Виды повреждения поверхностей в усло­виях трения качения.

Контактная усталость метал­лических деталей. Под действием переменных напряжений, вызванных пере­мещением контакта (в подшипниках качения, в фрикционных и зубчатых пере­дачах и др.), в наиболее напряженных зонах поверхностного слоя образуются трещины. Их развитие приводит к отде­лению от поверхности детали частиц ме­талла и появлению небольших ямок, раковин. Усталостное выкрашивание (питтинг, от английского слова pit — яма, углубление) является распространенным видом повреждения рабочих поверхностей зубьев колес, дорожек качения подшип­ников и др.

Длительность работы детали до появле­ния выкрашивания зависит от максималь­ных контактных напряжений σ _Н . Если провести испытания образцов, напри­мер, роликов (рис. 8, а) и в качестве усталостного повреждения при­нять определенную площадь поврежденной поверхности, то зависимость нормаль­ного напряжения в контакте от дли­тельности работы N в циклах нагруже­ния (кривая контактной усталости,(рис. 8, б) будет описываться уравнением

подобным уравнению обычной кривой ус­талости.

Отметим, что испытания на контакт­ную выносливость (в отличие от обыч­ных усталостных испытаний) характери­зуются наличием двух испытываемых де­талей и высоким уровнем задаваемых напряжений сжатия σ _Н между ними, тепло­выделением из-за трения, а также присут­ствием в контакте, как правило, сма­зочного материала (третьего тела).

Экспериментальные исследования вы­явили следующие закономерности.

1. Усталостное выкрашивание смазан­ных поверхностей происходит лишь при вы­ теснении смазочного материала из зоны действия максимальных контактных на­пряжений. Если смазочный материал не вытесняется из зоны контакта, то уста­лостное выкрашивание не появляется даже при напряжениях, вдвое превышающих предел контактной выносливости.

Рис. 9

Сопротивление усталостному выкра­шиванию ведущих роликов (деталей), имеющих большую скорость перемещения
контактирующих точек и как бы опере­жающую поверхность контакта, выше, чем у ведомых роликов, имеющих отстающую
поверхность контакта. Это объясняется особенностями развития усталостных трещин, которые под влиянием сил тре­ния распространяются наклонно к по­верхности контакта (рис. 9). Полагают, что развитию образующихся усталостных трещин способствует гидростатическое или гидродинамическое давление смазочного материала, проникающего в трещины споверхности. На ведущем ролике трещины ориентированы так, что в зоне наибольших контактных давлений масло из трещины выдавливается и темп роста трещины не увеличивается. На ведомом ролике (отстающая поверхность) трещины ориентированы неблагоприятно. При встрече с сопряженной поверхностью края трещины соединяются и давление в слоев масла, находящегося внутри нее, резко возрастает. Этим обусловлено расклинивающее действие, способствующее постепенному развитию трещины и выходу ее на поверхность (выкрашивание частичек металла).

Выкрашивание металла с поверхности контактирующих деталей может носить ограниченный или прогрессирующий характер. Ограниченное выкрашивание появляется на деталях в тех случаях, когда вследствие погрешностей изготовления или монтажа нагрузка первоначально концен­трируется только на отдельных участках теоретически возможной площадки контакта. В результате начальных поврежде­ний (выкрашивания, локального пласти­ческого деформирования и т. п.) общая поверхность контакта возрастает, концентр рация нагрузки уменьшается и усталост­ное выкрашивание прекращается. Если выкрашивание начинается при нор­мальном прилегании контактирующих поверхностей, то оно обычно оказывается прогрессирующим.

2. Контактная усталость деталей опре­деляется: физико-механическими свойст­вами материалов; скоростью смещения (качения, скольжения); режимом нагружения; шероховатостью поверхностей; ха­рактеристиками и способом подачи сма­зочного материала в зону контакта и др. Наиболее существенное влияние на контактную прочность деталей оказывает твердость поверхностей контакта. Установ­лено, что пределы выносливости деталей изразличных материалов прямо пропор­циональны твердости рабочих поверхнос­тей, т. е. σ_Hlim= C_BHB; σ_Hlim = C_RHRC, где Сви С_R — коэффициенты, зависящие от материала и термообработки НВ и HRC – твердость соответственно по Бринелю и по Роквеллу.

Отсюда следует, что для повышения контактной выносливости необходимо b первую очередь увеличивать твердость по­верхностей контактирующих деталей

(в большей степени для отстающих поверх­ностей).

2. Контактное выкрашивание, в отличие от обычного усталостного разрушения, не вызывает внезапной потери работоспособ­ности детали. Деталь (например, зубчатое колесо) с «пораженной» контактной по­верхностью сравнительно долго может ра­ботать в узле (иногда с увеличенным шумом и вибрациями).

 

3.Изнашивание вследствие пластической деформации.

Этот вид изнашивания характеризуется измене­нием общей формы детали в резуль­тате пластической деформации ее микро­объемов (в контакте) от чрезмерно боль­ших нагрузок. В результате нарушаются условия смазывания, точность сопряже­ния, появляются динамические нагрузки. Этот вид поврежде-ния поверхностей и де­талей предотвращается увеличением проч­ности контактирующих деталей.