По относительному перемещению трущихся поверхностей разделяют трение покоя и трение движения (ГОСТ 23.002—78).

Трение покоя — трение двух тел при микросмещениях до перехода к относительному движению. Трение этого вида возникает в болтовых соединениях, сцеплениях, тормозах и др.

Трение движения возникает между двумя телами, находящимися в относительном движении. Такому трению подвержены все поверхности, перемещающиеся одна относительно другой.

По характеру относительного движения трение движения разделяют на трение скольжения и трение качения.

Трение скольжения — такое трение движения, при котором скорости тел в точке касания различны как по значению, так и по направлению или только по одному из этих показателей.

Трение качения — такой вид трения движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по значению и направлению (подшипники качения, зацепление шестерен и др.).

Трение без смазочного материала происходит между двумя телами при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида. Такое трение сопровождается повышенными температурами, пластическими деформациями и даже прочным сцеплением отдельных точек контакта, что вызывает интенсивное разрушение трущихся поверхностей. В условиях трения без смазочного материала работают диски сцеплений, тормозной барабан — колодки, гнездо клапана — клапан, звенья гусениц — пальцы, а также звенья гусениц в паре с направляющими и ведущими колесами, с поддерживающим и опорными катками.

Трение со смазочным материалом — возникает между двумя телами, поверхности трения которых покрыты смазочным материалом любого вида. Различают следующие виды смазки: в зависимости от различного физического состояния смазочного материала — газовую, жидкостную и твердую, в зависимости от типа разделения поверхностей трения смазочным слоем — гидродинамическую, гидростатическую, газодинамическую, газостатическую, эласто-гидродинамическую, граничную и полужидкостную.

Газовая и жидкостная смазки. Поверхности трения деталей разделены соответственно газовым или жидким смазочным материалом.

Твердая смазка. Поверхности трения деталей, находящихся в относительном движении, разделены твердым смазочным материалом.

Гидродинамическая (газодинамическая) смазка — это смазка, при которой полное разделение поверхностей трения происходит в результате давления, самовозникающего в слое жидкости (газа) при относительном движении деталей. Отсутствие контакта между трущимися поверхностями предохраняет их от разрушения. Заметные повреждения или разрушения поверхностей возможны только в те моменты, когда нарушается гидродинамическая смазка или в смазочный материал попадают посторонние твердые частицы. При гидродинамической (жидкостной) смазке работают опорные шейки распределительных валов, коренные и шатунные подшипники коленчатых валов, поршневые вальцы двигателей и др.

Гидростатическая (газостатическая) смазка — это такая жидкостная смазка, при которой полное разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении или покое, осуществляется в результате поступления жидкости (газа) в зазор между поверхностями трения под внешним давлением. В тракторах и автомобилях такой вид смазки не применяют.

Эласто-гидродинамическая смазка — это смазка, при которой характеристики трения и толщина пленки жидкого смазочного материала между трущимися поверхностями определяются упругими свойствами материалов тел и свойствами жидкого смазочного материала.

Полужидкостная смазка характеризуется тем, что жидкостная смазка происходит частично.

Граничная смазка — это смазка, при которой толщина слоя смазочного материала не превышает высоты шероховатостей соприкасающихся поверхностей. При сравнительно небольших нагрузках интенсивность разрушения трущихся поверхностей резко снижается. Но при больших нагрузках слой смазочного материала разрушается, его частицы попадают в образующиеся микротрещины и при сжатии их в местах контакта проявляют расклинивающее действие, вызывая более быстрое разрушение трущихся поверхностей. В условиях граничной смазки в машинах работает большинство-трущихся поверхностей.

Виды изнашивания. При всех видах трения трущиеся поверхности разрушаются (изнашиваются).

Изнашивание — это процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износ деталей — результат изнашивания, определяемый в установленных единицах.

Изнашивание деталей машин сопровождается сложными физи-ко-химическими явлениями и многообразием влияющих на него факторов. Изнашивание зависит от материала и качества трущихся поверхностей, характера и скорости их взаимного перемещения, характера контакта, вида и значения нагрузки, вида трения, смазывания и смазочных материалов, а также от многих других факторов. В соответствии с ГОСТ 23.002—78 установлено три группы видов изнашивания в машинах: механическое, коррозионно-механическое и при действии электрического тока. Каждую группу изнашивания подразделяют на несколько видов, представленных на рисунке 1.

Механическое изнашивание — это изнашивание в результате механических воздействий; его разделяют на абразивное, гидроабразивное (газоабразивное), эрозионное, гидроэрозионное (газоэрозионное), кавитационное, усталостное, при фреттинге и при заедании.

Абразивное изнашивание в машинах возникает в результате микропластических деформаций и срезания металла твердыми абразивными частицами, находящимися между поверхностями трения. Абразивные частицы, попавшие из окружающей среды или образовавшиеся при других видах изнашивания, часто по своей твердости превышают твердость трущихся поверхностей и действуют как режущий инструмент. Поэтому по своей природе и механизму протекания абразивное изнашивание очень похоже на явления, происходящие при резании металлов. Изнашиванию этого вида подвержены детали машин, работающие в абразивной среде (ходовая часть гусеничных тракторов и дорожно-строительных машин, рабочие органы сельскохозяйственных машин и др.).

Рис. 1. Классификация видов изнашивания по ГОСТ 23.002—78.

Гидроабразивное (газоабразивное) изнашивание вызывают абразивные (твердые) частицы, перемещающиеся потоком жидкости (газа). Абразивные частицы попадают в поток жидкости (газа) за счет загрязнения при небрежной заправке, плохой фильтрации и очистке. Этот вид изнашивания характерен для деталей водяных, масляных и топливных насосов, гидроусилителей, гидроприводов тормозных и других систем, деталей цилиндро-поршневой группы и др.

Самые эффективные способы борьбы с абразивным изнашиванием всех видов — повышение твердости и улучшение качества обработки трущихся поверхностей, тщательная герметизация всех уплотнительных устройств при ремонте, а также очистка топлива и смазочных материалов от механических примесей и поддержание в исправном состоянии всех уплотнительных (прокладки, чехлы и т. п.) и очистительных (топливные и масляные фильтры, воздухоочиститель) устройств при эксплуатации.

Эрозионное изнашивание деталей происходит в результате трения потока жидкости и (или) газа о металл. Эрозионное изнашивание в большинстве случаев проявляется совместно с гидроабразивным (газоабразивным). Поток жидкости (газа) разрушает оксидную пленку металла, а абразивные частицы в потоке способствуют более интенсивному изнашиванию.

Гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание — это эрозионное изнашивание в результате воздействия потока жидкости (газа).

Кавитационное изнашивание. При движении жидкости относительно твердого тела возникающие пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности. Это создает местное повышение давления или температуры, под действием которых происходит разрушение поверхности. Этому виду изнашивания подвержены наружные поверхности цилиндров и водяных рубашек современных двигателей, охлаждаемых турбулентным потоком жидкости, лопастей водяных насосов, а также других деталей.

Усталостное изнашивание проявляется преимущественно на поверхностях трения качения подшипников и зубьев шестерен. Под действием больших удельных повторно-переменных нагрузок, превышающих предел текучести металла, возникают микропластические деформации сжатия и упрочнения поверхностных слоев. В результате проявляются микро- и макротрещины, которые по мере работы развиваются и приводят к усталостному отслаиванию и выкрашиванию частиц металла. На контактных поверхностях образуются одиночные и групповые осповидные углубления и впадины. Глубина впадин зависит от свойств металла, удельных давлений и размера контактных поверхностей. После заметного появления усталостного изнашивания быстро наступает аварийное состояние. Меры борьбы с усталостным изнашиванием — точный монтаж подшипников и зубчатых передач и правильное их смазывание.

Изнашивание при фреттинге возникает в соприкасающихся поверхностях при малых колебательных относительных перемещениях. Этот вид изнашивания происходит при ослаблении болтовых соединений поверхностей, а также при отсутствии больших динамических и ударных нагрузок. Эффективные способы уменьшения изнашивания этого вида — своевременная проверка и подтягивание болтовых креплений.

Изнашивание при заедании происходит вследствие схватывания при трении, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и действия возникающих неровностей на сопряженную поверхность. Этот вид изнашивания разделяют на изнашивание схватыванием первого и второго рода.

Изнашивание схватыванием первого рода возникает при трении поверхностей с малыми скоростями (1,0 м/с), граничной смазке, а также при больших нагрузках в местах контакта поверхностей. Под действием большой нагрузки между отдельными выступами трущихся поверхностей возникают металлические связи и упрочнение в месте схватывания. При перемещении происходит вырывание стружки из менее твердой поверхности или царапание ее упрочненным участком. Изнашивание схватыванием первого рода сопровождается наиболее высоким коэффициентом трения, выделением большого количества теплоты и наибольшей интенсивностью изнашивания.

Изнашивание схватыванием второго рода наблюдается при трении скольжения с большими скоростями, граничной смазке, а также при значительных удельных нагрузках. Оно характеризуется интенсивным повышением температуры в поверхностных слоях и увеличением их пластичности.

Эффективные меры, снижающие появление износа схватыванием,— достижение высокого класса шероховатости и правильной геометрической формы при обработке поверхностей, получение защитных оксидных пленок и улучшение условий смазки, соблюдение в начальный период работы после изготовления или ремонта режимов обкатки, а также недопущение перегрузок в процессе всего периода эксплуатации.

Коррозионно-механическое изнашивание происходит в результате механического воздействия и сопровождается химическим и (или) электрическим взаимодействием материала со средой. Это изнашивание разделяют на окислительное и изнашивание при фретгинг-коррозии.

Окислительное изнашивание характеризуется разрушением трущихся поверхностей и обусловлено реакцией материала с кислородом или окисляющей окружающей средой. При этом одновременно протекает два процесса — пластическое деформирование малых объемов металла поверхностных слоев и проникновение кислорода воздуха в деформированные слои. В первой стадии окислительного изнашивания происходит разрушение и удаление мельчайших твердых частиц металла из непрерывно образующихся от проникновения кислорода пленок. Вторая стадия характерна образованием и выкрашиванием пластически недеформирующихся хрупких окислов.

Окислительное изнашивание возможно при трении скольжения и трении качения. В первом случае оно является основным, а во втором — сопутствующим другим видам изнашивания. Проявляется этот вид изнашивания при сравнительно невысоких скоростях скольжения и небольших удельных нагрузках, а также на таких деталях, как шейки коленчатых валов, цилиндры, поршневые пальцы и другие детали.

Фреттинг-коррозия возникает при трении скольжения с очень малыми возвратно-поступательными перемещениями в условиях динамической нагрузки. При ударах и вибрации происходит интенсивное окисление соприкасающихся поверхностей вследствие резкой активизации пластически деформируемого металла. В результате на рабочих поверхностях в местах контакта появляется резко выраженное разрушение. Изнашиванию при фреттинг-коррозии подвергаются посадочные поверхности подшипников качения и шестерен, болтовые и заклепочные соединения рам и другие детали.

Наибольшему коррозионно-механическому изнашиванию подвержены мягкие стали, поэтому эффективный способ его уменьшения состоит в повышении твердости рабочих поверхностей закалкой, нанесением твердых сплавов, хромированием и др.