18. Объясните механизм распределения износа по рабочей поверхности детали.

Техническое состояние сопряжений и режим их работы в боль­шинстве случаев определяется не столько абсолютной величиной из­носа, сколько характером его распределения по поверхности трения. От формы изношенных поверхностей сопряжения зависят: взаимное расположение деталей и траектория их относительного перемещения, динамические нагрузки и характер их распределения по поверхности трения, параметры режима работы сопряжения и механизма в целом, условия смазки, вид трения и изнашивания деталей.

Распределение износа по рабочим поверхностям элементов сопряжения определяется множеством факторов, но в основном схемой фрикционного контакта, соотношением твердости поверх­ностей и режимом работы сопряжения. Поэтому характер распределения износа между элементами сопряжения будет специфическим для каждого механизма.

В шарнирно-болтовом соединении форма изношенной поверхности и зависит от того, какой элемент сопряжения подвижен. Если подвижна втулка ( рис б) то на поверхности неподвижного болта будет наблюдаться небольшой местный износ. Износ втулки будет распределен по части окружности, длина которой зависит от угла качания при возврат­но-поступательном движении. Если втулка совершает полный оборот, то износ равномерно распределяется по всей ее поверхности.

Схема распределения износа по окружности втулки и болта в шарнирно-болтовом соединении, а - общий вид соединения: б - втулка подвижна; в - втулка неподвижна

При вращении болта относительно неподвижной втулки наблю­дается обратная картина (рис. в). Зазор в сопряжении возрастает в зависимости от износа втулки и болта = ₀ + + (здесь ₀ — начальный зазор).

Увеличение зазора ведет к возникновению колебательных пере­мещений (люфт) подвижного элемента относительно неподвижного, порождает динамические нагрузки и приводит к ускоренному разруше­нию сопряжения.

В открытом шарнирно-болтовом соединении при соосной сборке и точном изготовлении больший износ наблюдается у тор­цов. Это вызвано проникновением частиц песка и пыли из окружа­ющей среды в процессе работы механизма. Чем больше длина шар­нира, тем ярче выражена неравномерность износа его поверхности по длине. С увеличением номинального зазора в открытом шарнир­но-болтовом соединении возрастает абсолютная величина износа поверхности, а в случае перекоса может измениться распределение износа по длине шарнира.

Для зубчатых передач характерно усталостное изнашивание, которое сопровождается образованием мелких осповидных раковин на ножках зубьев в околополюсной зоне рабочей поверхности. Развитие усталостных микротрешин, приводящих к выкрашиванию частиц металла, обычно начинается и наиболее интенсивно проходит на отстающей поверхности т. е. в зоне нижней части ножки зуба.

Рис. 5.29. Схема образования усталостных микротрещин на рабочих поверхностях ведущего и ведомого зубчатых колес

Следы усталостного выкрашивания начинаются у самой нижней точки контакта зубьев и заканчиваются у полюсной линии в середине зуба. Затем вверх от полюсной линии начинается вторая зона поврежденной поверхности, продолжающаяся от высшей точки контакта в однопарном зацеплении. Такой характер распределения износа по поверхности зуба объясняется тем, что в нижней и верхней зонах ножки зуба наблюдается наибольшее проскальзывание в сочетании с максимальными контактными нагрузками.

Элементы двигателей внутреннего сгорания. Поверхность трения цилиндровых втулок подвержена неравномерному изнашиванию. Зона максимального износа у них расположена обычно напротив газоуплотнительных колец при положении поршня в верхней мертвой точке. Это объясняется тем, что давление поршневых колец на стенку цилиндровой втулки достигает наибольшей величины именно в этой зоне. В результате нарушается режим смазки трущихся поверхностей, резко повышается температура, ухудшаются условия трения и интенсифицируется процесс разрушения детали.

Износ поршней происходит по канавкам, юбке и отверстиям под палец в бобышках. В большей степени изнашиваются нижние поверхности канавок вследствие воздействия давления газов па такте расширения. Износ двух верхних канавок чаще всего является причиной выхода из строя монометаллических поршней из алюминиевых сплавов.

Юбка поршня изнашивается неравномерно и главным образом в зонах наибольших давлений. Однако интенсивность изнашивания юбки значительно меньше, чем верхних канавок.

Из приведенных примеров видно, что рабочие поверхности деталей изнашиваются, как правило, неравномерно. Знание распределения износа по поверхности очень важно для обоснования технологии ремонта деталей. По характеру износа поверхности можно судить о качестве сборки сопряжения и причинах отказов, а так же прогнозировать ресурс сопряжений.