Влияние параметров поверхностей на прочность деталей машин

Рассмотренные характеристики поверхностного слоя - шероховатость поверхности, структура и наклеп слоя, остаточные напряжения оказывают существенное влияние на такие важные эксплуатационные свойства деталей машин, как износостойкость, статическую, длительную и усталостную прочность, коррозионную стойкость, прочность соединений с натягом.

Шероховатость и волнистость поверхности, структура, фазовый и химические составы поверхностного слоя по-разному влияют на эксплуатационные свойства деталей.

Влияние шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности - технологический концентратор напряжений, снижает прочностные характеристики металла независимо от вида напряженного состояния и температуры нагрева (рис. 3

Рис. 3. Схема расположения концентраторов напряжений на дне впадин микропрофиля шероховатой поверхности

Виды трения и износ

При наличии относительного движения двух контактирующих тел силы трения, возникающие при их взаимодействии, можно подразделить на:

· Трение скольжения — сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.

· Трение качения — момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого.

· Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микроперемещениях (например, при деформации) контактирующих тел. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения.

В физике взаимодействия трение принято разделять на:

· сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками (в том числе и твердыми смазочными материалами) — очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя;

· граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и так далее) — наиболее распространённый случай при трении скольжения.

· смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;

· жидкостное (вязкое), при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела (порошком графита), жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды;

Трение и износ тесно связаны между собой. Износ есть результат работы трения.

Износы, появляющиеся при эксплуатации машин, можно подразделить на естественные и аварийные.

Естественные износы деталей машин происходят в результате действия сил трения и определяются условиями работы деталей, качеством материала, характером обработки и др. Эти износы являются неизбежными и появляются в результате относительно длительного периода работы машины.

Аварийные износы являются результатом быстро нарастающего естественного износа и нарушения нормального режима работы машины, нарушения правил технического ухода, эксплуатации и ремонта машин. Эти износы почти всегда характеризуются резкими деформациями деталей, разрушением отдельных узлов, агрегатов и всей машины.

Наиболее распространенным видом естественного износа является механический износ.

Чисто механический износ (эрозия металла) сопровождается изменением формы и объема трущихся деталей без существенных проявлений химических процессов. Этот вид износа является результатом работы сил трения, которые возникают при движении поверхностей деталей относительно друг друга.

В зависимости от рода трения чисто механический износ разделяется на три основных вида: износ от трения скольжения, от трения качения и сложный износ, который проявляется при одновременном действии трения скольжения и трения качения.

Износ от трения скольжения имеет наибольшее распространение в узлах и агрегатах дорожных машин; возникает он, например, на поверхностях шеек валов и подшипников, поршневых колец и цилиндров, стержней клапанов и направляющих втулок и т. д.

Наиболее наглядным износом от трения качения является износ в шариковых и роликовых подшипниках, которые имеют широкое распространение в дорожных машина

Химико-механический износ (коррозия металла) характеризуется тем, что механический износ сопровождается химическими процессами. В качестве примера такого износа можно указать коррозию, при наличии которой значительно усиливается и ускоряется механический износ

Электрохимическая коррозия происходит, если при контакте двух различных металлов образуется гальваническая пара, т. е. один металл с более отрицательным потенциалом служит анодом, а другой — катодом. Металл, имеющий более отрицательный потенциал, будет, как правило, коррозировать.