Структура методов расчета на износ

В расчетах на износ деталей машин необходимо оценивать изменение геометрических параметров контактирующих тел во времени, возможность возникновения критических ситуаций, приводящих к катастрофически быстрому изнашиванию и выходу узлов трения из строя. В общем случае для зон изнашивания должны учитываться физические, химические, механические и геометрические факторы, а также кинематика движения сопрягающихся пар трения, состояние смазочного слоя и поверхностных слоев материалов, температура и другие характеристики. В расчетах используют аналитические зависимости, максимально приближающиеся к описанию экспериментальных закономерностей конкретных узлов трения.

Наибольшие значения износов возникают в периоды пуска, останова и реверса, в условиях несформировавшегося смазочного слоя (при жидкостном трении).

При расчете интенсивности изнашивания поверхности пары трения следует определить, к какому виду контактного взаимодействия поверхностей трения относится рассчитываемый случай.

В механике твердых тел к основным видам контактного взаимодействия сопряженных поверхностей трения относят: упругое деформирование; упругопластическое деформирование; микрорезание. Интенсивность изнашивания сильно зависит от вида сопряженных тел. Поэтому в конструкциях узлов трения следует обеспечивать упругое контактное взаимодействие тел. Большей частью это происходит самопроизвольно в результате приработки поверхностей, приводящей к благоприятному по уменьшению износа изменению конфигурации контактирующих неровностей и расположения их по высоте.

При инженерных расчетах на износ деталей пар трения с не приработанными поверхностями без волнистости для упругого контакта, в случае, если номинальные и контурные давления равны ( р=р_с), можно использовать полученную зависимость для вычисления линейной интенсивности изнашивания. Формулу можно применять для сопряжений малогабаритных деталей, многих видов резьбовых, штифтовых, шпоночных соединений, сопряжений, в которых одна из деталей имеет малую жесткость, для зубчатых передач, кулачковых механизмов.

(4.1)

В случае упругого контакта плоских шероховатых и волнистых не приработанных поверхностей (дисковые тормоза, муфты сцепления и др.) при различных номинальных и контурных давлениях (р≠р_с) линейную интенсивность изнашивания можно вычислить по формуле

(4.2)

Для приработанных поверхностей деталей любой конфигурации, у которых на поверхностях трения установилась оптимальная шероховатость, воспроизводящаяся в процессе изнашивания, линейную интенсивность изнашивания вычисляют по формуле

(4.3)

При ν=2 вместо формулы (4.3) можно использовать формулу

(4.4)

При определении линейной интенсивности изнашивания поверхностей пар трения по формулам (4.1) – (4.4) используют ряд параметров, зависящих от различных факторов:

σ_o– разрушающее напряжение при однократном растяжении, МПа (табл. приложения Б);

t_y – параметр кривой фрикционной усталости (приложение Г);

К_tν – поправочный коэффициент к числу циклов до отделения с поверхности частик износа (приложение В);

α_пер– коэффициент перекрытия контактных площадей.

, (4.5)

где А и А_ф – площади контакта номинальная и фактическая, мм² (для приработанных поверхностей α_пер=1).

k –коэффициент, величина которого зависит от волнистости поверхности (для волны сферической формы k=0,5; без учета влияния шероховатости поверхности на деформацию волн k=0,2);

R_в – радиус волны, мм;

α_г– коэффициент гистерезисных потерь при простом растяжении-сжатии (приложение Г); f_м – молекулярная составляющая коэффициента трения (приложение Г);

, (4.6)

где τ_o и β – фрикционные параметры, зависящие от условия работы пары трения (приложение Г), HB – твердость по Бринеллю.

После определения величины линейной интенсивности изнашивания I_h и при известном (или необходимом) пути трения S вычисляют величину линейного износа h, который является основной характеристикой для оценки износа поверхности.