Износ деталей промышленного оборудования

     Тема 6. Износ деталей промышленного  оборудования

     Содержание:

     6.1. Определение. Терминология. Последствия.

     6.2. Основы теории износа.

     6.3. Виды износа

     6.4. Лабораторная работа.

     Признаки  износа кинематических пар. Определение  последствий износа.

     6.5. Лабораторная работа.

     Смазки  машин.

     Износ-нежелательное изменение формы, размеров, массы, состояния поверхности, т.е. шероховатости.

     Терминология

     Изнашивание – это процесс разрушения поверхностных слоев детали при трении. Износ – результат процесса изнашивания. Износостойкость – это критерий работоспособности, характеризующийся степенью соответствия износа при эксплуатации допустимому значению. Износ является причиной выхода из строя большинства машин и их деталей (80-90%).

     На  ремонт промышленного и сельскохозяйственного  оборудования отвлекается треть  металлорежущих станков и четверть рабочих страны. Так на ремонт тракторов  затрачивается почти в 4 раза больше производственных мощностей, чем на выпуск новых.

     Последствия износа.

     Износ ограничивает долговечность  машин и проявляется  по причинам:

1. Потери машиной кинетической точности (станки, измерительный инструмент, приборы).
2. Уменьшение КПД (двигатели внутреннего сгорания, т.е. уменьшение Р кв.г.).
3. Уменьшение прочности детали (подшипники скольжения и сопряжения, работающие в условиях граничного трения или абразивного загрязнения).
4. Повышенного шума (передача быстроходных машин).
5. Полного исчерпания работоспособности (тормозные колодки, рабочие органы землеройных, горных и почвообрабатывающих машин).
6. Проявление тяги в уплотнениях, трубопроводах и гидросистемах.

     Усталостные напряжения – это результат циклических (периодических) нагрузок, что является причиной прогрессирующего износа или  физического разрушения исполнительных органов.

 

     

     График  изменения износа во времени

     tn-время приработки (начальный износ)

     t-установившийся процесс (нормальный износ)

     АВ-эксплуотационный износ

     3 стадии процесса износа

     ОА-начальный  износ (приработка)

     АВ -участок нормального износа (установившийся процесс)

     Вс-прогрессирующий  износ (ускоренный и аварийный износ)

     Скорость  изнашивания (скорость нормального  износа) :

     Vизн=dδ/dt=tgα или Vизн=dh/dt

       δ-зазор в сопряжении

     δ=δнач +Кt^α

     К-коэффициент  пропорциональности (мм/ч), т.е. tgα

     t-наработка

     δнач-начальное  значение зазора (приработка)

     α-коэффициент  скорости изнашивания

     α<1-скорость износа убывает

     α=1, α>1-скорость износа возрастает

     в общем виде из формулы:

     Vизн= dδ/dt=αК

     Описание  кривой износа

     Физический  характер износа по участкам:

1. Контакт по выступам макрогеометрии

     Площадь контакта минимальна.

     Удельные  давления потому велики, что степень  пластической деформации больше

2. Эксплуатационный износ (стабилизация, окисление поверхностей, ухудшение условий смазки).
3. Увеличение интенсивных зазоров, ухудшение трения, выход на поверхность ювинильных слоев с худшей износостойкостью. Трение растет, увеличивается температура.

     Скорость  изнашивания – это величина износа, отнесенная ко времени.

     Основная  инженерная характеристика процесса изнашивания  – интенсивность линейного износа.

     I_δ=dδ/dL (безразмерная величина)

     Δ-линейный износ поверхности детали в мм.

     L-путь трения в мм.

     Износ во времени бывает начальный, установившийся, ускоренный.

     Стадии  износа по характеру эксплуатации:

1. Приработка
2. Стадия нормальной эксплуатации
3. Стадия прогрессирующего износа

     Теория  износа для решения задач.

     Определение износа

Зубчатые  колеса	Сталь 40Х – сталь 45; 40Х – трение со смазкой	1,5*10-11-6,3*10-2
Направляющие  станины станка	Чугун СЧ-21	2,5*10-9-4*10-10      Средние 1*10-10
Тормозные колодки	Специальный чугун	1*10-6

 

     δ=I*L; L=v*t; δ=I*v*t

     износостойкость трущейся пары обычно характеризуют  интенсивностью изнашивания I (безразмерная величина), равной отношению толщины изношенного слоя на единичном пути трения. Значение I для некоторых видов сопряжения, полученные обобщением результатов эксплуатации приведены в примере 8.1. по интенсивности изнашивания, скорости v относительного перемещения трущихся поверхностей и времени работы t можно спрогнозировать линейный износ детали δ:

     δ=I*v*t

     пример 8.1. определить износ направляющих скольжение станка за 1000 ч работы при относительной  скорости перемещения v=50 мм/с, если известно, что пара трения (чугун-чугун), а ее средняя интенсивность изнашивания составляет I=10^-10.

     δ=I*v*t=10^-10*50*1000*3600=0,018 мм.

     Дано:

     t=1000 ч

     tc=1000*3600=36*10⁵с

     М=50 мм/с (средняя скорость перемещения)

     Чугун-чугун: I=10^-10

     Решение:

     δ=I*v*tс=10-10*50*1000*3600=0,018 мм.

     Или W= δ –линейный износ детали

     М.М. Хрущевым установлено, что для технических  металлов и отожженных сталей при  абразивном изнашивании интенсивность  изнашивания пропорциональна давлению р:

     I=kp,

     Где k-клэффициент изнашивания, м³/(Н*м), и обратно пропорционально твердости изнашиваемого материала, если вердость материала не превышает 0,6-0,75 твердости абразива. В этой формуле коэффициент изнашивания равен объемному износу, приходящемуся на единицу нагрузки и единицу пути. Данные значения k для антифрикационных полимерных материалов при трении о сталь приведены в приложении П 8.2. там же имеются сведения о предельно допустимых давлении в контакте р и произведении давления на скорость p*v.

     Пример 8.2. на текстолитовое зубчатое колесо диаметром d_w=100 мм и шириной b=20 мм действует сила в зацеплении F=200 Н. под действием этой силы оно вращается с частотой n=100 мин^-1 на оси диаметром d=18 мм. Оценить износ текстолита W в сопряжении колесо-ось, который произойдет за t=1000 работы, если известно, что коэффициент изнашивания для текстолита составляет k=40*10^-16 м³/(Н*м), допускаемое давление р=5 МПа и допускаемое произведение давления  на скорость pv=0,1 МПа*м/с.

1. Находим значение р и рv в сопряжении

     P=F/(db)=200/(18*20)=0.555 МПа

     V=πdn/60=3.14*18*100/(60*1000)=0.0942 м/с

     Pv=0,555*0,0942=0,0523 МПа*м/с<0,1 МПа*м/с

     Сопоставляя действующие и допускаемые значения р и pv, видим, что действующие не превышают допускаемые.

2. Вычисляем I:

     I=k*p=4*10^-16*0.0555*10⁶=2.2*10^-10

3. Оцениваем износ:

     δ=I*v*t=2,2*10^-10*0,0942*1000*1000=0,000021 мм.

     Размерность коэффициента изнашивания:

     м³/(Н*м)=[м²/н]*к верно [I]=м²/н*н/м² без размера

     δ=22*10^-10*0,0942 м/с*1000*3600=10³

     виды  процесса изнашивания

     износ:

1. Механический –абразивный износ в основе
2. Абразивный
3. Усталостный
4. Коррозионный
5. Термический износ – связан с возникновением трещин при нагреве двигателей и остывании.

     В машинах наблюдаются  следующие виды износа:

1. механические, из которых основным является абразивное
2. молекулярно-механическое при схватывании и заедании
3. коррозионно-механическое, когда продукты коррозии и защитные оксидные пленки срываются механическим воздействием, например, чаще всего машины выходят из строя в результате фреттинг – коррозии, т.е. разрушения постоянно контактирующих поверхностей в условиях тангенциальных микросмещений без удаления продуктов износа.

     Преобладающее значение в машинах имеет совместное действие механических и молекулярно-механического  видов изнашивания.

1. Механический износ –результат действия сил трения при скольжении одной детали по другой. При этом происходит истирание поверхностного слоя металла и искажений геометрических размеров у совместно работающих деталей. Этот вид износа часто возникает при работе таких распространенных сопряжений деталей, как валы, столы и поршни. Он появляется и при трении качения поверхностей, т.к. ему неизбежно соответствует и трение скольжения, но в подобных случаях износ бывает очень небольшим.

     Степень и характер механического износа деталей зависят о  факторов: физико-механических свойств верхних слоев металла; условий работы и характера взаимодействия сопрягаемых поверхностей; давление; относительной скорости перемещения; условий смазывания трущихся поверхностей; степени шероховатости трущихся поверхностей.

     Механический  износ может вызываться и плохим обслуживанием оборудования, например нарушениями в подаче смазки, недоброкачественным  ремонтом и несоблюдением его  сроков, мощностной перегрузкой и  чертами национального характера.

2. Наиболее разрушительное действие на детали оказывает абразивный износ, который наблюдается в тех случаях, когда трущиеся поверхности загрязняются мелкими абразивными металлическими частицами. Обычно такие частицы попадают на трущиеся поверхности при обработке на станке литых заготовок, в результате изнашивания самих поверхностей, попадания пыли. Они длительное время сохраняют свои режущие свойства, образуют на поверхностях деталей царапины, задиры, а также, смешиваясь с грязью, выполняют роль абразивной пасты, в результате действия которой происходит интенсивное притирание и изнашивание сопрягаемых поверхностей. Взаимодействие поверхностей деталей без относительного перемещения вызывает снятие металла, что характерно для шпоночных, шлицевых, резьбовых соединений.