Разрушение поверхности трения под действием температуры

Высокие температуры, развивающиеся при трении, могут привести к такому нежелательному эффекту, как схватывание с последующим вырывом материала.

Высокие температуры, возникающие в двигателе внутреннего сгорания при нагреве или недостаточности смазки, приводят к переходу от жидкостного трения к граничному и далее к сухому. В зависимости от вида фрикционного сопряжения и применяе­мых в нем материалов имеют место различные повреждения, например задир поверхности цилиндра поршнем, выплавление подшипника, схватывание с последующей поломкой вала и т. д.; в зубчатых зацеплениях — заедание поверхности зубьев. Заеда­ние может возникать либо из-за больших нагрузок и недостаточ­ных скоростей, либо вследствие высокой температуры, разви­вающейся при трении.

Как указывалось, при трении в зоне контакта на единичных элементарных источниках возникают температурные вспышки, которые накладываются на поверхностную температуру. Суммар­ная температура пленки в зоне контакта

О тсутствие или наступление заедания может быть представ­лено неравенством

Различают две стадии заедания: ограниченное и прогрессив­ное . В связи с этим все зубчатые передачи разделяются на три группы:

1. некоторые наиболее ответственные редукторы турбовинто­вых авиационных двигателей и другие передачи, в которых заедание в любой форме недопустимо;

2. передачи, в которых допустимо ограниченное заедание;

3. передачи, в которых при прогрессивном заедании не нару­шается работа машины (тихоходные, малоответственные редук­торы).

Для анализа критериального уравнения заедания М. Д. Ген­кин, Н. Ф. Кузьмин, Ю. А. Мишарин предлагают следующую исходную зависимость:

где v₁ и v₂ — скорости качения;

l — линейный размер;

— безразмерные величины.

П олучаем систему независимых переменных:

Размерность критерия заедания по Олмену-Штраубу

Анализ размерностей исходной зависимости при этом дает

Анализируя размерности исходных величин, исключая неиз­вестные и группируя независимые переменные с одинаковыми показателями степеней, можно выделить безразмерные комплек­сы. Анализ размерностей имеет смысл проводить, вводя в исход­ную зависимость независимые переменные, отражающие свой­ства материалов, условия теплоотвода, вязкость масла и др.

В табл. 1 приведены наиболее известные расчетные форму­лы критерия заедания, а также коэффициенты .

Как видно из табл. 1, критерий заедания различен для разных типов и конструкций передач.

П овышенный износ тормозных обкладок тормозов колес ре­активных самолетов является следствием весьма высоких тем­ператур, возникающих во фрикционной паре. Раньше, при проектировании тормозов, вес тормозного барабана выбирался так, чтобы при поглощении заданной кинетической энергии са­молета его объемная температура была бы не выше 350° С. Теперь же из соображения главным образом обеспечения мини­мального габарита колеса размеры и вес тормозного барабана Быбирают такими, что при поглощении кинетической энергии он нагревается до температуры 450°С и выше.

Таблица 1

Температура на поверхности трения может быть в 2—3 раза больше объемной температуры.

Высокие температуры, развивающиеся на поверхностях тре­ния в тормозах, приводят к тому, что поверхностный слой тормозного барабана наволакивается на тормозную колодку; образуется одноименная пара чугун по чугуну, дающая гораздо меньший коэффициент трения. Наволакивание нарушает контакт элементов пары, а это, в свою очередь, уменьшает силу трения и равномерность распределения удельного давления на поверхность контакта колодок с барабаном. В случае наволаки­вания для получения заданного тормозного момента требуется более высокое давление в тормозе. Высокие температуры могут привести к возрастанию тормозного момента в конце тормозного пути (авиационные, автомобильные тормоза). Пиковый харак­тер нарастания момента в конце торможения опасен, так как это указывает на склонность тормоза к заклиниванию. Кроме того, такое изменение тормозного момента в процессе торможе­ния значительно уменьшает эффективность торможения.