3. Виды трения в машине и ее узлах. Формы и характеристики основных видов изнашивания элементов машины. Методы и средства снижения скорости изнашивания в машине.

Трение проявляется при механическом контакте и движении контактирующих тел. Внешнее трение способствует появлению различных видов сложного взаимодействия, при котором протекают механические, физико-химические, элек­трические и другие процессы. Основной характеристикой внешнего трения является сила трения — реакция, препят­ствующая взаимному перемещению.

Внешнее трение твердых тел зависит от многих процессов, протекающих на грани­це раздела в зонах фактического контакта и в тонких по­верхностных слоях этих тел при их относительном танген­циальном перемещении. Сила сопротивления относительно­му перемещению твердых тел, направленная противопо­ложно этому перемещению, называется силой трения.

Виды трения в рубительной машине.

1. Сухое трение. Это трение при отсут­ствии введенных смазочных веществ на трущихся поверх­ностях, предусматривается в сухих муфтах и тормозах, ре­менных передачах, сухих фрикционных передачах, в соеди­нениях с гарантированным натягом с обезжиренными поверхностями (сборка с охлаждением).

2. Жидкостное трение. При нем твердые трущиеся поверхности тел полностью отделены одна от другой сплошным слоем смазки (жидкости или газа) такой толщины, что даже самые высокие бугорки этих поверхностей не соприкасаются или почти не соприкасаются. Назначение смазки состоит в разъединении твердых трущихся поверхностей, в устранении непосредственного контакта между ними, неизбежно ведущего при относительном движении их к изнашиванию.

3. Полусухое трение. Получается при наличии тонкого смазочного слоя, когда значительная часть бугорков твердых трущихся поверхностей еще соприкасаются, деформируются и срезается; поэтому для этого трения можно считать достаточно правильными законы Кулона.

4. Полужидкосное трение получается при недостаточное толщине слоя смазки, когда соприкасаются лишь немногие, наиболее выступающие бугорки твердых поверхностей; в этом случае можно пользоваться с достаточным приближением законами жидкостного трения. 

В большинстве современных машин имеет место трение полужидкостное или полусухое, поэтому ближайшей задачей является переход на жидкостное трение, без износа трущихся поверхностей.

Формы и характеристики основных видов изнашивания элементов машины.

Изнашивание — процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела. Изнашивание может сопровождаться коррозионными процессами, происходящими в материалах деталей под воздействием химически активных составляющих среды, и является сложным физико-химическим процессом.

В соответствии с ГОСТ 27.674-88 изнашивание делится на три основные группы: механическое, происходящее в результате только механического взаимодействия материалов трущихся поверхностей, коррозионно-механическое, характеризующееся процессом трения материалов при химическом и (или) электрическом взаимодействии со средой, и изнашивание при действии электрического тока.

Наиболее распространенными разновидностями механического изнашивания являются абразивное и усталостное.

Абразивное изнашивание — процесс разрушения поверхности резанием и царапанием твердыми абразивными частицами среды, в которой происходит работа деталей. Твердость абразивных частиц выше, чем металла, что способствует разрушению поверхности деталей и резко увеличивает их износ. Скорость изнашивания в абразивной среде зависит от концентрации, размеров, формы и свойств абразивов, свойств металлических поверхностей, скорости скольжения и удельного давления и достигает 0,5-5,0 мкм/ч.

Усталостное изнашивание — процесс разрушения деталей, характеризующийся усталостными явлениями в поверхностных слоях металла. Оно наблюдается в условиях высоких контактных нагрузок циклического действия. Развитие прогрессирующего усталостного изнашивания начинается с появления усталостных трещин. Смазочный материал, попадая в трещины, способствует их расклиниванию и выкрашиванию частиц металла. Этот вид изнашивания является основным для зубьев тяжело нагруженных шестерен. Интенсивность усталостного изнашивания зависит от нагрузки и температуры, твердости материала и шероховатости поверхности, применяемых смазочных материалов.

При трении металлических пар иногда происходит заедание вследствие схватывания контактирующих участков, что приводит к глубинному вырыванию материала, переносу его с одной поверхности на другую. Этот вид изнашивания обладает высокой интенсивностью и приводит к отказу сопряжения. Скорость изнашивания равна 10-15 мкм/ч.

Гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание поверхности происходит в результате воздействия потока жидкости (газа), а гидроабразивное (газоабразивное) — в результате действия твердых тел, увлекаемых потоком жидкости (газа).

Кавитационное изнашивание происходит в результате высоких локальных давлений или температур, возникающих вследствие захлопывания пузырьков газа вблизи поверхности твердого тела при его движении относительно жидкости.

Изнашивание при фреттинге — механическое изнашивание соприкасающихся тел при колебательном микросмещении.

Электроэрозионное изнашивание — эрозионное изнашивание поверхности в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока.

Разновидностью коррозионно-механического изнашивания является окислительное и фреттинг-коррозия.

Окислительное изнашивание происходит в результате появления на поверхности трения защитных пленок вследствие взаимодействия материала и кислорода. При этом происходит образование пленок твердых растворов кислорода с материалом изделия, что резко изменяет свойства трущихся поверхностей и вносит свою специфику в появление других видов изнашивания. Окислительный процесс наблюдается на стенках цилиндров двигателей при неполном сгорании топлива и работе при температуре ниже оптимальной. Скорость изнашивания составляет 0,1-0,5 мкм/ч.

Фреттинг-коррозия является многостадийным процессом химико-механических взаимодействий трущихся поверхностей. На участках с этим видом изнашивания первоначально наблюдается процесс схватывания, упрочнения поверхностей контакта, циклическая текучесть подповерхностных слоев и разрушение окисленных пленок. Вторая стадия характеризуется появлением коррозионно-активной среды в микротрещинах деталей. Изнашивание связано с удалением образовавшихся окисленных пленок в зоне контакта. Третья стадия характеризуется высокой интенсивностью разрушения поверхностных слоев, предварительно разрыхленных усталостными и коррозионными процессами.