Трение - это одно из самых главных понятий динамики. Что вы знаете о нем? Трение, его виды

Виды трения и износов

К атегория:

Техническое обслуживание дорожных машин

Виды трения и износов

В зависимости от кинематических признаков относительного перемещения тел различают следующие виды трения: трение скольжения, трение качения и трение верчения.

Наименее изученным является трение верчения, поэтому при решении практических задач этот род трения стараются свести к трению скольжения или качения.

При относительном перемещении деформирующихся тел касание между ними происходит не в точках, а в зонах, называемых площадками контакта. На этих площадках контакта могут происходить весьма разнообразные физико-механические явления, например: упругие и пластические деформации частиц, молекулярное сцепление частиц, адсорбция тонких слоев газа, дисперсность коллоидальных частиц и др. Некоторые ученые при изучении этого вопроса насчитали более 20 таких явлений, причем, многие из них оказались во взаимной связи. Количественные и качественные соотношения между этими явлениями, происходящими на упругих площадках двух соприкасающихся (трущихся) тел, в значительной степени зависят от наличия между ними жидкостной или газообразной прослойки - смазки.

Поэтому в зависимости от наличия или отсутствия смазки, а также характера трущихся поверхностей различают:
а) чистое трение, возникающее на трущихся поверхностях при полном отсутствии на них посторонних примесей в виде жидкостной или газовой прослойки. Практически чистое трение очень трудно осуществимо; оно может быть реализовано только в вакууме;
б) сухое трение появляется при отсутствии смазки и загрязнений между трущимися поверхностями;
в) граничное трение, при котором трущиеся поверхности разделены слоем смазки толщиной не более 0,1 мк. Граничная пленка обладает особыми свойствами и не подчиняется общим законам гидродинамики вязких жидкостей; поэтому ее не следует смешивать с масляной пленкой нормальных размеров;
г) жидкостное трение, при котором трущиеся поверхности полностью разделены слоем жидкости необходимого размера, не допускающим контакта между трущимися телами и воспринимающим всю нагрузку;
д) полусухое трение, когда при наличии между трущимися поверхностями смазочного слоя отдельные выступы поверхностей приходят в непосредственное соприкосновение (т. е. одновременно граничное и сухое трения);
е) полужидкостное трение - такое, при котором большая часть нагрузки передается масляной пленкой, а меньшая часть воспринимается непосредственно контактом трущихся поверхностей (т. е. одновременно жидкостное и граничное или жидкостное и сухое трения).

В технике чаще всего встречаются одновременно полусухое и полужидкостное трения, из которых первое обычно принимают за сухое, а второе за жидкостное.
Напомним основные законы и математические зависимости сухого и жидкостного трений.

Основными положениями закона сухого трения скольжения являются:
1. Сила трения скольжения на плоскости прямо пропорциональна нормальному давлению в определенном диапазоне скоростей и и нагрузок.
2. Направление силы трения скольжения противоположно относительной скорости трущихся тел.
3. Точное положение точки приложения силы трения скольжения неизвестно.
4. Трение зависит от материала и состояния трущихся поверхностей.
5. С увеличением скорости движения сила трения в большинстве случаев уменьшается, приближаясь к некоторому постоянному значению.
6. С возрастанием удельного давления сила трения в большинстве случаев увеличивается.

Законы сухого трения качения в первом приближении были выведены Кулоном.

Основными положениями этого закона являются:
1. Сила трения качения прямо пропорциональна нормальному давлению и обратно пропорциональна радиусу катка
где N - нормальное давление, кГ;
R - радиус катка, см;
X - коэффициент трения качения, см.
2. Сила трения качения направлена в противоположную сторону относительно скорости.
3. Точное положение точки приложения силы трения качения неизвестно.

При жидкостном трении отсутствует непосредственное соприкосновение между поверхностями, движущимися относительно друг друга, так как между ними находится слой жидкости. При относительном движении поверхностей в этом случае происходит сдвиг отдельных слоев жидкости относительно друг друга и поэтому трение в жидкостном слое сводится к вязкому сдвигу. Основоположником гидродинамической теории смазки является выдающийся русский ученый Н. П. Петров. Основная сущность этой теории сводится к следующему.

Основное значение при жидкостном трении имеет коэффициент т), т. е. коэффициент внутреннего трения или коэффициент абсолютной вязкости. Поэтому наименьшая толщина жидкостного слоя должна быть больше неровностей двух соприкасающихся поверхностей А я В, иначе между ними будет непосредственный контакт.

Из гидродинамической теории смазки следует, что для сохранения нормальной толщины масляного слоя трущиеся поверхности могут и не быть строго параллельны, а шейки вала и подшипника могут не быть концентричными. Такой вывод можно сделать на основании свойств клиновидного слоя смазки, заключающихся в cледующем.

При клинообразной форме слоя масла между двумя скользящими поверхностями А и В масло прилипает к этим поверхностям вследствие своей маслянистости. Такое явление приводит к тому, что скорость протекания масла значительно снижается, а давление внутри масляного слоя соответственно повышается. Это давление, как показывают опытные данные, в самом узком месте клиновидной формы достигает 200 кГ/см2 и вызывает большую подъемную силу, благодаря чему тело А всплывает, обеспечивая необходимую толщину масляного слоя, разъединяющего поверхности А и В.

Рис. 1. Схемы жидкостного трения

Исходя из свойств клиновидной формы слоя смазки, можно считать, что при пуске машины, когда вал начнет вращаться, клиновидный слой смазки будет отсутствовать, а следовательно, будет отсутствовать и условие жидкостной смазки, т. е. возникнет полусухое или полужидкостное трение.

Еще в 1883 г. Н. П. Петровым были даны следующие основные положения жидкостного трения.
1. Смазочная жидкость, находящаяся между трущимися поверхностями, должна удерживаться в зазорах.
2. В слое смазки при относительном скольжении смазываемых поверхностей должно возникать и поддерживаться внутреннее давление, уравновешивающее внешнюю нагрузку, прижимающую трущиеся поверхности друг к другу.
3. Смазочная жидкость должна полностью разделять трущиеся поверхности.
4. Слой жидкости, находящийся между трущимися поверхностями, должен иметь толщину не менее определенного минимального предела.

Трение и износ тесно связаны между собой. Износ есть результат работы трения. По утверждению ряда ученых, работающих в этой области, до настоящего времени общепризнанного определения износа трением в технической литературе еще нет. По определению проф. М. М. Хрущова, износ деталей машин есть нежелательное постепенное изменение их размеров в процессе работы, которое возникает под действием усилий на их трущиеся поверхности.

Износы, появляющиеся при эксплуатации машин, можно подразделить на естественные и аварийные.

Естественные износы деталей машин происходят в результате действия сил трения и определяются условиями работы деталей, качеством материала, характером обработки и др. Эти износы являются неизбежными и появляются в результате относительно длительного периода работы машины.

Аварийные износы являются результатом быстро нарастающего естественного износа и нарушения нормального режима работы машины, нарушения правил технического ухода, эксплуатации и ремонта машин. Эти износы почти всегда характеризуются резкими деформациями деталей, разрушением отдельных узлов, агрегатов и всей машины.

Износы машин, встречающиеся на практике, весьма разнообразны по форме проявления, по причинам возникновения, характеру нарастания и многим другим признакам.

Наиболее распространенным видом естественного износа является механический износ.

Проф. А. К. Зайцев, учитывая природу явлений и процессов, происходящих при износе, дает следующую классификацию механического износа: I класс износа - чисто механический; II класс - физико-механический; III класс - химико-механический; IV класс - комплексный.

Чисто механический износ (эрозия металла) сопровождается изменением формы и объема трущихся деталей без существенных проявлений химических процессов. Этот вид износа является результатом работы сил трения, которые возникают при движении поверхностей деталей относительно друг друга.

В зависимости от рода трения чисто механический износ разделяется на три основных вида: износ от трения скольжения, от трения качения и сложный износ, который проявляется при одновременном действии трения скольжения и трения качения.

Износ от трения скольжения имеет наибольшее распространение в узлах и агрегатах дорожных машин; возникает он, например, на поверхностях шеек валов и подшипников, поршневых колец и цилиндров, стержней клапанов и направляющих втулок и т. д.

Наиболее наглядным износом от трения качения является износ в шариковых и роликовых подшипниках, которые имеют широкое распространение в дорожных машинах.

Характерным примером сложного износа в дорожных машинах является износ, возникающий при работе зубьев шестерен.

Физико-механический износ происходит в тех случаях, когда механический износ сопровождается физическими изменениями трущихся деталей. Эти изменения тесно связаны с внутренними процессами, происходящими в деталях, которые обычно приводят к изменению их твердости, жесткости, хрупкости и к появлению наклепа. Примером такого износа является износ щек камнедробилок.

Химико-механический износ (коррозия металла) характеризуется тем, что механический износ сопровождается химическими процессами. В качестве примера такого износа можно указать коррозию, при наличии которой значительно усиливается и ускоряется механический износ. Явление коррозии имеет существенное значение в износе деталей дорожных машин и двигателей.

Коррозия возникает в результате воздействия органических кислот, присутствующих в смазке или образующихся при сгорании топлива, а также в результате действия газов при высоких температурах, паров воды и т. д.

При работе дорожных машин возникают следующие виды коррозии: атмосферная, почвенная, электрохимическая, жидкостная и коррозия при высоких температурах.

Причиной атмосферной и почвенной коррозии является влажность воздуха или почвы, особенно при наличии углекислоты, аммиака и др.

Электрохимическая коррозия происходит, если при контакте двух различных металлов образуется гальваническая пара, т. е. один металл с более отрицательным потенциалом служит анодом, а другой - катодом. Металл, имеющий более отрицательный потенциал, будет, как правило, коррозировать.

Жидкостная коррозия появляется в пароводяных системах из- за присутствия в воде воздуха, обогащенного кислородом. Одновременно в воде содержатся минеральные вещества, дающие растворы минеральных солей, кислот и щелочей. Такие водные растворы представляют собой электролиты, которые, взаимодействуя с металлом, вызывают активную коррозию.

Коррозия при высоких температурах вызывается нагревом металла и воздействием на него тепла. Активность коррозии в этом случае во многом зависит от качества металла и способности его окисляться при высоких температурах, например коррозия, наблюдающаяся в верхней части цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Из исследования процесса сгорания топлива в двигателях следует, что частички продуктов неполного сгорания, сильно окисленные при внезапном падении температуры, прилипают к стенкам цилиндров, и кислород, содержащийся в них, воздействует на металл.

Комплексный износ возникает тогда, когда механический износ сопровождается одновременно химическим и физическим процессами. К комплексному износу относится такой износ выпускных клапанов двигателя, когда под действием высоких температур происходит частичное (поверхностное) сгорание металла, изменяются его структура и механические свойства, а химический процесс, происходящий от воздействия газов, вызывает коррозию металла. Клапан настолько теряет свои качества, что в определенный момент его головка совершенно перегорает, а иногда и отрывается.

Абразивный износ является разновидностью чисто механического износа, который обусловливается присутствием в сопряженных трущихся деталях абразивных частиц.

При работе дорожных машин отдельные детали и сопряжения имеют непосредственное соприкосновение с грунтом, например ножи автогрейдеров, бульдозеров и скреперов, детали гусеничного хода и др., работающие в самых тяжелых условиях. В этих случаях абразивные частицы имеют решающее значение в отношении износа.

При шлифовании цилиндров и клапанов при недостаточной их очистке после обработки некоторая часть абразивной пыли остается в цилиндрах двигателя.
Основным проводником попадания абразивных материалов в цилиндры двигателя является его впускная система. При наличии у двигателя даже наиболее усовершенствованного воздухоочистителя некоторое количество пыли в него все же проникает.

Абразивная пыль, попадающая в цилиндры двигателя, смешивается с маслом и образует подобие притирочной пасты, которая значительно усиливает износ деталей (поршней, колец, клапанов и т. п.).

Абразивный износ является наиболее распространенным среди деталей дорожных машин, работающих с песком, щебнем, бетоном, шлаком и т. п. Износ металла в этом случае происходит под воздействием зерен различных абразивных материалов, которые вдавливаются в основу металла детали и образуют в нем канавку (рис. 2). Выдавленный металл в виде буртиков располагается по обеим сторонам этой канавки. Так как структура металла в значительной части неоднородна, то в вытесненном металле появляются трещины, которые ослабляют его и создают возможность абразивным зернам постепенно деформировать и разрушать его. На дне же полученной канавки происходит наклеп, благодаря чему твердость металла значительно повышается.

Рис. 2. След от абразивного зерна на трущейся поверхности

В последние годы абразивному изнашиванию было уделено много внимания, поскольку износостойкость деталей этому виду износа имеет существенное значение для продления срока службы машин и их надежности в работе. Заслуживают внимания исследования в области абразивного изнашивания, проведенные канд. техн. наук М. М. Тененбаум. Вызывает несомненный интерес его точка зрения в вопросе активного абразивного действия твердых частиц абразива в контакте трущихся деталей.

Тененбаум указывает, что одно и то же количество абразивного вещества в контакте твердых тел в зависимости от различных факторов вызывает по объему различные разрушения поверхности этих тел. Например, активность абразивного действия определенного количества зерен кварцевого песка в контакте двух тел зависит во многом от характера взаимодействия этих зерен с двумя телами. Если абразивное зерно, не разрушаясь, вдавливается в поверхностный слой детали, то происходит вроде частичной изоляции зерна в контакте сопряженных деталей и их шаржирование. Это шаржирование абразивными частицами поверхностных слоев сопряженных деталей увеличивает износ их по сравнению с износом деталей в сопряжении которых отсутствуют абразивные частицы.

Как было отмечено при исследованиях, наибольший износ получается в том случае, когда абразивные зерна, находящиеся в контакте двух сопряженных деталей, раздробляются. Энергия, необходимая для раздробления зерен абразива, передается через небольшие по площади контактные участки поверхностного слоя, что вызывает разрушение определенных объемов материала деталей. Вновь образованные частицы кварцевого абразива будут иметь свою определенную геометрию, которая будет содействовать высокой концентрации контактных напряжений в поверхностных слоях трущихся деталей, что в свою очередь вызовет повышенное изнашивание поверхностей.

Таким образом при раздроблении в контакте одного и того же количества абразивных зерен, износ сопряженных деталей в определенных условиях будет значительно больше, так как абразивное действие при этом будет сопровождаться более высокой активностью. Только этим в основном и можно объяснить, что твердые бронзовые подшипники изнашивают шейку вала больше, чем баббитовые в условиях одинаковой загрязненности смазки.

В литературных источниках очень часто встречаются мнения, что сопряженная пара деталей из стали и капрона при абразивном износе имеет более высокую износостойкость, чем сопряжения металлических деталей. Это объясняется тем, что капрон частично поглощает абразивные зерна и этим снижает активность абразивного изнашивания.

Вследствие этих явлений можно сделать вывод, что действие абразивных частиц, находящихся в сопряжении деталей, может быть разным в зависимости от состояния этих частиц и материала сопряженных деталей. Повысить износостойкость сопряженных деталей абразивному износу можно путем подбора деталей с повышенной износостойкостью или подбирать детали из материалов сравнительно невысокой износостойкости, но способных поглощать абразивные частицы.

Институт строительной механики Академии наук Украинской ССР провел большую работу по изучению износов деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин. В результате работы этого института проф. Б. И. Костецким были установлены принципиально различные виды износа деталей, подчиняющиеся закономерности определенного процесса.

Б. И. Костецкий дает следующую классификацию видов износа деталей машин: износ схватыванием I рода; износ схватыванием II рода, или тепловой; окислительный износ; абразивный и оспо- видный износы.

В связи с тем что каждая деталь имеет ведущий вид износа, она будет иметь наиболее изнашиваемую поверхность обязательно там, где этот вид износа проявляется. Отчетливо выраженный вид износа обычно определяет износостойкость детали, характер и скорость его износа. Например, ведущий вид износа тяжело нагруженных зубьев шестерни - осповидный, а сопутствующие виды износа - тепловой и окислительный. Осповидный износ определяет износостойкость зубьев шестерни и появляется в зоне начальной окружности зуба, два же других вида износа - тепловой (на ножке зуба) и окислительный (на головке зуба шестерни) - не имеют решающего значения в отношении общей износостойкости зубьев шестерни при определенных условиях работы.

К атегория: - Техническое обслуживание дорожных машин

Сила трения в земных условиях сопутствует любым движениям тел. Она возникает при соприкосновении двух тел, если эти тела двигаются относительно друг друга. Направлена сила трения всегда вдоль поверхности соприкосновения, в отличие от силы упругости, которая направлена перпендикулярно (рис. 1, рис. 2).

Рис. 1. Отличие направлений силы трения и силы упругости

Рис. 2. Поверхность действует на брусок, а брусок – на поверхность

Существуют сухие и не сухие виды трения. Сухой вид трения возникает при соприкосновении твердых тел.

Рассмотрим брусок, лежащий на горизонтальной поверхности (рис. 3). На него действуют сила тяжести и сила реакции опоры . Подействуем на брусок с небольшой силой , направленной вдоль поверхности. Если брусок не сдвигается с места, значит, приложенная сила уравновешивается другой силой, которая называется силой трения покоя .

Рис. 3. Сила трения покоя

Сила трения покоя () противоположна по направлению и равна по модулю силе, стремящейся сдвинуть тело параллельно поверхности его соприкосновения с другим телом.

При увеличении «сдвигающей» силы брусок остается в покое, следовательно, сила трения покоя также увеличивается. При некоторой, достаточно большой, силе брусок придет в движение. Это означает, что сила трения покоя не может увеличиваться до бесконечности – существует верхний предел, больше которого она быть не может. Величина этого предела – максимальная сила трения покоя.

Подействуем на брусок с помощью динамометра.

Рис. 4. Измерение силы трения с помощью динамометра

Если динамометр действует на него с силой , то можно увидеть, что максимальная сила трения покоя становится больше при увеличении массы бруска, то есть при увеличении силы тяжести и силы реакции опоры. Если провести точные измерения, то они покажут, что максимальная сила трения покоя прямо пропорциональна силе реакции опоры:

где – модуль максимальной силы трения покоя; N – сила реакции опоры (нормального давления); – коэффициент трения покоя (пропорциональности). Следовательно, максимальная сила трения покоя прямо пропорциональна силе нормального давления.

Если провести опыт с динамометром и бруском постоянной массы, при этом переворачивая брусок на разные стороны (меняя площадь соприкосновения со столом), то можно увидеть, что максимальная сила трения покоя не меняется (рис. 5). Следовательно, от площади соприкосновения максимальная сила трения покоя не зависит.

Рис. 5. Максимальное значение силы трения покоя не зависит от площади соприкосновения

Более точные исследования показывают, что трение покоя полностью определяется приложенной к телу силой и формулой .

Сила трения покоя не всегда препятствует движению тела. Например, сила трения покоя действует на подошву обуви, при этом сообщая ускорение и позволяя ходить по земле без проскальзывания (рис. 6).

Рис. 6. Сила трения покоя, действующая по подошву обуви

Еще один пример: сила трения покоя, действующая на колесо автомобиля, позволяет начинать движение без пробуксовки (рис. 7).

Рис. 7. Сила трения покоя, действующая на колесо автомобиля

В ременных передачах также действует сила трения покоя (рис. 8).

Рис. 8. Сила трения покоя в ременных передачах

Если тело движется, то сила трения, действующая на него со стороны поверхности, не исчезает, такой вид трения называется трение скольжения . Измерения показывают, что сила трения скольжения по величине практически равна максимальной силе трения покоя (рис. 9).

Рис. 9. Сила трения скольжения

Сила трения скольжения всегда направлена против скорости движения тела, то есть она препятствует движению. Следовательно, при движении тела только под действием силы трения она сообщает ему отрицательное ускорение, то есть скорость тела постоянно уменьшается.

Величина силы трения скольжения также пропорциональна силе нормального давления.

где – модуль силы трения скольжения; N – сила реакции опоры (нормального давления); – коэффициент трения скольжения (пропорциональности).

На рисунке 10 изображен график зависимости силы трения от приложенной силы. На нем видно два различных участка. Первый участок, на котором сила трения возрастает при увеличении приложенной силы, соответствует трению покоя. Второй участок, на котором сила трения не зависит от внешней силы, соответствует трению скольжения.

Рис. 10. График зависимости силы трения от приложенной силы

Коэффициент трения скольжения приблизительно равен коэффициенту трения покоя. Обычно коэффициент трения скольжения меньше единицы. Это означает, что сила трения скольжения по величине меньше силы нормального давления.

Коэффициент трения скольжения является характеристикой двух трущихся друг о друга тел, он зависит от того, из каких материалов изготовлены тела и насколько хорошо обработаны поверхности (гладкие или шероховатые).

Происхождение сил трения покоя и скольжения обуславливается тем, что любая поверхность на микроскопическом уровне не является плоской, на любой поверхности всегда присутствуют микроскопические неоднородности (рис. 11).

Рис. 11. Поверхности тел на микроскопическом уровне

Когда два соприкасающихся тела подвергаются попытке перемещения относительно друг друга, эти неоднородности зацепляются и препятствуют этому перемещению. При небольшой величине приложенной силы этого зацепления достаточно для того, чтобы не позволить телам смещаться, так возникает трение покоя. Когда внешняя сила превосходит максимальное трение покоя, то зацепления шероховатостей недостаточно для удержания тел, и они начинают смещаться относительно друг друга, при этом между телами действует сила трения скольжения.

Данный вид трения возникает при перекатывании тел друг по другу или при качении одного тела по поверхности другого. Трение качения, как и трение скольжения, сообщает телу отрицательное ускорение.

Возникновение силы трения качения обусловлено деформацией катящегося тела и опорной поверхностью. Так, колесо, расположенное на горизонтальной поверхности, деформирует последнюю. При движении колеса деформации не успевают восстановиться, поэтому колесу приходится как бы все время взбираться на небольшую горку, из-за чего появляется момент сил, тормозящий качение.

Рис. 12. Возникновение силы трения качения

Величина силы трения качения, как правило, во много раз меньше силы трения скольжения при прочих равных условиях. Благодаря этому качение является распространенным видом движения в технике.

При движении твердого тела в жидкости или газе на него действует со стороны среды сила сопротивления. Эта сила направлена против скорости тела и тормозит движение (рис. 13).

Главная особенность силы сопротивления заключается в том, что она возникает только при наличии относительного движения тела и окружающей его среды. То есть силы трения покоя в жидкостях и газах не существует. Это приводит к тому, что человек может сдвинуть даже тяжелую баржу, находящуюся на воде.

Рис. 13. Сила сопротивления, действующая на тело при движении в жидкости или газе

Модуль силы сопротивления зависит:

От размеров тела и его геометрической формы (рис. 14);

Состояния поверхности тела (рис. 15);

Свойства жидкости или газа (рис. 16);

Относительной скорости тела и окружающей его среды (рис. 17).

Рис. 14. Зависимости модуля силы сопротивления от геометрической формы

Рис. 15. Зависимости модуля силы сопротивления от состояния поверхности тела

Рис. 16. Зависимости модуля силы сопротивления от свойства жидкости или газа

Рис. 17. Зависимости модуля силы сопротивления от относительной скорости тела и окружающей его среды

На рисунке 18 показан график зависимости силы сопротивления от скорости тела. При относительной скорости, равной нулю, сила сопротивления не действует на тело. С увеличением относительной скорости сила сопротивления сначала растет медленно, а затем темп роста увеличивается.

Рис. 18. График зависимости силы сопротивления от скорости тела

При низких значениях относительной скорости сила сопротивления прямо пропорциональна величине этой скорости:

где – величина относительной скорости; – коэффициент сопротивления, который зависит от рода вязкой среды, формы и размеров тела.

Если относительная скорость имеет достаточно большое значение, то сила сопротивления становится пропорциональной квадрату этой скорости.

где – величина относительной скорости; – коэффициент сопротивления .

Выбор формулы для каждого конкретного случая определяется опытным путем.

Тело массой 600 г равномерно движется по горизонтальной поверхности (рис. 19). При этом к нему приложена сила, величина которой равна 1,2 Н. Определить величину коэффициента трения между телом и поверхностью.

С трением мы сталкиваемся, когда перемещаем относительно друг друга какие-нибудь тела (кинетическое трение) либо стараемся привести в движение тела, находящиеся в состоянии покоя (статическое трение). Трение возникает, когда два тела, перемещающиеся относительно друг друга, соприкасаются своими внешними поверхностями (внешнее трение) или когда элементы структуры тела (атомы, молекулы) перемещаются относительнодруг друга (внутреннее трение). Внутреннее трение может иметь место в жидкостях, газах и твер­дых телах. Классификация видов трения представлена в табл. 2.5. При трении кроме механических имеют место тепловые, электрические, магнитные и другие явления. Таблица 2.5

Кинетическое трение (трение движения) – возникает при перемещении друг относительно друга каких-либо тел.

Статическое трение (трение покоя) – возникает, когда неподвижное тело начинает движение из состояния покоя.

Внешнее трение – возникает, когда два тела, перемещающиеся относительно друг друга, соприкасаются своими внешними поверхностями.

Внутреннее трение – когда элементы структуры тела (атомы, молекулы) перемещаются относительно друг друга. Имеет место в твердых телах, жидкостях и газах.

Трение без смазочного материала (сухое трение) – трение двух тел при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

Трение со смазочным материалом (жидкостное трение) – трение двух тел при наличии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

Трение скольжения – трение движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках контакта различны по величине и направлению, или по величине или по направлению (рис. 2.1).

Трение качения – трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению (рис.2.2) Рис. 2.2

Граничное трение – трение при наличии пленки граничной смазки.

Анализируя выше приведенные определения различных видов трения можно сформулировать общее определение процесса трения.

Смазочный материал – материал вводимый на поверхность трения для снижения силы трения (F ТР) и интенсивности изнашивания (масло – поверхностно активное вещество невозможно полностью выдавить При низких температурах происходит сильный износ из-за кристаллизации масла).

Основные понятия и аксиомы динамики. Понятие о трении

Студенты должны:

Иметь представление о массе тела и ускорении свободного па­дения, о связи между силовыми и кинематическими параметрами движения, о двух основных задачах динамики.

Знать аксиомы динамики и математическое выражение основного закона динамики.

Знать зависимости для определения силы трения.

Динамика - раздел теоретической механики, в котором уста­навливается связь между движением тел и действующими на них силами.

В динамике решают два типа задач:

Определяют параметры движения по заданным силам;

Определяют силы, действующие на тело, по заданным кине­матическим параметрам движения.

При поступательном движении все точки тела движутся одина­ково, поэтому тело можно принять за материальную точку.

Если размеры тела малы по сравнению с траекторией, его тоже можно рассматривать как материальную точку, при этом точкасовпадает с центром тяжести тела.

При вращательном движении тела точки могут двигаться не­одинаково, в этом случае некоторые положения динамики можно применять только к отдельным точкам, а материальный объект рас­сматривать как совокупность материальных точек.

Поэтому динамику делят на динамику точки и динамику материальной системы.

Аксиомы динамики

Законы динамики обобщают результаты многочисленных опы­тов и наблюдений. Законы динамики, которые принято рассматри­вать как аксиомы, были сформулированы Ньютоном, но первый и, четвертый законы были известны Галилею. Механику, основанную на этих законах, называют классической механикой.

Первая аксиома (принцип инерции)

Всякая изолированная материальная точка находится в стоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, приложенные силы не выведут ее из этого состояния.

Это состояние называют состоянием инерции. Вывести из этого состояния, т.е. сообщить ей некоторое ускорение, внешняя сила.

Всякое тело (точка) обладает инертностью. Мерой инертности является масса тела.

Массой называют количество вещества в объеме тела, в классической механике ее считают величиной постоянной. Единица измерения массы - килограмм (кг).

Вторая аксиома (второй закон Ньютона - основной закон динамики)

Зависимость между силой, действующей на материальную точку, и сообщаемым ею ускорением следующая:

F = та,

где т - масса точки, кг; а - ускорение точки, м/с 2 .

Ускорение, сообщенное материальной точке силой, nponoрционально величине силы и совпадает с направлением силы.

Основной закон динамики в дифференциальной форме:

На все тепа на Земле действует сила тяжести, она телу ускорение свободного падения, направленное к центру Земли:

где g = 9,81 м/с 2 , ускорение свободного падения.

Третья аксиома (третий закон Ньютона) Силы взаимодействия двух тел равны по величине и направлены по одной прямой в разные стороны (рис. 13.1):

При взаимодействии ускорения обратно пропорциональны мас­сам.

Четвертая аксиома (закон независимости действия сип) Каждая сила системы сил действует так, как она действовала бы одна.

Ускорение, сообщаемое точке системой сил, равно геометриче­ской сумме ускорений, сообщенных точке каждой силой в отдельно­сти.

Понятие о трении. Виды трения

Трение - сопротивление, возникающее при движении одного шероховатого тела по поверхности другого. Прискольжении тел воз­никает трение скольжения, при качении - трение качения. Природа сопротивлений движению в разных случаях различна.

Трение скольжения

Причина - механическое зацепление выступов. Сила сопроти­вления движению при скольжении называется силой трения сколь­жения.

Законы трения скольжения:

1. Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нор­мального давления:

F тр = F f = fR,

где R - сила нормального давления, направлена перпендикулярно опорной поверхности;

f- коэффициент трения скольжения.

В случае движения тела по наклонной плоскости

R = G cos a,

где а - угол наклона плоскости к горизонту.

Сила трения всегда направлена в сторону, обратную напра­влению движения.

2. Сила трения меняется от нуля до некоторого максимального значения, называемого силой трения покоя (статическое трение):

F f 0 - статическая сила трения (сила трения покоя).

3. Сила трения при движении меньше силы трения покоя. Сила трения при движении называется динамической силой трения (F f):

F f ≤ F f 0

Поскольку сила нормального давления, зависящая от веса и на­правления опорной поверхности, не меняется, то различают стати­ческий и динамический коэффициенты трения:

F f = fR; F fo = f 0 R.

Коэффициент трения скольжения зависит от следующих фак­торов:

От материала: материалы делятся на фрикционные (с боль­шим коэффициентом трения) и антифрикционные (с малым коэффи­циентом трения), например f = 0,14-0,15 (при скольжении стали по стали всухую), f = 0,2-0,3 (при скольжении стали по текстолиту);

От наличия смазки, например f = 0,04-0,05 (при скольжении стали по стали со смазкой);

От скорости взаимного перемещения.

Трение качения

Сопротивление при качении связано с взаимной деформацией грунта и колеса и значительно меньше трения скольжения.

Обычно считают грунт мягче колеса, тогда в основном дефор­мируется грунт, и в каждый момент колесо должно перекатываться через выступ грунта. Для равномерного качения колеса необходимо прикладывать силу F JlB .

Условие качения колеса состоит в том, что движущийся момент должен быть не меньше момента сопротивле­ния:

F дв > Nk;

F дв ≥k

где k- максимальное значение пле­ча (половина колеи) принимается за коэффициент трения качения, размер­ность - сантиметры.

Ориентировочные значения k(опре­деляются экспериментально): сталь по стали - k = 0,005 см; рези­новая шина по шоссе - k= 0,24 см.

1.1 Трение и виды трения

Трение - основная причина изнашивания деталей машин. Про­блемы трения, изнашивания и смазывания изучает наука трибология, базирующаяся на фундаментальных законах физики, химии, механики сплошных сред, термодинамики и материаловедения.

Различают трение:

Скольжение

Сила трения качения примерно в 10 раз меньше силы трения скольжения.

В процессе работы машин поверхности трения деталей находятся в различных условиях. В зависимости от того, есть или нет смазка между трущимися поверхностями, различают следующие виды трения.

Трение без смазки происходит при отсутствии на поверхностях трения обоих твердых тел смазочного материала всех видов.

Граничное трение двух твердых тел возникает при тонком слое смазки на поверхностях трения, не превышающем высоты шероховатостей соприкасающихся поверхностей.

Жидкостное трение возникает между двумя телами, полностью разделенными слоем жидкости (смазки). Отсутствие контакта между поверхностями предохраняет их от разрушения.

Изнашивание и виды изнашивания

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

В условиях всех видов трения происходит разрушение трущихся поверхностей, т. е., поверхности изнашиваются.

Классификация видов изнашивания

Согласно ГОСТ 23.002 – 78 различают 3 основных вида изнашивания:

механическое

корозионно-механическое

при действии электрического тока (электроэрозионное)

Механическое изнашивание возникает в результате воздействия твердых частиц на трущиеся поверхности. В эту группу следует отнести такие виды изнашивания, как абразивное, гидро- и газоабразивное, усталостное, кавитационное, эрозионное.

Абразивное изнашивание - изнашивание в результате механических воздействий посредством режущего и царапающего действия твердых тел или частиц при наличии относительной скорости перемещения.

Гидро- и газоабразивное изнашивание появляется в результате воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости или газа.

Усталостное изнашивание вызывает изменение поверхности трения или отдельных участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц.

Кавитационное изнашивание поверхности происходит при относительном увеличении скорости движения твердого тела в жидкости, т. е. в условиях гидродинамической кавитации - нарушения сплошности внутрижидкости.

Эрозионное изнашивание возникает в результате воздействия потока жидкости или газа.

Коррозионно-механическое изнашивание есть изнашивание при трении металла, вступившего в химическое взаимодействие со средой.

К факторам, определяющим интенсивность изнашивания относятся:

Род трения (скольжения, качения, качения с проскальзыванием)

Вид трения (сухое, граничное, гидродинамическое)

Среда (воздух, вода, газ, почва)

Вид контакта пар трения (точка, линия, плоскость, цилиндр, сфера)

Характер движения (равномерное, непрерывное и т.д.)

Вид движения (вращательное, поступательное, возвратно-поступательное)

Характер нагрузки (постоянная, неустановившаяся, знакопеременная)

Величина нагрузки

Скорость перемещения трущихся поверхностей

Температурные условия

Основные пути снижения интенсивности механического истирания:

1) Конструкционные :

Обеспечение рациональной жесткости и податливости деталей (плавающие детали, рессоры, пружины, прокладки)

Выбор рациональных пар трения

Сочетание твердого материала с мягким (устраняется заедание)

Сочетание твердого материала с твердым (высокая износостойкость)

Исключение сочетания одноименных материалов и мягкого с мягким

Применение пористых, порошковых антифрикционных материалов

Замена пар трения скольжения на качение

Создание условий для жидкостного трения

2) Технологические:

Обеспечение оптимальной шероховатости

Соблюдение точности изготовления и упрочнение поверхностей трения

3) Эксплуатационные:

Разгрузка рабочих поверхностей

Соблюдение правил эксплуатации, ТО и ремонта машин

Контроль и дефектация сопряжений и деталей. Методы контроля.

2.1. Контроль и дефектация сопряжений и деталей

Дефектация - операция технологического процесса ремонта машины, заключающаяся в определении степени годности бывших в эксплуатации деталей и сборочных единиц к использованию на ремонтируемом объекте. Она необходима для выявления у деталей дефектов, возникающих в результате изнашивания, коррозии, уста­лости материала и других процессов, а также из-за нарушений ре­жимов эксплуатации и правил технического обслуживания.

В результате трения и изнашивания деталей в конкретных усло­виях эксплуатации изменяются геометрические параметры, шеро­ховатость рабочих поверхностей и физико-механические свойства поверхностных слоев материала, а также возникают и накаплива­ются усталостные повреждения.

Под изменением геометрических параметров деталей понимают изменение их размеров, формы и взаимного расположения поверх­ностей. К нарушениям формы относят: неплоскостность, непрямо­линейность, овальность, конусность и т. д., к отклонениям взаим­ного расположения поверхностей - непараллельность плоскостей и осей вращения поверхностей, торцовое и радиальное биение, не­соосность.

Усталостные повреждения нарушают сплошность материала, способствуют возникновению микро- и макротрещин, выкрашива­нию металла рабочих поверхностей и излому деталей.

Изменение физико-механических свойств материала - наруше­ние структуры материала, а также уменьшение или увеличение твердости, прочности, коэрцитивной силы ферромагнитных мате­риалов и т.д.

Степень годности деталей к повторному использованию или восстановлению устанавливают по технологическим картам на дефектацию. В них указаны: краткая техническая характеристика де­тали (материал, вид термической обработки, твердость, размеры восстановления, отклонение формы и взаимного расположения поверхностей), возможные дефекты и способы их устранения, методы контроля, допустимые без ремонта и предельные размеры. Оценку проводят сравниванием фактических геометрических параметров деталей и других технологических характеристик с допустимыми значениями.

Номинальными считают размеры и другие технические характе­ристики деталей, соответствующие рабочим чертежам.

Допустимыми считают размеры и другие технические характери­стики детали, при которых она может быть поставлена на машину без восстановления и будет удовлетворительно работать в течение предусмотренного межремонтного ресурса.

Предельными называют выбраковочные размеры и другие харак­теристики детали.

Часть деталей с размерами, не превышающими допустимые, мо­гут быть годными в соединении с новыми (запасными частями), восстановленными или с деталями, бывшими в эксплуатации. По­этому в процессе контроля их сортируют на пять групп и маркируют краской соответствующего цвета: годные (зеленым), годные в со­единении с новыми или восстановленными до номинальных разме­ров деталями (желтым), подлежащие ремонту в данном ремонтном предприятии (белым), подлежащие восстановлению на специали­зированных ремонтных предприятиях (синим) и негодные - утиль (красным). Годные детали транспортируют в комплектовочное от­деление или на склад, требующие ремонта - на склад деталей, ожи­дающих ремонта, или непосредственно на участки по их восстанов­лению, негодные - на склад утиля.

У деталей обычно контролируют только те параметры, которые могут изменяться в процессе эксплуатации машины. Многие из них имеют несколько дефектов, каждый из которых требует проверки. Для уменьшения трудоемкости дефектации необходимо придержи­ваться той последовательности контроля, которая указана в техно­логических картах, где вначале приведены наиболее часто встреча­ющиеся дефекты.

Методы контроля

При дефектации используют следующие методы измерения: аб­солютный , когда прибор показывает абсолютное значение измеря­емого параметра, и относительный - отклонение измеряемого па­раметра от установленного размера.

Искомое значение можно отсчитывать непосредственно по прибору (прямой метод ) или по результатам измерения другого параметра, связанного с искомым непосредственной зависимос­тью (косвенный метод ).

По числу измеряемых параметров методы контроля подразделя­ют на дифференциальные и комплексные . При первом измеряют значение каждого параметра, при втором - суммарную погрешность отдельных геометрических размеров изделия.

Примером комплексного метода может служить определение степени годности подшипников качения по радиальному зазору. Изменение последнего связано с износом беговых дорожек внут­реннего и наружного колец, а также элементов качения (шариков, роликов).

Если измерительный элемент прибора непосредственно сопри­касается с контролируемой поверхностью, то такой метод называют контактным, а если нет - бесконтактным. Наиболее часто приме­няют следующие средства измерения: калибры, универсальный из­мерительный инструмент и специальные приборы.

Калибры - это бесшкальные измерительные инструменты для контроля отклонений размеров, формы и взаимного расположения поверхностей деталей без определения численного значения изме­ряемого параметра. Широко распространены предельные калибры, ограничивающие крайние предельные размеры деталей и распреде­ляющие их на три группы: годные, подлежащие восстановлению и негодные.

Универсальные инструменты и приборы служат для нахождения значения контролируемого параметра в определенном интервале его значений. Обычно применяют следующие измерительные сред­ства: штриховые инструменты с нониусом (штангенциркуль, штан-генглубиномер, штангенрейсмус и штангензубомер), микрометри­ческие (микрометры, микрометрический нутромер и глубиномер), механические приборы (миниметр, индикатор часового типа, ры­чажная скоба и рычажный микрометр), пневматические приборы давления (манометры) и расхода (ротаметры).

Специальные измерительные средства предназначены для конт­роля конкретных деталей с высокой производительностью и точно­стью. К ним относят, например, приборы для проверки изгиба и скрученности шатунов и радиального биения подшипников каче­ния, оправки для проверки соосности гнезд коренных подшипни­ков блока цилиндров и др.

При выборе средства измерения необходимо учитывать его мет­рологические характеристики (цена и интервал деления шкалы, точность отсчета, погрешность и пределы измерения), а также точ­ность изготовления измеряемого элемента детали (после допуска).

Дефекты несплошности материала деталей, бывших в эксплуата­ции, можно условно разбить на две группы: явные и скрытые . Яв­ные дефекты - это трещины, обломы, пробоины, смятие, корро­зия. Их чаще всего обнаруживают внешним осмотром невооружен­ным глазом, через лупу 10-кратного увеличения или ощупыва­нием. Для обнаружения скрытых дефектов применяют следующие методы контроля (дефектоскопии): капиллярные, обнаружением подтекания газа или жидкости, магнитные и акустические.

Капиллярные методы дефектоскопии основаны на способности жидкости втягиваться в мельчайшие сквозные и несквозные каналы (капилляры). При попадании жидкости в капилляр ее свободная по­верхность искривляется (образуется мениск), в результате чего возни­кает дополнительное давление жидкости в капилляре, отличающееся от внешнего давления (воздуха). Значение этого давления зависит от коэффициента поверхностного натяжения и радиуса канала.

Для проникновения жидкости в дефект необходимо, чтобы жид­кость хорошо смачивала поверхности, а размеры дефекта (канала) создавали возможность жидкости образовывать мениск.

Технология контроля изделий капиллярными методами состоит из следующих операций: очистки детали от маслянисто-грязевых и других загрязнений, нанесения пенетранта, выявления дефекта и окончательной очистки.

Для проявления дефектов широко применяют сорбционный метод. В качестве прояви­телей используют сухие по­рошки (каолин, мел и др.) и их суспензии в воде или органи­ческих растворителях (керо­син, бензин и др.), а также бы­стросохнущие пигментиро­ванные или бесцветные растворы красок и лаков, которые наносят на поверхность детали после пропитки пенетрантом.

В качестве проявителей применяют сорбенты в виде суспензий и белые проявляющиеся лаки.

При сорбционном способе на поверхность детали наносят сухой порошок (сухой метод) или порошок в виде суспензии (мокрый способ). За счет сорбционных сил проникающая жидкость извлекается на поверхность изделия и смачивает проявитель. При диффу­зионном способе на поверхность детали наносят специальное по­крытие, в которое диффундирует проникающая жидкость из полос­ти дефекта. Этот способ более чувствителен, чем сорбционный, и его применяют для обнаружения мелких трещин.

После проявления дефектов детали очищают от проявителя. Проявители на основе лаков, нитроэмалей и коллодия удаляют ра­створом 80%-го спирта и 20%-го эмульгатора ОП-7.

Суспензии смывают 1%-м раствором эмульгатора ОП-7 или ОП-10 в воде.

Обнаружение подтекания газа или жидкости необходимо для проверки герметичности пустотелых деталей: блоков цилиндров, головок блоков цилиндров, баков, водяных и мас­ляных радиаторов, камер шин, трубопроводов, шлангов, поплавков карбюраторов и др. Его широко применяют для контроля качества сварных швов. Степень герметичности определяют по утечке газа или жидкости в единицу времени, которую регистрируют с помо­щью приборов. В большинстве случаев место дефекта определяют визуально. Методы контроля подразделяют на капиллярные, компрессион­ные и вакуумные.

Для дефектоскопии деталей, поступающих в ремонт, применяют способы керосиновой пробы (капиллярный метод), гидравличес­кий и пневматический (компрессионный).

Керосин обладает хорошей смачивающей способностью, глубо­ко проникает в сквозные дефекты диаметром более 0,1 мм. При контроле качества сварных швов на одну из поверхностей изделия наносят керосин на противоположную - адсорбирующее покры­тие (350 - 450 г суспензии молотого мела на 1л воды). Наличие сквозной трещины определяют по желтым пятнам керосина на ме­ловой обмазке.

При гидравлическом методе внутреннюю полость изделия за­полняют рабочей жидкостью (водой), герметизируют, создают на­сосом избыточное давление и выдерживают деталь некоторое вре­мя. Наличие дефекта устанавливают визуально по появлению ка­пель воды или отпотеванию наружной поверхности.

Пневматический способ нахождения сквозных дефектов более чувствителен, чем гидравлический, так как воздух легче проходит через дефект, чем жидкость. Во внутреннюю полость деталей зака­чивают сжатый воздух, а наружную поверхность покрывают мыль­ным раствором или погружают деталь в воду. О наличии дефекта судят по выделению пузырьков воздуха. Давление воздуха, закачи­ваемого во внутренние полости, зависит от конструктивных осо­бенностей деталей и обычно равно 0,05 - 0,1 МПа.

Магнитный метод применяют для обнаружения дефектов в деталях, изготовленных из ферромагнитных материалов. Так вы­являют поверхностные трещины или подповерхностные включе­ния с иной, чем у основного материала, магнитной проницаемос­тью. Метод получил широкое распространение из-за высокой чув­ствительности, простоты технологических операций и надежности. Он основан на явлении возникновения в месте расположения де­фекта магнитного поля рассеивания.

При магнитопорошковом способе для обнаружения магнитного потока рассеивания используют магнитные порошки (сухой спо­соб) или их суспензии (мокрый способ). Проявляющийся материал наносят на поверхность изделия. Под действием магнитного поля рассеивания частицы порошка концентрируются около дефекта. Форма его скоплений соответствует очертанию дефекта.

Сущность магнитографического метода заключается в намагничивании изделия при одновременной записи магнитного поля на магнитную ленту, которой покрывают деталь, и последующей рас­шифровке полученной информации.

Для обнаружения дефектов феррозондовым способом применя­ют феррозондовые преобразователи.

Постоянный ток применяют для выявления под поверхностных дефектов. Создаваемое им магнитное поле однородно и проникает достаточно глубоко в деталь.

Для определения дефекта большое значение имеет правильный выбор напряженности магнитного поля. Чрезмерно большая на­пряженность приводит к осаждению магнитного порошка по всей поверхности изделия и появлению «ложных» дефектов, а недоста­точная к снижению поверхности детали она должна находиться в пределах 1590 - 3979 А/м, а на остаточную намагни­ченность приходится 7958 - 15915 А/м.

Для индикации дефектов применяют ферромагнитные порошки с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной си­лой. Порошок магнетита (Fe 3 O 4) черного или темно-коричневого цвета используют для контроля деталей со светлой поверхностью, а порошок оксида железа (Fe 2 O 3) буро-красного цвета - с темной поверхностью. Зернистость порошка существенно влияет на обна­ружение дефектов и должна быть 5 - 10 мкм.

Магнитную суспензию приготавливают, используя керосин, трансформаторное масло, смесь минерального масла с керосином и водные растворы некоторых веществ. На 1 л жидкости добавляют 30 - 50 г магнитного порошка.

После контроля все детали, кроме бракованных, размагничива­ют. Восстановление не размагниченных деталей механической об­работкой может привести к повреждению рабочих поверхностей из-за притягивания стружки.

Детали размагничивают, воздействуя на них переменным магнитным полем, изменяющимся от максимального значения напряженности до нуля.

Степень размагниченности контролируют, осыпая детали сталь­ным порошком. У хорошо размагниченных деталей порошок не дол­жен удерживаться на поверхности. Для этих же целей применяют при­боры ПКР-1, снабженные феррозондовыми полюсоискателями.

Вибродуговая наплавка. Сущность способа, материалы, оборудование и выбор режимов. Применение вибродуговой наплавки при восстановлении деталей машин.

Вибродуговая наплавка - разновидность автоматической электродуговой наплавки. Она ведется колеблющимся электро­дом, что дает возможность наплавлять металл при низком напряжении источника тока. Благодаря этому образуется мини­мально возможная сварочная ванна, мелкокапельный переход металла с электрода на деталь. При вибродуговой наплавке получается достаточно хорошее сплавление основного металла с электродным, небольшой нагрев детали и малая по глубине зона термического влияния. Наиболее широкое применение получила вибродуговая наплавка в среде охлаждающей жид­кости.

Принципиальная схема установки для вибродуговой наплавки в среде жидкости показана на рисинке 1 . К установленной в станок изношенной детали с помощью роликов по направ­ляющему мундштуку подается проволока, которая сматы­вается с барабана. Одновременно с подачей проволоки от вибратора электроду сообщается колебательное движение частотой 50-100 Гц. Установка вибратора позволяет уменьшить мощность дуги, не уменьшая стабильности процесса. От источ­ника постоянного тока через ролики и мундштук к электроду подводится плюс, а к детали через шпиндель станка - минус.

Рис. 1. Схема установки для вибродуговой наплавки в струе жидкости : 1-индуктивность, 2-генератор, 3-трубопровод, 4 - подающие ролики, 5 - барабан для электродной проволоки, 6 - вибратор, 7 - пружины, 8 - шестеренный насос, 9 - бак-отстойник, 10 - деталь с наплавленным слоем, 11 - зона наплавки, 12 - мундштук

В зону наплавки по трубопроводу непрерывной струей подается жидкость. С детали жидкость стекает в поддон станка, откуда попадает в бак отстойник и далее насосом по трубо­проводам снова подается к детали.

Вибродуговым способом могут наплавляться цилиндрические поверхности диаметром от 15 мм и выше, поверхности изношен­ных отверстий, подвижных и неподвижных соединений; поверх­ности под обоймы шариковых и роликовых подшипников; шейки валов, работающих в подшипниках скольжения, не испыты­вающие ударной нагрузки; шейки в местах прессовых посадок. Вибродуговая наплавка нежелательна для профильных по­верхностей в виде резьб, мелких шлиц и т. д. Вибродуговую наплавку можно производить также под слоем флюса и в среде защитного газа.

Способ вибродуговой наплавки и сварки различных мате­риалов в потоке воздуха применяют при восстановлении чугун­ных деталей. Деталь наплавляют с помощью автоматической вибродуговой головки, а для получения плотных и легко обрабатываемых слоев в зону сварки подают атмосферный воздух. С увеличением подачи воздуха наружная пористость наплав­ляемого металла уменьшается. Наименьшая пористость полу­чается при расходе воздуха свыше 1600 - 2000 л/ч.

Наплавленный металл обладает невысокой твердостью, что позволяет производить токарную обработку слоя обычным ин­струментом. Для наплавки используют установку, состоящую из токарного станка, источника тока (три выпрямителя ВСГ-ЗА) и автоматической вибродуговой головки.

При наплавке в среде углекислого газа сварочная дуга и расплавленный металл защищаются от вредного влияния возду­ха струей углекислого газа, специально подаваемого в зону сварки. Электродная проволока из кассеты непрерыв­но подается в зону сварки с заданной скоростью. Ток к прово­локе подводится с помощью мундштука и наконечника, расположенного внутри газовой горелки, которая подает за­щитный газ в зону сварки.

Рис. 2. Схема процесса наплавки в среде углекислого газа : 1 - горелка, 2 - электродная проволока, 3 - мундштук, 4 - наконечник, 5 - сопло горелки,6 - основной металл, 7 - свароч­ная дуга, 8 - сварочная ванна, 9 - шов

Электродная проволока плавится под действием теплоты дуги; электродный металл переходит в сварочную ванну и смешивается с расплавленным основным металлом. В резуль­тате сплавления электродного и основного металлов образуется наплавленный валик, прочно соединенный с основным металлом.

При наплавке углекислый газ из баллона (рисунок 2) прохо­дит через подогреватель газа, осушитель, редуктор и расходо­мер (ротаметр). При выходе из баллона углекислый газ расширяется и температура его резко падает. Чтобы исключить резкое охлаждение газа и замерзание содержащейся в угле­кислом газе влаги, его сразу после выхода из баллона пропуска­ют через подогреватель. Затем углекислый газ попадает в осушитель, представляющий собой цилиндр, заполненный ве­ществом, которое поглощает влагу из углекислого газа (силикагель, обезвоженный медный купорос или хлористый кальций).

Сущность процесса электроконтактной приварки стальной ленты заключается в приварке к поверхности деталей стальной ленты мощными импульсами электрического тока. В сварочной точке под действием импульса тока расплавляются металлы присадочного материала и детали. Присадочный материал (стальная лента) расплавляется не по всей толщине, а лишь в тонком поверхностном слое, в зоне контакта с деталью. Слой приваривают ко всей изношенной поверхности регулируемыми импульсами тока при вращательном движении детали со ско­ростью, пропорциональной частоте импульсов, и поступательном перемещении сварочной головки. Схема процесса приварки ленты приведена на рисунке 3 .

Технологический процесс целесо­образно применять при восстановлении шеек валов под под­шипники качения, посадочных отверстий стаканов подшипников и других деталей при износе до 0,4 мм.

Изношенную поверхность предварительно шлифуют, удаляя слой металла толщиной 0,15 - 0,2 мм. После этого деталь подают на установку. Накладывают на подготовленную повер­хность мерный отрезок стальной ленты толщиной 0,4 - 0,8 мм (в зависимости от величины износа), который прижимают сварочными роликами установки. Материал ленты - средне- и высокоуглеродистые стали марок 45, 50, 65Г и др.

Импульсами тока прихватывают ленту в нескольких местах. Перемещая роли­ки в крайнее положение, переключают установку на рабочий режим и приваривают ленту.

Рис. 3. Схема процесса электрокон­тактной приварки стальной ленты : 1 - центры, 2 - восстанавливаемая де­таль, 3 - ролики, 4 - лента, 5 - транс­форматор, 6 - прерыватель тока

Процесс ведут при подаче жидкости (воды), которая охлаж­дает ролики сварочной головки и одновременно эффективно отводит теплоту от зоны приварки. При этом твердость восста­навливаемой поверхности увеличивается до HRC.55 и более. Этим достигается совмещение технологий нанесения покрытия и термической обработки. Последующую механическую обработ­ку после приварки ленты производят на кругло-шлифовальных станках.

Использование электроконтактной приварки стальной ленты взамен вибродуговой наплавки позволяет повысить производи­тельность восстановления деталей в 2,5 раза, снизить расход присадочных материалов в 4 - 5 раз, трудоемкость работ в 2,5 раза и повысить ресурс детали до уровня новой.