8.1. Распределение износа между трущимися телами по их рабочим поверхностям

Износы в узлах трения распределяются между трущимися деталями достаточно неравномерно. При этом одно из трущихся тел может подвергаться одному виду изнашивания, а другое - другому. Так, при пуске-останове неровности закаленного стального вала подвергают поверхностные слои вкладыша, изготовленного из мягкого антифрикционного сплава, абразивному изнашиванию. Сама же поверхность вала подвергается намного менее интенсивному усталостному изнашиванию. В то же время, если слой смазочного материала, разделяющего поверхность вала и подшипника, разрушается при повышении температуры и реализуется металлический контакт этих поверхностей, то могут иметь место схватывание трущихся тел и изнашивание адгезионного типа. В том же случае, если в смазочный материал попадает абразив, то он поглощается подшипниковым сплавом, закрепляется в нем и начинает изнашивать шейку вала. Даже при одинаковых материалах износ трущихся тел различен - обычно большая поверхность теряет больше по массе.

Распределение износа по рабочим поверхностям трущихся элементов контактирующих тел также зависит от ряда факторов, из которых наибольшее влияние оказывают схема контакта, условия нагружения, соотношение физико-механических свойств трущихся материалов, режим работы сопряжения и вид изнашивания. Износ детали по поверхностям трения далеко не всегда бывает равномерным, причем характеристикой изнашивания на отдельных участках поверхностей трения являются местные износы на этих участках. Для графического изображения распределения значений местного износа по поверхности трения или по определенному ее сечению используют эпюры износа. Так, для сопряжения вал-втулка эпюр износа совпадает по внешнему виду с эпюром распределения нормального давления и температуры. Если вал вращается в неподвижной опоре, то его износ будет равномерно распределен по его поперечному сечению, а на втулке будет образовываться местная выработка, смещенная от вертикальной оси в направлении вращения вала (это явление наблюдал еще Леонардо да Винчи). Если вал неподвижен, а втулка вращается, то равномерно будет изнашиваться рабочая поверхность втулки, а односторонний износ (выработка) будет наблюдаться уже на валу.

Рабочие поверхности зубьев шестерен подвержены главным образом усталостному изнашиванию, что выражается в образовании осповидных раковин на ножках зубьев в зоне полюса зацепления, т.е. здесь в основном имеет место трение качения. В дальнейшем наблюдается развитие усталостных микротрещин и выкрашивание частиц металла, причем наиболее интенсивно это происходит на отстающей поверхности в зоне нижней части зуба. В то же время на участках зуба, где имеет место проскальзывание, могут развиваться интенсивное натирание и заедание. Направление следов заедания совпадает с направлением скольжения профилей зубьев. Какой из этих видов изнашивания является ведущим, зависит от конкретных условий работы зацепления.

Рабочие поверхности цилиндрических втулок также подвержены неравномерному износу. При изнашивании коррозионно-механического типа максимальные износы наблюдаются в верхней части - напротив компрессионных колец при положении поршня в верхней точке, так как в этой зоне давление поршневых колец на стенку втулки достигает наибольшей величины и наблюдаются максимальные температуры. Если же изнашивание имеет абразивный характер, то гильза, согласно В.Винкенсу, больше изнашивается в средней части.

Знание эпюр износа позволяет наметить методы борьбы с изнашиванием, используя другие материалы или меняя конструкцию узлов трения. Следует, однако, иметь в виду, что значительные местные износы часто являются следствием некачественной сборки узлов трения.