Виды смазочных канавок и их роль при трении

    В соответствии с ГОСТ 24773-81 смазочные канавки наносят на поверхности трения с целью снижения потерь на трение, предотвращения задиров и схватывания; облегчения приработки, вследствие обеспечения поступления и равномерного распределения смазочного материала по поверхностям трения, что в совокупности ведет к повышению надежности узлов трения машин.

На действие смазочных канавок важное влияние оказывают их размеры, форма и расположение. В общем случае для каждого подшипника требуется проектировать определенные канавки, соответствующие конкретным условиям трения. При этом следует руководствоваться рядом принципов, позволяющих добиться максимального эффекта.

1) Канавки должны способствовать поступлению смазки в зону трения и не должны способствовать выдавливанию смазки из подшипника. Поэтому канавки нельзя прорезать до краев границы зоны трения, а забор смазочного материала следует проводить из ненагруженной зоны в месте наибольшего зазора. Направление канавок следует выбирать с учетом движения детали на которую они нанесены и возникающих при этом инерционных, кориолисовых, центробежных и др. сил. Эти силы при работе узла трения должны способствовать поступлению смазки в зону трения или, по крайней мере задерживать ее удаление из зоны трения (на этом основан принцип действия маслоотражательных канавок). 

2) Канавки не должны снижать гидродинамическое давление в смазочном слое. Поэтому они не должны перекрывать зона различного давления в смазочном слое.  

3) Края канавок должны способствовать «намазыванию» смазки, а не снятию ее с поверхности. Поэтому края канавок выполняют сглаженными или закругленными, способствующими образованию масляного клина при контакте с контрповерхностью. Принцип масляного клина позволяет повышать несущую способность смазочного слоя вплоть до полного разделения трущихся поверхностей* (гидродинамическое трение).

4) С повышением вязкости смазочного материала необходимо увеличивать размеры канавок. Поэтому канавки для пластичных смазочных материалов (консистентных смазок) делаются шире и глубже, чем для смазочных масел.

5) Канавки изменяют соотношение площадей трения контактирующих поверхностей. В этом случае следует использовать такое соотношение твердостей используемых материалов, при котором формируется обратная пара трения. Поэтому канавки следует нарезать на более мягком материале в паре трения. Однако излишняя податливость материала может повлечь «замазывание» канавок в тяжелонагруженных парах трения.

Вместе с тем необходимо учитывать и негативные стороны использования смазочных канавок, заключающиеся: в повышении удельной нагрузки на поверхности трения из-за уменьшения ее площади на величину поверхности, занимаемой канавками; в концентрации напряжений на краях и дне канавки, что может стать причиной ускоренного поверхностного и объемного разрушения детали; в «запирании» внутри канавок не только смазочного материала, но и продуктов его разложения, частиц износа, что может привести к засаливанию канавок или возникновению нежелательных форм изнашивания в непосредственной близи от канавок.

         Размеры масляных канавок могут варьироваться в широких пределах. В ряде конструкций можно встретить относительно крупные канавки, создающие макрорельеф поверхности трения, как правило, в виде единичных линейных или винтовых пазов, лысок, отверстий. Если речь идет о тонкостенных деталях (втулки, шайбы и т.п.), то макрорельеф может быть как поверхностным, так и сквозным (сквозные отверстия). Однако наиболее часто речь идет о небольших канавках, имеющих размеры, сопоставимые с размерами микронеровностей и расположенных друг относительно друга в некотором правильном порядке (или, как говорят физики, с определенным типом симметрии). Такие рельефы в триботехнике носят название регулярных микрорельефов (РМР), которые в зависимости от наличия участков поверхности с исходным рельефом разделяются на полные и частичные регулярные микрорельефы.

    Поверхностью с частично регулярным микрорельефом (ЧРМР) называют поверхность с элементами микрорельефа, форма, расположение и размеры которых обусловлены определенной закономерностью и между ними имеются участки исходной шероховатости.

    Поверхностью с полностью регулярным микрорельефом (ПРМР) называют поверхность, форма, расположение и размер каждого элемента которой обусловлены определенными закономерностями.

    Элементом поверхности с ПРМР читают часть поверхности, ограниченную плоскостями, проходящими через вершины соседних выступов (или впадин) нормально к номинальной поверхности.

Классификация и примеры указанных микрорельефов приведены на рис. 6.1, рис. 6.2.

Основными показателями поверхностей с ПРМР (в соответствии с ГОСТ 24773-81) являются:

- R – высота элемента - от 0,025 до 1600 мкм;

- N – число элементов на 1 мм² поверхности трения – от 1 до 100 %;

- T_p – относительная опорная площадь на р -ом уровне сечения поверхности – от 5 до 90%;

Рис. 6.1. Классификация регулярных микрорельефов

 

Рис. 6.2. Примеры нанесения макрорельефа (а-г) и фрагментов микрорельефа (д-е) на шайбы опор бурового долота: а – е - частично регулярный рельеф; ж-з – полностью регулярный рельеф: д, ж – четырехугольный РМР; е – шестиугольный ЧРМР; г - синусоидальный макрорельеф; а, з – линейчатые неровности; б – макрорельеф, образованный сквозными отверстиями.  

- р – уровень сечения поверхности – от 5 до 80% от значения R;

- b, g - углы, характеризующие направление расположения элементов рельефа – от 0 до 180 (с шагом 5°).

Основными показателями поверхностей с ЧРМР являются:

- h – глубина (высота) регулярной неровности – от 0,025 до 1600 мкм,

- F_n – относительная площадь, занимаемая неровностями – от 10 до 90% (с шагом 10%);

- a - угол сетки;

- Q - угол направления неровностей – от 0 до 90°;

- S₀ – осевой шаг неровностей – от 0,05 до 20 мм;

- S_к – круговой шаг неровностей – от 0,05 до 20 мм;

- А – амплитуда непрерывной регулярной неровности – от 0,5 до 5 мм.