4.4 Процессы, протекающие при контакте поверхностей 4.4.1 Классификация процессов износа
Наиболее характерные для машин процессы износа протекают при контакте двух поверхностей, особенно если имеет место их относительное перемещение.
Изнашиваются опорные элементы (подшипники скольжения и качения), поверхности трения фрикционных муфт и тормозов, зубчатые, винтовые, червячные и другие передачи, цилиндры и поршневые кольца, кулачковые и кулисные механизмы, шарниры, оси и многие другие детали машин.
Износ — это результат процесса постепенного изменения размеров детали по ее поверхности при трении. Если речь идет о процессе разрушения поверхности, то применяют термин «изнашивание».
Износ включает не только истирание поверхностей, связанное с удалением материала со всей поверхности трения, но и смятие — когда имеет место перемещение материала под действием сил трения, и усталость поверхностных слоев, когда под действием контактных нагрузок возникают локальные очаги разрушения поверхности. Основные виды износа связаны главным образом с характером контакта поверхностей и их относительного движения.
В табл. 4.2 приведены наиболее характерные виды повреждений, возникающие в результате взаимодействия двух поверхностей.
Таблица 4.2- Виды повреждения при взаимодействии поверхностей
Если нет относительного перемещения поверхностей, то это, как правило, вызывает их смятие (пластическую деформацию). Смятие поверхностей является характерным видом разрушения шпоночных, зубчатых (шлицевых) соединений, упоров и штифтов, осей цепных передач, резьбовых соединений и других деталей машин.
Относительное скольжение поверхностей вызывает их износ. При этом влияние пластических деформаций, сопровождающих изнашивание, может быть уменьшено или почти устранено путем повышения твердости элементов пары.
При малых относительных перемещениях сопряженных деталей возникает специальный вид износа, который называется фреттинг-коррозией.
При начальном касании поверхностей по линии или в точке имеется большее число вариантов относительного перемещения тел.
Качение без скольжения (обкатка) двух тел, как правило, вызывает усталость поверхностных слоев, которая проявляется в виде отслаивания мелких частиц металла с поверхности контакта. Это относится, например, к подшипникам качения, роликам кулачковых механизмов. При недостаточной твердости материалов и больших удельных давлениях наблюдается также смятие.
При качении с относительным скольжением, как это имеет место в зубчатых передачах, наблюдаются износ и усталость, а в ряде случаев и смятие поверхностей. Зона усталости расположена там, где относительное скольжение минимально или равно нулю (в зоне начальной окружности зуба). Зона более интенсивного износа расположена в местах большего относительного скольжения (головка и ножка зуба).
Таким образом, каждому виду взаимодействия поверхностей соответствует наиболее характерный вид повреждения.
Следует иметь в виду, что при износе также происходят коррозия, адгезия и другие физико-химические процессы, которые приобретают специфические черты в результате взаимодействия двух поверхностей.
При контакте поверхностей, если износ не проявляется в течение некоторого периода времени, может произойти изменение условий контакта: изменение площади контактирующих поверхностей, глубины взаимного внедрения микровыступов, разрыв масляной пленки и другие, что, в свою очередь; изменит выходные параметры сопряжения — коэффициент трения, контактную жесткость и др.
Например, для крепежных деталей колебание или уменьшение сил трения может привести к ослаблению начальной затяжки и нарушению нормальной работы машины. Повышение коэффициента трения в прецизионных узлах, например в опорах гироскопов, может явиться причиной их отказа.
Рассмотренная классификация процессов износа говорит об их большом разнообразии и сложности физико-химических явлений, определяющих интенсивность данного процесса.
