3.7. Процессы старения, протекающие в поверхностных слоях сопряжений

3.7.1.Трение в машинах.

Основной причиной износа и повреждения машин приводящих их к старению, является трение, как результат сочетания различных видов взаимодействия механических, механохимических и механо-электрических процессов, возникающих при относительном перемещении тел.

Виды трения в машинах могут быть классифицированы по не­скольким признакам.

В таблице 3.3. приведена классификация наиболее часто встре­чающихся видов трения.

Дадим определения основным видам трения в машинах, исходя из признака наличия смазки.

Трение без смазки (сухое) - трение при отсутствии введённых смазывающих веществ на трущихся поверхностях.

Граничное трение - трение в условиях тонких слоев смазки (0.1 мкм и менее), когда смазка обладает свойствами, отличными от объ­ёмных (коэффициент трения снижается по сравнению с сухим трени­ем в 2-10 раз).

Жидкостное трение - трение, при котором между трущимися поверхностями имеется смазочный слой, и поверхности не соприкаса­ются.

Газовая смазка (на газовой подушке) - поверхности трения раз­деляет слой газа (в большей части воздух).

Кроме этих основных видов трения имеются промежуточные, например, полусухое, полужидкостное и др.

Влияние смазки на интенсивность изнашивания пар трения об­щеизвестно. При сухом трении имеет место наибольшая скорость из­нашивания, так как здесь создаются условия для возникновения молекулярного взаимодействия и таких явлений, как повышение темпе­ратуры, концентрация давлений на отдельных участках, что интен­сифицирует процесс разрушения поверхностных слоев. При работе деталей машин стремятся избежать сухого трения.

Наиболее желательные с точки зрения предотвращения износа, жидкостное трение или газовая смазка. Жидкостное трение, при ко­тором трущиеся поверхности полностью разделены слоем смазки, может быть обеспечено двумя основными методами: гидродинамиче­ским и гидростатическим (подача смазки под давлением).

Однако жидкостное трение обладает рядом недостатков. Во-первых, оно связано с существенным усложнением конструкции сис­темы смазки. Во-вторых, наличие масляного слоя между поверхно­стями, величина которого зависит от коррозии, может нарушить точ­ность перемещения узла.

В последние годы появились высокооборотные узлы, где по­верхности разделяет слой воздуха, который служит смазкой.

Наиболее характерным для большинства узлов трения является граничное трение, когда слой смазки не превышает 0,1 -0,2 мкм. В этом случае на трение и износ оказывает влияние, как характеристи­ки сопряжённых материалов, так и свойства смазочного слоя. Следу­ет учитывать, что и сама тонкая масляная плёнка, нанесённая на ме­талл, с течением времени изнашивается, теряет свои антифрикцион­ные свойства.

Таблица 3.3 – Классификация видов трения.

Признак	Виды трения	Схема
Кинематика движения	Трение I рода (скольжение) Трение II рода Трение верчения
Наличие смазки	Жидкостное	Схема	Нагрузка на микровыступы
	Граничное
	Сухое
Служебные характеристики надежности	Нормальное и патологическое

Влияние вида трения на условия взаимодействия микровыступов сопряжённых поверхностей схематично показано в таблице 4. При жидкостном трении каждый участок поверхности нагружен постоян­ным давлением, не изменяющимся при относительном перемещении поверхностей, т.е. статической нагрузкой. Эта нагрузка не в состоя­нии разрушить микровыступы, так как возникающие напряжения на­ходятся в области больших запасов прочности.

При граничном трении, хотя и происходит перераспределение внешней нагрузки, но имеется более нагруженные зоны в месте сближения микровыступов коэффициент асимметрии цикла r = σ_min/σ_max →1, из-за выравнивания эпюры давлений и поэтому ин­тенсивность разрушения микровыступов значительно снижается. При сухом трении имеет место непосредственный контакт микровы­ступов и нагрузка концентрируется в отдельных зонах. При относи­тельном перемещении напряжений в микровыступах может падать до нуля (σ_min = 0) и коэффициент асимметрии цикла равен нулю или имеет малую величину. Здесь создаются условия для усталостного разрушения или пластической деформации микровыступов, что и приводит к усталостному или абразивному, а при наличии окисных плёнок - к окислительному изнашиванию.