Усталость в подшипниках скольжения

Усталостное разрушение антифрикционного слоя в подшипниках происходит в результате длительного их нагружения переменными по величине и направлению нагрузками. Усталостные трещины возникают на поверхности детали и постепенно проникают в глубь поверхностного слоя. Постепенно мелкие трещины образуют сетку вначале на отдельных участках, охватывая затем практически всю поверхность трения. В результате участки поверхностного слоя обособляются и выкрашиваются.

Причинами возникновения перенапряжений для начала процесса усталостного разрушения является конусность и овальность шеек валов, неправильная геометрия и несоответствие размеров вкладышей и постелей. Существенное влияние на сопротивление усталости оказывает рабочая температура. В результате показатели механической прочности деталей подшипников существенно снижаются. Кроме этого при росте температуры возникают температурные напряжения, поскольку коэффициенты линейного расширения деталей подшипника в большинстве случаев различны.

Рассмотрим общие вопросы усталостного разрушения. Стали и сплавы состоят из кристаллических образований, имеющих случайную ориентацию относительно приложенной силы. При начальном нагружении происходит пластическое деформирование и образуются полосы скольжения. При дальнейшем нагружении развивается пластическое деформирование, происходит дробление зерен, образуются остаточные напряжения, наблюдается разупрочнение некоторых участков поверхности. Под действием переменных контактных напряжений в наиболее напряженной поверхностной зоне детали образуется трещина, дальнейшее поведение которой определяется общими условиями в зоне контакта.

Контактная усталость проявляется при различных видах нагружения сопряженных деталей, например, при качении и качении со скольжением. В этом случае повреждение поверхностей проявляется в виде раковин и ямок, которые называют питтингами, появляющимися при переменных напряжениях, превышающих некоторый предел для данного материала. Необходимым условием питтинга является некоторая степень металлического контакта смазанных поверхностей. В противном случае выкрашивание поверхностей не наступает, даже если переменные контактные напряжения значительно превышают предел выносливости детали. Трещина может образоваться как на поверхности, так и в глубине детали в зависимости от соотношения нормальной и тангенциальной составляющей приложенной силы. При определенных условиях трещина может выйти на поверхность. Увеличению трещины способствует масло, попадающее в неё и при сжатии обеспечивающее высокое давление на её края. Контактная усталость материала в конструкциях определяется физико-механическими свойствами материала, скоростью качения, удельной скоростью скольжения, режимом нагружения, вязкостью масла, способом его подачи, шероховатостью поверхностей и др. условиями.

Одним из видов повреждения деталей под действием переменных контактных напряжений является отслаивание чешуек, появляющихся в результате образования и развития продольных трещин на некоторой глубине и при выходе её на поверхность. Отслаивание наблюдается в деталях, подвергнутых азотированию, цементации, цианированию или поверхностной закалке. Увеличивая толщину упрочненного слоя удается устранить отслаивание.

Растрескивание поверхностей имеет место в результате термического воздействия. Такой вид повреждения поверхностей наблюдается на бандажах железнодорожных колес, барабанах тормозов и сопряженных с ними тормозных колодках, на плоских антифрикционных парах с кольцевой рабочей поверхностью и т.д. Требование иметь малый тормозной путь предопределяет малое время торможения и интенсивный нагрев поверхностей с образованием термических напряжений. Образование трещин увеличивает износ поверхностей трения, поскольку острые режущие кромки выполняют режущее действие, причем у кромок происходит выкрашивание металла. Продукты изнашивания попадают в трещины и работают как абразив. Увеличение трещин в радиальном направлении приводит к нарушению герметичности сопряжения.

Терморастрескивание происходит вследствие быстрого нагрева поверхности трения в условиях ограниченной теплопроводности материала, что приводит к образованию в поверхностном слое к напряжениям сжатия. В соседних частях детали присутствуют напряжения растяжения. Чередование напряжений привод к тому, что тонкий поверхностный слой превращается в своего рода гофры, выступы и впадины которых идут параллельно оси детали. Выступы при этом концентрируют нагрузку, происходит их перегрев, они подплавляются и становятся очагами зарождения трещин.

В некоторых случаях трещины возникают вследствие термической усталости материала. В тяжелонагруженных деталях трещины могут образовываться как результат действия водорода.

Полезным в борьбе с растрескиванием является тщательный выбор материала, например, склонны к растрескиванию, хрупкие и обладающие невысокой теплопроводностью материалы (стекло и керамика, твердые сплавы, закалённые стали), а не склонны к растрескиванию углеграфитовые материалы и полимеры (фторопласт). Важным условием является также тщательная обработка поверхностей трения и их приработка.

В некоторых случаях трещины образуются вследствие перенаклепа поверхностей трения, что проявляется в условиях трения качения. Наклепанный слой повышает сопротивление усталостному разрушению. Причем при периодическом деформировании поверхностного слоя в присутствии поверхностно-активного смазочного материала наклепанный слой сохраняется дольше, поэтому и сопротивление усталости возрастает.

Введение поверхностно-активных в смазочный материал повышает нагрузочную способность пар трения и снижает интенсивность изнашивания. Существенно уменьшается коэффициент трения.

Уменьшение шероховатости поверхности в процессе приработки повышает сопротивление усталости деталей.

Раздел 10

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: