8.4. Методика расчета износа элементов кинематических пар

Расчет износа деталей машин при упругом, пластиче­ ском контакте и микрорезании поверхностей трения основан на усталостной теории, учитывающей давление р на поверхно­ сти трения, относительную скорость v и время t работы узла трения. Линейный износ И выражают соотношением

t

0

где fc, т , и п — коэффициенты, характеризующие узел тре­ ния при заданных условиях работы узла трения. Предель­ ные значения коэффициентов: т = 0 ,5 ... 3,0 ; п = 0 , 9 ... 1 , 2 ; к — коэффициент линейного износа, принимаемый по опыт­ ным данным.

Для упрощения расчетов степенную функцию заменяют t

линейной: И = J kpvdt. В этом случае [к] = мкм/(МПа* км),

о

Иногда используют данные о скорости изнашивания 7 = = kpv при средних режимах эксплуатации, полученные опыт­ ным путем в зависимости от вида контактного взаимодействия поверхности: упругое (зубчатое колесо, калибры, поршневые кольца) 5 10~5 ...2 10” 4; упругопластическое (подшипники скольжения, направляющие, ходовые винты) 2 •10“ 4 ... 4 •10 4; пластическое (фрикционные муфты, диски и колодки тормо­ зов) 4 •1СГ4 ... 64 •10-4 ; хрупкое, вязкое разрушение, микроре­ зание 6,4* К Г 3 ...12,5* 1СГ3

Здесь единицей скорости изнашивания принят линейный износ в микрометрах за один час изнашивания (мкм/ч).

Объем учебника не позволяет привести необходимые вы­ числения, и приходится ограничиться только обсуждением трех примеров.

Пример 1 . Износ цилиндропоршневых деталей двигате­ ля (рис. 8 .8 , а).

Поршень 1 имеет поршневые кольца 2 и совершает воз­ вратно-поступательное движение в гильзе 3 цилиндра двига­ теля.

и

/Г Г 1 Г Л П Т гт> ^

О

г

s

Рис. 8.8

Скорость движения поршня переменная (рис. 8.8, б). Наи­ более неблагоприятные условия работы — в левом крайнем положении, где наблюдаются максимальное давление в камере сжатия, высокие температуры и наименьшая толщина масля­ ной пленки, так как масло выгорает при воспламенении смеси и выдувается из-под поршневых колец вплоть до полного раз­ рушения масляной пленки. Коэффициент трения изменяется по ходу поршня в пределах 0 ,2 0 ...0,02. Наилучшие условия смазки — в средней части хода. Продукты сгорания ускоряют усталостно-коррозионные явления. На поверхностях гильзы и

колец наблюдаются молекулярное схватывание, усталостные и абразивные повреждения.

Эпюры линейного износа гильзы показаны на рис. 8.8, в-ж. Эпюра износа на рис. 8.8, г характеризует почти равномерный абразивный износ по длине цилиндра и умерен­ ный коррозионный износ. На рис. 8.8, д показан износ с пре­ обладающим абразивным износом в средней части гильзы в условиях загрязненной смазки. На рис. 8.8, в, е показана эпю­ ра износа, когда в сильной мере проявляется коррозионный износ в левой части гильзы в связи с недостаточной смазкой и напряженным тепловым режимом работы.

На рис. 8.8, ж приведена эпюра для случая, когда сильная коррозия проявляется по всей длине гильзы.

Поршневые кольца изнашиваются в основном в радиаль­ ном направлении. Наибольший износ наблюдается у первых двух поршневых колец. Среднее значение максимального из­ носа колец тепловозного дизеля* при испытаниях колебалось в пределах (1,6... 5)10“ 3 мкм/км.

Пример 2. Износ зубьев цилиндрической зубчатой пере­ дачи (рис. 8.9).

Рис. 8.9

Трение, изнашивание и смазка: Справочник. Кн. 2. М*: Машино­

строение, 1979.

Экспериментальные наблюдения показывают, что харак­ терными видами износа являются абразивное изнашивание, фрикционная усталость и контактное усталостное выкраши­ вание (питтинг). Малонагруженные передачи и передачи с хо­ рошей смазкой изнашиваются равномерно в пределах активной части профиля зуба. Для тяжелонагруженных передач эпюра износа по профилю зуба (рис. 8.9, а) свидетельствует о нерав­ номерном износе и коррелируется с графиками скорости сколь­ жения vCK профилей (рис. 8.9, б) и коэффициентов скольжения Aj = vCK/v'Kl и А72 = VCK/ ( ^ 2 ^2I ) (рис. 8.9, б). Наибольший износ наблюдается у ножек зубьев. При испытании зубчатых передач четырехступенчатого редуктора силы в зацеплении из­ менялись от 200 Н в ступени I до 10000 Н в ступени IV, износ зубьев — от 15 до 45 мкм в ступени I, от 25 до 100 мкм в сту­ пени IV, а интенсивность изнашивания при смазке маслом с химически активными присадками составляла от 5 Ю“ 10 до 3 10“ 9 в ступени I и от 1,5 •10-8 до 3 •10” 7 в ступени IV

Пример 3. Износ профиля дискового кулачка (рис. 8.10). Профиль кулачка изнашивается неравномерно (рис. 8.10, а) из-за переменности контактных напряжений в по­ верхностных слоях кулачка 1 и толкателя 2 в связи с изменени­ ем нормальной силы F21 и радиусов кривизны р профилей, ско-

рости скольжения vCK) угла давления 0, скорости толкателя V2 (рис. 8.10, б). Линейный износ профиля (рис. 8.10, в) можно

t ч>

рассчитать по формуле И = f kpvCKdt = f kp^d<p\. 0 0

Контрольные вопросы

1.Какие виды трения различают по кинематическому признаку?

2.Какие виды трения различают по виду смазки поверхностей трения?

3.В каких пределах изменяются коэффициенты трения скольжения при различных видах смазки?

4.Какие интегральные характеристики изнашивания прим еняю т при инженерных расчетах износа деталей?

5.Назовите основные ф акторы, влияющие на интенсивность изнаши­ вания.