Трение качения. Понятие. Факторы, влияющие на сопротивление качению.

Трение качения существует в зоне контакта, где упругие деформации детали приводят к возникновению внешнего трения скольжения на границе контакта и к внутреннему трению в деформированном объеме поверхностного слоя контактной зоны. При таком режиме трения, по существу, отключается адгезионная (молекулярная) составляющая внешнего трения и проявляются по сравнению с трением скольжения значительно более низкие потери на упругий гистерезис.

При качении шара по плоскости направление действия нормальной реакции, уравновешивающей нормальную нагрузку на шар, смещено от оси симметрии шара в направлении его движения на некоторую величину. Нормальная нагрузка на шар и реакция образуют момент трения качения. Чем больше деформации контактной зоны трения, зависящие от физических свойств материалов, из которых сделаны шар и основание, и смазочного материала, тем больше значение коэффициента трения качения, который определяется как отношение момента силы сопротивления качения относительно точки касания к нормальной нагрузке. Таким образом, коэффициент трения качения в отличие от коэффициента трения скольжения — величина размерная (имеет размерность длины). Наиболее характерными примерами реализации трения качения являются подшипники качения, а также пара трения «колесо— рельс» железнодорожного транспорта.

 

Абразивное изнашивание. Виды абразивного изнашивания. Методы повышения абразивной стойкости узлов трения.

Абразивные частицы производят на поверхностях трения разрушительное действие в двух основных формах. Острые абразивные частицы царапают, совершают хаотический процесс микрорезания, что наблюдается, например, при работе почвообрабатывающих или горных машин.

Второй характерный механизм изнашивания - деформационное действие «тупых» абразивных частиц, которые не царапают, а выдавливают лунки или бороздки и вызывают при многократном повторении локальные усталостные разрушения.

Еще одной разновидностью абразивного износа является гидроабразивный износ. Гидро- и газоабразивный износ возникает при действии на поверхность потоков газа или жидкости, содержащих частицы абразива.

При отсутствии абразивных частиц в струях жидкостей или газов наблюдается эрозионный износ.

К данной разновидности изнашивания близок кавитационный износ. Кавитационный износ возникает, когда жидкость обтекает края препятствий, например лопаток насосов, турбин. На краях препятствий резко изменяется скорость течения, образуются разрывы в кавитационные образования, заполненные паром, которые, захлопываясь, создают ударные волны. Многократное ударное воздействие расшатывает кристаллы металлической поверхности, которые через некоторое время выкрашиваются.

Методами снижения абразивного изнашивания являются: во-первых, применение, своевременное обслуживание или заме фильтрующих устройств как для всасываемого воздуха, так и смазочного материала, топлива и других технологических сред; как в процессе эксплуатации, так и на этапе заправки.

различных уплотнительных устройств. Утечки масла через уплотнения из-за износа являются одним из наиболее часто встречающихся дефектов автотракторной и сельскохозяйственной техники (СХТ). Неудовлетворительная работа уплотнений является причиной большинства отказов подшипниковых узлов. Утечки масел в энергонасыщенных тракторах и автомобилях наблюдаются в 23…28% и более случаях, а в гидроагрегатах до 44 % отказов приходится на уплотнения.

 

Водородное изнашивание при трении. Понятие. Сущность водородного изнашивания.

Водородный износ наблюдают в резьбовых соединениях, золотниковых и плунжерных парах, тормозных дисках и других узлах трения.

Водородное изнашивание характеризуется рядом процессов в узлах трения машин:

- интенсивным выделением водорода в результате трибодеструкции водородсодержащих материалов, ускоряемым механохимическим действием;

– диффузией водорода в деформируемый слой стали; скорость диффузии определяется градиентами температур и напряжений, что создает эффект накапливания водорода в процессе трения;

– особым видом разрушения, связанным с одновременным появлением большого числа «зародышей» трещин по всей зоне деформирования, и упомянутым эффектом накапливания водорода.

Для водородного изнашивания характерны высокая локальная концентрация водорода в поверхностном слое, возникающая вследствие больших градиентов температуры и напряжений при трении, которые обусловливают явление накапливания и особый характер роста трещин, приводящий к сплошному разрушению слоя.

Известно, что при проникновении водорода в сталь происходит изменение механических, физических и химических свойств металла. Особенно сильно водород влияет на механические свойства конструкциононых сталей, вызывая заметное уменьшение поверхностной прочности, пластичности, ударной вязкости и выносливости стали в процессе эксплуатации.

Методика обнаружения свободного водорода в частицах износа, а также образцах, вырезанных из поверхностей трения деталей, основана на термическом способе удаления из образца диффузионно-подвижного водорода, находящегося в кристаллической решетке металла и ответственного за водородное охрупчивание.

Методами защиты от водородного изнашивания являются следующие мероприятия: магнитная защита; протекторная (анодная) защита; нанесение специальных медьсодержащих покрытий (натиранием, напылением, детонационным методом и т.д.) и др. К универсальным методам, т.е. позволяющим снизить различные виды изнашивания, следует отнести:

–термическая и химико_термическая обработка: цементация, азотирование, хромирование, цианирование, силицирование, алитирование, пламенная поверхностная закалка, высокочастотная закалка, поверхностная закалка с нагревом в электролите, лазерное упрочнение, обработка холодом, оксидирование, фосфатирование и т.д.;

– поверхностное пластическое и электропластическое деформирование:

обкатка шариками и твердосплавными роликами, в том числе с приложением электрического тока, дробеструйная обработка, алмазное выглаживание, упрочнение чеканкой, обработка поверхности взрывным нагружением;

–гальванические покрытия: хромирование, никелирование, железнение, борирование, родирование, серебрение, лужение

 

Изнашивание при фреттинг-коррозии. Виды изнашивания. Основные причины проявления.

Самой агрессивной формой окислительного износа является фреттинг-коррозия. Фреттинг-коррозия обычно наблюдается в номинально неподвижных соединениях, подверженных вибрации. При фреттинг-коррозии циклические микроперемещения в контакте вызывают локальные тепловые флуктуации, многократное пластическое деформирование, интенсивное накопление дефектов структуры, образование микро- и макротрещин, по которым в глубину от поверхностей диффундирует кислород и другие активные компоненты среды. Отделившиеся частицы абразивно воздействуют на поверхность. Характерные объекты подобного изнашивания - замки лопаток различных турбин, резьбовые соединения и другие детали машин, работающие в динамически напряженных условиях.

Фреттинг_коррозия не включает в себя электрохимическую коррозию или прямое окисление в газовой фазе, а является, в основном, механическим эффектом. При малых многократных смещениях защитные оксидные пленки разрушаются, истираются в порошок, в результате чего увеличивается скорость коррозии. Фреттинг_коррозия стальных поверхностей легко идентифицируется по наличию красно_коричневых частиц оксида.

Борьбу с фреттинг_коррозией ведут путем совершенствования конструкций, применения защитных покрытий, демпфирующих эластомерных прокладок, консистентных смазок и т.д.