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=рс), 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≠рс) 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:
σo– разрушающее напряжение при однократном растяжении, МПа (табл. приложения Б);
ty – параметр кривой фрикционной усталости (приложение Г);
Кt ν – поправочный коэффициент к числу циклов до отделения с поверхности частик износа (приложение В);
αпер– коэффициент перекрытия контактных площадей.
, (4.5)
где А и Аф – площади контакта номинальная и фактическая, мм2 (для приработанных поверхностей αпер=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);
Rв – радиус волны, мм;
αг– коэффициент гистерезисных потерь при простом растяжении-сжатии (приложение Г); f м – молекулярная составляющая коэффициента трения (приложение Г);
, (4.6)
где τo и β – фрикционные параметры, зависящие от условия работы пары трения (приложение Г), HB – твердость по Бринеллю.
После определения величины линейной интенсивности изнашивания Ih и при известном (или необходимом) пути трения S вычисляют величину линейного износа h, который является основной характеристикой для оценки износа поверхности.
