Износ трущихся деталей

Влияние шероховатости поверхности на

На эксплуатационные свойства деталей машин

Влияние шероховатости и состояния поверхности

Исследование работоспособности сопряжений деталей машин показывает, что более 80 % из них выходят из строя из износа. Трение и износ деталей в значительной степени связаны с высотой и формой микронеровностей.

В начальный период работы трущихся поверхностей их контакт происходит по вершинам неровностей. В результате этого фактическая площадь соприкосновения составляет лишь небольшой процент от расчетной площади контакта. В местах контакта по вершинам неровностей развиваются большие давления, часто превышающие предел текучести, а иногда и предел прочности трущихся материалов.

Под действием этих давлений при неподвижных поверхностях в точках контакта происходят упругое сжатие и пластическое деформирование смятия микронеровностей, а при взаимном перемещении поверхностей – срез, отламывание и пластический сдвиг вершин неровностей, что приводит к интенсивному начальному износу трущихся деталей и увеличению зазора в сопряжении. Этот период называется начальным износом или периодом приработки деталей. Высокой интенсивности изнашивания в момент приработки способствуют высокие мгновенные температуры, развивающиеся на малых площадях контакта при большом давлении.

При работе деталей в легких и средних условиях высота микронеровностей в период приработки трущихся поверхностей уменьшается на 65 – 75 %. Это приводит к увеличению фактической площади контакта, а, следовательно, к уменьшению давления в зоне трения.

Во время начального износа происходит изменение формы и размеров микронеровностей, а также направления обработочных рисок. Величина микронеровностей уменьшается или увеличивается до некоторого оптимального значения, которое зависит от условий трения. Если при механической обработке удается получить оптимальную шероховатость, в процессе износа она не изменяется, а время приработки и износ оказываются минимальными. Зависимость износа от высоты микронеровностей поверхности показана на рис. 11.6.

U, мкм

О₁

О₂

R_z, мкм

Рис. 11.6. Зависимость износа от шероховатости поверхности

Из графиков (рис. 11.6) видно, что при оптимальной высоте микронеровностей (точки О₁ и О₂) начальный износ деталей сопряжения является минимальным. Кривая 1 отражает износ сопряжения, работающего в легких и средних условиях, а кривая 2, − работу сопряжения в тяжелых условиях. Как следует из графиков, при усилении режима нагружения сопряжения точка оптимальной шероховатости смещается вправо, в сторону увеличения микронеровностей. Объясняется это тем, что для нормальной работы сопряжения необходимо определенное количество смазки, которое находится во впадинах микронеровностей. При увеличении нагрузки в сопряжении количество необходимой смазки увеличивается, поэтому оптимум шероховатости смещается в сторону более высоких микронеровностей.

Увеличение высоты микронеровностей по сравнению с оптимальным значением повышает износ за счет того, что при высоких микронеровностях происходит механическое зацепление, скалывание и срез неровностей поверхности. Уменьшение микронеровностей, по сравнению с оптимальным, приводит к возрастанию плотности контакта, что вызывает выдавливание смазки из впадин микронеровностей, а, следовательно, плохую смачиваемость трущихся поверхностей смазкой. В результате этого происходит сцепление поверхностей трения на молекулярном уровне и заедание, что способствует повышению износа. В связи с этим, основная задача конструктора, проектирующего новые машины, состоит в назначении шероховатости трущихся поверхностей, соответствующей ее оптимальному значению, при котором износ и коэффициент трения являются минимальными.

Дата добавления: 2014-01-07