку может нести масляный слой. Однако высокая вязкость масла приводит к увеличению трения, повышению температуры трущихся поверхностей, т. е. к ухудшению их условий работы.

Скорость изнашивания сильно возрастает при загрязнении смазки посторонними частицами. Если размер этих частиц больше минимальной толщины масляного слоя, то произойдет удар твер­ дого тела по мягкому. В результате повреждаются обе рабочие по­ верхности и может начаться абразивное изнашивание. Даже от­ дельная царапина, нанесенная абразивом, нарушает течение смаз­ ки по зазору, вызывает образование вокруг нее зоны высоких тем­ ператур и очага последующего коррозионного разрушения. Осо­ бенно опасно загрязнение подшипников качения, где толщина мас­ ляного слоя очень мала.

При вращении вала в подшипнике, на стороне шейки, противо­ положной масляному слою, образуется зона разрежения, в которую извне подсасывается воздух вместе со взвешенными в нем части­ цами, загрязняющими масло. Кислород воздуха образует на по­ верхности шейки пленки окислов, водяные пары также окисляют металл, что ведет к повышенному износу.

Кислоты и иные химически активные вещества, содержащиеся как в масле, так и в атмосферной влаге (и особенно в почвенной), создают химические соединения, как правило, менее износостой­ кие, чем основная масса металла.

Вибрация машин вызывает разрушение защитных пленок, воз­ никающих на трущихся поверхностях, увеличивая скорость корро­ зийного процесса и износ.

21

род, производящий местное поверхностное науглероживание. Наугдероженный горячий участок детали, попадая в относительно хо­ лодную зону или в ноток холодной смазки, закаливается, На дру­ гих участках, вне перегретой зоны, при нагревании и медленном охлаждении детали возможен отпуск поверхностного слоя.

Риски на поверхностях трения, при их значительных ширине и глубине, особенно, если они оказываются в нагруженной части мас­ ляного слоя, значительно понижают его несущую способность. Не­ глубокие. открытые и глубокие закрытые (распространяющиеся только на часть подшипника) продольные риски иногда могут быть полезны, как резервуары для масла. Глубокие открытые продоль­ ные канавки существенно снижают несущую способность масля­ ного слоя, вследствие интенсивного течения масла в них.

Большое значение имеет шероховатость поверхностей деталей. Оптимальной является шероховатость, обеспечивающая макси­ мальный гидродинамический эффект. Между глубиной неровностей и минимальным зазором в сочленении существуют оптимальные соотношения. При одинаковых глубинах лучше шероховатость, имеющая неровности большего шага.

В том случае, когда вследствие каких-либо причин толщина смазочной прослойки уменьшается до десятых долей микрона, гид­ родинамические явления не происходят и начинается граничное трение, при котором проявляются закономерности граничной смаз­ ки. При этом смазочное действие определяется не только вязко­ стью смазочного вещества, но и содержанием в нем поверхностно­ активных молекул, способных адсорбироваться на трущихся по­ верхностях.

Имеющиеся в них поверхностно-активные молекулы располагают­ ся с единым направлением осей, перпендикулярным поверхности металла. Этот «молекулярный частокол» приводит к правильной ориентации и всех остальных молекул, которые, кроме того, распо­ лагаются и строго послойно. Целостность каждого слоя обусловли­ вается взаимным притяжением тесно расположенных параллель­ ных молекул одного слоя.

Граничный слой препятствует сближению трущихся поверхно­ стей и, следовательно, их изнашиванию. На прочность и износо­ стойкость граничного слоя смазки влияют удельное давление, ско­ рости скольжения, температура,, шероховатость поверхностей. Это влияние пока изучено недостаточно.

Необходимо подчеркуть, что уменьшение изнашивания деталей при граничной смазке происходит за счет наличия в ней поверх­ ностно-активных веществ (например, органических кислот — стеа­ риновой, олеиновой и др.). При больших нагрузках наличие в

22

смазке поверхностно-активных веществ значительно ускоряет из­ нашивание за счет того, что эти вещества, проникая в микротрещи­ ны поверхности, расклинивают их. Вследствие этого разрушение детали ускоряется.

ПРЕДЕЛЬНЫЙ ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ

Несмотря на наличие разнообразных факторов, влияющих на интенсивность молекулярно-механического изнашивания, характер

•изменения его во времени примерно одинаков для всех сопряжен­ ных деталей и описывается графиком изменения параметра потока отказов (см. рис. 2).

Область I графика характеризуется большим и непостоянным темпом изнашивания. Износ сопряженных деталей при этом проис­ ходит, в основном, за счет сглаживания неровностей — приработки трушихся поверхностей. Скорость изнашивания С равняется

Вобласти II интенсивность изнашивания меньше, чем в первой,

атемп износа постоянен. Ее можно назвать областью естествен­ ного изнашивания.

Точка В на графике определяется тем, что после нее интенсив­ ность изнашивания возрастает и делается непостоянной. График функции после точки В асимптотически приближается к вертикали. Область III называется областью аварийного износа.

Величина износа, соответствующая точке В, является наиболь­ шей допустимой и называется предельным износом /пр. Под пре­ дельной понимается такая величина износа детали, после дости­ жения которой дальнейшая работа детали является технически не­ возможной или экономически нецелесообразной. Например, пре­

дельно изношенные поршневые кольца делают невозможными за­ пуск двигателя, предельно изношенная щека камнедробилки, хотя и не лишает камнедробилку возможности работать, дает такие низ­ кие производительность и качество щебня, что дальнейшая работа ■становится экономически нецелесообразной.

При определении величины допустимого предельного износа не­ обходимо учитывать влияние следующих факторов:

—уменьшение прочности детали, вследствие изменения ее раз­ меров и формы;

—влияние изношенной детали на условия работы и работоспо­ собность других деталей сопряжения или узла; например, износ шеек коленчатого вала двигателя может не сказываться на его

прочности, но вызывает обрыв шатунных болтов;

— изменение функциональных свойств деталей и узлов, напри­ мер, затупление зубьев ковша экскаватора вызывает увеличение сопротивления копанию; износ поршневых колец двигателей вызы­ вает повышенный расход горючего, смазки и т. п.;

23