Контактирующих поверхностей

Фреттинг-коррозия возникает вследствие малых вибрационных смещений контактных поверхностей друг относительно друга, если одна из них или обе металлические. Обычно коррозия этого типа сопровождается появлением питтингов на контактирующих поверхностях. Оксиды и продукты истирания металла заполняют питтинги, так что они становятся заметны только после удаления этих продуктов.

Лабораторные исследования [84] показали, что для возникновения фреттинг-коррозии при трении стали о сталь требуется кислород, а не влага. Разрушение во влажном воздухе меньше, чем в сухом; еще меньшие разрушения наблюдаются в атмосфере азота. С понижением температуры коррозия усиливалась. Таким образом, становится очевидным, что механизм фреттинг-коррозии не электрохимический. Разрушение увеличивается с возрастанием нагрузки вследствие интенсивного питтингообразования на контактирующих поверхностях, так как продукты коррозии, например a-Fe2O3, занимают больший объем (в случае железа — в 2,2 раза), чем металл, из которого образуется данный оксид. Так как при колебательном скольжении оксиды не могут удаляться с поверхности, их-накопление ведет к локальному увеличению напряжения, а это ускоряет разрушение металла в тех местах, где скапливаются оксиды. С увеличением скольжения фреттинг-коррозия также возрастает, особенно при отсутствии смазки на . трущихся поверхностях. Увеличение частоты при одном и том же числе циклов снижает разрушение, но в атмосфере азота этого эффекта не наблюдается. На рис. 7.19 представлены графики зависимости фреттинг-коррозии от разных факторов. Заметим, что скорость коррозии в начальный период испытаний больше, чем при установившемся режиме.

Испытанием стали с сульфоцианированным слоем при ударно-контактных нагрузках установлено, что в первый момент происходит интенсивный износ наиболее мягкой по сравнению с другими зонами слоя сульфидной пленки и «вмазывание» сернистых соединений в микронеровности поверхности находящейся под ней карбо-нитридной зоны (20]. Дальнейшее воздействие нагрузок и теплоты, выделяющейся на контактирующих поверхностях, способствует миграции серы в более глубокие зоны слоя, что обеспечивает повышение его износостойкости.

Фреттинг-коррозия возникает на контактирующих поверхностях деталей машин, совершающих относительно друг друга колебательное движение с малой амплитудой при определенном-давлении в условиях воздействия коррозионных сред. Коррозия; нарушает требуемый допуск посадок, которые должны обеспечивать высокую точность хода. Она увеличивает трение, а поврежденные места становятся очагами усталостных изломов. Фреттинг-коррозия представляет собой процесс, в котором действуют составляющая механического изнашивания и химическая составляющая, т. е. процесс образования и удаления пленки окисла на-трущихся поверхностях. Обе составляющие действуют одновременно и влияют друг на друга. Фреттинг-коррозия часто возникает в болтовых, заклепочных, шарнирных соединениях, особенно в конструкциях летательных аппаратов.

Образование частиц износа в форме тонких пластинок объясняется с позиций теории износа «отслаиванием» [126]. Хотя в настоящем своем состоянии эта теория применима только для случая низких скоростей скольжения, когда увеличение температуры на контактирующих поверхностях так мало, что диффузия и фазовые превращения не входят в механизм износа, достоинство ее заключается в том, что размер частиц износа и механизм их образования рассмотрен с позиций развития дислокационных процессов, протекающих в поверхностных слоях металлов. Теория износа отслаиванием основана на следующих соображениях:

где п = 0 соответствует случаю кулонова трения (в контактирующих поверхностях), п=\ при линейном трении, « = 2 при турбулентном (внутреннем) трении в материале МС.

а) Канонический оператор измерения не учитывает эффекта сопротивления поперечной деформации, обусловленной трением 15]. Это происходит тогда, когда сопрягаются силоизмерители и дополнительные силовводящие детали с весьма различными поперечными размерами, из-за чего на контактирующих поверхностях возникают дополнительные касательные напряжения, которые находятся в равновесии благодаря силам трения. Неизбежным следствием этого является увеличение гистерезиса. Явление сопротивления поперечной деформации весьма трудно поддается описанию, но, так как причина его возникновения ясна [9], это явление может в большинстве случаев исключаться из рассмотрения.

При исследовании явления ИП было установлено, что на поверхности трения образуется тонкая пленка, обогащенная медью. Толщина этой пленки обычно составляет 1 — 2 мкм и меньше, в зависимости от условий испытания. Формирование ее на контактирующих поверхностях обусловливает ничтожно малое сопротивление сдвигу при трении [12]. В связи с этим структура и свойства поверхностных слоев металлов при трении в условиях ИП и, в частности, собственно пленки заслуживают особого внимания.

приведены на рис. 22. Начальные участки зависимостей относительного момента трения М1М0 (М0 — начальный момент) от времени для разных нагрузок соответствуют периоду приработки. Приблизительно через час наблюдается установление режима ИП, о чем свидетельствует низкое значение относительного момента трения, а также наличие медной пленки на контактирующих поверхностях. Как следует из кривых 4—6, наибольшие изменения концентрации приходятся на период приработки.

С помощью тензометрического устройства, усилителя и осциллографа производилась запись величины силы трения, возникающей на контактирующих поверхностях образцов при их относительном перемещении. Сопротивляемость процессу схватывания оценивалась по качественным изменениям, происходящим в трущихся поверхностных слоях деталей с помощью комплексного металловедческого анализа, и по изменению коэффициента трения с учетом прочностных характеристик исследуемых металлов.

С помощью тензометрического устройства, усилителя и осциллографа производилась запись величины силы трения, возникающей на контактирующих поверхностях образцов при их относительном перемещении.

создается моментом М. в узле колебаний. В результате ультразвуковых колебаний в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки.

При черновой и получистовой обработке, когда требуется сильное охлаждающее действие среды, применяют водные эмульсии. Количество эмульсии, используемой в процессе резания, зависит от технологического метода обработки и режима резания и колеблется от 5 до 150 л/мин. Увеличивать количество подаваемой жидкости рекомендуют при работе инструментов, армированных пластинками твердого сплава, что способствует их равномерному охлаждению и предохраняет от растрескивания. При чистовой обработке, когда требуется получить высокое качество обработанной поверхности, используют масла. Для активизации смазочных материалов к ним добавляют активные вещества — фосфор, серу, хлор. Под влиянием высоких температур и давлений эти вещества образуют с металлом контактирующих поверхностей соединения, снижающие трение — фосфиды, хлориды, сульфиды. При обработке заготовок из хрупких металлов, когда образуется стружка надлома, в качестве охлаждающей среды применяют сжатый воздух, углекислоту.

р=50 МПа — уменьшают в два раза. Давления выбирают в зависимости от прочности и сопротивления заеданию контактирующих поверхностей. Приведенные в табл. 6.4 значения Т и Fa соответствуют коэффициенту трения на сопрягаемых поверхностях / = 0,12.

В табл. 6.4 приведены размеры колец, значения осевых сил затяжки /^i и Лат2> передаваемых вращающих моментов Т и осевых сил Ра при давлении в контакте р = 100 МПа. При р = 200 МПа значения Ттл Fa удваивают, при р = 50 МПа — уменьшают в два раза. Давления выбирают в зависимости от прочности и сопротивления заеданию контактирующих поверхностей. Приведенные в табл. 6.4 значения Ттл Fa соответствуют коэффициенту сцепления (трения) на сопрягаемых поверхностях /= 0,12.

о — переменное напряжение цикла; N — число циклов изменения этих напряжений до появления признака разрушения испытуемого элемента; т и G — постоянные величины, зависящие от свойств материала и состояния контактирующих поверхностей. Учитывая, что контактные напряжения в подшипнике качения связаны с действующей на него нагрузкой э (в кН) нелинейно [30],

(А — коэффициент, зависящий от кривизны контактирующих поверхностей, распределения нагрузки \ ежду телами качения, коэф-Пуассона и модуля упругости материала; Ь — для шари-равно 3, для роли <оподшипников •—2), расчет грузоподъемности С п юизводят по нагрузке, дей-;й на подшипник. Число цикло з

Для полумуфты и вала используется сталь 40Х. Термообработка шлицев вала — закалка с нагревом ТВЧ, твердость HRC 50...54, текучести сердцевины OT = 500 МПа. Термообработка шли-полумуфты — улучшение, твердость НВ 260...280, предел те-аг — 700 МПа. Исходные данные для расчета: передава-момент Тц = 89 Н-м, частота вращения вала п — 100 мин"1, средняя, режим работы среднеравнс вероятный, полумуфта посажена на валу подвижно. Длина шлицев в полумуфте принята / = = 55 мм, что соответствует рекомендациям, приведенным в § 6.10 ч. 1. Срок службы принимаем 10000 ч. Поскольку одна из контактирующих поверхностей упрочнена, вторая улучшена, расчеты на и износ производятся для периода после приработки.

Шлицевые соединения применяют как без термообработки, так с термообработкой контактирующих поверхностей. Термообработ-

ни я скольжения между роликами и бортами колец происходит нагрев контактирующих поверхностей и температура в подшипниковой сборочной единице может превысить допустимую, а при

К числу упрочняющих факторов относятся процессы «тренировки» материала действием кратковременных Напряжений, превосходящих предел текучести; деформационное упрочнение, вызываемое структурными изменениями в напряженных микрообъемах материала; самопроизвольно протекающие процессы старения, сопровождающиеся кристаллической перестройкой материала и рассеиванием внутренних напряжений. Положительно влияет приспособляемость конструкции — общие или местные пластические деформации, возникающие под действием перегрузок и вызывающие перераспределение нагрузок. Определенный упрочняющий эффект дает износ первых стадий (сглаживание микронеровностей),'способствующий увеличению фактической площади контактирующих поверхностей, снижению пиков давлений и выравниванию нагрузки на поверхности.

ности контакта возникает трение первого рода. Так как в начале контакта тело А уже движется относительно тела В, то обычно считают, что на тело А начинает сразу действовать сила трения движения ^д = fuN, направленная в сторону, противоположную относительной скорости этого тела. Однако, как показал Пэнлеве [20], такое допущение приводит в ряде случаев к парадоксам, противоречащим законам классической механики. Парадоксы Пзнлеве снимаются, если принять, что коэффициент трения между движущимися относительно друг друга поверхностями при их внезапном контакте не сразу становится равным динамическому коэффициенту трения, а достигает этой величины в течение некоторого весьма малого промежутка времени, соответствующего предварительным смещениям контактирующих поверхностей, причем в начале этого промежутка коэффициент сцепления равен нулю. Если связи, наложенные на вступившие в контакт тела, таковы, что после контакта возможно относительное движение этих тел, то конечное значение коэффициента сцепления равно коэффициенту трения движения /д, но в процессе изменения этого коэффициента от / = 0 до f — /д он может (не всегда) принять значение / = /ст коэффициента трения покоя1. Эту возможность необходимо учитывать для надежности расчета в тех случаях, когда в проектируемом механизме должно быть самозаклинивания. Подобное поведение коэффициента трения вытекает из механической теории трения, если учесть деформации трущихся тел.