3. Режимы трения и смазки тяжелонагруженных зубчатых пар

Практика эксплуатации и экспериментальные исследования процессов трения, смазки и износа, проводимые как непосредственно на зубчатых передачах, так и с помощью различных моделирующих установок, показывают, что в зависимости от условий работы смазочное действие масел в тяжелонагруженном зубчатом контакте может обеспечиваться за счет гидродинамического эффекта, граничных явлений и химического взаимодействия смазки с материалом зубьев.

Гидродинамическое (жидкостное) трение характеризуется тем, что в результате образования между поверхностями зубчатых колес «масляного клина» всю нагрузку в контакте несет смазочный слой, минимальная толщина которого превышает сумму максимальных высот неровностей обеих поверхностей. Обычно такой режим возникает в быстроходных зубчатых передачах, работающих при небольших нагрузках и в ненапряженном тепловом режиме. Значительное влияние на существование сравнительно больших толщин слоев смазочного материала оказывают его объемные свойства, в первую очередь вязкость или зависимость вязкости от температуры и давления. При определенных условиях работы зубчатых пар и свойствах смазки гидродинамическому трению могут сопутствовать граничные явления и химические пленки. Эффективность смазочного действия в этом случае, как правило, увеличивается.

В режиме граничного трения передаваемую зубчатой парой нагрузку воспринимает образующийся на трущихся поверхностях мультимолекулярный слой смазочного вещества. Здесь большую роль играют поверхностные, адсорбционные эффекты и химические реакции материалов контактирующих тел с компонентами смазки. В результате физико-химического взаимодействия поверхностей зубчатых колес с жирными кислотами масел, углеводородными соединениями и кислородом образуются разнообразные защитные пленки, способные надежно предохранить пару трения от непосредственного металлического контакта. Аналогичные процессы происходят при использовании масел с многофункциональными присадками.

При больших давлениях, значительных окружных скоростях и высокой теплонапряженности зубчатых колес на режим трения оказывают существенное влияние деформация поверхностей зубьев в зоне контакта и зависимость вязкости масел от температуры и давления. Несущая способность слоя смазки в этом случае должна определяться исходя из основных положений КГТС.

Под контактно-гидравлическим трением понимается такое состояние смазочного слоя, при котором он, не теряя своих вязкостных качеств, способен воспринимать и передавать нагрузку деформируемым под действием высоких давлений металлическим поверхностям без их непосредственного контакта и разрушения. Работоспособность зубчатых передач при таком режиме смазки также определяется толщиной смазочного слоя, соизмеримой со средней высотой микронеровностей контактирующих тел.

Найденная расчетным путем или экспериментально толщина слоя смазки в общем виде может быть оценена безразмерным критерием:

, (1)

где - средняя высота микронеровностей рабочих поверхностей зубьев, а - факторы, учитывающие влияние перекосов, погрешностей изготовления и монтажа, механических и тепловых деформаций и т.п. В некоторых зарубежных работах параметр получил название эластогидродинамического критерия. По его величине обычно судят о режиме смазки. Однако в литературе встречаются и другие критерии, также основанные на толщине смазочного слоя. При оценке толщины слоя смазки целесообразно ориентироваться на предельную величину порядка 0.1 мкм, до которой обеспечивается контактно-гидродинамический режим смазки и исключается значительный износ зубьев.