Вопрос 2.Изнашивание при трении качения

Работающие при трении качения элементы конструкций (тела качения в подшипниках, боковые поверхности зубчатых колес) испытывают высокие контактные напряжения. Они, как правило, изготавливаются из высокотвердых марок стали, проходят сплошную термомеханическую обработку.

К износовой повреждаемости при трении качения приводят микро­деформации, провоцирующие проскальзывание тел качения относительно наружной или внутренней обоймы. Проскальзывание при качении всегда имеет место. Так, в подшипниках это следует уже из того, что при определенных условиях шарики не могут одновременно катиться без скольжения по поверхности внутреннего и наружного колец, имеющих различный радиус.

В подавляющем большинстве случаев подверженные высоким контактным напряжением детали работают в режиме окислительного изнашивания, где накопление продуктов износа идет сравнительно медленно. Вместе с тем в отдельных случаях под влиянием разного рода факторов на поверхностях качения возникают и другие виды изнашивания: усталостное или контактное выкрашивание материала, изнашивание схватыванием, абразивное изнашивание. Усталостное изнашивание является основным видом разрушения поверхностей тел качения. Рассмотрим механизм повреждаемости при усталостном изнашивании.

Под усталостным понимают изнашивание поверхности трения в ре­зультате многократного повторного микропластического деформирования объемов материала, приводящего к возникновению микротрещин и отделению частиц (питтинг). Возникшая под действием повторных напряжений трещина развивается вглубь под небольшим углом к поверхности в направлении качения и впоследствии вновь выходит на поверхность, образуя язвину (рис. 27).

Рис.27. Схема формирования повреждений на телах качения подшипников:

1 – опережающая поверхность; 2– отстающая поверхность

На интенсивность усталостного изнашивания влияет много факторов. К основным из них относятся: уровень напряжений в материале, коэффициент трения, остаточные напряжения, шероховатость поверхности, нагрев поверхности вследствие трения, физико-механические свойства материала, качество смазки. В реальных условиях работы последний фактор наиболее существенный. На рис. 28 приведены зависимости интенсивности питтинга от длительности работы в разных смазочных средах.

Рис.28. Длительность работы тел качения до появления питтинга:

1 – в топливе ТС-1; 2 – в масле МС-20; 3 – в гидрожидкости АМГ-10

(s – площадь питтинга)

Важное влияние на износовую повреждаемость оказывает вязкость смазочного материала. При более вязком масле образуется более толстая смазочная пленка между поверхностями трущихся деталей, вследствие чего лучше скрываются неровности контактируемых поверхностей. Кроме того, более вязкому маслу труднее проникнуть в начальную трещину и оказывать расклинивающее влияние на ее развитие (рис. 29).

Рис.29. Зависимость времени, прошедшего до момента

возникновения питтинга, от вязкости масла