Предельные износы и сроки службы деталей.

ЛЕКЦИЯ. Основы надежности.

Влияние условий эксплуатации и режима работы машин на износ их деталей.

Сегодня с трением связана одна из самых острых проблем современности – износ машин и механизмов. Расходы на восстановление машин в результате износа огромны. Причем ежегодно они увеличиваются. Удлинение срока службы машин и оборудования даже в небольшой степени равносильно вводу значительных новых производственных мощностей.

Обычно сопротивление деформации объединяют в общее понятие прочность, а сопротивление разрушению – надежность.

Надежностьлюбого технического устройства – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров.

Надежность является сложным свойством. Оно включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Эти показатели относятся к единичным показателям надежности. Кроме этого есть коэффициент технического использования и др.

С позиции надежности изделия могут находиться в работоспособном, неработоспособном и предельном состоянии.*

Работоспособность машины чаще всего нарушается вследствие физического износа деталей. Их ремонтируют или заменяют. С течением времени службы машины возрастает число деталей, подлежащих ремонту. Соотношение между стоимостью восстановления работоспособности и стоимостью новой машины возрастает. Ее ремонт становится нерентабельным, и хотя конструктивно машина морально еще не изношена, но долговечность ее исчерпана.

К общим понятиям триботехники относятся следующие термины.

Если разрушение происходит не за один, а за многие акты нагружения, причем за каждый акт микроразрушение, то это характеризует долговечность материала. Долговечность материала определяют испытанием на усталость, ползучесть, коррозию, износ и др.

Изнашивание– процесс постепенного изменения размеров тела под воздействием внешних силовых факторов.

Износ – результат изнашивания – представляет собой разрушение поверхностного слоя материала в результате внешних силовых воздействий при трении.

Наличие силовых воздействий отличает износ от коррозии, электрической эрозии и других процессов, также приводящих к поверхностному разрушению материалов.

Различают: Линейный износ- износ, определяемый по уменьшению

размера по нормали к поверхности трения U , [мм, м].

Весовой износ - износ, определяемый по уменьшению

веса детали U , [г, кг].

Объемный износ- износ, определяемый по уменьшению

объема детали U , [мм , м ].

Скорость изнашивания – отношение величины износа ко времени, в течение которого он возник

, [мм/с] (2.1)

Интенсивность изнашивания – отношение величины износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы.

(2.2)

Износостойкость материала является характеристикой его способности сопротивляться изнашиванию в определенных условиях внешнего воздействия.

Относительная износостойкость – безразмерный показатель, характеризующий соотношение абсолютных величин износа двух материалов, из которых один принят за эталон.

Внешнее трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зоне соприкосновения поверхностей по касательным к ним, сопровождаемое диссипацией энергии.

Трение покоя– трение двух тел при микроперемещениях до перехода к относительному движению.

Трение движения– трение двух тел, находящихся в относительном движении.

Трение скольжения– трение движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках касания различны по величине и направлению.

Трение качения– трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению.

Сила трения– сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы.

Скорость скольжения– разность скоростей тел в точках касания.

Коэффициент трения– отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

Коэффициент сцепления– отношение наибольшей силы трения покоя двух тел к нормальной силе, прижимающей тела друг к другу.

Использование машин по назначению в надлежащих условиях и правильная загрузка имеют важное значение для долговечности подвижных деталей. Так, применение для шлифовальных работ станков, предназначенных для нарезания точных резьб, сопряжено с абразивным изнашиванием узлов трения и быстрой потерей станком точности. Расположение точных винторезных станков вблизи станков, обрабатывающих чугунные изделия или производящих сухое шлифование, недопустимо по той же причине.

Могут быть случаи, когда машина хотя и используется для выполнения предназначенных для нее операций, однако характер ее загрузки способствует неравномерному изнашиванию деталей. Обработка коротких винтов на станках, предназначенных для изготовления длинных винтов, приводит к повышенному износу ходовых винтов станков на коротком участке и делает их в дальнейшем непригодными.

Непредусмотренные большие силовые воздействия интенсифицируют изнашивание деталей. Поэтому на прецизионных металлорежущих станках нельзя производить обдирочные работы; припуск на отделочные операции должен быть минимальным, в соответствии с нормативами.

В двигателях внутреннего сгорания повышение нагрузки сверх оптимальной сопровождается ухудшением рабочего процесса, что ведет к сокращению сроков их службы.

Пусковой период машины связан с повышенной интенсивностью изнашивания, зависящей от длительности бездействия машины перед пуском, от температуры деталей и свойств смазочного материала. Пусковым периодом следует считать промежуток времени от момента пуска до момента стабилизации теплового состояния машины. Пусковой период сопровождается изменениями величин и форм зазоров; в отдельных сечениях зазоры могут быть даже нулевыми.

Значительный износ при пуске двигателя обусловлен рядом причин. После остановки двигателя нагретое масло быстро стекает с горячих стенок цилиндров и остается в подшипниках в незначительном количестве. В момент страгивания поршня трение тем больше, чем больше перерыв между остановкой и последующим пуском. Даже в летнее время тепловой режим двигателя при пуске понижен, и температура стенок цилиндра ниже температуры росы кислот, содержащихся в продуктах сгорания. Конденсируясь на стенках, кислоты производят корродирующее действие. Весьма существенно и абразивное воздействие сохранившихся и образовавшихся при пуске продуктов износа. В карбюраторных двигателях топливо, конденсируясь на стенках цилиндра, смывает с них масло. Нормальная подача масла в верхнюю рабочую зону цилиндра начинается только через 3...12 мин после начала пуска двигателя.

Для уменьшения износа полезно перед пуском двигателя провернуть коленчатый вал несколько раз вручную или с помощью стартера. Перед пуском, например, судовых дизелей производят прокачку двигателя маслом, сочетая эту операцию с проворачиванием коленчатого вала на 2–3 оборота валоповоротным устройством. На некоторых авиационных двигателях водяного охлаждения перед пуском после длительной остановки производили принудительную подачу масла в магистраль коленчатого вала для подачи масла в подшипники. Для этой цели в носке вала был специальный клапан.

Переход на более форсированный режим работы машины может значительно ухудшить условия работы трущихся деталей. При эксплуатации дизелей замечено, что вслед за увеличением частоты вращения коленчатого вала давление подачи масла в подшипники заметно снижается и только через некоторое время начинает медленно повышаться до величины, соответствующей скоростному режиму работы машины. Аналогичные явления наблюдаются в случае «разноса» двигателя (вследствие утери гребного винта, заедания плунжеров топливных насосов и других причин).

Повышенный износ деталей ходовой части транспортных машин происходит и в период их остановки. При тормозном моменте колеса, равном или превышающем момент от сил сцепления колеса с полотном дороги, происходит переход от качения к скольжению (юзу). Юз приводит к местной выработке колес по кругу катания и уменьшает срок службы шин из-за истирания протектора.

Работа машины характеризуется нагрузочным, скоростным и тепловым режимами. Одна и та же производительность машины может быть достигнута при различных сочетаниях параметров нагрузочного и скоростного режимов. Некоторый диапазон сочетаний может оказаться наиболее выгодным с точки зрения износостойкости, удовлетворяя вместе с тем требованиям экономичности.

Предельные износы и сроки службы деталей.

Установление предельных износов необходимо для выполнения регулировочных операций и выбраковки деталей в эксплуатации и при ремонте. Для определения предельных износов предложено руководствоваться тремя критериями: техническим, функциональным и экономическим.

Согласно техническому критерию предельному значению износа соответствует: начало резкого возрастания интенсивности изнашивания; предельно допустимое снижение прочности изнашиваемой детали вследствие изменения ее размеров; выходящее за пределы допустимого влияние износа рабочего органа или деталей сопряжения на работоспособность других деталей; самовыключение механизма из работы.

В отдельных случаях значительный износ может привести к нарушению кинематического взаимодействия деталей и в результате – к полному прекращению работы механизма, как, например, при износе храпового механизма или деталей магнитной системы контактора.

Технический признак предельного износа также может привлекаться для оценки допустимого изменения характера неподвижного сопряжения (соединения с натягом, шлицевое и шпоночное соединения) вследствие контактной коррозии, релаксации напряжений и макропластической деформации деталей. Здесь возникают трудности установления числовых значений показателя износа.

Основанием для функционального критерия служит изменение по мере изнашивания функций, выполняемых узлом или машиной. Отклонения размеров профиля проката от номинального вследствие износа валков, погрешности формы обработанного на металлорежущем станке изделия, подача компрессора при заданном давлении на выходе – примеры показателей качества.

Форсированное изнашивание элемента или сопряжения в конце его службы не всегда является единственным основанием для заключения об их непригодности к дальнейшей работе; выбраковка может быть произведена и по другим соображениям, когда аварийной ситуации в элементе или сопряжении еще нет. Это еще более проявляется при подходе к величине износа по функциональному признаку. Плунжерную пару бракуют при установившемся изнашивании даже

невысокой интенсивности, когда утечки превышают установленный предел или нарушается четкость отсечки жидкости. Предельный износ по функциональному критерию соответствует предельно допустимому отклонению качества работы от нормы.

Экономические показатели работы машины положены в основу третьего критерия предельного износа. Наименьшие затраты на единицу выработки при сохранении качества в заданных пределах являются экономическим критерием оптимального срока службы, межремонтного периода, рабочего органа или узла машины. Наибольшая эксплуатационная производительность машины при сохранении качества выработки в заданных пределах – вторая формулировка критерия.

Определение предельного износа рабочего органа или узла (машины) по этой методике состоит в следующем. Так как с увеличением срока службы амортизационные расходы на единицу продукции уменьшаются, а эксплуатационные затраты возрастают, то существует минимум суммарных затрат. Если построить графики амортизационных расходов на единицу продукции в зависимости от текущей выработки, эксплуатационных расходов и суммарных затрат, то значение минимальной ординаты последнего графика определяет предельный срок службы по экономическому критерию.

Если изношенные детали используют после ремонта, то при экономическом анализе учитывают и расходы на ремонты, возрастающие при большей степени износа.

Экономический критерий является наиболее общим, но им можно руководствоваться лишь тогда, когда изменение того или иного показателя износа или совокупности их заметно влияет на экономичность работы машины. В противном случае точность экономического анализа становится проблематичной, и два других критерия в достаточно полной мере удовлетворяют требованиям экономичности. Технические и функциональные признаки являются основными в тех случаях, когда не нужно считаться с рентабельностью работы машины.

Срок службы детали или узла определяют не только по предельным износам в соответствии с тем или иным критерием, но и другими факторами, такими, как усталость, контактная усталость, коррозия, отложения на деталях и др. Износ детали или сопряженной пары нередко характеризуется несколькими показателями. Важно выявить наиболее существенный из них по воздействию на работоспособность. На работу подшипника скольжения влияет не только увеличение зазора. Эллиптичность и другие искажения формы деталей в поперечных сечениях изменяют соотношение между кривизной соприкасающихся поверхностей, поэтому возможности реализации трения при жидкостной смазке становятся иными.

Рассмотрим другой пример. У лемеха плуга при износе его режущей кромки изменяется контур по длине (как по лезвию, так и по стыковой линии с отвалом) и по ширине, уменьшается толщина лезвия. Задача заключается в том, чтобы выяснить, какой из показателей износа ранее других достигает предельного значения. Установлено, что на суглинистых почвах контур лемеха изменяется более интенсивно, чем износ по толщине. Так как качество работы плуга больше зависит от износа лемеха по ширине, то этот показатель износа может быть принят как основной.

Определить скорость изнашивания в реальных парах можно только на основании данных эксплуатации. Но и здесь наблюдается большой разброс результатов. В каждый момент скорость изнашивания деталей является функцией многих переменных факторов, таких, как неполная однородность качества материалов одних и тех же марок, неодинаковые исходные действительные размеры деталей в сопряжениях и колебания зазоров в пределах полей допусков, различные условия эксплуатации, неодинаковое качество перерабатываемого материала в технологических машинах даже в пределах стандарта и т. д.

Необходимо отметить, что средние сроки службы различных деталей одной и той же машины должны быть кратными между собой и кратными межремонтному периоду работы машины.

7-9 с.[2].

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 2701; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!