2.6 Фактори що обумовлюють характер тертя
Характер тертя, а як наслідок, і сили опору відносному переміщенню поверхонь деталей, що труться, обумовлюється багатьма факторами. Найбільш загальним кількісним показником є коефіцієнт тертя f. В функціональному вигляді залежність коефіцієнта тертя від основних факторів можна подати таким чином:
f= φ(R,Е, H, h, δ, Т, Wоп, ν, Р,Vвід, t), (2.5)
деR — висота мікронерівностей;
Е — модуль пружності;
H — твердість поверхонь тертя;
h — товщина оксидної плівки;
δ — початковий зазор;
Т— вид тертя (ковзання, кочення, кочення з проковзуванням);
Wоп — кількість мастильного матеріалу;
ν— кінематична в’язкість;
Р — нормальний тиск на поверхні тертя;
Vвід — відносна швидкість поверхонь тертя;
t— температура поверхонь тертя.
При вирішенні практичних завдань коефіцієнт тертя часто приймають постійним для заданого матеріалу. Це справедливо, якщо не враховувати зміну шорсткостей поверхонь тертя і їх деформацію під навантаженням, а також зміну температури в процесі експлуатації від розглянутих вище факторів.
Але це все зовнішні фактори. А для розрахунку та прогнозування надійності деталей при їх зношенні необхідно знати основні закономірності зношування матеріалів. Тільки числова оцінка ступеня пошкодження деталі при зношуванні дає можливість розв’язати питання оцінки та розрахувати надійність виробу.
В
відповідності
з загальним методичним підходом
до оцінки
Рис. 2.3. Фактори, що впливають на зношування
ступеню пошкодження показниками зношення, або вихідними факторами, є лінійне зношення, швидкість зношування та інтенсивність зношування (ГОСТ 23. 002-78).
Лінійне зношення U (мкм) — це зміна розміру поверхні при її зношуванні,
Швидкість
зношування Vзн
— це відношення зношення до часу,
протягом якого воно виникло:V=
,
мкм/год
Інтенсивність
зношування I —
це відношення зношення до відносного
шляху тертя, на якому проходило
зношування:I=
На вихідні фактори головним чином впливає взаємодія вхідних та внутрішніх факторів. Цю взаємодію зручно розглядати графічно (рис. 2.3).
Зі схеми видно, що встановлення цих залежностей в аналітичній формі є надзвичайно складним завданням, яке в даний час знаходиться на стадії становлення. Особливо важко знайти залежність, виходячи з фізичної суті процесу тертя в функції його фізико-хімічних параметрів. Тому досить часто використовують залежності, які базуються на емпіричних даних для певного виду зношування, при конкретних умовах його проходження та вибраного розрізу матеріалу, тобто встановлюють певне коло обмежень. Це дає можливість розв’язати більшість питань розрахунків прогнозу та прогнозування працездатності виробів.
Виходячи з цього, розглянемо вплив кожного з основних факторів на лінійне зношення та швидкість зношення.
2.7. Вплив природи матеріалів, що труться
На швидкість зношування суттєвий вплив мають механічні характеристики матеріалів, їх хімічний склад та структура. Для чистих металів та термічно необроблених сталей при абразивному зношуванні існує лінійна залежність між їх твердістю та зносостійкістю:
(2.6)
де Е—відносна зносостійкість матеріалу при абразивному зношуванні
(відношення зношення еталонного матеріалу до зношення матеріалу, який випробовується);
b — коефіцієнт пропорційності (b = 7,3);
Нв— твердість за Віккерсом (відношення навантаження до площі пірамідальної поверхні відбитку).
Для термічно оброблених сталей зносостійкість також збільшується зі збільшенням твердості, але в меншій мірі. Якщо твердість збільшена за рахунок наклепу поверхні, то абразивна зносостійкість матеріалу при цьому практично не збільшується.
Отже, з точки зору зносостійкості важливе не лише значення, але й походження твердості матеріалу: чи отримана вона природнім шляхом, тобто без порушення решітки кристалу (за рахунок хімічних змін складу металу) або шляхом термообробки), чи наклепом.
Для забезпечення найбільш придатних умов взаємодії поверхонь, що труться, необхідно підібрати матеріал цієї пари. Це необхідно робити з позицій забезпечення «позитивного градієнту», а зазор між деталями, що труться, — з позиції допусків і посадок.