5.1 Механический износ

Износы деталей оборудования по своему характеру можно разделить на две основные группы:

1. естественные (нормальные);

2. аварийные.

Естественный износ является следствием неизбежного трения соприкасающихся поверхностей, воздействия высоких температур, давления и других факторов при нормальных условиях эксплуатации (смазке, скорости, давлении и т.д.).

Механический износ зависит от следующих основных факторов: качества материала деталей, чистоты трущихся поверхностей, наличия и качества трущихся поверхностей.

Чистота обработки поверхности определяет фактическую поверхность контакта трущихся деталей, поэтому качество обработки деталей должно давать такой микрорельеф поверхности, который получается после обкатки.

На рисунке 5.1 показано изменение шероховатости деталей по времени. Как следует из рисунка, шероховатость поверхности стремится к установившемуся значению. При изготовлении деталей необходимо стремится к достижению оптимальной шероховатости, при которой износ и длительность приработки τ₁ будут минимальными. Предельные значения износа деталей или зазора в соединении устанавливаются на основании данных об эксплуатации машины или по нормам.

Рисунок 5.1 - Изменение шероховатости деталей по времени

Механический износ – это также нарушение целостности деталей, срез или смятие (например, шпонки или паза). Механический износ в аппаратах, не имеющих движущихся органов, может происходить за счет эрозии (от латинского «erosio» - разъедание), то есть за счет динамического воздействия движущейся среды на металлические поверхности (в насосах, трубопроводах и др.). Для уменьшения износа применяются специальные антифрикционные чугуны, баббиты, бронзы и другие материалы. Так в центробежных насосах контактирующие кольца (вращающееся и неподвижное) изготавливаются из стали. Скорость износа пары сталь-сталь высока. Замена одного кольца на чугунное позволяет значительно повысить долговечность колец. Так пара чугун-сталь 3Х13 работает на истирание в 2-3 раза дольше, чем пара сталь-сталь.

Для описания процесса износа используют следующие понятия:

Скорость изнашивания – абсолютный износ детали во времени, выраженный в линейных (мкм/ч), массовых (Г/ч) или объемных единицах (мм³/ч).

Интенсивность изнашивания – это отношение абсолютного износа к пути скольжения (в мкм/км). В безразмерной форме (в м/м) интенсивность изнашивания (J) имеет малое численное значение (J=10^-12 - 10^-8). Например, для капрона в диапазоне t^o =90-120 ^oС J= 5∙1О^-8.

Интенсивность линейного изнашивания (безразмерная величина)

J_h =h/L, (5.1)

где h - высота изношенного слоя; L - длина пути трения.

Интенсивность массового изнашивания

J_m = M/FL, (5.2)

где М- масса изношенного металла; F - номинальная поверхность площади трения.

Связь между J_{h и} J_m:

J_{m =} J_h ∙r, (5.3)

где r - плотность металла

При повышении температуры снижается твердость металла, и для описания зависимости интенсивности изнашивания от t^o используется уравнение

J = А∙ехр(ВТ), (5.4)

где А, В постоянные.

Для описания зависимости интенсивности изнашивания от удельной нагрузки (давления) Р обычно применяют степенное уравнение J = cpn, где с,n - постоянные