2. Характерные неисправности деталей

Неисправности деталей машин можно разделить на три группы: износы, механические повреждения, химико-тепловые повреждения.

Износы деталей машин определяются давлением, циклическими нагрузками, режимом смазывания и степенью его стабильности, скоростью перемещений поверхностей трения, температурным режимом работы деталей, степенью агрессивности окружающей среды, качеством обработки поверхности и состоянием поверхностей трения и т.д.

В зависимости от условий работы все детали по виду изнашивания можно разбить на пять групп. К первой группе относятся детали ходовой части мобильных машин, для которых основным фактором определяющим их долговечность, является абразивное изнашивание; ко второй группе – детали, у которых основным фактором, лимитирующим долговечность, является износ вследствие пластического деформирования; к третьей группе – детали, для которых доминирующим фактором является коррозионно-механическое или молекулярное механическое изнашивание; к четвертой группе – детали, долговечность которых лимитируется пределом выносливости; к пятой группе – детали, у которых долговечность зависит одновременно от износостойкости трущихся поверхностей и предела выносливости материала деталей.

Механические повреждения деталей. К таким повреждениям относятся трещины, пробоины, риски и надиры, выкрашивания, поломки и обломы, изгибы, вмятины, скручивания.

Трещины образуются в результате воздействия значительных местных нагрузок, ударов и перенагружений. Они могут появляться в наиболее нагруженных местах рам, блоков, корпусов коробок передач задних мостов и других корпусных деталей различных механизмов.

Пробоины появляются в результате ударов различных предметов о поверхности тонкостенных деталей. К таким повреждениям относятся пробоины на стенках блока цилиндров, крыльях, капотах и корпусах коробок передач и редукторов.

Риски и надиры (ряд рисок) на рабочих поверхностях деталей чаще образуются вследствие загрязнения смазки или абразивного действия чужеродных частиц.

Выкрашивание – дефект, характерный для поверхностей деталей, подвергнутых химико-термической обработке, появляющейся в следствие динамических ударных нагрузок в процессе эксплуатации.

Поломки и обломы возникают при сильных ударах детали; часто наблюдаются на литых деталях. Могут возникать также в результате усталости металла.

Изгибы, вмятины характеризуются нарушением формы деталей и происходят в результате ударных нагрузок.

Скручивание деталей возникает от воздействия большого крутящего момента, связанного с преодолением временных значительных сопротивлений приработке.

Химико-тепловые повреждения деталей по сравнению с другими повреждениями встречаются реже и возникают, как правило, в результате сложных взаимодействий при тяжёлых условиях эксплуатации машин. К таким повреждениям относятся: коробление, коррозия, раковины, образование нагара, накипи, электроэрозионное разрушение и т.д.

Коробление деталей происходит в результате воздействия высоких температур (чаще при нарушении правил эксплуатации машин), приводящих к возникновению структурных изменений и больших внутренних напряжений. Такие повреждения характерны для головок цилиндров автотранспортных двигателей.

Коррозия – процесс разрушения металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой.

Для оборудования характерны сплошная (равномерная и неравномерная коррозия) и местная коррозии.

Сплошная коррозия проявляется в постепенном уменьшении первоначальной толщины элементов сосудов, аппаратов и машин. Скорость коррозии можно заранее рассчитывать, используя данные по коррозионной стойкости конструкционных материалов в конкретных технологических условиях.

Большую опасность представляет местная (избирательная) коррозия. Основными причинами появления местной коррозии, т.е. коррозии, охватывающей участки поверхности деталей машин и аппаратов, являются как внутренние факторы (непостоянство структуры и свойств материала, состояние поверхности, неоднородное напряжённое состояние в элементах конструкции и т.п.), так и внешние факторы, определяемые, прежде всего, условиями взаимодействия металла со средой. Для оборудования характерна местная коррозия, т.е. точечная, контактная щелевая, пятнами и язвами.

Одним из видов разрушения являются коррозионные усталость и растрескивание. Коррозионная усталость возникает при одновременном воздействии циклических растягивающих напряжений и агрессивной среды и обусловлена значительным снижением предела выносливости в специфических условиях по сравнению с пределом выносливости этих металлов на воздухе. Коррозионное растрескивание наблюдается при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних растягивающих напряжений с образованием транскристалличных и межкристалличных трещин.

Для оборудования характерными видами изнашивания являются абразивное, коррозионно-механическое, гидроабразивное, гидроэрозионное и кавитационное.

Наиболее распространенный вид разрушения технологического оборудования – коррозионно-механическое изнашивание, происходящее в результате механических воздействий, сопровождающихся химическими или электрохимическими воздействиями среды на металл. В результате совместного воздействия механического и коррозионного факторов в поверхностных слоях металла происходят взаимосвязанные явления, способствующие активации процессов упругопластичного деформирования, химических или электрохимических реакций.

Гидроабразивное изнашивание происходит в результате воздействия на поверхность металла твёрдых абразивных частиц, взвешенных в жидкости и перемещающихся относительно изнашиваемой поверхности. Такой вид характерен для рабочих колёс и корпусов насосов и т.д. Гидроабразивное изнашивание происходит при наличии значительного числа абразивных частиц в составе технологической среды.

При воздействии скоростных потоков жидких технологических сред на поверхность трубопроводов, деталей насосов, запорной и регулирующей арматуры и тому подобных поверхностей возникает разрушение металла вследствие ударных воздействий турбулентных струй – гидроэрозионное изнашивание. Его разновидность – коррозия при гидравлических ударах и кавитационое изнашивание.

Кавитационное изнашивание происходит в результате воздействия на его поверхность микроударных нагрузок, возникающих при образовании и захлопывании кавитационных полостей и пузырьков.

Раковины (выгорание) образуются в результате местных температурных воздействий на поверхности детали, например раковины на корпусных поверхностях (фасках) выпускных клапанов и т.д.

Нагар образуется в результате взаимодействия сильнонагретых газов и продуктов сгорания топлива и масел на поверхностях деталей. Образовавшийся нагар ухудшает условия теплопередачи и в некоторых случаях приводит к перегреву деталей и образованию на них трещин.

Накипь на стенах рубашки блока появляется в результате использования в системе охлаждения двигателей воды с малорастворимыми в воде солями магния и кальция и механическими примесями.

Электроэрозионное разрушение возникает в результате воздействия на поверхности деталей искровых разрядов. Электроны, вылетающие с катода, выбивают с поверхности анода частицы металла, которые рассеиваются в окружающей среде и частично переносятся на катод.

Неисправности деталей по вероятности их появления можно разделить на три вида: зависимые, равновозможные и независимые (или случайные).

Появление одной из зависимых неисправностей обязательно вызовет появление другой зависимости неисправности или будет сопутствовать последней.

Равновозможные неисправности возникают без закономерной связи друг с другом, но каждая из них в отдельности должна появиться на детали обязательно (закономерно). Вероятности появления таких неисправностей примерно равные.

Случайные неисправности возникают независимо от других неисправностей детали. Они носят случайный характер и при эксплуатации деталей могут и не появиться.

По характеру возникновения зависимые и равновозможные неисправности являются результатом естественного изнашивания, а случайные – результатом только аварии.