9.2. Элементы механики фрикционного взаимодействия

условий смазывания и вида трения. Ряд материалов обладает свойством увеличивать допускаемое значение нормальной нагрузки по мере приработки в результате структурных изменений в поверхностных слоях. Это свойство называют прирабатываемостью материала. Приработка в режиме ступенчатого повышения нагрузки, когда эта нагрузка на каждой ступени соответствует предельно допускаемой нагрузке этой ступени, представляет собой приработку в режиме «на грани заедания». Превышение максимальной предельно допускаемой нагрузки приработки приводит к схватыванию и заеданию.

Схватывание — явлениеместного соединения двух твердых тел , происходящее притрении вследствие действия молекулярныхсил .

Перенос материала — явление при трении твердых тел, состоящее в том, что материал одного тела соединяется с другим и, отрываясьот первого , остается наповерхности второго .

Заедание — процесс возникновения и развития повреждений поверхностей трения вследствие схватывания и переноса материала. Заедание является тяжелой формой отказа, приводящего к катастрофическим последствиям. Поэтому для сопряжений скольжения экспериментально устанавливают максимально допускаемую нагрузку приработки, которая должна ограничивать максимальную нагрузку на сопряжение с поправкой на коэффициент, учитывающийее динамические изменени я.

9.2. Элементы механики фрикционного взаимодействия

9.2.1.Основные закономерности функционирования смазываемыхсопряжений скольжения

Для снижения интенсивности изнашивания и силы трения в подвижныесопряжения вводят смазочный материал. Одна изосновных закономерностей, позволяющая связать условия эксплуатации и конструктивные особенности смазываемых опор скольжения, выражается с помощью диаграммы Герси — Штрибека. Поясним это на примере взаимодействия плоской подвижной и неподвижной деталей (рис . 9.2). Неподвижнаядеталь расположена под углом к плоскости подвижной, образуя с ней клиновой зазор высотой h1 на входе и h0 на выходе (h1 > h0). Движение подвижной детали вдоль оси x увлекает за собой тонкий (пристеночный) слой жидкого смазочного материала за счет физико-химического взаимодействия (адсорбции) молекулсмазочного материала и металлической поверхности,

167

а трение между слоями жидкости с динамической вязкостью передает часть кинетической энергии пристеночного слоя нижележащим слоям. В результате в смазочном материале формируется градиент скоростей: в верхнем пристеночном слое скорость равна скорости подвижной детали Vп , в нижнем пристеночном слое она равна скорости неподвижной детали, т. е. нулю. В виду того, что жидкость является практически несжимаемой средой (плотность ростом давления из меняется незначительно), рас ходжидкости на входе в клиновой зазор и на выходе из него приблизительно одинаков, скорость промежуточных слоев увеличивается и в смазочном слое возникает внутренне давление q вдоль оси y. Если q больше внешнего давления p Fa (lb), где Fa — нормальная сила, аlb — площадь подвижной детали (l — длина, b — ширина), или равно ему, т. е. q p, то формируется гидродинамический режим, переход в который определяется критическим значением параметра Зоммерфельда Zкр Vп p . Значение Zкр можно найти по диа-

грамме Герси — Штрибека (рис. 9.3, а). Диаграмма представляет собой зависимостькоэффици ента трения f (отношения силытрения к нормальной нагрузке) и интенсивности изнашивания I от параметра Зоммерфельда Z; при этом область минимума f соответствует критическому значению Zкр, т. е. переходу в область образования

гидродинамического слоя, обладающего достаточным внутренним давлением q для разделенияповерхностей .

168

9.2. Элементы механики фрикционного взаимодействия

Рис. 9.3. Диаграмма Герси — Штрибека (а) и диаграмма, измененная в процессе приработки со ступенчатым увеличением нагрузки на грани заедания (б):

лиз, диаграмма Герси — Штрибека отражаетз ависимость коэффициента трения от величины, пропорциональной толщине смазочной пленки. При достаточном внутреннем давлении толщина пленки такова, что поверхности трения гарантированно разделены смазочным материалом. В качестве характеристики минимально допускаемой толщины смазочной пленки устанавливают коэффи-

высота микронеровностей сопряженных поверхностей 1 и 2. Полагают, что жидкостный режим существует в области Gh 1. Таким

образом, для расширения области реализации жидкостного режима смазки необходимо уменьшать высоту микронеровностей. Это справедливо как для осевых (упорных) подшипников скольжения, так и для радиальных. Критическое значение параметра Зоммерфельдазависит от качества поверхности (табл. 9.1).

Улучшение качества поверхности и повышение несущей способностисопряжения могутпроисходить в процессеприработки за счет изменения свойств поверхностных слоев материалов под воз-

169

Глава 9. Основытриботехник и

когда сопряжение в процессе повышения нагрузки работает в области смешанной( полужидкостной) смазки. Изменение диаграммы Герси — Штрибека в процессе подобной приработки показано на рис. 9.3, б. Происходящие при этом повышение несущей способности и выглаживание шероховатости эквивалентны улучше-

Повышение несущей способности сопряжений в результате приработки ограничено свойствами конструкционных и смазочных материалов, составляющих сопряжение. Предельная несущая способность соответствует минимальной (критической) толщине смазочнойпленк и и Zкр (см. табл. 9.1).

При уменьшении толщины пленки ниже критического значения осуществляется переход в область смешанной и граничной смазки, что приводит к деформации поверхностных слоев конструкционных материалов, увеличению коэффициента трения, изнашиванию и заеданию — основным причинам выхода из строя опор скольжения. Параметр Зоммерфельда Zкр позволяет оценить предельно допусти-

мые параметры нагружения сопряжения, поскольку в него входят такие величины, как давление и скорость относительного скольжения. Давление р0 при заданных значениях вязкости смазочного ма-

териала и скорости скольжения соответствует значению Zкр (см.

табл. 9.1) и регламентировано ГОСТ 23.215–84 как один из основ-

170