Диплом1 / Расчетные методы оценки абразивного износа

Расчетные методы оценки износа

Различают два вида износа: абразивное и кавитационное изнашивание. В данной дипломной работе уделяется больше внимания на рассмотрение и расчет абразивного износа, хотя не исключается возможность образования кавитации.

Согласно ГОСТ 27674-88 абразивное изнашивание материала происходит в результате механического воздействия на него (резания или царапания) твердых частиц, находящихся в свободном (примесь частиц в топливе) или закрепленном (включения частиц в бронзу при финишной обработке) состоянии. Механизм этого вида изнашивания заключается в удалении материала с изнашиваемой поверхности в виде либо очень тонкой стружки, либо фрагментов предразрушенного материала, выдавленного предварительно по сторонам пластически деформированной царапины, либо дисперсных частиц, хрупко отделяющихся при воздействии. Изнашивающиеся абразивные частицы бывают минерального происхождения, могут быть продуктами окисления металла, а также наклепанными металлическими частицами или твердыми структурными составляющими одного из сопряженных материалов. Резать и снимать стружку могут не все частицы, часть из них пластически деформирует материал в зависимости от соотношения твердостей частицы и материала. Всякое изнашивание является абразивным, так как продукты износа также выступают в роли абразивных частиц.

Виды абразивного изнашивания и их характеристики.

Виды изнашивания: при трении о закрепленные абразивные частицы, при трении об абразивную прослойку, при трении в абразивной массе, ударно-абразивное, гидроабразивное, газо-абразивное, в струе абразивных частиц.

Факторы, влияющие на процесс изнашивания при наличии между поверхностями трения абразивных частиц:

Наименование фактора	Факторы, влияющие на изнашивание
Механические свойства деталей и абразивных частиц	1. С применением твердых сплавов износ поверхности резко уменьшается
Нагрузка	1. При давлении 3-30 МПа абсолютный износ в конце процесса постоянный, если абразивная прослойка постоянная. Продолжительность изнашивания уменьшается при увеличении нормальной нагрузки. С увеличением давления увеличивается интенсивность изнашивания; сумма износа в конце процесса постоянная. 2. С увеличением нагрузки уменьшается перекатывание частиц, они скользят. 3. , где - скорость изнашивания, К- коэффициент пропорциональности, р- давление, - скорость скольжения.
Размер и форма абразивных частиц	1. Износ увеличивается пропорционально размеру абразивных частиц. 2. Увеличение износа наблюдается до критического размера абразивных частиц. 3.Для полимерных материалов с увеличением размера абразивных частиц уменьшается износ.
Количество и концентрация абразивных частиц	1. С увеличением концентрации непрерывно уменьшается зависимость износа от нее и при 30%-ном увеличении концентрация не изменяет величину износа. 2. Изнашивание зависит от концентрации прямо пропорционально, но оно снижается с уменьшением размера частиц.
Температура	1. С повышением температуры взаимодействия резко растет коэффициент трения. 2. С увеличением температуры износ сталей и сплавов непрерывно возрастает.
Скорость скольжения	Зависимость скорости скольжения от износа при наличии абразивных частиц между поверхностями изучена мало. Есть несколько предположений, что с увеличением скорости скольжения интенсивность изнашивания быстро уменьшается, износ зависит не от скорости скольжения, а лишь от пути трения.
Смазочная среда	1. При пластическом смазочном материале износ при равных концентрациях частиц в несколько раз выше, чем в случае жидкого смазочного материала. 2. Значительное влияние на износ оказывает тип смазочного вещества.
Качество и шероховатость поверхности	Влияние качества и шероховатости поверхности при наличии абразивных частиц между поверхностями трения практически не изучен.

Расчет износа пар трения скольжения.

Расчет износа при упругом и пластическом контакте частиц с поверхностями.

Абразивные частицы, находящиеся между поверхностями трения, могут вызвать разрушение поверхностного слоя детали срезанием микростружки или за счет циклического деформирования поверхности в пластической или упругой областях. Гарантированный ресурс бронзовой пластины 10000 часов(данные завода).

Внедрение абразивных частиц в поверхность сопровождается их относительным скольжением.

Объем вовлеченного в контактную деформацию материала

где h=8 мкм - глубина внедрения частицы, мкм; R=5 мкм - усредненный объемный радиус частиц, мкм; - число частиц, находящихся в зоне трения.

Удельная интенсивность изнашивания:

Где - фактическая площадь контакта; а=13 мм- радиус пятна контакта; -число циклов.

Интенсивности абразивного изнашивания, основанная на усталостной природе разрушения поверхности трения, имеет вид:

Где - номинальная площадь контакта.

Величина износа

Где м - путь трения.

Износ при упругом и пластическом контакте абразивных частиц слишком мал. В дальнейших расчетах пренебрегаем данным видом износа.

Расчет износа при микрорезании.

Интенсивность абразивного изнашивания при микрорезании можно рассчитать из геометрии срезаемой стружки:

Где h=8 - глубина внедрения, мкм; - ширина царапания, мкм; - число частиц; - номинальная площадь контакта.

Величина износа

Где м - путь трения.

Основываясь на данных расчета на износ и статистике износа можно сделать заключение, что толщина бронзовой пластины и подпятника не обеспечивают заданного ресурса (величина износа в два раза больше толщины пластины). Конструктивно не возможно повышать толщину пластины до 23 мм. Бронза не обеспечивает заданной износостойкости.