Упругие свойства узлов трения

Общей характеристикой упругих свойств динамических систем является их жесткость понимаемая как отношение действующей силы Р к вызываемой ею упругой деформации в стыке D:

. (2.3)

Отметим, что рабочие нагрузки, действующие на узел трения, могут вызывать объемные упругие деформации его деталей, например, прогибы осей, сжатие втулок подшипников и т.п. Но, как правило, объемные деформации деталей узлов трения под нагрузкой малы, по сравнению с деформацией самого контакта. Поэтому при описании динамических процессов в узлах трения, составлении уравнений колебаний обычно учитывается только контактная жесткость. Она выражается также в виде отношения действующей нагрузки к вызываемой ей деформации, как это показано в выражении (2.3).

Как правило, в реальных узлах трения (подшипниках качения и скольжения, плоских направляющих, неподвижных стыках и пр.) характеристика контактной жесткости нелинейна, как это показано на рис. 2.3.

Нелинейную характеристику жесткости удобно описывать степенными функциями, подбирая значения коэффициентов. В примере на рис. 2.3 контактная деформация D может быть представлена в виде:

D=аРⁿ . (2.4)

Контактная жесткость существенно зависит от вида механической обработки поверхностей, применяемой смазки и других факторов. Примеры нелинейной жесткости приведены на экспериментальных графиках рис. 2.4.

Отметим, что при изнашивании поверхностей трения контактная жесткость нестабильна во времени. По мере изнашивания поверхностей трения изменяется их физическое состояние. После отделения очередной порции частиц износа, что будет подробнее рассмотрено ниже, поверхность становится более гладкой и жесткой. Но по мере накопления повреждаемости она как бы разрыхляется, и жесткость снова падает до момента очередного отделения частиц износа. Такие циклы изменения жесткости во времени в одном из узлов трения при форсированном режиме испытаний показаны на рис. 2.5. Цикл изменения контактной жесткости, например в паре «чугун-сталь», составляет примерно 20 часов непрерывной наработки. За это время значение жесткости изменяется почти в два раза.

Испытания проводились при удельной нагрузке - 0,25 МПа. Скорость скольжения - 5 м/мин.

Р и с. 2.5. Циклические изменения контактной жесткости по мере течения износа поверхностного слоя	Р и с. 2.6. Устройство для измерения радиальной контактной жесткости шарикового подшипника

Оценка контактной жесткости может производиться экспериментально на реальных узлах трения при наличии специальных приспособлений для приложения нагрузки к испытываемому узлу и измерения контактной деформации.

Более доступна оценка контактной жесткости на моделях пар или специальных стендах. Схема модельного устройства для оценки контактной жесткости радиальных подшипников приведена на рис. 2.6.