Что влияет на интенсивность изнашивания деталей
Факторы, влияющие на изнашивание деталей
Сущность явления износа, значение смазки
Машины, станки выходят из строя вследствие износа их деталей. Износ деталей вызывает затраты на ремонт, следовательно, удорожается эксплуатация машин; из-за простоев машин в ремонте снижается производительность предприятия.
Детали оборудования изнашиваются неравномерно; в зависимости от условий работы одни детали изнашиваются быстрее, другие медленнее. В большинстве механизмов износ выражается в увеличении зазора в сочленениях парно работающих деталей.
Износ от действия промывочной жидкости служит причиной быстрого разрушения деталей буровых насосов: цилиндровых втулок, поршней, клапана, штока.
Для каждой детали устанавливают предельно допустимый износ, т. е. величину износа, при которой дальнейшая эксплуатация этой детали недопустима. Обычно предельные износы деталей устанавливают по следующим признакам:
а) снижение прочности и надежности детали;
б) изменение характера сопряжения;
в) влияние изношенных деталей на работу других деталей узла.
Интенсивность (быстрота) изнашивания деталей оборудования в большой степени зависит от условий и режима их работы. Например, в массовом производстве оборудование изнашивается быстрее, чем в индивидуальном. Это прямой результат того, что в условиях массового производства оборудование эксплуатируется более интенсивно.
Интенсивность изнашивания трущейся пары зависит от материала, характера смазки этой пары, от удельного давления и скорости скольжения, от температуры в зоне сопряжения и от окружающей среды (запыленность окружающего воздуха и др.).
Различают следующие виды износа: механический, молекулярно-механический и коррозийный.
Механический износ является результатом работы сил трения при скольжении одной детали по другой. При этом виде износа происходит истирание (срезание) поверхностного слоя металла у совместно работающих деталей, которые поэтому теряют свои геометрические размеры.
Механический износ ускоряется, когда между трущимися поверхностями попадают твердые частицы металла. На поверхностях образуются царапины и бороздки, зазоры между деталями становятся недопустимо большими и нормальная эксплуатация машины нарушается.
Механический износ может вызываться и плохим уходом за деталями оборудования. Наступление износа ускоряется нарушениями в подаче смазки, опозданиями в производстве ремонтов и некачественным ремонтом, сильной перегрузкой машин.
Молекулярно-механический износ заключается в прилипании (схватывании) одной поверхности к другой. Это явление наблюдается при недостаточной смазке, при значительном удельном давлении, когда две поверхности сближаются настолько плотно, что начинают действовать молекулярные силы, приводящие к схватыванию поверхностей при трении. При молекулярно-механическом изнашивании возможно либо сравнительно медленное разрушение поверхностных слоев, либо на поверхности появляются глубокие задиры и вырыв значительных участков (наступает «заедание»),
Коррозийный износ обычно появляется у деталей машин и установок, испытывающих непосредственное действие воды, воздуха, химических веществ, температуры. Если температура воздуха в производственных помещениях неустойчива, то каждый раз при ее повышении содержащиеся в воздухе водяные пары, соприкасаясь с более холодными металлическими деталями, осаждаются на них в виде конденсата. Это вызывает ржавление металла, т. е. соединение металла с кислородом воздуха.
Обычно коррозийный износ сопровождается и механическим в силу сопряжения одной детали с другой. В этом случае будет происходить так называемое коррозийно-механическое изнашивание, т. е. образуется комплексный износ.
Смазке подвергаются соприкасающиеся (трущиеся) рабочие поверхности деталей машин. Они во время работы разделяются слоем смазочного материала (например, масла), и в результате этого мельчайшие неровности, которые в большом количестве имеются на этих поверхностях, не соприкасаются между собой. Уменьшению трения благоприятствует и подвижность смазки. Наконец, масло очень хорошо отводит тепло и уносит частицы металла, обладающие абразивным (истирающим) действием. В то же время смазка предохраняет детали от коррозии.
Когда поверхности двух сопрягаемых деталей полностью разделены слоем смазки и нагрузка воспринимается смазочной пленкой, имеет место так называемое жидкостное трение.
При недостаточной смазке соприкасающихся поверхностей работающих деталей возникает полужидкостное трение, т. е. трение, при котором только часть соприкасающихся поверхностей разделена слоем смазки. Полужидкостное трение появляется в начале движения машины и после ее остановки, когда под тяжестью механизмов смазочное вещество выдавливается и происходит разрыв масляного слоя.
Факторы, влияющие на изнашивание деталей
На процесс изнашивания рабочих поверхностей деталей машин оказывают влияние различные факторы, которые можно разделить на две группы:
1) факторы, влияющие на износостойкость деталей;
2) факторы, влияющие на изнашиваемость деталей.
Факторы, влияющие на износостойкость деталей: качество материала детали и качество рабочей поверхности детали.
К факторам, влияющим на изнашиваемость деталей, относятся: вид трения сопряженных деталей; характер и величина удельных нагрузок на поверхностях трения; относительные скорости перемещения трущихся поверхностей; форма и размер зазора между сопряженными поверхностями; условия смазки трущихся поверхностей; наличие, размер и форма абразива, участвующего в процессе трения, и физико-механические свойства абразива.
Качество материала детали характеризуется его физико-механическими свойствами (прочностью, твердостью, вязкостью), которые в свою очередь определяются химическим составом и структурой.
Из физико-механических свойств твердость оказывает наибольшее влияние на износостойкость материала. Более твердые металлы и сплавы изнашиваются медленнее. Твердые металлы по сравнению с мягкими менее пластичны и оказывают большее сопротивление внедрению абразивных частиц. Исследования показали, что с увеличением твердости стали ее износостойкость повышается.
При выборе материала для деталей, работающих при ударной нагрузке, кроме твердости, следует учитывать еще их вязкость во избежание повышения хрупкости. Детали, изготовленные из малоуглеродистых конструкционных или легированных сталей и подвергнутые поверхностной химико-термической обработке, имеют высокую твердость и износостойкость рабочих поверхностей, а также высокую вязкость сердцевины.
При изготовлении деталей оборудования, работающего в сложных условиях, широко применяются высокопрочные хромистые, хромо-никелевые и другие легированные стали со значительной вязкостью.
На износостойкость металлов и сплавов большое влияние оказывает их химический состав и структура.
Наиболее износостойкий сплав — сталь, имеющая мелкозернистую структуру. Чем выше содержание углерода в стали, тем больше ее износостойкость.
Выводы о связи износостойкости с твердостью металлов:
1) при одной и той же термической обработке возрастание твердости углеродистой стали, вызванное увеличением содержания в ней углерода, повышает износостойкость;
2) износ стали различной структуры и различных режимов термической обработки тем больше, чем меньше ее твердость;
3) стали одинаковой твердости имеют тем большую износостойкость, чем выше в них содержание углерода.
Дата добавления: 2018-04-05 ; просмотров: 3513 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Факторы, влияющие на изнашивание деталей
Процесс изнашивания поверхностей деталей весьма сложен, так как он зависит от большого количества факторов, по-различному сочетающихся в конкретных условиях эксплуатации машины.
На интенсивность изнашивания оказывают влияние различные факторы, которые определяют вид изнашивания и характер нарастания износа. Факторы, влияющие на интенсивность изнашивания, можно подразделить на три основные группы: конструктивные, технологические и экслуатационные.
Конструктивные факторы: 1)Форма и размер сопрягаемых деталей, что определяет развиваемое удельное давление на поверхности трения и характер контактов. 2)Начальные зазоры и посадки сопряженных деталей, соприкасающихся в процессе трения и обеспечивающих наименьший износ; 3)Конструкции деталей и узлов, обеспечивающие наивыгоднейший тепловой режим при работе сопряженных деталей 4)выбор материалов для изготовления сопряженных деталей и системы их смазки в зависимости от условий работы; 5)величина и характер нагрузки, скорости взаимного перемещения детали, режимы работы и др. 6)условия доступа к узлам трения при техническом обслуживании и быстрой смены узлов и деталей в процессе ремонта
Соответствие геометрических объектов деталей характеру их работы, рациональный подбор материалов трущихся поверхностей и начальных посадок в сопряжениях, выбор более надежной системы смазки узлов соответствии с режимом работы узлов – все это оказывает влияние на уменьшение износа.
Технологические факторы: 1)качество материала; 2)качество механической обработки поверхности; 3)вид и качество термической обработки; 4) соблюдения технологических процессов изготовления и сборки.
Эксплуатационные факторы: 1)соблюдение эксплуатационного режима работы; 2)качество применяемых сортов смазочных материалов; 3)соблюдение режима технологии смазки узлов и агрегатов; 4) своевременность и качество технического обслуживания.
Большое влияние на износ оказывают: удельное давление между трущимися поверхностями и скорость их относительного перемещения, качество обработки поверхностей, степень запыленности, температура окружающей среды, качество технического обслуживания.
В условиях приближающихся к сухому трению интенсивность изнашивания находится в прямой зависимости от удельного давления. Три полужидком или жидкостном трении рост удельного давления также вызывает увеличение износа, что объясняется более частыми разрывами пленки смазки, повышение температуры смазки, снижением ее вязкости и другими факторами.
Значительно влияют на износостойкость сопряженных деталей качество обработки сопряженных поверхностей: микрогеометрия, волнистость, шероховатость и направление штрихов
Виды трения и изнашивания
Причины и механизм изнашивания соединений деталей. Эксплуатационные, конструктивные и технологические факторы, определяющие интенсивность изнашивания. Механическая обработка, нанесение износостойкого покрытия для снижения интенсивности трения и истирания.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.03.2018 |
| Размер файла | 22,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.ru/
Размещено на http://www.Allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Волгоградский государственный технический университет
Кировский вечерний факультет
Профиль «Сервис в нефтегазовых комплексах»
Кафедра «Процессы и аппараты химических и пищевых производств»
по дисциплине: «Технологические процессы в сервисе»
Цель: закрепить знания о видах трения и изнашивания
1. Изучить теоретический материал
2. Заполнить таблицу 1
3. Ответить на контрольные вопросы
Примеры трения и различных видов изнашивания
Вид изнашивания и трения
Причина и механизм образования
В зависимости от свойств материала разрушение может иметь различную природу: хрупкое разрушение срезом, малоцикловую усталость, вязкое разрушении. Для ударно-абразивного изнашивания характерно образование на поверхности трения лунок в результате локальной пластической деформации металла.
По пластическому механизму происходит изнашивание резьбовых соединений, вкладышей подшипников скольжения, различных втулок и т.д.
Этому разрушению подвергаются детали буровых долот, камне- и рудомелющих агрегатов, породоразрушающий инструмент пневмо- и гидроударников, детали гусеничного хода машин и др. Усталостное изнашивание (питтинг) заключается в образовании на поверхности трения усталостных трещин под действием повторных знакопеременных сил. Впоследствии микротрещины растут и выкрашиваются. При этом росту трещин и выкрашиванию в них материалов способствует смазка, работающая по механизму расклинивания. Этот вид изнашивания наиболее характерен для трущихся поверхностей газораспределительного механизма (ГРМ), зубчатых передач и т.д.
Этому виду изнашивания подвержены детали водяных, масляных и топливных насосов, гидроусилителей, гидроприводов тормозных и других систем.
Гидро (газо) эрозионное
Этому виду изнашивания подвергаются детали системы охлаждения, системы вентиляции и т. п.
Этому виду изнашивания подвержены наружные поверхности гильз цилиндров, стенки рубашки охлаждения, лопасти водяных насосов и т. п.
Усталостное изнашивание проявляется на поверхностях подшипников качения, зубьев шестерен и т. п.
Анкера, крепящие опору станины машин к фундаментам, стенам зданий. Болты и гайки скрепляющие различные части машин.
Перемещение шестерней по шлицам валов в коробках передач, редукторах.
Шариковые и роликовые подшипники используют в разнообразных машинах: автомобилях, токарных станках, электрических двигателях, велосипедах и т.д.
1. Факторы, определяющие интенсивность изнашивания?
2. Какие основные пути снижения интенсивности механического истирания вы знаете?
3. Какая сила трения больше трение качения или скольжения?
конструктивный эксплуатационный трение изнашивание деталь
1. Факторы, определяющие интенсивность изнашивания?
В результате анализа явления изнашивания элементов оборудования как системы выделены следующие основные факторы, определяющие их долговечность:
Из эксплуатационных факторов наиболее важными являются характер производимых работ и режимы использования оборудования. От этих факторов зависят температурный, нагрузочный и скоростной режимы работы сопряжений, определяющие условия трения и изнашивания деталей. Управляющие воздействия: регулировочные, крепежные и смазочные операции, проводимые в процессе технического обслуживания, позволяют в значительной степени снизить отрицательное влияние агрессивных компонентов внешней среды и внутренних процессов, происходящих в элементах сопряжений, на долговечность машины. Поэтому от содержания и периодичности проведения технического обслуживания во многом зависит интенсивность изнашивания деталей машины. Это особенно важно для машин, работающих в сложных климатических условиях: при повышенной влажности или запыленности окружающей среды, при низкой или повышенной температуре окружающего воздуха.
На износ деталей машин оказывают большое влияние конструкция машины, качество материалов, из которых исполняются детали, технологические процессы, применяющиеся при изготовлении и ремонте деталей, и особенно технические уходы за машинами в процессе эксплуатации.
Износ деталей, подвергающихся истиранию, можно уменьшить следующими способами:
1. Тщательной механической обработкой поверхности (шлифованием, доводкой абразивными брусками, притиркой, развертыванием, прошивкой и тонким точением);
2. Нанесением на поверхность деталей износостойких покрытий (хромированием, металлизацией, наплавкой твердыми сплавами и т.п.);
3. Упрочением поверхности деталей цементацией, сплошной и поверхностной закалками и электроискровым способом;
4. Тщательной приработкой отремонтированных деталей, при которой поверхности приобретают соответствующие условиям трения микронеровности и состояние;
5. Созданием на поверхности трения напряжений растяжения.
Когда соприкасающиеся тела движутся друг относительно друга, между ними возникают силы трения скольжения. Действующая на каждое тело сила трения скольжения направлена вдоль поверхности соприкосновения тел противоположно скорости этого тела относительно другого тела. При скольжении одного тела по поверхности другого возникает сила трения, которую называют трением скольжения. Например, такое трение возникает при движении саней и лыж по снегу.
Если же одно тело не скользит, а катится по поверхности другого, то трение, возникающее при этом, называют трением качения. Так, при движении колёс вагона, автомобиля. Силу трения, как и другую силу, можно измерить с помощью динамометра. При равных нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Эрозионная теория изнашивания. Теория гидроабразивного изнашивания при кавитации. Прогнозирование ресурсных показателей гидромашин. Расчет гидроэрозионного изнашивания. Распределение размеров абразивных частиц насоса. Относительная скорость скольжения.
контрольная работа [473,6 K], добавлен 27.12.2016
Методы изучения защитных металлсодержащих пленок на поверхностях трения. Исследование контактной выносливости тел качения в моторных маслах с различными физико-химическими свойствами в двигателях внутреннего сгорания. Взаимодействие поверхностей трения.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 09.06.2015
Изнашивание деталей механизмов в процессе эксплуатации. Описание условий эксплуатации узла трения подшипников качения. Основные виды изнашивания и формы поверхностей изношенных деталей. Задиры поверхности дорожек и тел качения в виде глубоких царапин.
контрольная работа [179,9 K], добавлен 18.10.2012
Изучение устройства системы смазки двигателя, предназначенной для подачи масла к трущимся поверхностям с целью уменьшения трения, охлаждения поверхностей и удаления продуктов изнашивания из зон трения. Отказы системы смазки, техническое обслуживание.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.03.2010
Классификация подшипников по направлению силовой нагрузки. Достоинства и недостатки подшипников скольжения. Виды трения в зависимости от количества смазочного материала в подшипнике. Виды изнашивания: абразивный, перегрев и усталостное выкрашивание.
презентация [471,3 K], добавлен 25.08.2013
Воздействие режимов нагружения на толщину смазочного слоя и изнашивание деталей трибосопряжений при эксплуатации в режиме «пуск-стоп» и реверсивном движении. Технология изготовления масла с заданным комплексом присадок. Повышение долговечности пар трения.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 07.10.2013
Механизм и роль контактного трения при обработке металлов давлением. Виды трения в условиях пластической деформации. Технологические особенности и проблемы процесса волочения в гидродинамическом режиме трения. Пути его дальнейшего совершенствования.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 03.06.2012
Факторы, влияющие на изнашивание деталей
На процесс изнашивания рабочих поверхностей деталей машин оказывают влияние различные факторы, которые можно разделить на две группы:
1) факторы, влияющие на износостойкость деталей;
2) факторы, влияющие на изнашиваемость деталей.
Под изнашиваемостью подразумевается свойство материала детали поддаваться изнашиванию. Изнашиваемость есть свойство противоположное износостойкости. Факторы влияющие на износостойкость деталей: качество материала детали и качество рабочей поверхности детали. К факторам влияющим на изнашиваемость детали относятся: вид трения сопрягаемых деталей; характер и величина удельных нагрузок на поверхности трения; относительные скорости перемещения трущихся поверхностей; форма и размер зазора между сопряженными поверхностями; условия смазки трущихся поверхностей; наличие. Размер и форма абразива, участвующего в процессе трения и физико-механические свойства абразива.
Качество материала детали характеризуется его физико-механическими свойствами (прочностью, твердостью, вязкостью), которые в свою очередь определяются химическим составом и структурой. Твердость оказывает наибольшее влияние на износостойкость материала. При выборе материала для деталей, работающих при удельной нагрузке, кроме твердости, следует учитывать ещё его вязкость во избежание повышения хрупкости. При изготовлении деталей бурового и нефтепромыслового оборудования, работающего в сложных условиях, широко применяются высокопрочные хромистые, хромоникелевые и другие легированные стали со значительной вязкостью.
На износостойкость металлов и сплавов большое влияние оказывает их химический состав и структура. Наиболее износостойкий сплав – сталь имеющая мелкозернистую структуру. Введение в состав стали добавок кремния, марганца, хрома, никеля, молибдена и вольфрама повышает износостойкость.
Следующим важным фактором, влияющим на износостойкость деталей машин, является качество поверхности трения после механической обработки. Качество обработанной поверхности характеризуется совокупностью геометрических параметров и физико-механических свойств поверхностного слоя материала (чистота, шероховатость поверхностей). На износостойкость поверхностей влияет способность материала детали смачиваться смазкой – способность удерживать на себе слой смазки определенной толщины.
Важнейшим фактором изнашивания является внешние механическое воздействие – вид трения (качение, скольжение) скорость относительного перемещения трущихся поверхностей, величина и характер давления при трении. Износ при трении качения меньше чем при трении скольжения. Удельные нагрузки также оказывают большое влияние на характеристики процесса в поверхностных слоях металла. С увеличением давления увеличивается площадь контакта трущихся поверхностей и интенсивность изнашивания.
Условиями, обеспечивающими минимальную интенсивность изнашивания, являются условия жидкостного трения, при котором сопряженные детали разделены масляным слоем. При соблюдении правильных геометрических форм деталей (вал-подшипник) давления внутри масляного слоя могут превышать в 2,5-3 раза передаваемые рабочие удельные нагрузки. Погрешности геометрической формы приводят к уменьшению несущей способности масляного слоя. Причинами погрешностей могут служить неточности обработки или сборки, изменения структурных параметров сопряжения в процессе работы механизма.
Авербух и др. «Ремонт и монтаж бурового и НП оборудования».
Эксплуатация и ремонт машин и оборудования НиГ промыслов.
Износ деталей в механизмах. Виды, возникновение износа
1. Виды износа
Износом называется постепенное поверхностное разрушение материала детали, сопровождающееся отделением от него частиц, переносом частиц на сопряженную поверхность детали, а также изменением качества поверхности — ее геометрии и свойств и поверхностных слоев материала.
В практике встречается нормальный и катастрофический износ. Нормальный износ может быть заранее оценен и учтен при планировании ремонтных работ, а катастрофический износ выводит машину из строя внезапно.
Уменьшение величины нормального износа и вероятности катастрофического дает увеличение общего срока службы машины, а также снижает стоимость и продолжительность ее ремонтов.
Износ происходит вследствие механического, теплового, химического и электрического воздействия на материал соприкасающегося с материалом трущегося тела, воздействия свободных твердых частиц другого материала или окружающей среды.
Износ, так же как и трение, связан со сложными, недостаточно изученными явлениями в поверхностных слоях материала.
Истирание наблюдается при относительном движении прижатых друг к другу поверхностей. На истирание расходуется часть энергии трения.
Процесс истирания объясняется следующими явлениями:
Абразивный износ наблюдается при попадании на трущиеся поверхности мелких частиц высокой твердости (абразива шлифовального круга, окалины, песка и т.д).
При жидкостном трении свободные частицы, имеющие размеры меньше толщины масляного слоя, оказывают сравнительно слабое влияние на износ поверхностей.
При нежидкостном трении, а также когда размер частиц превышает толщину масляного слоя, наблюдается интенсивный износ поверхностей. Следы износа имеют вид мелких продольных канавок.
Когда одна трущаяся поверхность имеет малую твердость, абразивному износу подвергается главным образом другая поверхность. Это объясняется более прочным удерживанием частиц абразива на менее твердой поверхности за счет того, что частицы под внешним давлением углубляются в менее твердую поверхность и удерживаются в ней, и, следовательно, происходит меньше движения частиц абразива относительно мягкой поверхности, чем относительно твердой.
Задиры на поверхности проявляются в быстром образовании продольных канавок значительной глубины (до 1 мм и больше). Явление задиров для большинства машин относится к категории катастрофического износа. Процесс образования задиров объясняется сцеплением трущихся поверхностей в отдельных местах, вырыванием значительного количества металла с одной поверхности и появлением нароста на другой. При дальнейшем относительном движении поверхности нарост вызывает появление задира и дальнейшего прогрессивного разрушения поверхности.
Большая опасность задира получается при поверхностях из одинаковых металлов. Попадание абразивных частиц может послужить самостоятельной причиной задира (при достаточно крупных частицах) или способствовать началу описанного выше процесса вследствие повышения удельного давления в точке, расположенной впереди зерна абразива, где происходит выпучивание металла.
Усталостное выкрашивание заключается в отслаивании частиц металла с трущихся поверхностей вследствие явления усталости при периодически изменяющихся нагрузках. Явление усталостного износа обычно наблюдается в высших кинематических парах, главным образом при обильной смазке. Последнее объясняется внедрением жидкости в микротрещины на поверхности, что способствует разрушению последней. Смятие, постепенно возрастающее, наблюдается при недопустимо больших удельных давлениях или при плохо подогнанных, выставленных и обработанных, не прошедших предварительной приработки поверхностях.
Коррозионный износ является следствием химического или электрического воздействия среды; на интенсивность коррозии оказывает большое влияние нагрев поверхности детали, ускоряющий процесс износа.
Факторы, влияющие на износ трущихся поверхностей:
Обычно износ металлов получается тем меньше, чем выше их твердость. Поэтому для повышения износостойкости рекомендуется применять для поверхностей стальных и чугунных деталей термическую обработку, насыщение поверхностных слоев соответствующими веществами (цементация, азотизация), а также поверхностные покрытия износостойким материалом (например, хромом, твердым сплавом).
При необходимости для термообработки отдельных участков крупных стальных и чугунных деталей производится по-
верхностный нагрев нужных мест токами высокой частоты или газовым пламенем, а покрытие твердым сплавом производится методом электроэрозионной обработки.
2. Способы выражения величины износа
Износостойкость является эксплуатационным или служебным свойством материала, детали или сопряжения (трущихся поверхностей), поэтому износ может выражаться различными способами, ближе всего характеризующими их служебное назначение. Во многих случаях наиболее удобно выражать износ величиной уменьшения линейного размера тела в направлении, нормальном к поверхности (линейный износ). Если линейный износ Δh произошел на пути трения Δs за время Δt, то отношение Δh: Δs явится «интенсивностью линейного износа», или «темпом линейного износа», а отношение Δh: Δt – «скоростью линейного износа».
3. Учет приработки
Во всех процессах трения и изнашивания важное значение имеет приработка в начале эксплуатации машины. Приработкой называется процесс постепенного изменения в результате изнашивания начальной микрогеометрии (ее величины и напраления) и взаимного прилегания обеих поверхностей деталей до достижения стабильной шероховатости и постоянной величины прилегания.
В интенсивности изнашивания сопряжений деталей машин часто наблюдаются периоды приработки а, характеризующиеся повышенным размерным износом, и нормальной работы б, более устойчивой к износу (рис. 3).
Рис. 3. Интенсивность износа на стадиях: а — приработки; б — нормальной работы
Во время приработки интенсивность изнашивания постепенно снижается. Одновременно с явлениями изменения шероховатости и увеличения поверхности прилегания часто в процессе приработки происходит изменение физико-механических свойств поверхностных слоев трущихся металлов, поскольку в контакте преобладают пластические деформации (главным образом вследствие наклепа).
Высота и характер макро- и микронеровностей на трущихся поверхностях оказывают большое влияние на первоначальную стадию износа и изменение размера детали после приработки, потому что при уменьшении площади контакта поверхностей, из-за макро- и микронеровностей, возникают более высокие контактные напряжения, чем при более полном их прилегании.
Применение отделочных операций (выхаживания, суперфиниширования, хонингования, шабрения, притирки, доводки и др.) при обработке трущихся поверхностей уменьшает высоту неровностей и позволяет обеспечить более полное их прилегание.
Улучшение поверхностей трения происходит также в процессе первоначальной приработки, которая для устранения опасности задиров часто производится на пониженных режимах работы.
Заданным внешним условиям трения (нагрузка, скорость, смазка и т.п.) соответствует определенное состояние приработанности; при утяжелении этих условий происходит дополнительная приработка поверхностей.
4. Влияние условий работы на износ деталей
Распределение износа между трущимися поверхностями, а также по их длине и ширине имеет большое значение для работы механизма, долговечности деталей и стоимости ремонта.
В каждой трущейся паре предпочтителен более сильный износ простой и легко заменяемой детали и менее сильныйсложной и дорогой. При конструировании машин это учитывается соответствующим выбором материалов:
Распределение износа по поверхности трения зависит от формы поверхности и условий работы пары.
Во вращательной паре с одним неподвижным и одним вращающимся элементами имеют место три следующих характерных случая распределения износа (а — подвижный вал, б — вал неподвижный).
Рис. 4. Вращение при постоянной нагрузке
Рис. 5. Вращение с приложением вектора силы в одной точке
К этому же случаю (рис. 6, в) относятся два вращающихся с различной скоростью элемента при постоянном направлении вектора нагружающей силы.
Рис. 6. Вращение вектора силы и подвижного элемента с разными угловыми скоростями
В двух первых случаях линейный суммарный износ может получиться меньшим, если из более износостойкого (твердого) материала будет изготовлена деталь с местным характером износа. Однако на практике обычно применяется обратное соотношение твердости поверхности материалов деталей по следующим соображениям:
Незначительное по величине уменьшение радиуса кривизны твердой равномерно изнашивающейся детали компенсируется местным износом другой детали, при этом зона контакта α (рис. 7, а) практически не уменьшается и удельное давление на поверхностях не возрастает.
Рис. 7. Характер изменения зоны контакта
Если же соотношение твердости поверхностей взять обратным рассмотренному, то сильный равномерный износ Δ1 мягкой детали при слабом местном износе Δ2 твердой детали приведет к значительному уменьшению зоны контакта α (рис. 7, б), увеличению удельного давления и повышению интенсивности износа;
Третий случай (рис. 6, в) характеризуется наименьшей величиной линейного суммарного износа поверхностей. Смещения оси вращения вследствие износа здесь не произойдет, нарушение же положения центра вращения поверхности будет равно сумме радиальных износов обоих элементов. Удельная работа трения, приходящаяся на единицу площади поверхности и равная произведению силы трения на относительное перемещение поверхностей, будет одинакова и равномерно распределена по обеим поверхностям. Поэтому выбор соотношения твердости поверхностей деталей диктуется только желанием сконцентрировать износ на той или иной детали по соображениям удобства ремонта. Обычно в таких случаях обе поверхности стремятся выполнить с возможно большей износостойкостью.
Третий случай в чистом виде на практике встречается редко. Примером использования рассмотренного принципа может служить посадка неподвижного наружного кольца шарикоподшипника в корпус механизма с небольшим натягом; как установлено практикой, кольцо при работе постепенно поворачивается, обеспечивая равномерный износ дорожки, по которой катаются шарики.
В поступательной паре всегда наблюдается тенденция к неравномерному износу поверхностей в связи с тем, что отдельные участки последних периодически выходят из соприкосновения.
Неравномерный износ поверхностей со временем приводит к искажению их формы и нарушению правильного контакта. Чтобы ослабить это явление, следует для детали, имеющей равномерное или близкое к нему распределение удельной мощности сил трения, выбирать менее твердый материал, чем для сопряженной детали, работающей с сильно изменяющейся по длине удельной мощностью сил трения.
Постоянство режима работы пары облегчает борьбу с износом. Например, если вал работает с постоянным числом оборотов в минуту, имеется возможность выбрать для его подшипников оптимальный режим жидкостного трения; если же число оборотов в минуту меняется в пределах 1:50 (металлорежущие станки), становится невозможным обеспечить жидкостное трение в подшипниках на всем диапазоне скоростей вращения. В этом случае выгодно применять подшипники качения.
Режим работы кинематических пар нарушается при разбеге и выбеге машины. Наблюдениями установлено, что подшипники автомобильного двигателя за периоды разбега и выбега изнашиваются больше, чем за все время работы при установившемся движении. Одной из действенных мер борьбы с повышенным износом при разбеге машины является обильная подача смазки перед пуском машины насосом или ручным лубрикатором.