3. Количественная оценка и измерение износа.
3.1. Два способа оценки степени износа детали.
Внешним проявлением процесса износа и старения является повреждение всей детали, или ее поверхности. Для оценки запаса надежности машины (узла, детали) необходимо численно определить степень ее износа. В то же время изменение выходного параметра машины (узла, детали) зависит от степени износа и старения.
Существуют два основных метода оценки степени износа.
При первом методе выбираются количественные критерии для непосредственного измерения величины изнашивания изделия. В качестве него могут быть выбраны:
величина деформации изделия,
линейный или весовой износ,
глубина и размеры каверн при локальном разрушении поверхности деталей, и т.п..
Этот метод более детально будет описан ниже.
Однако во многих случаях, особенно при локальных видах изнашивания, трудно непосредственно оценить степень повреждения и износа.
При втором методе об изнашивании машины (узла, детали) судят по изменению выходного параметра.
Например, в электродвигателях, при увеличении местного износа подшипников качения и щеток, скорость вращения электромотора падает. То-есть, именно она является выходным параметром, связанным с износом наиболее «чувствительных» деталей машины. По величине этой скорости можно судить об оставшемся ресурсе электродвигателя.
О потере изделием работоспособности, особенно при локальных повреждениях, можно судить по его выходным параметрам, минуя этап численной оценки степени изнашивания. Так, о степени изнашивании многих узлов трения можно судить:
изменению утечек,
увеличению расхода смазки,
по возрастанию температуры
росту коэффициента трения.
Именно по последним двум показателям, например, устанавливают предельное состояние при испытании на долговечность подшипников качения.
Для деталей, несущих рабочие нагрузки, выходным параметром, определяющим их работоспособность, является их жесткость и прочность, по изменению которых можно судить о процессе изнашивания.
Для резервуаров, трубопроводов, и другой гидро и пневмо аппаратуре, о процессе изнашивания и старения можно судить по основному выходному параметру – герметичности (измерение утечки).
Выходные параметры любого изделия являются его основными характеристиками, и их изменение при эксплуатации машины должно быть связано со степенью изнашивания отдельных элементов, и обьяснено теми процессами старения, которые в них протекают.
Такой способ оценки износа находит широкое применение и обладает практическим удобством, т.к. обычно, выходной параметр можно достаточно просто измерить. Недостатком такого метода является его «косвенность», т.к. выходной параметр функционально (или стохастически) связан с износом, но, кроме этого, этот параметр может зависеть еще от других неучтенных (в этой зависимости) факторов.
3.2. Количественные характеристики изнашивания поверхностей (первый метод).
Изнашивание и старение захватывает больше всего поверхность и приповерхностные слои материала, или же ее отдельные участки. При этом изнашивание по глубине происходит неравномерно в различных участках поверхности. Поэтому оценка степени непосредственного изнашивания поверхности деталей (для первого метода) может быть осуществлена двумя группами методов:
интегральными, когда показатель изнашивания оценивает суммарный эффект повреждения,
дифференциальными, когда оценивается степень повреждения в каждой точке или области данной поверхности.
К интегральным методам могут быть отнесены следующие показатели износа деталей.
Средний линейный износ детали Ih
Ih = h / L ( )
Где h - высота истертого слоя (мкм), L - линейный размер поверхности (путь трения, или длина соприкасающихся деталей).
Массовый износ детали Ig
Ig = g / S . ( )
Здесь g – масса истертого материала (г), S – площадь поверхности (см2 ).
Однако интегральные методы оценки величины износа поверхности детали часто недостаточны для суждения о потере работоспособности, потому что основную роль играет, обычно, степень неравномерности износа.
Например, для оценки способности резервуара не давать течи, важна не средняя величина коррозии, а ее максимальная глубина в любой точке поверхности резервуара.
Поэтому более результативными оказываются дифференциальные методы оценки степени износа поверхности, К ним относятся :
линейный износ (мкм) – изменение размера детали при ее изнашивании в направлении, перпендекулярном к поверхности трения,
максимальный износ поверхности детали,
неравномерность износа детали и т.д..
Эти показатели особенно результативны, если они непосредственно связаны с выходными параметрами изделия, такими как его прочность, жесткость, коэффициент трения и другими.