Вопрос 2. Основы приработки трущихся сочленений

Практика показывает, что для сохранения регламентиро­ванных зазоров трущихся сочленений и обеспечения долго­вечности работы машин необходима их приработка, которая осуществляется работой вхолостую и постепенным нагружением с целью предотвращения повреждений поверхностей тре­ния в начале их работы.

Приработка (ГОСТ 23.002—78) — это процесс измене­ния геометрии поверхностей трения и физико-механических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения, обычно проявляющийся при постоянных внешних усло­виях в уменьшении силы трения, температуры и интенсивности изнашивания.

Переход от исходного состояния поверхностей трения к установившемуся сопровождается сложными необратимыми явлениями, протекающими в тонком поверхностном слое.

При трении в начальный период приработки участвует очень небольшое количество контактирующих между собой высту­пов, что вызывает весьма высокие напряжения трущихся по­верхностей, сопровождающиеся частичным или полным устранением первоначальных неровностей и установлением новых, отличных от первоначальных по форме и размерам.

При приработке имеющиеся выступы на поверхностях тре­ния приобретают оптимальную кривизну, обеспечивающую наибольшую устойчивость масляной пленки [13, 20].

Наибольшее изменение претерпевает более мягкая из со­пряженных поверхностей, шероховатость, которой изменяет­ся в сторону приближения к шероховатости более твердого тела до тех пор, пока не наступит равновесное состояние, ха­рактерное для данных условий эксплуатации. На поверхности более мягкого элемента пары трения постепенно формирует­ся кольцевой рельеф, достаточно точно копирующий попереч­ный рельеф сопряженной поверхности более твердого элемен­та. После каждой разборки узла опять идет направленное изменение шероховатости поверхности, сопровождающееся интенсивным изнашиванием пары. Вот почему так важно без необходимости не разбирать сочлененные элементы.

Установившаяся после приработки шероховатость стано­вится оптимальной (равновесной) для данных условий трения и обеспечивает минимальное изнашивание. Она может быть как больше, так и меньше исходной, и наблюдается после приработки на всем последующем процессе стационарного изнаши­вания в период нормальной работы трущихся сопряжений. При переходе к стационарному режиму наряду с изменением геометрических характеристик большое значение имеет изменение исходной структуры и физико-механических свойств поверхностных слоев.

Если пластическая деформация проходит ниже порога ре­кристаллизации, то возрастает прочность поверхностных слоев, увеличивается их твердость. В некоторых случаях образовав­шийся на поверхности слой обладает твердостью, превышаю­щей твердость мартенсита, а иногда наблюдается разупрочнение.

Таким образом, микротвердость поверхностных слоев зави­сит от режима приработки и других факторов, рассмотренных выше. Все факторы, прямо или косвенно влияющие на эффек­тивность приработки, можно разделить на основные и сопут­ствующие. К основным факторам относят: нагрузку, скорость, исходные физико-химические свойства материалов и смазочную среду, к сопутствующим— температуру и связанные с ней раз­личные физико-химические изменения контактирующих по­верхностей.

Нагрузка (давление на поверхности трения) оказывает су­щественное влияние на качество и продолжительность прира­ботки. С увеличением нагрузки в начальный момент приработки растет доля пластической деформации тонкого поверхностного слоя, что приводит к увеличению количества выделяемой теп­лоты и поглощенной энергии и, как результат, к возникнове­нию дефектов в структуре поверхностей трения. Вот почему нагрузка в период приработки не должна превышать заданную.

С увеличением давления до некоторого значения, не превы­шающего критического р_кр, качество прирабатываемых поверх­ностей, например зубчатых передач и подшипников скольже­ния, улучшается.

При давлениях выше критических контакт перейдет в пластическое состояние и шероховатость будет увеличиваться. Вот почему нагрузочный фактор при приработке считается од­ним из основных.

Скорость приработки зависит от качества промежуточной среды, смазки, количества и рода абразива и пр.

Исходная шероховатость. определяемая технологией из­готовления деталей, влияет на износостойкость сопряжения в основном только через приработку. Установлено [20], что при испытании пары «гильза цилиндра — поршневое кольцо» мик­рогеометрия всех цилиндров после 367 ч нагружения незави­симо от первоначального состояния устанавливается постоян­ной и соответствует девятому классу шероховатостей.

Смазочный материал при прочих неизменных условиях трения оказывает существенное влияние на изменение микро­геометрии при приработке. Существенным фактором, облег­чающим приработку, является применение приработочных ма­сел. Применение, например, полимерных добавок (10—18 % полиэтилена) к маслам сокращает время приработки и способ­ствует получению более гладкой поверхности (примерно на 2 класса выше исходной).

Таким образом, с увеличением параметра молекулярной связи (за счет ухудшения смазочных свойств, например) ше­роховатость приработанных поверхностей должна увеличи­ваться, а с увеличением модуля упругости материалов и с рос­том контурного давления до некоторого значения, не превы­шающего p_кр, она должна уменьшаться.

Умение анализировать влияние рассмотренных факторов на установление равновесной шероховатости с учетом физико-механических свойств материалов и условий эксплуатации открывает широкие возможности для подбора пар трения с. целью оптимизации процесса приработки и увеличения долго­вечности узлов трения за счет уменьшения приработочного износа. Оптимизация процесса приработки дает значительную экономию средств.