Механическое изнашивание наиболее распространенное, возникает при истирании поверхностей трущихся деталей машин или при многократном воздействии нагрузок, вызывающих потерю поверхностными слоями металла упругих свойств и приводящих к послойному повреждению.

Механическое изнашивание подразделяется на:

• абразивное – результат режущего или царапающего действия твердых тел и частиц;
• гидроабразивное – результат воздействия твердых тел и частиц, увлекаемых потоком жидкости;
• газоабразивное – результат воздействия твердых тел и частиц, увлекаемых потоком газа;
• эрозионное – результат воздействия на поверхность детали потока жидкости или газа;
• усталостное – результат повторного деформирования микрообъемов материала (например, беговой дорожки подшипника, зубьев шестерни).

Молекулярно-механическое изнашивание происходит в результате одновременного воздействия внешних механических и молекулярных сил.

Разновидностью молекулярно-механического изнашивания является изнашивание на заедании, когда происходит глубинное вырывание материала, перенос его с одной поверхности трения на другую и воздействие возникающих неровностей на сопряженную поверхность деталей.

Изнашивание заеданием появляется в сопряжениях, работающих при недостаточной смазке и значительном удельном давлении, когда две поверхности сближаются настолько плотно, что начинают действовать молекулярные силы, приводящие к схватыванию поверхностей при трении.

Коррозионно-механическое изнашивание возникает при трении деталей, материал которых вступил в химическое воздействие со средой.

Разновидностью коррозионно-механического изнашивания является окислительное изнашивание, возникающее вследствие окисления металла кислородом. В результате на поверхности деталей образуются хрупкие и твердые пленки окислов, периодически разрушающиеся под действием сил трения. После разрушения пленок новые, более глубокие слои металла вступают в реакцию с кислородом. Для предохранения от окисления (коррозии) рабочие поверхности покрывают стойкими против коррозии покрытиями или консистентными смазками.

Причины, влияющие на изнашивание деталей

На интенсивность изнашивания деталей влияют следующие факторы: ¨ вид трения;

• качество материалов, из которых изготовлены детали;
• качество механической обработки их поверхностей;
• характер и род смазки;
• скорость движения и удельное давление на рабочую поверхность;
• условия эксплуатации и др.

Влияние трения. Изнашивание деталей в основном определяется различными видами трения. В машинах и механизмах различают два основных вида трения: по наличию и характеру движения и смазке.

По наличию и характеру движения трение подразделяется на трение покоя и трение движения.

Трение движения имеет разновидности: трение качения, трение скольжения и трение качения с проскальзыванием (например, при работе зубчатых колес).

По наличию или отсутствию смазки различают три вида трения: трение без смазки (сухое), граничное и жидкостное.

Трение без смазки – трение двух твердых тел при отсутствии на поверхностях смазочного материала. Трение без смазки происходит при эксплуатации тормозных систем, фрикционных соединительных муфт и других устройств.

Граничное трение – трение двух твердых тел при наличии на поверхностях трения слоя жидкости, обладающего свойствами, отличающимися от объемных. Этот вид трения возникает между теми поверхностями, которые изготовлены с очень высоким классом шероховатости. Граничное трение неустойчиво и может переходить в трение без смазки.

Жидкостное трение – трение между двумя деталями, разделенными слоем жидкости, в котором проявляются его объемные свойства. Этот вид трения характерен для подшипников скольжения с номинальным радиальным зазором при определенной частоте вращения вала.

Наиболее благоприятные условия для повышения срока службы деталей в сопряжениях машин создаются при жидкостном трении. Изнашивание деталей при этом виде трения протекает относительно равномерно с низкими скоростями.

Все перечисленные виды трения в той или иной степени сопровождают работу деталей и их сопряжений и вызывают износы.

Влияние качества материалов. Качество материалов и их механическая и химико-термическая обработка существенно влияют на износостойкость деталей. Большое значение имеет разнородность трущихся поверхностей, твердость и вязкость материалов, препятствующие появлению рисок и отрыву материала от поверхности. Из совместно работающей пары деталей одну рекомендуется изготавливать из более твердого износостойкого материала, а другую – из сравнительно мягкого материала с малым коэффициентом трения.

Влияние качества механической обработки. Неровности в виде гребешков и впадин, образующиеся на поверхности детали в результате механической обработки, определяют интенсивность изнашивания, особенно в период приработки.

В результате приработки поверхности трущихся деталей снижается их шероховатость до некоторой оптимальной величины, характерной для данных условий трения, и уменьшается скорость износа.

Влияние смазки. Изнашивание сопряженных деталей при наличии между ними смазки в значительной степени зависит от свойств смазочных материалов, режима смазки, качества защитных устройств, препятствующих проникновению в соединение посторонних частей. Для того чтобы обеспечить продолжительную работу деталей, необходимо правильно подбирать масло, надежно подводить его к трущимся поверхностям и создавать нормальный режим смазки. Трущиеся детали смазывают минеральными маслами: индустриальным, автотракторным и др.

Кроме индустриального масла в качестве смазочных масел применяют консистентные смазки, представляющие собой пластические мазеподобные вещества из минеральных масел и загустителей. В зависимости от сорта загустителя смазки разделяют на кальциевые (например, солидол) и натриевые (например, консталин). Консистентные смазки можно применять для смазки подшипников качения и скольжения, когда в них плохо удерживается масло.

Влияние скорости движения трущихся деталей и удельного давления. При увеличении скорости движения легче осуществляется жидкостное трение, следовательно, уменьшается изнашивание деталей. При граничном трении скольжения изменение скорости перемещения трущихся поверхностей в пределах от 15 до 40 м/мин заметно не сказывается на увеличении изнашивания. В этом случае его величина прямо пропорциональна пройденному пути. За одно и то же время деталь, имеющая большую скорость, пройдет больший путь и, следовательно, будет больше изношена. Таким образом, детали машин, работающие с высокой частотой вращения, при прочих равных условиях будут изнашиваться быстрее, чем детали, работающие с малой частотой вращения.

Величина изнашивания, кроме того, зависит от удельного давления на трущиеся поверхности: чем больше удельное давление, тем больше изнашиваются трущиеся поверхности. Это объясняется тем, что с увеличением удельного давления смазка выдавливается из зазора между трущимися поверхностями.

Влияние условий эксплуатации оборудования. При работе машин в запыленных помещениях пыль, попадая в соединения деталей, способствует быстрому их изнашиванию. Это зависит также от влажности и температуры окружающей среды, квалификации обслуживающего персонала, своевременного и качественного ухода за оборудованием.

Предельные и допустимые износы деталей

Износ, при котором нормальная работа данного сопряжения невозможна из-за нарастающих неисправностей и опасности аварии, называют предельным. Для большинства деталей в подвижных соединениях нарастание износа протекает по кривой износа (рис. 18.1). Деталь становится непригодной для эксплуатации, если износ достигнет величины S3 на грани перехода участка кривой 2–3 в точке 3.

На основе лабораторных и практических данных определяют предельно допустимый износ деталей. Детали подбирают с таким расчетом, чтобы превышение допустимого износа не приводило сразу же к аварии, т. е. предусматривают определенный запас прочности, обеспечивающий нормальную работу деталей еще целый межремонтный срок. Для примера приведем предельно допустимые нормы износа некоторых деталей. Износ шеек шпинделей допускается в пределах от 0,01 до 0,05 мм (в зависимости от точностных требований, предъявляемых к оборудованию), валов под подшипники качения не должен превышать 0,03–0,04 мм, а шлицов – по ширине 0,10–0,15 мм.

В зубчатых передачах износ стальных зубьев по толщине допускается до 10 % от толщины зуба на начальной окружности (при окружной скорости до 2 м/с и передаче мощности в одном направлении без ударной нагрузки) и до 5 % при ударной нагрузке и реверсивной передаче.