Обеспечение благоприятных условий трения и изнашивания

Обеспечение благоприятных условий трения и изнашивания заключается: в создании благоприятного вида трения по характеру движения (трение качения вместо трения качения с проскальзыванием или вместо трения скольжения) и по характеру смазывания (жидкостное трение вместо граничного или граничного вместо трения без смазочного материала); в замене внешнего трения внутренним; в защите сопряжений от вредного воздействия среды – абразивной, химически активной и др. (уменьшения отклонений истинного направления качения катков, колес, роликов; замена открытых зубчатых передач закрытыми; обеспечение хорошего смазывания и эффективной защиты от абразивного загрязнения узлов трения зубчатых и червячных передач, подшипников качения и скольжения, шарнирных соединений и опорно-поворотных устройств; смазывания открытых и полуоткрытых узлов трения типа шарниров тяговых и приводных цепей, канатов и блоков и др.); в применении резинометаллических шарниров и мягких карданов в кинематических парах с малыми перемещениями, благодаря чему внешнее трение заменяется внутренним и ликвидируется фреттинг-коррозия.

Повышение качества поверхностей трения заключается в уменьшении их шероховатости применением чистой и сверхчистой обработок поверхностей (в зубчатых передачах, подшипниках качения, опорно-поворотных устройствах), что особенно эффективно при усталостном изнашивании, в применении покрытий (фосфатирование в комбинации с молибденом, насыщение серой – сульфидирование; азотом, углеродом и серой – сульфоцианирование), предохраняющих поверхности от схватывания и фреттинг-коррозии и снижающих коэффициент трения.

Упрочнение поверхностных слоев материала эффективно при всех видах трения, встречающихся в механизмах. При абразивном изнашивании износостойкость сталей, подвергнутых термообработке, растет при закалке приблизительно в два раза и особенно эффективна при других видах изнашивания, особенно при заедании. С этой целью применяются и цементация, газовое цианирование с последующей объемной и поверхностной закалкой и низкотемпературным отпуском, хромирование и т. д.

Оптимизация характера внешних воздействий заключается в снижении концентрации нагрузки в узлах трения (уменьшении перекосов валов и увеличении благодаря этому размеров пятен касания зубьев) и снижении нагрузки (применении многодисковых тормозов или муфт вместо двухдисковых).

Существуют разнообразные методы ослабления вредных последствий износа:

– выполнение деталей составными со сменными изнашиваемыми элементами (втулок на валу и в корпусе подшипника, сменного венца звездочки);

– оптимизация формы изнашивающейся поверхности с приближением ее к форме естественного износа (бочкообразная форма бегунков, профиль зубьев передач Новикова);

– самокомпенсация износа (прижатие изнашивающейся части манжетного уплотнения к валу с помощью пружинного кольца);

– оптимизация условий замены изнашивающегося элемента (консольное расположение роликов цепи);

– увеличение запаса на износ (увеличение толщины стенки проушины в направлении изнашивания, замена приклепывания тормозных колодок приклеиванием или выполнение их накладными);

– рассредоточение износа (поворот на 90 – 180 ºС трубы трубчатого конвейера).

Методы расчета на износ по точности уступают инженерным методам расчета на прочность, так как процессы трения и изнашивания более сложны по сравнению с процессами объемного разрушения материала при однократном и даже циклическом его нагружении. Наибольшее распространение имеют расчеты, основанные на опытных данных.

При расчете и нормировании ресурсов узлов трения исходят из предельно допустимого износа. Критерии нормирования предельно допустимого износа исключительно разнообразны. В одних случаях они связаны с нарушением прочности деталей (канатов, цепей), в других – со снижением энергетической эффективности (поршневая группа двигателей внутреннего сгорания), в-третьих, – с нарушением нормального взаимодействия деталей (нарушением зацепления, потерей подвижности в шарнирах); в-четвертых, – с полной потерей работоспособности (тормозные колодки, желоба конвейеров).