Изнашивание деталей подъемно-транпортных машин

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

Процесс изменения физических параметров машинных деталей в условиях эксплуатации называется изнашиванием. Величина изменения этих параметров в принятых единицах измерения называется износом.

Изнашивание деталей машин происходит в основном в результате трения и сопровождающих его механических, физических, химических и тепловых факторов. В то же время ряд деталей может изнашиваться в результате развития усталостных явлений, старения материалов и коррозии.

Изнашивание при трении. Такое изнашивание представляет результат сложных процессов, характер которых зависит от многих факторов. Существует ряд систем классификации видов изнашивания при трении. Так, по классификации М. М. Хрущова виды изнашивания при трении сведены к трем основным группам: механическому, молекулярно-механическому и корро-зионно-механическому.

Механическое изнашивание может иметь подвиды: абразивное изнашивание, изнашивание от пластического течения материала, изнашивание от хрупких разрушений поверхностных слоев.

Абразивное изнашивание поверхности происходит в результате снятия малых стружек под режущим действием твердых частиц или неровностей более твердого из элементов трущейся пары. Такое изнашивание наблюдается как при работе деталей в абразивной среде (челюсти грейферов, захватные и несущие органы машин непрерывного транспорта, трубопроводы, насосы и сортировки установок гидравлического транспорта), так и при работе сопряженных трущихся пар (шарниры, подшипники, работающие в условиях полусухой смазки, тормозные и фрикционные пары, открытые зубчатые передачи).

Изнашивание от пластического течения вызывается постепенным перемещением поверхностных слоев материала в направлении относительного скольжения, что ведет преимущественно к изменению формы поверхности или детали. Оно наблюдается во вкладышах подшипников, но также имеет место на зубцах термически не обработанных зубчатых передач и т. п.

Изнашивание при хрупком разрушении происходит при условиях, когда трущиеся поверхности в результате наклепа от пластических деформаций становятся хрупкими и постепенно разрушаются, последовательно обнажая все новые слои. Это может иметь место при трении скольжения, но особенно характерно для условий трения качения. В частности, таков характер износа рабочих поверхностей термически не обработанных крановых ходовых колес и подкрановых рельсов.

Оспенное изнашивание (питтинги) возникает при циклических контактных напряжениях на твердых поверхностях в условиях качения.

Под действием циклических. касательных напряжений, возникающих под контактными нагрузками, в подповерхностных слоях металла образуются трещины, которые выходят на поверхность и, соединяясь, образуют точечные раковины выкрашивания, в дальнейшем объединяющиеся в каверны большего размера. Такой характер изнашивания наблюдается на рабочих поверхностях подшипников скольжения и зубьях термически обработанных зубчатых колес.

Кавитационное изнашивание возникает при работе металлических деталей в жидкой среде при известных относительных скоростях движения деталей и жидкости, когда в последней образуются зоны пониженного давления. В таких зонах происходит массовое образование пузырьков пара, которые, переходя в зону нормального давления, разрываются, создавая циклические импульсы гидравлических ударов, разрушающие поверхность детали. Это, в частности, может иметь место в насосах установок гидротранспорта.

Молекулярно-механическое изнашивание является результатом молекулярного взаимодействия тесно сближенных поверхностей трущихся деталей. При этом в мгновенных контактирующих точках трущейся пары происходят последовательно схватывания и разрушения образовавшихся связей с появлением выступающих частиц, которые начинают разрушать сопряженные поверхности. В зависимости от условий такое схватывание возможно как при повышенных, так и низких температурах в зонах контакта. Например, так называемое «намазывание» (или «задиры»), наблюдающееся при работе трущихся пар в подшипниках скольжения, первоначально имеет молекулярно-механический характер.

Коррозионно-механическое изнашивание представляет собой процесс коррозионного изменения внешних слоев поверхностей трущейся пары под действием химического агента, сопровождающийся их механическим удалением и обнажением новых слоев, подвергающихся тому же процессу. Такой характер износа наблюдается на вкладышах свинцовистой бронзы двигателей внутреннего сгорания при работе на маслах с повышенной кислотностью.

Одним из подвидов коррозионно-механического изнашивания является окислительное изнашивание. Оно вызывается диффузией кислорода воздуха в деформирующиеся при трении поверхностные микрослои металла, в результате чего в них образуются твердые растворы или соединения с кислородом.

При образовании раствора кислорода в железе износ поверхности идет в форме перемещения (перетекания) поверхностных пленок металла. При образовании твердых кислородных соединений типа карбидов изнашивание развивается в форме выкрашивания поверхности. Окислительный износ наблюдается в цилиндрах и на шейках коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, в зубчатых передачах и подшипниках качения.

Усталостное изнашивание. Как известно, под действием циклических напряжений детали могут разрушаться в результате образования трещин, постепенно развивающихся в зонах концентрации напряжений. В ряде крановых деталей, подверженных циклической нагрузке, усталостные трещины являются едва ли не основным показателем выбраковки детали или элемента. Выбраковка стальных канатов также производится в основном в результате усталостного изнашивания.

Коррозийное изнашивание. Такое изнашивание, т. е. разрушение деталей под действием окружающей среды, может иметь химический характер или—что встречается чаще — электрохимический. Под действием коррозии не только снижается качество поверхностей и уменьшаются сечения, но могут ослабляться и межкристаллические связи в металле, как это, например, имеет место в паровых котлах.

Фретинг-коррозия. Этот вид коррозии поверхностей развивается в местах неподвижных посадок под действием циклических нагрузок и ведет к образованию усталостных трещин.

Развитие износа во времени существенно как для сроков службы деталей и узлов, так и для планирования ремонтных работ. В настоящее время расчетам сроков службы проектируемых деталей и машин в целом начинает уделяться особое внимание в связи с повышением требований к надежности и долговечности машин.

Расчеты на заданный срок службы давно применяются для ряда таких деталей, как подшипники качения, зубчатые передачи, а также для всех деталей, рассчитываемых на усталость по ограниченному пределу циклической прочности. Тем не менее пока такие расчеты, как. правило, не могут быть использованы для планирования ремонта машин, так как действительные сроки службы могут резко отличаться от расчетных.

На практике при планировании износа деталей наиболее часто исходят из предположения о линейной зависимости между временем работы детали и ее износом. Тогда, зная из статистических наблюдений полный срок службы детали, становится возможным планировать ее износ на промежуточные сроки и обратно.

Для многих деталей и, в частности, трущихся машинных пар, стальных канатов, втулочных цепей, предположение о линейном развитии износа близко к действительности.

Развитие износа типичной трущейся пары вал — втулка показано на диаграмме (рис. 1, кривая А).

Рис. 1. Диаграмма развития износа трущейся пары

В начальный период работы пары, длительность которого исчисляется несколькими десятками часов, имеет место относительно интенсивный- износ ее элементов, связанный со взаимной приработкой поверхностей. Этот период, соответствующий зоне I диаграммы, называется периодом приработки.

Затем интенсивность изнашивания начинает снижаться и приобретает стабильный характер в результате повышения класса чистоты трущихся поверхностей и площади их контакта. На диаграмме этот период соответствует зоне II, и здесь изнашивание характеризуется линией, близкой к прямой. Зона II соответствует нормальной работе пары, когда она может нести полную нагрузку и когда развитие износа практически пропорционально времени работы.

В известный момент интенсивность изнашивания пары снова начинает расти и, наконец, приобретает резко прогрессивный характер. Кривая износа при этом сильно изгибается вверх, что соответствует зоне III диаграммы — периоду аварийного развития износа. Видимо, в зоне III величина зазора выходит за пределы, при которых обеспечивается нормальный режим смазки.

Прямолинейный участок кривой А имеет угловой коэффициент tga, характеризующий скорость установившегося износа.

На практике скорость изнашивания v деталей измеряют в микронах за час работы детали. Следовательно, скорость изнашивания на участке II u = tga, если шкала абсцисс принята в’рабочих часах и шкала ординат — в микронах.

Известное представление о скоростях износа машинных деталей дают следующие показатели. Для тихоходных дизелей скорость изнашивания плунжеров топливных насосов, шеек коленчатых валов и поршневых пальцев лежит в пределах 0, 002-0, 15 мк/ч.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒