Лекция 4
Изнашивание- является основной причиной изменения геометрических размеров деталей и физико- механических свойств их материалов, вызывающих отказы и неисправности.
Изнашивание - это процесс постепенного изменения размеров элементов конструкции машин при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и его остаточной деформации.
Результатом И. является износ, оцениваемый по изменению геометрических размеров (линейный износ) или массы деталей (весовой износ), или по косвенным признакам.
И. элементов машин зависит от многочисленных факторов: U= f(Э,К, Т, О),
Где Э – эксплуатационные факторы (характер работы, режимы, виды и периодичность технических воздействий, климатические условия, соответствие применяемых смазочных материалов, а для действий и топлив);
К- конструктивные факторы (вид трения, макрогеометрия поверхности трения, климатические факторы, динамические характеристики, физико- механические свойства деталей сопряженных пар);
Т- технологические факторы (вид материалов деталей, способ обработки, показатели микрогеометрии поверхности трения, твердость и износостойкость);
О- субъективные особенности (уровень профессиональной подготовки, антропометрические и физические данные).
Виды изнашивания
Согласно ГОСТ 23.002- 78 изнашивание подразделяют на 3 основных вида:
1. механическое
2. молекулярно- механическое
3. коррозионно- механическое
Механическое И. - это И. материала деталей, при котором, в следствии механического воздействия изменяются форма и размеры трущихся поверхностей деталей без существенных физических и химических изменений.
Механическое И. подразделяется на следующие виды:
|
|
1. Абразивное – результат действия твердых частиц, находящихся между трущихся деталей (ходовое оборудование, ножи бульдозеров, шейки валов и др.) (ⱱ u = 0,5 … 50 мкм/ ч)
2. Гидроабразивное и газоабразивное – результат воздействия на материал твердых частиц, увлекаемых соответственно потоком жидкости или газа (втулки топливных насосов, цилиндры гидросистем, детали воздухоочистителей двигателей и др.)
3. Усталостное - результат многократного деформирования микрообъемов материала, приводящий к возникновению остаточных напряжений и как следствие к проявлению терщин и отделению частиц с образованием «осповидных» углублений (питтинг износ) (зубья тяжело нагруженных колес, рабочие поверхности подшипников скольжения и качения, опоры качения)
4. Эррозионное – результат воздействия на поверхность детали потока жидкости или газа.
5. Кавитационное - результат сильных ударов жидкости в виде кумулятивных струй, движущихся с большой скоростью. Эти струи возникают в результате разрыва потока жидкости или при захлопывании каверн, образующихся на поверхности деталей в следствии их вибрации (наружные стенки двигатели д.в.с., блок- картер и др.)
Молекулярно- механическое – это И. материала в результате одновременного взаимодействия механических и молекулярных (афеззионных) сил при трении.
Согласно ГОСТ 23. 002- 78 оно проявляется в виде заедания, которое возникает при трении пар в результате локального схватывания поверхностей, вырывания частиц материала с одной поверхности и переноса их на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженные поверхности. Характерно при пуске машины. Может возникнуть в зубчатой паре или в опорах качения при высоких контактных нагрузках и отсутствии смазки, во вкладышах подшипников скольжения.
|
|
Коррозионно- механическое И. - это И. материала, при котором в процессе трения механическое И. сопровождается пластической деформацией поверхностного слоя детали в результате физико- химического воздействия ее со средой при трении.
Подразделяют на 2 вида: окислительное И. и И. при фреттинг- коррозии.
Окислительное И. возникает при трении в результате взаимодействия деформированного поверхностного слоя материала с кислородом воздуха (шейки коленчатых и распределительных валов, поршневые пальцы, втулки и др.)
И. при фреттинг- коррозии – это И. соприкасающихся тел при малых колебательных перемещениях, в результате чего на поверхности контакта возникают пленки оксидов, которые при отслаивании одновременно играют роль абразивных частиц. Оно характерно для неподвижных соединений, воспринимающих вибрационные нагрузки (наружные поверхности колец шарико – и роликоподшипников, поверхности отверстий в корпусах подшипников, в отверстиях под подшипники в корпусах коробок передач, износ в заклепочных соединениях).
Основные характеристики и закономерности износа деталей машин
Показатели износа
Для характеристики износ используют следующие показатели: абсолютный износ, скорость износа, интенсивность износа, износостойкость, относительная износостойкость.
Абсолютный износ- это абсолютное изменение размеров, объема и массы деталей. Различают линейный, объемный и массовый износы.
|
|
Закономерность изменения износа в процессе эксплуатации машины можно описать степенной функцией И= ⱱu t n ,
Где n - показатель степени, зависящей от характера И.
Для элементов машин, отказ которых происходит в результате износа, существует предельный износ Иmax, при котором нарушается работоспособность сборочной единицы или машины в целом.
Ресурс сопряжения в этом случае T= ((Иmax)/ⱱu) ½
Скорость износа- это отношение величины износа И. ко времени t, в течении которого он возник.
ⱱu = 
По скорости изнашивания можно судить о долговечности деталей.
Зависимость скорости износа от удельного давления p и скорости относительного движения ⱱ выражается формулой: ⱱu = k pm ⱱ n ,
Где k- коэффициент, характеризующий влияние материала детали и качества поверхности;
m и n – постоянные, характеризующие вид смазки и ее качество.
Для абразивного изнашивания m=n=1 и следовательно ⱱu = k p ⱱ.
Интенсивность износа – это отношение величины износа к пути трения, на котором происходило И. Iu = 
или к объему выполненной работы, например, к наработке машины в м3 грунта Iu = 
Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление И. в определенных условиях трения. Оценивают величиной обратной скорости (1/ ⱱu) или интенсивности (1/Iu) И.
Относительная износостойкость – отношений износостойкостей данного материала и материала, принятого за эталон при И. в одинаковых условиях.
Закономерности И. деталей во времени
И. деталей во времени обычно протекает неравномерно.
В период приработки скорость И. выше, чем в период нормального И. это обуславливается тем, что в начальный период Э. фактическая площадь контакта между сопрягаемыми поверхностями составляет небольшую часть номинальной площади в следствие шероховатости и волнистости этих поверхностей. Недостаточная площадь контакта в сопряжении приводит к увеличинею удельного давления, а следующий к большей скорости И. в период приработки деталей.
В процессе переработки деталей площадь фактического контакта постепенно увеличивается, что приводит к плавному снижению и в дальнейшем к стабилизации Vи , характерной для нормально И.
В период аварийного И. Vи увеличивается в связи с нарушением жидкостного трения в следствии больших зазоров в соединении, с увеличением вибраций, повышением температуры в зоне трения.
Окончание периода нормально И. характеризуется наступлением предельного износа детали Ипр.
Предельные и допустимые износы
Износ детали называется предельным, если дальнейшее ее использование в машине становится недопустимым из- за нарушения нормальной работы узла или машины в целом и возможности внезапного появления отказа в работе (аварии).
Основными признаками появления предельный износов является: повышение интенсивности И. деталей; снижение прочности и надежности деталей в следствие изменения из размеров; ухудшение служебных свойств узла, в который входит деталь (появлени вибраций, снижение мощности, увеличение расхода топлива и др.).
Износ детали называется допустимым если она может быть установлена в машину без ремонта и будет удовлетворительно работать в течении предстоящего межремонтного периода
Uд ≤ Uпр –Vи Тм.п.
где Uпр – предельный износ; Тм.п – межремонтный период
определение предельных износов является задачей технически сложной. В большинстве случае их устанавливают опытным путем в результате длительных наблюдений за эксплуатацией данной машины, используя при этом методы математической статистики.
В технических условиях на дефектацию деталей при ремонте машин указывают предельные и допустимые износы быстроизнашивающихся деталей.
Лекция 3
Методы определения износа деталей
Методы оценки износа деталей разделяют на производственные и лабораторные.
К производственным относятся: метод микрометрирования детали и метод косвенной оценки по изменению эксплуатационных деталей.
К лабораторным (исследовательским) методам относится: взвешивание деталей, определение количества железа в массе картера, метод радиоактивных изотопов, метод искусственных баз, профилографирование.
Методы делятся на 2 группы: 1. Определение износа с разборкой соединения и 2. Без разборки.
Способ микрометрических измерений
Он основан на определении износа измерением линейных размеров деталей, бывших в Э. для этого используют универсальные измерительные средства (микрометры, штангенциркули, индикаторные приборы, рычажные скобы, инструментальные микроскопы и др.)
Этот способ наиболее распространен в практике ремонтных предприятий.
По изменению Э. характеристик
Для масляного насоса- по падению давлению масла: для деталей поршней группы двигателя- по пропуску газов в картер двигателя; износ подвижного соединении- по изменению его t в процессе Э., например, в подшипниках скольжения.
По расходу рабочей среды, проникающей через щели между трущимися поверхностями
Это способ позволяет исследовать процесс изнашивания подвижного соединения путем автоматической регистрации износа в разные периоды работы и с учетом влияния различных факторов.
Он основан на изменении зазора деталей трущейся пары при помощи жидкостного или пневматического калибратора.
Способ профилографирования
Заключается в том, что снимают профилограмму исследуемого участка поверхности до начала и после испытания.
В следствии изнашивания микровыступы на исследуемом участке изменяют свою высоту, в результате чего определяют величину износа поверхности.
Этим способом определяют очень малые износы, например, у плунжером, поршневых пальцев.
Способ искусственных баз
В этом случае наносят на рабочую поверхность новый детали специальное углубление (лунки) или вытачки. по изменению расстояния по поверхности трения до дна углубления после заданного времени Э.определяют линейную величину износа данной поверхности.
Этот способ применяют при исследованиях износостойкости материалов.
Способ взвешивания
Заключается в определении массы детали до Э. и после нее. Этот способ применять не рекомендуется, если размеры детали изменяются в следствие ее пластического деформирования.
По содержанию продуктов износа в отработанном масле
Проводят при помощи химического анализа отработанного масла.
По содержанию в масле продуктов износа (металлические частицы или окиси) судят о величине износа.
Это способ применят при стендовых испытаниях сборочных единиц.
Недостатком способа является невозможность определения износа каждой детали узла.
Преимущество в отсутствие необходимости разборки агрегата.
Метод радиоактивных изотопов
Основан на использовании изотопов вольфрама, сурьмы или кобальта, вводимых в поверхностный слой рабочей поверхности детали.
Интенсивности измерения, регистрируемая счетчиками, является пок5азателем интенсивности изнашивания детали.