Механизм разрушения поверхностей деталей

Виды фрикционных связей

Физика отказов м.т. Закономерности, описывающие изменения технического состояния элементов и деталей м.т.

Причины потери работоспособности м.т.

Работоспособность – характеристика эксплуатационных свойств прибора, когда он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения параметров в установленных пределах.

В процессе эксплуатации прибор переходит из одного технического состояния в другое под действием различных факторов внешней среды, а также внутренних обратимых процессов связанных со старением и износом отдельных его элементов. Нарушение работоспособности квалифицируется как отказ изделия. Отказы бывают как постепенные, так и внезапные.

Постепенный отказ характеризуется постепенным переходом в нерабочее состояние элемента или прибора.

Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением состояния.

Причины потери работоспособности трущихся деталей (механическая часть):

- малая площадь контакта;

- малая твердость используемых материалов;

- отсутствие покрытий, смазок (или использование некачественных смазок и покрытий).

1. Упругий контакт. При многократных контактированиях поверхностей с резиновым уплотнителем на поверхности резины появляются микротрещины и поверхность резины начинает разрушаться под действием прилагаемых сил.

При упругом контакте микронеровностей деталей для повышения их работоспособности необходимо повышать фрикционную усталость за счет применения износостойких антифрикционных материалов, которые совместимы с биообъектами.

Пример: контактный полимер – металл; электрод – кожа; на резиновый уплотнитель нанести фторопластовый лак.

2. Пластический контакт. При взаимодействии микронеровностей сопряженных поверхностей детали происходит пластическая деформация и зазор увеличивается.

Микронеровности сглаживаются, зазор увеличивается, уменьшаются неровности, увеличивается твердость.

Примером пластической деформации контактирования поверхностей является соединение контактных групп, рубильники, переключатели и др.

Для повышения долговечности можно использовать гальванические покрытия более мягким металлом толщиной в несколько микрон (лужение контакта).

3. Адгезия – молекулярное сцепление двух трущихся поверхностей. Зависит от прочности двух микронеровностей. При адгезии разрушается оксидная пленка и контакт с основным металлом. Пример: соединение контактных групп электроники и электрических элементов, соединение между ползунком и соединением резисторов и транзисторов. Адгезионные связи могут привести к контактной микросварке и разрушению контактирующих поверхностей. Для предохранения от местного разрушения поверхностей можно использовать антифрикционное покрытие более мягким металлом (свинец, медь, олово).

4. Когезия – контактное схватывание между микронеровностями. Приводит к глубинному разрушению одной из поверхностей. Возникает в трущихся сопряжениях где отсутствует или недостаточно смазки.

Для предотвращения от контактного схватывания трущихся поверхностей необходимо:

а. повышать твердость поверхностей деталей;

б. увеличить радиусы микронеровностей методами дополнительной обработки пластической деформации

в. Наносить износостойкие и антифрикционные покрытия.

Механизм разрушения деталей заключается в следующем: при взаимодействии микронеровностей сопряжений элементов (деталей) они испытывают знакопеременные нагрузки (напряжения сжатия-растяжения). В результате многократного взаимодействия в контактирующих микронеровностях накапливается внутренняя энергия (энергия разрушения). При дальнейшей работе сопряжения энергия разрушения увеличивается и может достигнуть предела прочности. При достижении предела прочности на поверхностях появляются микротрещины, а в дальнейшем сколы и отрывы микронеровностей. Такому механизму разрушения подвержены например резиновые уплотнители, детали подшипников качения, контактные группы. В принципе напряжения сжатия, возникающие в рабочих поверхностях, увеличивают работоспособность детали (повышают твердость), а напряжения растяжения – уменьшают.