7.1 Износы
Возникают в зоне трущихся поверхностей над действием абразивных частиц, попадающих в зону трения. Интенсивность износа зависит от состояния рабочих поверхностей детали от давления в понятие контакта, от твёрдости абразива и от защищенности узла трения от пыли.
В практике расчета деталей машин на износ существует большое количество зависимостей, позволяющих оценить интенсивность износа в различных условиях на стадии проектирования, и соответственно получить изменение размеров и форма детали в процессе работы машины в зависимости от ресурса. Предлагаемые теоретические зависимости, в ряде случаев предполагают учет среды изнашивания, однако не в полной мере учитывают процесс эксплуатации чтоб можно было бы оценить интенсивность износа в тех или иных условиях. Зависимость позволяет получить лишь ориентировочную интенсивность изнашивания детали, в зависимости от их формы, от конструктивных особенностей трущихся поверхностей, состояния поверхностного слоя.
Реально, процесс износа протекает под действием внешней среды характеризуемой случайно изменяемой нагрузкой в пятие контакта, наличием абразива в зоне трения и химически активных компонентов и др.
Поэтому оценка условий испытаний на изнашивание должны прежде всего основываться на данных о фактических износах трущихся нар в технике иных условиях, иначе оценка условий испытаний будет давать большие недопустимые погрешности.
Для оценки условий испытаний на износ в рамках их планирование успешно применяется экспериментальный метод получения сравнительных характеристик основанный на кратковременных исследованиях машины в сравниваемых условиях с одновременными измерением размеров деталей.
Приведём пример метода:
Предварительно для исследования автомобильных тормозов выбираем несколько маршрутов по которым предполагается вести испытания тормозов автомобилей на износ. На каждом маршруте экспериментальными заездами устанавливаем режим движения (продолжительность маршрута, скорость, периодичность и интенсивность торможения и др.) Прохождение маршруты рассматриваем как один цикл испытаний.
Каждый цикл выполняется по схеме, приведенной на рисунке:
Схема оценки условий испытаний на изнашивании.
Разность (разница) в размерах деталей дает износ, а их отношение дает значение удельного износа, которое характеризует маршрут с точки зрения изнашиваемости деталей.
Пример приведён относительно тормозных механизмов автомобиля. Таким образом предполагаемый метод определения воздействия предполагаемый метод определения воздействия среды на износ позволяет непосредственно оценить условия и учесть их при выборе условий испытаний.
Усталостное разрушение
Усталостное разрушение элементов конструкции происходит вследствие колебаний массы машина при выполнении ею функциональной работы. Эти колебания происходят от неустановившихся режимов, предрасположенных к усталостным разрушениям, которые приводят к разрушению и отказу машины. Хотя процесс изменения напряжений случаен, но имеющиеся в настоящее время методы позволяют его систематизировать с целью приведения к гармоническому виду, для которого процессы развития усталостного повреждения давно изучаются и располагаемые сведения позволяют приблизительно, но достаточной степенью точности выражать их математически.
Математическое описание процесса усталостного повреждения детали основывается на основании учета его свойств, а определения усталости и уровня переменных напряжений дает возможность оценить и сопоставить воздействия одного режима относительно другого.
Первая попытка предсказать долговечность машины расчетным путем предпринята. Вёлером в 1940-1950е годы (1948год) на основании анализа результатов проведенных испытаний осей ж/д вагонов. Вёлер построил кривую зависимости напряжения от числа принимаемых циклов до разрушения. Эта кривая послужила основной расчёта долговечности деталей машин.
Кривая
Вёлера: имеет следующий вид
(22).
-количество
циклов изменения напряжений i-
го уровня при котором происходит
разрушение элементов конструкции.
-амплитуда
напряжения i-го
уровня, на которое производится расчёт
деталей.
-
амплитуда напряжения, ниже которого
процесс накопления усталостного
напряжения не происходит (предел
усталости)
А и m – параметры, характеризующие положение кривой усталости в системе координат.
Кривая усталости приведена на рисунке:
Кривая
усталости
Из уравнения (22) видно, что долговечность элементов конструкции (определяется из уравнения)
(23).
Памлирен исследовал долговечность подшипников, в 1924 году пришёл к выводу, что разрушение усталости происходит тогда, когда выполняется следующее условие:
(24),
где ni
– количество прилагаемых предметов.
Козлов и Серентсен показали в дальнейшем, что разрушение машины может произойти и в случаях, когда соотношение (24) отлично от 1 и предложили уточнённую гипотезу, в виде:
(25).
На основании большого числа исследований они установили, что коэффициент a находится в пределах 0,5≤a≤<2, а исследование натурных деталей показано, что а изменяется в ещё больших пределах и может достигнуть a=b.
При
дискретном распределении количества
циклов с одинаковыми амплитудами
напряжения условие разрушения от
усталости записывается в виде:
(26),
где
Nir - количество циклов до разрушения при непрерывном действий переменного напряжения на уровне r;
r- количество различных уровней амплитуд.
Подстановка условий разрушения (26) в уравнение кривой усталости (22) даёт:
(27),
где а*А -ресурс детали.
Так
как а*А –нормативный ресурс, то за
единицу работы машины И в условиях “И”
расходуется доля ресурса машины и
являющаяся оценкой режима работы машины
в этих условиях и выражается в виде:
.
Этот показатель удобен тем, что позволяет сопоставить условия испытаний до равного накопленного уровня усталостных напряжений в эксплуатации и при испытаниях, или, иными словами, дозировано назначать объём работы машины до равного с эксплуатационным повреждением
Оценка условий испытаний на коррозионную стойкость элементов конструкции.
Влияние коррозии надёжность машин, хотя и составляет незначительную долю отмеченных повреждений, вызывающих отказ машины, но как реакция машины воздействия окружающей среды (влажность, химические активные реагенты) относится числу факторов, значительно определяющих все свойства надёжности, поэтому оценка антикоррозионных свойств в процессе испытаний машин является не только необходимым по условием и обязательным.
Особенности влияния окружающей среды на элементы конструкции таковы, что первое проявление коррозионной стойкости элементов машины происходит сразу же на начальном периоде эксплуатации с последующим развитием до наступления предельного состояния без учёта работы машины, оказывая влияние на целостность, прежде всего тонкостенных элементов конструкции, затрудняя обслуживание машины и улучшая показатели ремонтопригодности.
Коррозия – такой фактор, который в малой степени зависит от режима испытаний и в большей от агрессивности среды, поэтому формированное воздействие среды зависит от времени этого воздействия.
Для активизации коррозионных процессов создаются специальные коррозионные камеры с соляным туманом и орошением соляным раствором тех мест, где возникают коррозионные повреждения. Для оценки воздействия коррозионной среды на лакокрасочные покрытия, например, автомобиля в коррозионной камере, выбраны показатели:
Длина фронта распространения подплёночной коррозии от очага её появления по поверхности детали.
Глубина проникновения коррозии вглубь металла.
Исходя из этих показателей для коррозионной камеры разработан цикл воздействия на объект испытаний, набором которых оценивается состояние коррозии за любой срок эксплуатации..
Цикл включает:
Шестичасовую выдержку объекта в камере насыщенной солевым туманном 3,5 +_ 0,5% раствора NaCl при t 35…40с
При влажности среды P 95…98%
Пробег = 116 км с распределением его по видам дорог: 48% - асфальт,
12% - булыжной дороги, 28% - щебёночной и 12% - грунтовой дороги
Проезд водяного канала с 5% NaCl в начале и в конце цикла.
Последние 2 позиции выполняются с целью раскрытия коррозионной плёнки для поступления к металлу солевого тумана.
Воздействие на объект испытаний 40 циклfми соответствует 6 годами эксплуатации автомобиля в городских ускорениях средней полосы Европы.