4.Способы оценки износа трущихся деталей

Для управления процессами изнашивания, расчета и прогнози­рования надежности деталей и узлов необходимо знать закономер­ности протекания износа материалов и его численные показатели. Существует три основных показателя износа: линейный износ (I мкм), скорость изнашивания ( мкм/ч) и интенсивность изнашивания (безразмерная величина j ).

В общем виде изнашивание материала является функцией дав­ления на поверхности трения Р, скорости относительного сколь­жения V, пути S, механических свойств материала (твердость Н, предел текучести σ, модуль упругости Е и др.), свойств поверхностного слоя (шероховатость, жесткость), вида трения и смазки, внешних условий (температура, давление воздуха, вакуум, вибрации).

Вместо сложных аналитических зависимостей можно применять упрощенные (эмпирические) формулы. Так, в некоторых случаях при износе материала в условиях граничного трения и трения без смазки скорость изнашивания можно определять по формуле , где k — коэффициент износа, зависящий от материала трущейся пары и условий изнашивания; Р — давление на поверх­ности трения; V — скорость относительного скольжения; т, п — показатели степени, определяемые опытным путем (0,5 — 3).

Рис. 2. Характерные периоды протекания износа во времени: I – приработки; II – нормального износа; III – аварийный износ.

Для абразивного изнашивания , тогда , так как для установившегося износа J = , то J = kPS, где S — путь трения ( ).

На рис. 2 показаны наиболее часто встречающиеся формы протекания износа. Так, в период I (рис. 2, а) происходит мик­роприработка, меняется шероховатость поверхности; в период II наблюдается нормальный износ в течение довольно продол­жительного времени; в период III возникает аварийный износ. Скорость изнашивания в период микроприработки монотонно убывает, в период нормального износа остается постоянной и в период аварийного износа интенсивно возрастает. Протекание изнашивания без выраженного различия между периодами II и III (рис. 2, б) объясняется специфическими условиями экс­плуатации, в которых может, например, происходить интенсив­ный износ. Скорость изнашивания имеет минимальное значение в конце приработки (этап I).

На рис. 2, в представлена кривая износа, в которой период приработки происходит в течение длительного времени. Ско­рость изнашивания все время уменьшается по мере увеличе­ния t.

Различают дифференциальные и интегральные методы изме­рения износов.

При дифференциальном методе применяют микрометрирование (измерение размеров, профилографирование), метод искусственных баз (метод отпечатков, метод лунок, ме­тод слепков), метод поверхностной активации (активация участ­ка путем применения вставок).

Для измерения интегральным методом используются оценки суммарного износа по изменению массы образца, объема образца и зазора сопряжения, а также определение продуктов износа в смазке (химический состав, спектральный анализ, с помощью радиоактивных изотопов).

Для целей диагностирования и прогнозирования техническо­го состояния в условиях эксплуатации наибольший интерес пред­ставляют методы измерения без разборки агрегатов и узлов.

Для целей прогнозирования запаса надеж­ности очень важно знать не средний износ, а форму износа поверхности и уметь численно определить степень ее повреж­дения.

Зная вид износа и закон изнашивания, можно выбрать соот­ветствующий износостойкий материал с учетом условий работы. Так, при выборе антифрикционных подшипниковых сплавов ис­пользуется правило Шарпи, в соответствии с которым структура сплавов должна состоять из твердых включений в пластичной массе (например, баббитов).

Рекомендуются также типовые сочетания материалов для пар трения: сталь—антифрикционный цветной сплав (зака­ленная сталь в паре с бронзами на основе олова, свинца, цин­ка или алюминия); сталь—антифрикционный чугун (гильза цилиндров — поршневые кольца, пары трения гидросистем и др.); металл—полимерный материал; сталь или чугун— фрикционный сплав (например, в тормозах автомобилей).

Лекция№6Методы исследований надежности на основе теории вероятности и ма­тематической статистики