По данным НАТИ [30, 32 ] и других источников, износ находится в обратной зависимости от твердости сопряженных поверхностей соединения и в прямой зависимости от работы трения на этих поверхностях. Последняя связана с максимальными напряжениями и взаимными перемещениями сопряженных поверхностей. Темп изнашивания зависит также от наличия смазки, ее загрязненности, доступа воздуха и ряда других факторов, в том числе от электрического сопротивления в контакте трущихся поверхностей [13].

Рис. 5.3. Износ зубьев валика шестеренного масляного насоса, вызванный поперечной силой (давлением масла в объеме насоса)

В настоящее время нет возможности оценить темп изнашивания по каким-либо независимым параметрам, однако удельная работа трения в соединении может служить для сравнительной оценки зубчатых соединений, работающих в близких условиях (смазывание, температура и т. п.).

При рассмотрении трения и изнашивания следует различать приработочный износ, когда из-за разнозазор-ности происходит быстрое (2-5 % ресурса) изнашивание наиболее нагруженных пар зубьев и выравнивание зазоров, и рабочий износ, вызванный изнашиванием сопряженных поверхностей при их взаимных перемещениях в одинаковом для всех пар зубьев темпе.

Изнашивание, о котором шла речь, характерно для циркуляционно нагруженных неподвижных и подвижных не под нагрузкой соединений. Стационарно нагруженные соединения, как правило, не изнашиваются сколько-нибудь заметно.

5.1. Трение в зубчатых соединениях

В циркуляционно нагруженных зубчатых соединениях происходят малые взаимные перемещения сопряженных поверхностей, при которых совершается некоторая работа трения. Она производится:

1) на боковых поверхностях зубьев как следствие их поперечных и продольных возвратных перемещений;

2) на центрирующих поверхностях, если они контактируют, поскольку посадочные (центрирующие) поверхности вала и ступицы, имея разные диаметры, вращаются с одной угловой скоростью;

3) на торцах ступиц смежных деталей - в результате перекоса одной или обеих ступиц.

Кроме того, при изменении нагрузки при любом ее характере происходят микроперемещения сопряженных поверхностей, связанные с изменением уровня и продольного распределения нагрузки, передаваемой сопряженной парой зубьев. Эти перемещения намного меньше тех, что имеют место в результате циркуляционного нагружения и вызывают, по-видимому, так называемую фреттинг-коррозию - разновидность изнашивания, связанную с периодическим разрушением и восстановлением окисной пленки на рабочих поверхностях. Закономерности протекания этого процесса изучены мало, они существенно отличны от закономерностей обычного механического изнашивания и здесь этот процесс не рассматривается.

В соединениях, подвижных под нагрузкой, работа трения от малых перемещений складывается с работой трения продольного скольжения при макроперемещениях. К этим соединениям следует отнести соединения телескопических валов, а также соединения длинных торсионных валов (рессор), закручиваемых на относительно большие углы. Здесь продольное скольжение вызывается укорочением вала при его закручивании.

Коэффициент трения в зубчатых соединениях колеблется в весьма широких пределах - от 0,08 до 0,3, причем в одном и том же соединении он может заметно меняться в зависимости от температуры, частоты вращения и других факторов. Это объясняется, по-видимому, граничным характером трения, так как при малых скоростях скольжения (до 0,1 см/с) и частых реверсированиях (дважды

за один оборот соединения) устойчивый масляный клин образовываться не может.

Поэтому работа и мощность трения, полученные по приведенным ниже зависимостям, малопригодны для оценки энергетических показателей машины. Основная цель определения показателей трения в соединениях - сравнительная оценка их износостойкости, которая по имеющимся в настоящее время данным 122, 30-32) обратно пропорциональна удельной работе трения.

Работа трения в контакте t-й пары зубьев при циклических взаимных перемещениях за один оборот соединения может быть найдена по известной формуле

где f - коэффициент трения; Ni - сила нормального взаимодействия в t-й паре; L - путь, пройденный t-й парой за один оборот соединения.

При выводе зависимостей, определяющих работу трения, приняты следующие допущения.

1. Коэффициент трения считается постоянным в течение цикла (одного оборота соединения).

2. Упругой фазой перемещения пренебрегаем, считая, что скольжение начинается одновременно с перемещением.

В дальнейшем работу трения удобнее вычислять отдельно при поперечных перемещениях боковых поверхностей Ai и продольных перемещениях Аф полная работа трения на боковых поверхностях

Ai = VAh + A\t.

Разложив силу трения, направленную вдоль скорости скольжения v, на направление скоростей поперечного и продольного скольжения Vy (см. рис. 1.8), найдем;

(5.1)

где /е и fy - условные проекции коэффициента трения на направление скоростей поперечного и продольного скольжения: