Изнашивание при трении качения

При трении качения можно выделить три разновидности изнашивания - усталостное, окислительное и абразивное, причем два последних - сопутствующие.

Усталостное изнашивание (питтинг) - это процесс интенсивного разрушения поверхности, обусловленный пластической деформацией, внутренними напряжениями, особыми явлениями усталости металлов и выражающийся в образовании микротрещин, единичных и групповых впадин на поверхности трения. При прогрессирующем выкрашивании искажается профиль контактирующих поверхностей, возникают добавочные динамические усилия, вибрации.

В практике получил распространение способ оценки усталостной прочности контактирующих поверхностей по максимально выдерживаемой материалом величине наибольшего контактного давления Р₀, величине максимального касательного напряжения τ_о (по поверхности τ_оп или на некоторой глубине под поверхностью τоz).

В деревообрабатывающем оборудовании распространены механизмы подачи (реже - резания), в которых имеет место фрикционное качение ролика по прямолинейной направляющей. При движении каретки (суппорта) опоры качения совершают колебания относительно направляющей. При этом составляющая колебательных движений в направлении качения (подачи) складывается с рабочим перемещением: составляющая, направленная по нормали к контактной площадке, приводит к пульсации нормальной нагрузки, а составляющая, направленная вдоль образующей ролика, вызывает динамическое скольжение. Скорость относительного перемещения изменяется по гармоническому закону, причем вблизи нулевого значения скорости трение скольжения прерывается и начинается упругий процесс предварительного смещения. Сила трения Q в направлении подачи, нормальная нагрузка P и касательная сила трения R связаны между собой следующими зависимостями

Q=

где - приведенный коэффициент трения; -коэффициент трения предварительного смещения вдоль образующей тела качения.

Трение качения в этих условиях вызывает разрушение поверхностных слоев, носящее усталостный характер.

Скорость износа пропорциональна касательному напряжению τ_о и обратно пропорциональна твердости Н:

Методы измерения износа

Износ можно условно определить тремя основными способами

1. Интегральный

2. Дифференциальный

3. Измерения выходных параметров сопряжения

Интегральный метод. Этим методом можно определить лишь суммарный износ по поверхности трения, не устанавливая величину износа в каждой точки поверхности.

1. Измерение износа по взаимному зазору сопряженных пар

2. По изменению массы образца

3. По изменению объема образца

4. По содержанию продуктов изнашивания в смазочном масле. Способ основан на взятии пробы отработавшего масла, где накопились продукты изнашивания, представляющие собой металлические частицы, окислы металлов и продукты химического взаимодействия металлов с активными компонентами смазочных материалов. Этот способ позволяет избежать необходимости разборки машин и их узлов.

Анализ проб масла на содержание железа и других составляющих производится различными методами:

Химический метод основан на определении содержания железа и других продуктов изнашивания в золе сожженной масляной пробы.

Спектральным методом определяют содержание металлических примесей в масле посредством спектрального анализа состава пламени при сжигании его пробы.

Радиометрический метод связан с измерением радиоактивности продуктов изнашивания, содержащихся в смазочном масле, накапливающихся в масляном фильтре. Радиоактивность материала деталей создается введением радиоактивных изотопов в металл при плавке или с помощью покрытия деталей слоем из радиоактивных веществ.

Активационный анализ. Содержание продуктов изнашивания в масле определяется по их радиоактивности посредством анализа спектров гамма-излучения пробы после облучения ее нейтронами.

Дифференциальные методы. Позволяют выявить распределение износа по всей поверхности трения и оценить влияние, оказываемое неравномерностью износа на выходные параметры.

1. Метод микрометража. Изнашиваемую деталь обмеряют до и после определенного периода ее работы и по изменению ее линейных размеров судят о средней величине поверхностного износа.

Износ определяется по формуле

где h1, h2 - размеры до и после испытаний

Измерительным инструментом служит микрометр.

2 Метод искусственных баз. На изнашиваемую поверхность наносят углубления в виде конуса, пирамиды, сферы, лунки и по уменьшению размера углубления в плане судят о величине износа.

Метод вырезанных лунок. Лунки наносят поперек движения подачи в разных точках поверхности трения резцом. Размеры лунок составляют: длина 3 мм, глубина до 15мкм.

Износ плоских поверхностей, а также цилиндрических поверхностей при лунке, расположенной по образующей цилиндра, вычисляют по формуле

Где - линейный износ в месте нанесения лунки, мм; h1, h2 - глубина лунки до и после определенного этапа изнашивания, мм; l1, l2 - длина лунки до и после определенного этапа изнашивания, мм; r - радиус вращения вершины резца, мм.

Износ цилиндрических поверхностей при лунке, расположенной перпендикулярно образующей цилиндра определяют по формуле.

Где R - радиус кривизны поверхности трения в месте нанесения лунки, мм

+1/R - если поверхность выпуклая

-1/R - если поверхность вогнута

Метод негативных отпечатков. На изнашиваемую поверхность с помощью резца наносят две риски под углом 900 друг к другу. Основная риска 6-10 мм, вспомогательная риска - 4-5 мм. Основная риска располагается по направлению вектора относительного перемещения трущихся поверхностей. Затем на риски накладывают калиброванную свинцовую пластинку толщиной 0,5-0,8 мм и вдавливают ручным пуансоном. Высоту сечения оттиска определяют до и после изнашивания при помощи микроскопа (МИС-11).

4. Метод поверхностной активации. Основой способа является измерение снижения радиоактивности при изнашивании поверхности детали, в которой на заданном участке создан радиоактивный слой глубиной 0,05...0,4 мм путем облучения участка поверхности или вставки в нее заряженными частицами (дейтронами, протонами, альфа-частицами). Износ детали определяется по тарировочному графику путем сопоставления снижения ее радиоактивности со снижением радиоактивности образцов, активированных в одинаковых условиях с деталью. Тарировочный график строится при моделировании процесса изнашивания на образцах. При этом измеряют радиоактивность образца, с которого последовательно удаляют (сошлифовывают) слои материала. Рассматриваемый способ пригоден для определения износа поверхностей деталей при стендовых и эксплуатационных испытаниях без разборки и остановки машин. Он позволяет оценивать малые износы, сокращать продолжительность испытаний, исследовать динамику процесса изнашивания, организовывать автоматизированный и дистанционный контроль качества изделий.

?