Глава 3. Износ деталей металлургических машин

В процессе эксплуатации машин в узлах трения развиваются процессы изнашивания, которые на разных периодах эксплуатации характеризуются различными скоростями.

Характер изменения скорости изнашивания с течением времени представлен на рис.3.1.

Рис.3.1. Закономерности изменения скорости изнашивания

Для наиболее общего случая (рис. 3.1,а) в начальный период эксплуатации (период приработки) происходит снижение скорости изнашивания, затем наступает период установившегося износа, который завершается периодом, характеризующимся развитием недопустимых процессов изнашивания, обладающих высокой скоростью.

В ряде случаев период установившегося износа может отсутствовать (рис. 3.1,б) или происходит стабилизация износа и скорость изнашивания монотонно убывает (рис. 3.1,в).

На скорость изнашивания оказывает влияние:

- геометрические и физико-механические свойства поверхностного слоя;

- контактные напряжения и скорость относительного смещения поверхностей трения;

- физико-механические свойства смазочных материалов пар трения;

- окружающая среда.

В соответствии с изменением скорости изнашивания для наиболее общего случая (см. рис. 3.1,а) развитие износа в паре трения с течением времени представлено на рис. 3.2.

Рис.3.2. Зависимость износа от продолжительности процесса трения

Функции изменения скорости изнашивания и величины износа во времени имеют характерные точки 1 и 2, и соответственно им период эксплуатации узла трения может быть разбит на три периода.

1 период. Это период начальной эксплуатации, в который происходит приработка трущихся поверхностей. Как известно, в этот период должна формироваться оптимальная шероховатость, а для этого должны быть созданы определенные условия, рассмотренные в гл. 4.

Если таких условий создано не будет, то в узле трения величина износа достигнет предельно допустимого значения [U] раньше (точка 1''), чем будет сформирована оптимальная шероховатость.

2 период. Это период установившегося износа, период нормальной эксплуатации, характеризующийся постоянством скорости изнашивания, величина которой зависит от вида изнашивания и факторов, указанных выше.

3 период. Период аварийного, недопустимого износа. В точке 2 узел трения достигает предельно допустимой величины износа и его дальнейшая эксплуатация недопустима. Величина предельно допустимой величины износа может лимитироваться толщиной упрочненного слоя, прочностью детали, зазором в соединении, при котором возникают недопустимые динамические нагрузки, условием существования режима жидкостной смазки и др.

Износ сопряжения на различных периодах эксплуатации может быть представлен зависимостями:

U=U +U_п+U_э<=[U];

U=U₀+I_t.п*t_п+I_t.э*t_э<=[U] (3.1)

где U₀ - начальный зазор в соединении;

I_t.п, I_t.э - скорость изнашивания в период приработки и нормальной эксплуатации соответственно;

t_п, t_э - длительность периода приработки и эксплуатации соответственно.

Из представленной зависимости вытекает, что при заданной допустимой величине износа [U] время работоспособного состояния узла трения будет зависеть от:

- первоначального зазора в соединении;

- величины износа в период приработки и длительности периода приработки;

- скорости изнашивания.

Чем меньше величина этих параметров, тем более длителен процесс нормальной эксплуатации узла трения.

Первоначальный зазор в сопряжении зависит от выбранной посадки и от скорости изнашивания малоизнашиваемой детали в восстанавливаемых узлах трения.

Весьма существенного повышения срока службы узла трения можно достичь за счет реализации процесса приработки и сокращения его длительности.

Наиболее широкие возможности по увеличению срока службы узлов трения связаны со снижением скорости изнашивания.