3. Трение и смазка деталей машин. Понятие об изнашивании и износе.

Одной из наиболее распространенных причин постепенных отказов является износ (последствие изнашивания) деталей машин.

Изнашивание - процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Изнашивание является сложным физико-химическим процессом, зависящим от многих факторов: материала и качества трущихся поверхностей, скорости их взаимного перемещения, нагрузки, вида трения, смазывания, смазочных материалов и т.д.

Износ - результат изнашивания, определяемый в установленных единицах.

Трение - явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним.

Различают следующие виды трения: покоя, движения, скольжения, качения, без смазочного материала и со смазочным материалом.

Смазочный материал - материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивности изнашивания.

Трение без смазочного материала происходит между двумя телами при отсутствии на поверхностях трения введенного смазочного материала любого вида. Твердые тела при этом взаимодействуют непосредственно. Такое трение сопровождается пластическими деформациями и даже временным прочным сцеплением отдельных точек контактирующих поверхностей, что вызывает их интенсивное разрушение. Трение без смазочного материала наблюдается при работе звеньев гусениц в паре с направляющими и опорными катками гусеничных тракторов и т.д.

Трение со смазочным материалом происходит между двумя телами, поверхности трения которых покрыты введенным смазочным материалом любого вида.

Смазка - это действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшаются износ, повреждения поверхности и (или) сила трения.

Различают следующие виды смазки: в зависимости от физического состояния смазочного материала - газовую, жидкостную и твердую; в зависимости от разделения поверхностей трения смазочным материалом - гидродинамическую (газодинамическую), гидростатическую (газостатическую), эласто-гидродинамическую, граничную и полужидкостную (смешанную).

Газовая, жидкостная и твердая смазки - это такие смазки, при которых полное разделение поверхностей трения осуществляется соответственно газовым, жидким или твердым смазочным материалом.

Гидродинамическая (газодинамическая) смазка - это жидкостная (газовая) смазка, при которой полное разделение поверхностей трения осуществляется в результате давления, самовозникаюшего в слое жидкости (газа) при относительном движении поверхностей.

Гидростатическая (газостатическая) смазка - жидкостная (газовая) смазка, при которой полное разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении или покое, осуществляется в результате поступления жидкости (газа) в зазор между поверхностями трения под внешним давлением.

Эласта-гидродинамическая смазка - смазка, при которой характеристики трения и толщина пленки жидкого смазочного материала между двумя поверхностями, находящимися в относительном движении, определяются упругими свойствами материалов тел, а также реологическими свойствами смазочного материала.

Граничная смазка - смазка, при которой трение и износ между поверхностями, находящимися в относительном движении, определяются свойствами поверхностей и свойствами смазочного материала, отличными от объемной вязкости. При этом виде смазки тонкий слой (до 0,1 мкм) смазочного материала состоит из поверхностно-активных (полярных) молекул, которые адсорбируются металлическими поверхностями деталей и создают на них разделяющий детали слой смазочного материала. Поэтому коэффициент трения и износ поверхностей трения при граничной смазке зависят от адсорбирующих способностей металлических поверхностей и способности смазочного материала удерживаться на них.

Полужидкостная смазка - смазка, при которой частично осуществляется жидкостная смазка, а полное разделение поверхностей трения смазочным материалом не осуществляется.

При гидродинамической смазке поверхности трения полностью разделены промежуточным слоем смазочного материала. Микровыступы этих поверхностей не входят в непосредственный контакт. Процессы трения и изнашивания характеризуются при этом не материалом трущихся поверхностей, а вязкостью смазочного материала, конструкцией и режимом работы соединения. При этом наблюдается наименьшая интенсивность изнашивания.

Однако гидродинамическая смазка возможна только при определенной толщине смазочного материала. При уменьшении толщины смазочного материала поверхности трения сближаются. Когда при сближении поверхностей от слоя смазочного материала останется только масляная пленка молекулярной толщины, возникает граничная смазка.

При граничной смазке действуют молекулярные силы поверхностей трения, а смазочный материал прочно адсорбируется на их поверхностях. Масляная пленка находится под воздействием молекулярных сил, оказывает сопротивление образованию контакта микровыступов трущихся поверхностей, предохраняет их от разрушения.

Механическое изнашивание представляет собой процесс деформации и разрушения поверхностных слоев, происходящий в результате механического взаимодействия микронеровностей взаимно перемещающихся плоскостей.

Сближение поверхностей с микронеровностями приводит как к контакту микронеровностей, так и к взаимному проникновению микровыступов одной из поверхностей во впадины другой. При относительном перемещении трущихся поверхностей происходит смятие, сдвиг или изгиб микронеровностей. Одни из них испытывают упругие деформации, другие — пластические. При этом контактное давление на отдельных микровыступах достигает больших значений. При таком давлении в контактных точках возникают температурные вспышки, при которых происходит сваривание микровыступов с почти мгновенным разрывом мостиков сварки. В результате описанных процессов происходит разрушение и деформация трущихся поверхностей.