Конструктивные методы. 
Основы трибологии

Ряд мер по повышению износостойкости пар трения может быть предпринят на стадии проектировании машины. Основными из них являются следующие.

Выбор принципиальной схемы узлов трения делают, учитывая их влияние на износостойкость и надежность машины в целом. Ниже приведены некоторые рекомендации по конструированию пар трения, выработанные трибологами.

В зависимости от соотношения твердостей (H₁ и H₂) материалов и площадей (S₁ и S₂) поверхности трения сопряженных деталей 1 и 2 различают прямую и обратную пары трения:

• — в прямой паре Н₁ Н₂, S₁ S₂, т. е. по телу большей площади скользит более твердое тело;
• — в обратной паре Н₁ Н₂, S₁ S₂, т. е. по телу большей площади скользит более мягкое тело.

С позиции трибологии обратная пара предпочтительнее прямой. При перегрузках пластическая деформация более мягкого элемента обратной пары не препятствует трению, а в прямой — приводит к резанию или пластическому оттеснению материала на поверхности трения контртела.

Обеспечение благоприятных условий трения является важным критерием при выборе конструкции узла трения. Этого достигают путем:

• — полного смазывания поверхности трения, не допуская, чтобы на ней оставались участки, не покрытые смазочным материалом;
• — защиты смазочной системы от попадания абразивных частиц с помощью фильтров, уплотнений, герметичных емкостей и т. д.;
• — устройства теплоотвода из зоны трения естественным путем или принудительным охлаждением;
• — снижение по возможности давления на поверхности трения.

Компенсация износа элементов пары трения — распространенный конструктивный прием, позволяющий повысить износостойкость машин. Например, регулировку зазора в паре трения типа «вал-отверстие» осуществляют автоматически или при очередном техническом обслуживании машины. В местах интенсивного изнашивания используют сменные элементы конструкции: резцы на фрезах, зубья на ковше экскаватора, вставки на токосъемнике троллейбуса и т. д. Если применение сменных элементов конструкции невозможно, в местах наибольшего изнашивания целесообразно увеличить размер деталей на величину линейного износа.

Выбор материалов пары трения — важный этап проектирования. Он определяется конструкцией и назначением пары, технологией ее изготовления, условиями эксплуатации и др. Общие рекомендации по выбору материалов для пар трения перечислены ниже:

• · Целесообразно сочетать твердый материал с мягким. Чтобы оптимальное соотношение твердостей сохранялось в течение технического ресурса пары, мягкий материал не должен упрочняться (рекристаллизоваться) при рабочей температуре пары трения. Его целесообразно наносить в виде покрытия на поверхность трения детали из конструкционного материала.
• · Если применение мягкого материала невозможно по соображениям прочности, пару трения выполняют из твердых материалов. Это дает возможность уменьшить износ, но предъявляет повышенные требования к режимам приработки пары.
• · Не рекомендуется сочетать в паре трения два мягких материала. В этом случае преобладает пластическая деформация микронеровностей, что обуславливает увеличение износа.
• · С позиций трибологии нежелательно выполнять элементы пары трения из одинаковых материалов. При разрушении смазочной и оксидной пленок на поверхностях трения в контактакт вступают ювенильные поверхности одинаковой природы. Это приводит к образованию прочных адгезионных связей, увеличивая склонность элементов пары к схватыванию.
• · В труднодоступных для смазывания конструкциях целесообразно применять самосмазывающиеся и пропитанные маслами пористые материалы. Они обеспечивают противозадирную стойкость пары.

Принцип податливости пары трения состоит в том, чтобы обеспечить следование поверхности трения за деформациями контртела и приспособление к неточностям его геометрической формы, возникшим при обработке или вследствие износа.

Замена внешнего трения внутренним целесообразна при небольших линейных или угловых перемещениях кинематических пар. В процессе работы пары взаимное смещение жестких элементов конструкции происходит за счет упругой деформации прикрепленного к ним эластичного элемента. Благодаря этому исключается наиболее опасное абразивное изнашивание деталей, отпадает необходимость в смазке, уменьшается шум при работе пары.

Замена трения скольжения трением качения целесообразна с позиций повышения надежности пар трения. Подшипники качения имеют следующие преимущества перед подшипниками скольжения:

• а) меньшие потери на трение, т.к. при одинаковых скоростях и нагрузках коэффициент трения качения значительно ниже, чем скольжения, мало изменяется в широком диапазоне режимов трения и при пуске-остановке пары;
• б) экономится большое количество цветных металлов (Cu, Sn, Pb), расходуемых на изготовление подшипников скольжения;
• в) уменьшается расход смазочных материалов;
• г) снижаются эксплуатационные расходы;
• д) шарикои роликоподшипники стандартизованы, что упрощает конструкцию, монтаж и эксплуатацию подшипникового узла.

Недостатки подшипников качения:

• а) малая надежность при ударах и вибрациях;
• б) частые отказы при высоких скоростях вследствие разрыва масляной пленки и разрушения поверхностей трения;
• в) большие диаметры подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения;
• г) шум в работе;
• д) неразборность конструкции.