Основные условия образования режима жидкостного трения

Исследование режима жидкостного трения в подшипниках основано на гидродинамической теории смазки. Эта теория базируется па решениях дифференциальных уравнений гидродинамики вязкой жид­кости, которые связывают давление, скорость и сопротивление вяз­кому сдвигу. Теоретические решения довольно сложны и излагаются в специальной литературе.

Основоположником этой теории является Н. П. Петров (1883). В дальнейшем эта теория получила развитие в трудах О. Рейнольдса, Н. Е. Жуковского, С. А. Чап­лыгина, Л. Зоммерфельда, А. Мичеля и ряда других ученых.

В упрощенном виде для подшипников скольжения теория описывается формулой для расчета минимального зазора, обеспечивающего жидкостное трение.

h_min = ,

где Ф – функция, зависящая от условий работы,

m – динамическая вязкость смазки,

w – угловая скорость вала,

Р – удельное давление; р = F_n / d·L.

 

Для работы подшипников самым “благоприятным" режимом является режим жидкостного трения.

Образование режима жидкостного тре­ния является основным критерием расчета большинства подшипников скольжения.

 

 

При этом одновременно обеспечивается работоспособ­ность по критериям износа и заедания.

На рис. 4 показаны две пластины А и Б, залитые маслом и нагруженные силой F. Пластина А движется относительно пластины В со скоростью v. Если скорость v мала (рис.4, а), то пластина А выжимает смазку с пластины Б. Поверхности пластин непосредст­венно соприкасаются. При этом образуется полужидкостное трение.

При достаточно большой скорости v (рис. 4, б) пластина А поднимается в масляном слое и принимает наклонное положение, образуется масляный клин. Встречный поток смазки создает условия для обеспечения режима жидкостного трения. В цилиндрических конструкциях подшипников скольжения клиновый зазор заполненный смазкой существует в результате его сборки. Это служит благоприятным условием для возникновения жидкостного трения.

Существуют конструкции, в которых условия для жидкостного трения создаются конструктивными дополнениями в виде специальных клинообразных карманов

 

 

или с применением гидростатических опор, в которых смазка в зону трения подается под давлением.

 

Методы оценки изнашивания

 

Изменение размерив,; формы, массы или состояния поверхности деталей в результате изнашивания оценивают в единицах длины, объема или массы — оценках износа.

Для количественного описания процесса изнашивания и его результата — износа в триботехнике используют ряд показателей (параметров):

интенсивность изнашивания J_h — отношение оценки износа детали (образца) к обусловленному пути, на котором проис­ходило изнашивание, к объему выполненной работы или технической наработке; (в километрах пробега автомобиля, гектаpax обработанной земли и т. п.); если в результате изнашивания при суммарном взаимном смещении S_h деталей (пути «трения») с их поверхности удалей слой толщиной δ_h, то интенсивность из­нашивания

J_h= δ_h/ S_h.

 

скорость изнашивания (средняя) – отношение оценки изнашивания к вре­мени, в течение которого происходило изнашивание;

предельный износ детали (узла) – оценка износа, после достижения которого дальнейшая эксплуатация детали (узла) невозможна, неэкономична или недопус­тима по соображениям надежности.

Износостойкость деталей (узлов) оце­нивают величиной, обратной интенсивности или скорости изнашивания.

Интенсивность изнашивания деталей машинзависит от формы, разме­ров, физико-химических свойств, условий нагружения и теплового режи­ма работы контактирующих поверхностей, а также физико-химических свойств смазочного материала.

На рис. 7 нанесены кривые изменения толщины изношен­ного слоя h_L и интенсивности изнашивания J_h в зависимости от времени t. На участке I, соответствующем времени приработки t_прир, интенсивность J_h = J_hприр значительна и величина h_L быстро растет. Затем интенсивность J_h снижается и наступает так называемое установившееся изнашивание (участок II – t _уст.), причем J_h «J_hприр.

 

 

Если между сопряженными поверхностями обеспечивается непрерывный масляный слой, то изнашивание может отсутствовать (штриховые линии).

Повышение давления в зоне контакта и интенсивность истира­ния поверхностей в период приработки обусловливают высокую теплонапряженность в зоне контакта, снижающую защитные свойства смазки. Во из­бежание опасных форм повреждения (напри­мер, задира или интен­сивных усталостных процессов) в период приработки предусма­тривают облегченный

режим, т. е. работу на стендах или в эксплуа­тации с пониженными нагрузкой и скоростью. При этом сглаживаются неровности и происхо­дит истирание поверх-ностей например за счет медленно протекающих неопасных форм молекулярно-механического изнашивания, а иногда и усталостного.

Для ускорения периода приработочного изнашивания (при одновременном снижении вероятности опасных форм повреждения рабочих поверхностей) применяют поверхностно-активные при­садки, ускоряющие приработку за счет коррозийно-механического изнашивания и предупреждающие появление задира. В некоторых случаях эффективным является ускорение процесса приработки за счет создания условий для абразивного изнашивания введением в зону контакта специальных паст. Подобные мероприятия сни­жают или даже предотвращают накопление усталостных поврежде­ний в период приработки.

Изменение формы рабочих поверхностей в период t _уст может оказаться причиной повышения давлений или нарушения условий смазки. Это может вызвать увеличение интенсивности изнашивания (см. участок III). Примером является вращательная пара (см. рис. 6): с увеличением износа растет зазор, увеличи­ваются нагрузки в зоне контакта, падает несущая способность масляного слоя.

Меры борьбы с износом деталей машин: повышение износостойко­сти изнашивающихся поверхностей; увеличение толщины смазочного слоя; улучшение физико-химических свойств смазочного материала; установка надежных фильтров очистки смазки и уплотнений трущихся деталей.

Расчеты деталей на износ заключаются либо в определении условий, обеспечивающих их жидкостное трение, либо (при невозможности со­здания жидкостного трения) в определении достаточной долговечности их путем назначения для трущихся поверхностей соответствующих до­пускаемых давлений.

p<[p] (1)

Иногда для исключения молекулярно-механического изнашивания условие (1) дополняют ограничением температу­ры в контакте:

t^o C < [t^o C] (2)

где [t^o C] — допускаемая температура в контакте.

Если режим трения пары определяет­ся не только давлением p, но и ско­ростью скольжения v, то в качестве критерия надежности используют удель­ную мощность трения, расходуемую на преодоление сопротивления в контакте,

W = p· f ·v ≤ [w] (3)

где f — коэффициент трения (сопротивле­ния) между контактирующими деталями; v — относительная скорость скольжения; [w] —допускаемая мощность трения рав­ная 150—250 Нмм/(мм²с) для шлицевых соединений и др.

В ряде случаев, например в расчетах подшипников скольжения, принимают f— const для заданной пары трения и условие (3) задают в форме

pv ≤ [pv]

где [pv] — допускаемое значение произведения pv.

Этот параметр, как и удельную мощность трения, можно использовать для косвенной оценки теплонапряженности пары трения. В инженерных расчетах части используют совместно два критерия [p] и [pv]. Оценке износостойкости по допускаемым значениям параметров [p] т [pv] присущи существенные недостатки эти параметры носят условный характер ив явном виде не дают представления о степени триботехнической надежности.