Лекция 2 Физические основы надежности машин

1. Понятие отказ, повреждение и разрушение. Виды разрушений. Химическое воздействие. Химическая и электрохимическая коррозия. Электрохимическое разрушение металлических поверхностей (коррозия)

2. Теории трения и изнашивания. Понятие об изнашивании и износе. Классификация видов изнашивания и физическая сущность каждого вида.

3. Характеристика и закономерности изнашивания. .Классификация видов трения. Факторы, влияющие на интенсивность изнашивания. Уменьшение интенсивности механического истирания, абразивного изнашивания, коррозии.

4. Предельные и допустимые износы деталей и соединений. Критерии и методы обоснования предельного состояния деталей, агрегатов машин.

 

Понятие отказ, повреждение и разрушение. Виды разрушений. Химическое воздействие. Химическая и электрохимическая коррозия.

 Основным понятием в теории надежности машин является отказ.

 Под отказом понимается такое техническое состояние узла (агрегата, машины), при котором он полностью или частично теряет работоспособность и не может выполнять заданные функции с установленными параметрами. Возникновение отказов предопределяется рядом физико-химических процессов и воздействием многих эксплуатационных факторов.

Отказы возникают вследствие разрушения элементов (поломка, износ, деформация, обрыв проводов) или нарушения качества функционирования (нарушения регулировок, засорение гидросистем, нарушение контактов в электрических схемах и др.).

Отказы возникают из-за разрушений и повреждений.

Разрушение агрегатов (узлов) и их элементов приводит к потере эксплуатационных качеств и работоспособности машин.

В случае повреждения происходит частичная потеря эксплуатационных качеств и нарушение исправности отдельного элемента. Обычно повреждения возникают в том случае, когда внешние воздействия превышают допустимый их уровень.

Итак, в результате различных видов воздействия на детали автомобиля происходит их износ.

 Под износом понимают результат изнашивания, определяемый в установленных единицах длины, объема, массы. Различают предельный и допустимый износы.

 Предельный износ соответствует предельному состоянию изнашиваемого изделия или его составной части.

Допустимым называется такой износ, при котором изделие сохраняет работоспособность.

Характер отказа  Выкрашивание   Заклинивание     Замыкание на массу   Износ     Кавитационная эрозия  Коррозия   Механическое повреждение   Нарушение герметичности   Нарушение контактов Ослабление креплений Остаточная деформация и трещины

Место отказов Зубья шестерен, ролики, втулки, коль­ца подшипников Рейки топливных насосов, поршеньки воздухораспределителей, привод сцеп­ления, золотники вентилей камер Обмотки генераторов и стартеров, контрольно-измерительные приборы Шестерни, подшипники, шлицевые соединения, втулки, шаровые пальцы, кольца поршней Система охлаждения, водяной насос Кузова, кабины, сопряженные поверх­ности Прокладки, крепежные детали, обли­цовка кузова, крылья Соединения в пневматических и гид' равлических системах Приборы электрооборудования Винтовые и заклепочные соединения Кузова, лонжероны рамы, оси, валы, балка передней оси, ведомые диски сцепления

 

2. Теории трения и изнашивания. Понятие об изнашивании и износе. Классификация видов изнашивания и физическая сущность каждого вида.

 

Раз­рушения и повреждения металлических деталей и их сопряже­нии возникают вследствие физических и химических воздейст­вий. Детали могут подвергаться только физическому или химическому воздействию, либо одновременно физиче­скому и химическому.

 

                                                    Двигатель

 

 

 

         Физическое                                                     Химическое

    воздействие                                                  воздействие

 

Физическое воздействие

При физическом воздействии возникают такие виды разру­шений и повреждений:

· деформирование

· хрупкое разрушение

· вязкое разрушение

·  усталостное разрушение

·  тепловое разрушения

· оплавление

Существует два вида деформаций — упругая и пластиче­ская. Пластическое деформирование происходит под действием силовых нагрузок, превышающих предел текучести (при изгибе, лучении, растяжении и смятии поверхностей). При изменении размеров и форм масса самой детали остается прежней. В процессе эксплуатации автомобилей изгибаются и скручива­ются коленчатые и распределительные валы двигателей и валы трансмиссий. Происходит смятие резьбы, шпонок, кузова, опе­рения и т. д. Если при резком возрастании нагрузок напряже­ния в деталях превышают предел прочности, детали разруша­ются.

Хрупкоеразрушение происходит без предварительной дефор­мации и вызывается нормальными напряжениями, вязкое — при значительной деформации касательными напряжениями.

Усталостное разрушение рам, валов, рессор, пружин, шату­нов и других деталей имеет место при циклических нагрузках и связано с пластической деформацией. Вследствие усталостного разрушения работоспособность теряется полностью.

Тепловое разрушение таких деталей, как головки блока, поршни, выпускные коллекторы — результат значительных на­гревании. При этом разрушается созданная ранее структура материалов, и утрачиваются первоначальные эксплуатационные свойства.

Оплавление некоторых деталей (электроды свечей, контакты прерывателей и др.) появляется при электромагнитных воздей­ствиях. Вследствие искровых разрядов частицы металла пере­носятся с анода на катод.

Кроме перечисленных видов разрушений и повреждений может произойти потеря приданных эксплуатационных свойств. Например, некоторые детали приборов электрооборудования (роторы генераторов переменного тока и другие намагниченные детали) под действием электромагнитных сил теряют свои маг­нитные свойства. Рессоры, пружины, торсионные валы утрачи­вают первоначальную упругость.

Химическое воздействие

Значительные разрушения и повреждения многих деталей возникают при химических воздействиях, которые могут вызвать обратимые и необратимые изменения свойств металлов. При коррозии металлы разрушаются вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней (коррозион­ной) средой.

Существует два вида коррозии металлов (сплавов) — химическая и электрохимическая. Химическая коррозия возникает в результате взаимодействия металла со средой (кислородом, водородом, азотом), т. е. атомы металла (сплава) непосред­ственно соединяются химической связью с атомами окислителей. Коррозия наблюдается в тех случаях, когда коррозионная сре­да не является электролитом (газовая коррозия в неэлектропро­водных органических жидкостях, например смазках). Окисли­тельная реакция имеет вид:

,

где

m – число атомов металла

n – валентность металла

При окислении, например, алюминия эту реакцию запишем так:

Чаще всего наблюдается газовая коррозия при контакте ме­таллов .с кислородом, сернистым газом, сероводородом, угле­кислотой и другими газами. В условиях высоких температур и давлений азот и водород тоже вызывают газовую коррозию с образованием нитридов и гидридов. На многих деталях, напри­мер на днищах поршней, распылителях форсунок, вначале об­разуется очень тонкий слой (до 0,1 мкм) нового химического соединения. При длительной работе появляется более толстый слой кристаллического строения (окалина).

Электрохимическая коррозия возникает в водных растворах кислот, щелочей, солей и во влажной атмосфере. Образующий­ся при выходе из металлической решетки катион соединяется не с окислителем, а с другим компонентом окислительной сре­ды. Окислителю передаются электроды, освобождающиеся при образовании катиона.

Коррозия бывает сплошная и местная. Сплошную коррозию в зависимости от глубины коррозионного разрушения на раз­ных участках делят на равномерную и неравномерную. В за­висимости от степени локализации (при местной коррозии) бы­вают коррозионные пятна, язвы и точки. При точеч­ном поражении может появиться подповерхностная коррозия. Поражение также проявляется в виде межкристаллической коррозии.

Рис. 4.1. Виды коррозионных разрушений

Различают следующие типы коррозионных разрушений ста­ли (рис. 4.1): равномерная (а), коррозия пятнами (б), корро­зия язвами (в), коррозия точками (г), коррозионное растрескивание (д), подповерхностная коррозия (е). Для прочности де­талей особо опасны коррозия точками и коррозионное растрескивание, наименее опасна равномерная коррозия. От воздействия продуктов жизнедеятельности бактерий и других организмов возникает биологическая коррозия и под действием радиоактивного излучения — радиационная.

Обычно детали машин подвергаются одновременно физиче­скому и химическому воздействию. Часто одно поле способ­ствует возникновению другого. Например, при трении сталей силовое воздействие способствует образованию теплового, звуко­вого и электромагнитных воздействий, которые влияют на химическое воздействие и таким образом ускоряют процесс разрушения детали.

В результате химических и электрохимических реакций образуются отложения в системе охлаждения, деталях цилиндропоршневой группы, топливной аппаратуры, вы­пускных коллекторах, системе смазки двигателя при старении моторного масла (сажа, смола, лак, продукты окисления).

Итак, в результате различных видов воздействия на детали автомобиля происходит их износ.

Под износом понимают результат изнашивания, определяемый в установленных единицах длины, объема, массы. Различают предельный и допустимый износы. Предельный износ соответствует предельному состоянию изнашиваемого изделия или его составной части. Допустимым называется такой износ, при котором изделие сохраняет работоспособность.

Виды трения и изнашивания.

1. Виды трения и изнашивания

2. Способы оценки износа трущихся деталей.

 

Внешнее трение (трение) есть явление сопротивления отно­сительному перемещению, возникающему между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним.

Наука о внешнем трении имеет большое прикладное значе­ние и ее содержание — это синтез отдельных разделов механи­ки, физики и химии. Трение и изнашивание рассматриваются как сложное явление, при котором необходимо учитывать ме­ханические, физические и химические процессы, возникающие на атомарно-молекулярном уровне в поверхностных слоях при нагружение их трением.

ТРЕНИЕ

                                                                         

                                                                                                                         

 

 Без смазочного  Со смазочным                                Движения              Покоя

материалом       материалом

 

 

  

 Сухое     Граничное  Жидкостное     Скольжения  Качения

 

 

Трение делят на трение со смазочным материалом и без него (сухое трение). В последнем случае вследствие возникновения молекулярного взаимодействия при контакте микровыступов, повышения температуры и давления в отдельных зонах изнаши­вание будет наибольшим.

В условиях граничного трения износ может возникать при локальных разрывах масляной пленки. Такой слой смазки спо­собствует более равномерному распределению контактных на­пряжений (их деконцентрации), уменьшению температурного влияния. Скорость изнашивания при граничном трении намно­го меньше, чем при сухом. В процессе работы пары масляная пленка также изнашивается и теряет свои антифрикционные свойства.

Наименьшее изнашивание наблюдается при жидкостном тре­нии или газовой смазке. Слой смазки предохраняет от непо­средственного контакта двух поверхностей, что способствует уменьшению силы трения и их износа. Каждый участок по­верхности нагрузки нагружен постоянным давлением (стати­ческой нагрузкой). Жидкостное трение может быть обеспечено двумя методами — гидродинамическим или гидростатическим (при подаче смазки под давлением).

Различают также трение движения и покоя, по характеру относительного движения деталей — трение скольжения и ка­чения. При трении скольжения скорости в точках касания твердых тел различны, при трении качения — одинаковы. Трение качения может быть с проскальзыванием — это трение движе­ния двух деталей при одновременном качении и скольжении.

В соответствии с действующим ГОСТом изнашивание де­лится на механическое, коррозионно-механическое и изнашива­ние под действием электрического тока (рис. 13). Механическое изнашивание возникает в результате механических воздейст­вий, коррозионно-механическое — под влиянием механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электриче­ским взаимодействием материала со средой.

 

ИЗНАШИВАНИЕ

 

 

 

Коррозионно-механическое

Механическое

При действии электрического тока

                                                                                     

 

 

 

 

Электроэрозийное

Окислительное При фреттинг-коррозии

Кавитационное Усталостное При фреттинге При заедании

Абразивное Гидоабразивное (гавоабразивное) Эрозийное Гидроэрозионное (газоэрозионное)

 

 

Механическое.

Абразивный износ — наиболее распространенный вид меха­нического изнашивания. При попадании абразивных частиц на трущиеся поверхности происходит резание и царапание поверх­ности с отделением стружки. Абразивные частицы могут попа­дать из окружающей атмосферы при недостаточной фильтрации смазки или образовываться при разрушении микрообъемов тру­щихся поверхностей. Абразивный износ возможен и тогда, когда твердые составляющие одного из сопряженных тел ока­зывают режущее или царапающее воздействие на другое сопря­женное тело. Разновидностью абразивного износа является гидро- и газоабразивное изнашивание, которое возникает в резуль­тате действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (газе) и перемещающихся относительно изнашивающегося тела.

Эрозионное (гидроэрозионное, газоэрозионное) изнашива­ние материала происходит в результате воздействия потока жидкости и (или) газа.

Кавитационное изнашивание относится к гидроэрозионному изнашиванию при движении твердого тела относительно жид­кости, когда пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности. Это приводит к возникновению локальных гидравлических игл огромной силы (поток разрушающих микрогидравлических уда­ров), которые способны разрушить поверхность детали.

Усталостное изнашивание возникает в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъе­мов материала поверхностного слоя. В этом случае может про­исходить наклеп поверхностного слоя с последующим разру­шением материала и отделением его частиц. Такое изнашива­ние может возникнуть при трении качения и скольжения.

Изнашивание при фреттинге — вид механического изнаши­вания соприкасающихся тел в условиях малых колебательных относительных перемещений.

Изнашивание при заедании происходит в результате схваты­вания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неров­ностей на сопряженную поверхность.

Адгезионное ( Адгезия — взаимное сцепление контактирующих тел под действием молекулярных сил) изнашивание возникает в зонах контакта по­верхностей интенсивного молекулярного (адгезионного) взаи­модействия и связано с переносом материала и образованием прослоек. В результате может произойти заедание и отказ со­пряжения.

Коррозионно-механическое

При окислительном изнашивании вследствие окисления ма­териала кислородом образуются тонкие пленки, которые затем удаляются с поверхности трения. В случае трения качения при значительных деформациях в поверхностных слоях легче про­никает кислород и окисляет металл. Затем этот деформированный слой под действием циклических нагрузок подвергается хрупкому разрушению.

Изнашивание при фреттинг-коррозии происходит вследствие вибраций контактирующих поверхностей или периодических де­формаций деталей. При этом виде коррозионно-механического изнашивания имеет место интенсивное абразивное разрушение.

Электроэрозионное изнашивание поверхности возникает в ре­зультате воздействия разрядов при прохождении электрического тока.

---

Дата добавления: 2019-09-08; просмотров: 804; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!