9.1. Общие закономерности измерения силы трения и скорости изнашивания в зависимости от условий нагружения
При работе машины на скорость изнашивания влияют:
1) увеличение (уменьшение) номинальной площади контакта с соответствующим изменением контактной нагруженности деталей машин;
2) увеличение внешнего силового воздействия вследствие роста динамических нагрузок и появления дополнительных нагрузок при перекосе и заклинивании изношенных деталей;
3) ухудшение условий снабжения трущихся поверхностей смазкой и нарушение нормального для данного сопряжения режима смазки (утечки, снижения вязкости, потери гидродинамического эффекта и т.п.);
4) интенсификация выделения тепла и ухудшение его отвода;
5) нарушение кинематических связей трущихся деталей;
6) увеличение количества и размеров твердых частиц, попадающих извне в зону трения (при увеличении зазора между деталями, при износе уплотнений и т.п.);
7) увеличение удельных затрат энергии и топлива на работу узла трения.
Все это, в конечном счете, определяет срок службы детали узла трения, прошедшего обработку, по его допустимому предельному износу hп
,
где h1 - износ после обкатки; J2 - скорость изнашивания в нормальных условиях эксплуатации машины.
При многообразии трущихся пар, машин, рабочих сред и т.п. в подавляющем большинстве случаев измерения коэффициентов трения от нагрузки или скорости относительного скольжения имеется участок, на котором коэффициенты трения бывают приблизительно неизменными и минимальны по сравнению со значениями коэффициентов трения вне этого участка. Условно этот участок называют участком стационарного трения и изнашивания. Принципиальная схема коэффициента трения от нормального давления и скорости скольжения на примере ряда распространенных пар трения представлена на рис. 9.1. На нем приведены результаты эксперимента пар трения: I - сталь 45 - сталь 45; II - сталь У8А - сталь У8А (закаленная, без смазки); III - сталь 38ХМЮА - бронза БрОЦС-6-3 (граничная смазка). Из анализа результатов этих исследований следует, что данные различных исследователей отличаются друг от друга только масштабом явления - границами стационарного участка и значениями коэффициентов трения на этом участке. Эти границы зависят как от скорости скольжения, так и от давления на фрикционном контакте, от свойств контактирующих материалов, физико-химических свойств смазки и газовой среды. Каждые из них, в свою очередь, характеризуют механические, молекулярно-механические и коррозионно-механические процессы, развивающиеся во фрикционном контакте. Скорость процессов механического и химического взаимодействия поверхностей трения и среды и составляющие процесса диссипации находятся в определенных соотношениях с результатами фрикционного взаимодействия. Таким образом, при рассмотрении зависимости коэффициента трения и соответствующих параметров, характеризующих интенсивность изнашивания тел, от условий нагружения могут
быть выделены области скоростей, при которых трение и износ будут минимальными, а также и режимы, при которых будут реализовываться неблагоприятные режимы трения.
Рис. 9.1. Зависимость коэффициента трения от нормального давления и скорости скольжения: а - нормальные давления: I и II - 10 кг/см2;
III - 30 кг/см2; б) - скорости скольжения: I - 1 м/с, II - 1,5 м/с, III - 5 м/с
На рис. 9.2 представлена принципиальная схема зон нормального трения и износа (область I), зоны повреждаемости (области III и IV) и переходная зона (область II). Для разных трущихся пар и сред эти области будут большими или меньшими, более широкими или узкими. Для каждой пары трения и среды будут свойственные для них области со специфическими условиями трения и износа. Зависимости, представленные на рис. 9.2, свидетельствуют и о том, что в природе нет абсолютно износостойких или неизносостойких материалов, а есть только диапазоны режимов (скоростей и давлений), при которых в определенных условиях данный материал работает как износостойкий. За пределами этого диапазона режимов этот же материал уже ведет себя как неизносостойкий. И только для определенных машин и оборудования, для которых имеются вполне определенные режимы и среда, можно подобрать материал, который для нее окажется износостойким и с наименьшими потерями энергии (с меньшим коэффициентом трения).
Рис. 9.2. Схема расположения областей нормального трения и износа:
I - стационарная область; II - переходная область;
III и IV - области повреждаемости