РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИЗНАШИВАНИЯ
К настоящему времени разработан ряд методов расчетов на изнашивание. За рубежом широко используется закон Арчарда, согласно которому для абразивного и адгезионного изнашивания объемный износ V трущихся тел пропорционален пути трения S и площади фактического контакта этих тел Ar
,
что для пластического контакта принимает вид
,
где КИ - коэффициент износа; sТ - предел текучести;
Н - твердость по Бринеллю более мягкого элемента пары трения.
Коэффициент износа КИ представляет собой безразмерную величину, характеризующую вероятность отделения частиц износа при трении. Значения коэффициента износа различных материалов при трении их по закаленной стали (кроме особо оговоренных случаев) приведены в табл. 9.1 для условий сухого трения.
Таблица 9.1
Коэффициенты износа по Арчарду
| Материал | Коэффициент износа КИ |
| Мягкая сталь по мягкой стали | 7×10-3 |
| Латунь | 1,7×10-4 |
| Фторопласт | 2,5×10-5 |
| Полиэтилен | 1,3×10-7 |
| Закаленная инструментальная сталь | 1,3×10-4 |
| Бериллиевая бронза | 3,7×10-5 |
Для абразивного изнашивания КИ зависит от формы изнашивающихся элементов. Так, для острого напильника КИ = 0,1; новой абразивной бумаги - 0,01; округленных абразивных частиц -0,001.
Влияние смазочного материала на величину КИ приведено в табл. 9.2.
Таблица 9.2
Коэффициент износа для различных условий смазки
|
|
|
| Условия | Металл по металлу | Неметалл по неметаллу | |
| одноименные | разноименные | ||
| Трение без смазки | 5×10-3 | 1×10-3 | 5×10-6 |
| “Бедная” смазка | 2×10-4 | 1×10-3 | 5×10-6 |
| “Средняя” смазка | 1×10-5 | 1×10-3 | 5×10-6 |
| “Хорошая “смазка | 1×10-6 | 1×10-3 | 5×10-6 |
Уравнение Арчарда является весьма неточным, оно не учитывает влияния на износ твердых тел их температуры, скорости скольжения и геометрии контакта, а также микрогеометрии контактирующих тел и наличия критических точек на зависимостях интенсивности изнашивания от факторов нагружения.
Методика расчетов на изнашивание, разработанная И.В.Крагельским и его школой, рассматривает понятие удельного износа i, т.е. съема материала объемом DV, на единицу фактической площади контакта Аr на пути скольжения, равном среднему диаметру пятна контакта d, т.е.:
,
где Dh - толщина изношенного слоя материала.
Для расчета интенсивности изнашивания Ih может быть использовано уравнение
,
где Pa - номинальное контактное давление; Pr - фактическое контактное давление; a - отношение номинальной площади контакта к площади трения.
Это уравнение справедливо для описания процесса изнашивания при любом его механизме. Так, применительно к стационарному процессу усталостного изнашивания оно имеет вид
|
|
|
,
где произведение безразмерной глубины зоны деформирования h/R и безразмерной площади контакта Aа/Ar представляет собой безразмерный объем деформируемого материала, коэффициент k обусловлен расположением неровностей поверхностей по высоте, а 1/n = 10-2...10-10 характеризует склонность материала к разрушению при многократном деформировании (т.е. определяет сопротивление усталости).
Эти величины определяют, исходя из значений предела прочности материала при растяжении sB и действующего напряжения sпр, по эмпирическим формулам вида
,
где ty - - параметр кривой фрикционной усталости.
Определение других параметров, входящих в уравнение для расчета интенсивности усталостного изнашивания, рассмотрено в предыдущих разделах.
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
9.2. Понятие износостойких и неизносостойких материалов
Каждый материал в зависимости от режима нагружения (нагрузки, скорости скольжения) может быть как износостойким, так и неизносостойким.
В процессе эксплуатации (старение машины) реальные нагрузки возрастают: увеличиваются зазоры, биения и т.п., происходит нарушение согласованности условий удовлетворительной работы узла трения (рис. 9.3).
Для каждого материала имеется вполне определённая форма и размеры зоны (рис.9.4). Зона I - это область реализуемых режимов, когда данный материал ведёт себя как износостойкий. Зоны II, III, IV -области режимов трения, где этот же материал ведёт себя как неизносостойкий. Для разных материалов размер и расположение зоны I различны. Только при согласовании всех четырёх факторов возможна удовлетворительная работа узла трения (с малыми потерями).
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 2713; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!