Глава 6. Виды изнашивания
6.1. Характеристики нагруженности узла трения
Основным фактором, определяющим срок службы узла трения, является интенсивность изнашивания.
Факторы, влияющие на ее величину, рассмотрены в гл. 3. Одними из важнейших внешних факторов являются контурное давление на контакте и скорость смещения трущихся поверхностей.
В дальнейшем, рассматривая способы повышения износостойкости при различных видах изнашивания, будут использоваться термины "низкая" и "высокая" нагрузки, "малые" и "большие" скорости скольжения.
К низким нагрузкам будем относить нагрузки, под воздействием которых в паре трения реализуется упругий или упругопластический контакт, к высоким нагрузкам – когда реализуется пластический контакт.
Условиями реализации различных видов контакта являются следующие неравенства:
Ненасыщенный упругий контакт (ННУК)
(6.1)
Упругопластический контакт (УПК)
. (6.2)
Ненасыщенный пластический контакт (ННПК)
. (6.3)
Насыщенный пластический контакт (НПК)
, (6.4)
где
-
контурное давление, МПа;
-
комплексная характеристика шероховатости
для более твердого из контактирующих
тел (таб.4.2, 4.3);
-
упругая постоянная, МПа-1;
Е – модуль упругости менее твердого тела, МПа;
HB – твердость менее твердого тела, МПа.
Величина контурного давления для различных соединений может быть найдена из следующих зависимостей.
Шариковый подшипник качения:
. (6.5)
Роликовый подшипник качения:
, (6.6)
где N - нагрузки, МН;
;
-
упругие постоянные контактирующих тел,
МПа-1;
r – радиус шара, цилиндра, м;
l – длина контакта вдоль продольной оси цилиндра, м.
Посадки с натягом:
; 
, (6.7)
где
- величина натяга, м;
d – диаметр вала, м.
; d2
– диаметр ступицы насаженной детали,
м.
Плоские поверхности:
, (6.8)
где
- номинальное давление, МПа;
HB, RB – высота и радиус волны волнистой поверхности, мкм (табл. 6.1);
K, - коэффициенты (табл. 6.2).
Таблица 6.1
Ориентировочные значения параметров волнистости
Метод обработки |
Rа, мкм |
HB , мкм |
RB , мкм |
Круглое шлифование |
1,25 … 0,16 |
0,8 … 3 |
20 … 160 |
Плоское шлифование |
5,0 … 0,16 |
1,2 … 12 |
25 … 90 |
Растачивание |
5,0 … 0,32 |
2 … 3,5 |
25 … 100 |
Полирование |
0,63 … 0,08 |
0,3 … 1,5 |
20 … 160 |
Таблица 6.2
Значения коэффициентов К и
Деформация выступов |
|
Коэффициент |
|
|||||
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,8 |
1,6 |
3,2 |
|||
Пластическая |
50 |
К |
1,05 0,6 |
1,1 0,7 |
1,2 0,85 |
1,35 1,15 |
1,55 1,5 |
2,1 2,3 |
100 |
К |
1,1 0,65 |
1,17 0,8 |
1,28 1,0 |
1,43 1,3 |
1,75 1,65 |
2,6 2,0 |
|
200 |
К |
1,13 0,7 |
1,2 0,85 |
1,35 1,1 |
1,55 1,5 |
2,1 2,35 |
3,5 2,0 |
|
Упругая |
- |
К |
1,05 0,65 |
1,06 0,8 |
1,14 1,05 |
1,25 1,4 |
1,5 1,95 |
2,1 2,4 |
Шлицевое соединение (зубчатые муфты):
; (6.9)
где - угол перекоса соединяемых валов;
Н – высота контакта зубьев, м;
– длина
сопряжения, м.
Зубчатые зацепления:
Для зубчатых зацеплений контурные давления можно определять по зависимостям (8.10)-(8.12).
Критерии «больших» и «малых» скоростей
Критерием больших скоростей является соотношение, м/с:
V > 4 ·a/r;
критерием малых скоростей - соотношение
V < 4a/25r,
где a - коэффициент температуропроводности, м2/с;
а=0,11*10 - 4 - для стали;
а=1,15*10 - 4 - для меди;
а=0,6*10 - 4 - для бронзы;
r - радиус микронеровностей, м.
Таблица 6.3
Ориентировочные значения малых и больших скоростей для пар трения сталь-бронза, сталь-сталь
Пара трения |
Скорость, м/с |
Способ обработки |
||||||
Точение, шлифование |
Полирование |
|||||||
Шероховатость Ra, мкм |
||||||||
1,25…2,5 |
0,63…,25 |
0,32…0,63 |
0,32…0,63 |
0,16…0,32 |
0,08…0,16 |
|||
Сталь-бронза |
Малая
|
0,5 |
0,27 |
0,18 |
0,04 |
0,02 |
0,015 |
|
Большая
|
12 |
6,8 |
4,4 |
1,0 |
0,5 |
0,36 |
||
Сталь-сталь |
Малая
|
0,09 |
0,05 |
0,033 |
0,007 |
0,004 |
0,003 |
|
Большая |
2,2 |
1,25 |
0,8 |
0,18 |
0,09 |
0,07 |
||