Вопрос 3. Влияние изнашивания на долговечность машин

Повышение износостойкости машин является основным ре­зервом увеличения их долговечности. Процесс изнашивания обладает рядом закономерностей: он непрерывен, даже при малых промежутках времени непостоянен — график (кривая износа) представляет собой возрастающую функцию времени (см. рис. 3.2). Из рисунка видно, что скорость изнашивания характеризуется тангенсом угла наклона прямой на линейном,, участке, т. е.

(3.10)

где

dt= ty

Тогда

(3.11)

откуда ty=(и_max - и_n )/tgα (3.12)

Из рисунка видно, что срок службы

Т_сл=t_п+t_y (3.13)

или

(3.14)

где t_п — время приработки; t_y — установившееся время ра­боты (от конце приработки до появления предельного износа детали).

Величины u_max и t_n для данной сопряженной пары постоян­ны, т. е. u_max = соnst и t_p = соnst.

Из формулы (3.14) видно, что срок службы детали Т_сл за­висит от зазора в конце приработки и_п1 и скорости изнашива­ния tgα. С уменьшением tgα срок службы сопряженной.де­тали увеличивается на Δt_y, т. е.

(3.15)

Из рисунка видно, что чем меньше и_п1, тем больше Т_сл. С уменьшением и_п1 до и_п2 срок службы увеличивается на Δt'_y, тогда

(3.16)

Если сопряжение подвергалось разборке, то происходит вторичная приработка (и соответственно увеличение зазора на величину Δи, снижающая срок службы деталей на Δt". Тогда

(3.17)

Исследованиями установлено, что одна разборка сбороч­ной единицы без какого-либо ремонта и обезличивания дета­лей, т. е. при сборке того же сочленения, в отдельных случаях снижает срок службы сопряженных деталей на 25—30 %. По­этому разборка машин в процессе эксплуатации должна произ­водиться только в случае крайней необходимости.

Для определения технического состояния деталей и сбо­рочных единиц необходимо пользоваться приемами и методами технической диагностики без их разборки. Кривая изнашива­ния является основой для прогнозирования ресурса работы механизмов и установления сроков диагностирования. Крити­ческие точки кривой в каждом конкретном случае должны определяться по данным ускоренных испытаний или по стати­стическим данным с использованием математического аппарата теории вероятностей и математической статистики при­менительно к теории надежности машин.

Повышение срока службы в условиях эксплуатации может быть реализовано за счет соблюдения правил приработки, своевременной замены смазочного материала, а также при соблю­дении норм и правил эксплуатации, технического обслужива­ния и ремонта машин.

В общем виде формулу кривой изнашивания, отражающей особенности каждого участка, можно представлять следующим

(3.18)

где k₁ k₂, k₃ — скорости протекания процесса изнашивания по стадиям.

Вопрос 4. Закономерности и характер разрушения основных деталей машин и оборудования

Наиболее характерные виды повреждений, возникающие в результате взаимодействия двух поверхностей, приведены на рис. 3.3.

Если нет относительного перемещения поверхностей, то это, как правило, вызывает их смятие (пластическую деформа­цию). Смятию подвергаются шпоночные и зубчатые соедине­ния, упоры и штифты, оси цепных передач, резьбовые соедине­ния и другие детали машин.

Относительное перемещение поверхностей вызывает их износ, сопровождающийся пластической деформацией.

При малых относительных перемещениях деталей наблю­дается сложное явление, называемое фреттинг-коррозией.

Качение без скольжения (обкатка) двух тел, как правило, вызывает усталость поверхностных слоев, а при недостаточ­ной твердости металлов, кроме того,— смятие.

При относительном скольжении и больших контактных на­грузках наблюдаются абразивное изнашивание и усталость, а иногда и смятие. Следует иметь в виду, что при изнашивании также происходят межмолекулярные взаимодействия (ад­гезия, когезия), эрозия и другие физико-химические процессы, которые протекают каждый раз по-разному, приобретая специ­фические черты.

Таким образом, каждому виду взаимодействия поверхностей соответствует наиболее характерный вид повреждения. Исходя из приведенной классификации и явлений, протекающих при взаимодействии трущихся поверхностей, рассмотрим наиболее характерные виды изнашивания типичных деталей СДМ.

Детали цилиндро-поршневой группы (цилиндр, поршень, кольца) работают в условиях высоких, часто изменяющихся нагрузок, скоростей й температур. Для работы этих деталей характерна граничная смазка, присутствие абразивных и коррозийно-активных веществ. При этом процесс протекает с разрывом или отсутствием масляной пленки.

Износ стенок является результатом механического изна­шивания (преимущественно абразивного) и коррозийно-ме­ханического.

Абразивное изнашивание происходит главным образом из-за попадания в двигатель частиц пыли и продуктов разрушения оксидной пленки, которая на 60—80 % состоит из оксида крем­ния SiO₂, по твердости превосходящего многие-металлы. Ко­личество пыли, проникающей к трущимся парам, зависит от качества фильтрации воздуха, топлива и масла. Исследова­нием установлено, что 1 г пыли, попавшей в цилиндр двигате­ля, изнашивает его в диаметре на 10 мкм.

При работе холодного двигателя абразивное изнашивание обусловливается и продуктами оксидной пленки, поскольку продукты ее разрушения, как правило, тверже исходного ме­талла.