Влияние вибрационных нагрузок на направляющие

Как вибрационные нагрузки влияют на направляющие качения и скольжения: механизмы износа, признаки повреждений и особенности работы.

Вибрационные нагрузки являются одним из факторов, влияющих на работоспособность прецизионных направляющих. Механизм воздействия вибрации различается в зависимости от типа направляющей.

Принципиальное различие между направляющими качения и скольжения заключается в площади контакта и распределении нагрузок.

Направляющие качения (шариковые и роликовые) характеризуются малыми площадями контакта. Согласно теории Герца, при контакте двух упругих тел максимальные касательные напряжения возникают не на поверхности, а на некоторой глубине под ней — примерно на глубине, равной половине ширины пятна контакта. Именно в этой подповерхностной зоне зарождаются первые трещины при циклической нагрузке.

Направляющие скольжения имеют распределенный контакт по большей площади. Нагрузка передается через слой смазочного материала, распределяясь по поверхности.

В направляющих качения вибрационные нагрузки вызывают преимущественно контактную усталость — процесс накопления повреждений в материале под действием циклических напряжений. Этот процесс может происходить даже при напряжениях ниже предела текучести материала.

Основные признаки повреждения:
1. Питтинг — образование ямок на поверхности в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. Попадание частиц металла в зону контакта приводит к появлению дополнительных нагрузок, накладывающихся на основной колебательный процесс.

2.Характерным признаком повреждения направляющих из-за вибраций является образование локальных лунок износа на дорожках качения, возникающее из-за выдавливания смазки и нарушения смазочной плёнки. Это приводит к локальному уплотнению материала, снижению точности и плавности хода. Наиболее интенсивно повреждения развиваются при высокочастотных вибрациях, когда стандартная смазка не успевает восстанавливать защитный слой в зонах контакта.

Характерным признаком развития разрушения в направляющих качения является появление периодического дребезжания, посторонних звуков при движении.

При вибрации на направляющих скольжения смазка может выдавливаться из зоны контакта, что приводит к нарушению масляной пленки. В результате возникает сухое трение, вызывающее задиры и неравномерный износ поверхностей. Попадающие между поверхностями частицы износа усиливает абразивное воздействие.

Особенности работы:

• нагрузка распределяется по поверхности контакта;
• отсутствуют локальные концентраторы напряжений, характерные для точечного контакта;
• масляная пленка может обеспечивать демпфирование колебаний.