8. Основы долговечности дорожных машин

8.1. Изнашивание

Изнашиванием называют 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.

Основными количественными характеристиками изнашивания являются: износ, скорость изнашивания, интенсивность изнашивания.

Износ (абсолютный или относительный) характеризует изменение геометрических размеров (линейный износ), массы (весовой износ) или объема (объемный износ) детали вследствие изнашивания и измеряется в соответствующих единицах. Различают предельный и допустимый износы.

Предельным называют износ, соответствующий предельному состоянию изнашивающегося изделия или его составной части. Допустимым называют значение износа, при котором изделие сохраняет работоспособность. Допустимый износ всегда по абсолютному значению меньше предельного.

Скорость изнашивания (м/ч, г/ч, м³/ч) – отношение значения износа к интервалу наработки Т, в течение которой он возник:

. (29)

Интенсивность изнашивания – отношение значения износа к обусловленному пути , на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы:

(30)

Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения характеризуется показателями износостойкости. Износостойкость материалов оценивается величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания, в соответствующих единицах.

Характер изменения величины износа деталей во времени в общем случае можно представить в виде модели, предложенной В. Ф. Лоренцом (рис. 10).

Рис. 10. Графики закономерностей изменения износа

В начальный период работы, называемый периодом приработки, наблюдается довольно быстрый износ деталей (рис. 10, участок I). Продолжительность этого периода обусловливается качеством поверхностей и режимом работы механизма и составляет обычно 1,5...2 % ресурса узла трения. После приработки наступает период установившегося режима изнашивания (рис. 10, участок II), определяющий долговечность сопряжении. Третий период – период катастрофического изнашивания (рис. 10, участок III) – характеризует предельное состояние механизма и ограничивает ресурс.

Приработкой называют процесс изменения поверхностей трения и физико-химических свойств поверхностных слоев материала в начальный период работы сопряжения, обычно проявляющийся при постоянных внешних условиях в постепенном уменьшении силы трения, температуры и интенсивности изнашивания.

При правильном выборе соотношения твердостей деталей и режимов приработки довольно быстро устанавливается определенная шероховатость поверхностей. При такой шероховатости наступает период так называемого нормального или установившегося изнашивания (см. рис. 10, участок II). Этот период характеризуется небольшой, примерно постоянной по величине интенсивностью изнашивания и продолжается до тех пор, пока изменения размеров или формы деталей не повлияют на условия их работы или до наступления предела усталости материала.

Накопление изменений размеров и физико-механических свойств деталей ведет к ухудшению условий работы сопряжения. В результате наступает период прогрессивного или аварийного изнашивания (см. рис. 10, участок III).

В сопряжениях дорожно-строительных машин наиболее распространенным и разрушительным является абразивное изнашивание. Абразивным называют механическое изнашивание материала в результате в основном режущего или царапающего действия на него твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. В дорожных машинах более 60 % случаев износа имеют абразивный характер.

Усталостным называется механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. В результате циклического воздействия нагрузки на поверхности детали возникают усталостные микротрещины, которые, постепенно смыкаясь, приводят к образованию частиц износа и осповидного выкрашивания рабочих поверхностей деталей (питтинг). Это явление получило название фрикционно-контактной усталости.

Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность. По способности противостоять заеданию все типы зубчатых передач можно расположить в следующем порядке: цилиндрические передачи с внутренним зацеплением, цилиндрические передачи с внешним зацеплением, конические передачи с прямыми, косыми и спиральными зубьями, гипоидные и винтовые передачи, имеющие самую низкую противозадирную стойкость. Это объясняется тем, что у гипоидных и винтовых передач происходит наибольшее скольжение зубьев в зацеплении.