4.2. Виды трения по условиям смазки

Как показали исследования основными видами отказов локомотивов являются преждевременные износы, вызываемые трением сопряженных поверхностей. По условиям смазки трение делится на сухое, граничное и жидкостное.

При сухом трении смазка полностью отсутствует. Трение сопровождается повышенными температурами, вследствие чего может происходить пластическая деформация поверхностных слоев металла, облегчающая их износ. При сухом трении работают сопряжения с неподвижными посадками, муфты сцепления, фрикционные гасители колебаний и т. д. Коэффициент трения при сухом трении составляет 0,1–0,8.

Граничное трение возникает в присутствии весьма тонкого масляного слоя, толщина которого составляет 0,1 мм. При граничном трении весьма важно удержание тончайшей масляной пленки на поверхности трения, что достигается ее вязкостью и маслянистостью. Граничное трение является неустойчивым и легко может переходить в сухое трение. Коэффициент трения составляет 0,01–0,05.

При жидкостном трении (гидродинамическом) поверхности деталей полностью разделены слоем смазки (рис. 4.1), вследствие чего износ оказывается ничтожным, так как коэффициент трения составляет 0,001–0,008.

По гидродинамической теории смазки наименьшая толщина слоя h определяется по формуле

h = d² n y / 18,36 P C S, (4.1)

г

Рис. 4.1. Схема создания жидкостного трения

де d – диаметр вала, м; n – число оборотов, об/мин; y – вязкость масла, кгс/м²; Р – удельная нагрузка, кгс/м²; С – коэффициент, определяющий соотношение между диаметром и длиной подшипника, С = (d + + l) / l; S – зазор между шейкой и подшипником, м. Минимальная толщина масляного слоя должна соответствовать отношению S/4. Величины n, y и Р являются переменными. Нетрудно заметить, что наиболее неблагополучные условия для жидкостного трения создаются при уменьшении соотношения n / Р, т. е. при снижении частоты вращения и увеличении нагрузки.

Приведенная формула имеет большое практическое значение. Она позволяет рассчитывать при прочих равных условиях обороты вала, диаметр вала, вязкость масла и допустимую нагрузку на вал, при которых может быть осуществлено жидкостное трение.

Износ сопряжений, рассчитанных на жидкостное трение, происходит главным образом в момент пуска машины, при перегрузках и при применении масла несоответствующего сорта.

4.3. Виды износа

По классификации профессора В.И. Костецкого, ведущими износами являются: износ схватыванием, окислительный, тепловой, абразивный, осповидный и коррозийный.

Износ схватыванием возникает при отсутствии смазки и защитной пленки окислов, при трении с малыми скоростями (до 1,0 м/с для стали) и удельными давлениями, превышающими предел текучести металла. Износ сопровождается высоким коэффициентом трения и образованием металлических связей. Этот вид износа самый разрушительный из всех видов. Он возникает во втулках и поршнях ДВС, шейках колесных пар, моторно-осевых подшипниках и на поверхностях других деталей локомотива.

Окислительный износ вызывается микропластическими деформациями в тонких слоях металла с последующей диффузией кислорода. Образующиеся окислы железа Fe O, Fe₂ O₃, Fe₃ O₄ обладают повышенной хрупкостью, что приводит при дальнейшей работе к выкрашиванию металла. Этот вид износа проявляется на шейках коленчатых валов, цилиндровых втулках и пальцах поршней ДВС.

Тепловой износ вызывается действием теплоты, возникающей в результате трения деталей при больших скоростях, и удельных давлений. Получаемое тепло не успевает отводиться в глубь металла, нагревает его и приводит, в одних случаях, к своеобразной термической обработке, в других – к размягчению поверхности и смятию. Данный вид износа проявляется на кулачках распределительных валов, тарелках толкателей, на рабочих поверхностях цилиндровых втулок ДВС.

Абразивный износ возникает в результате царапающего и режущего действий твердых абразивных частиц, которые попадают в зону трения с жидкостью и воздухом. Такому износу подвержены цилиндровые втулки, подшипники коленчатого вала, шейки колесных пар, плунжерные пары и другие соединения.

Осповидный износ возникает при трении качения в шарико- и роликоподшипниках и в зубьях шестерен. Причина износа – сосредоточение большой нагрузки на очень малых площадях, приводящее к предельным контактным напряжениям. Эти условия вызывают пластические деформации в тонких слоях металла с последующим насыщением их кислородом, т. е. образованием окислов металлов.

Коррозийный износ делится на два вида: химический и электрохимический. Химический коррозийный износ происходит под влиянием сухих газов или диэлектриков (смолы, керосина, топлива). В результате образуются соединения металла, обладающие низкой механической прочностью. Данному износу подвержены: выпускные клапаны газораспределительного механизма ДВС, поршни, крышки цилиндровых втулок, выпускные коллекторы ДВС и другие соединения.

Электрохимическая коррозия возникает при соединении металла с электролитами (растворы кислот, солей и щелочей). Образующиеся микрогальванические соединения, в которых роль анода выполняют зерна чистого металла, приводят к разрушению поверхностей. Такому износу подвержены: блоки ДВС, подшипники скольжения, система охлаждения ДВС.