Самостоятельная / работа №2

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Южно-Российский государственный университет

экономики и сервиса

Кафедра

Машины и аппараты бытового

и жилищно-коммунального назначения

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

дисциплине

Повышение надёжности трибосопряжений

машин

Тема:

МЕТОДИКА РАСЧЁТА ПРЕДЕЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ

Преподаватель: ПЕРШИН В.А.,

ПРОФЕССОР, Д.Т.Н.

Практическая работа №2

Дефекты поверхностей деталей классифицируются по несоответствия размеров (74,9%), формы (19,5%), шероховатости (4,9%), физико-механических свойств (0,2%) и нарушению целости (0,5%).

Различают следующие группы дефектов, относящихся к деталям в целом: нарушение целости (трещины, обломы, разрывы и др.); несоответствие формы (изгиб, скручивание, вмятины и др.) и размеров деталей. Может быть и сочетание дефектов. Количественная оценка размеров дефектов необходима при определении отклонений размеров и формы.

Вероятность появления дефектов количественно оценивается на основании обработки статистических материалов и характеризуется коэффициентами повторяемости дефектов.

Коэффициент повторяемости дефекта определяют из выражения:

К_п.д. = , (3.7)

где n_д - число деталей с данным дефектом из общего количества продефектованных; n_в - общее число продефектованных ремонтопригодных деталей.

Ремонтопригодные детали машин характеризуются коэффициентами восстановления.

Коэффициент восстановления определяют по формуле:

К_в = (3.8)

где К_в - коэффициент восстановления; К_г.в - коэффициент годности деталей для восстановления; К_г - коэффициент выхода годных деталей в процессе восстановления; m - кратность восстановления деталей.

Обычно для расчета объемов работ, выполняемых при восстановлении деталей, используют значение коэффициента годности деталей для восстановления, определяемое по формуле:

К_г.в = (3.9)

где n_{в -} число деталей данного наименования, подлежащих восстановлению (ремонтопригодных); n_деф - общее число деталей данного наименования, подлежащих дефектации.

Рассмотрим основные критерии работоспособности типовых деталей, сопряжений. В общем случае критерием, характеризующим работоспособность деталей и сопряжений является условие:

_i [ _i], (3.10)

где _i, [_i] - соответственно текущее (истинное) и предельное значения величины, определяющей неисправность, дефект.

Подшипники скольжения. Работа подшипников скольжения в условиях жидкостного трения характеризуется тем, что трущиеся поверхности будут разделены масляным слоем, имеющим клиновидность. Клиновидность масляного слоя в сопряжении вал-подшипник скольжения может обеспечиваться при наличии зазора и относительного перемещения между трущимися поверхностями. Исследованиями установлено, что наибольший допустимый зазор [_д] в сопряжении вал-подшипник скольжения при жидкостном трении связан с параметрами этой системы зависимостью

[_д] = 13,6 мм, (3.11)

где n - частота вращения вала, об/с; q - удельная нагрузка на вал, Нм^-2; С= - соотношение между размерами подшипника; - длина подшипника, м; d - диаметр вала, м;  - коэффициент абсолютной вязкости смазочного масла, Нс/м².

В общем же случае предельная величина зазора [_пж] в сопряжении вал-подшипник скольжения для условий жидкостного трения определяется по формуле:

[_пж]=, (3.12)

где _н - номинальный зазор в сопряжении двух сопрягаемых поверхностей; R_max=R_max1+R_max2 - наибольшая высота неровностей профилей двух сопряженных поверхностей вала R_max1 и подшипника R_max2 (табл. 3.1).

Таблица 3.1.

Зависимость высоты неровностей профиля деталей от

видов механической обработки

Способ механической обработки	Наибольшая высота неровностей профиля R, мкм	Классы шероховатости поверхности (ГОСТ 2789-73)
1	2	3
Шлифование грубое чистовое тонкое	3,2-10 1,6-3,2 0,5-1,6	6-7 8 9-10

Продолжение табл. 3.1.

1	2	3
Протягивание чистовое отделочное	1,6-6,3 0,5-1,6	7-8 9-10
Лапингование грубое чистовое отделочное	0,8-1,6 до 0,8 до 0,25	9 10-11 12-14
Полирование чистовое отделочное	0,5-1,6 до 0,5	9-10 11-12
Хонингование предварительное окончательное	0,5-1,6 до 0,5	9-10 11-13
Суперфиниширование чистовое тонкое	до 0,8 до 0,25	10-11 12-14
Точение (строгание, расточка) тонкое	0,5-6,7	7-10

Суммарный предельный износ вала и подшипника при жидкостном и граничном трении, очевидно определится как:

 = [_n] -_н . (3.13)

Учитывая выражение (3.10) и коэффициент  отношения скоростей изнашивания подшипника к валу (табл. 3.2), можно определить предельные величины износа вала (_в) и подшипника (_п) по формулам:

_в = ; (3.14)

_п= . (3.15)

Для приближенных расчетов предельных зазоров при жидкостном [_пж] и граничном [_пг] трении достаточно корректными являются формулы [29]:

[_пж] = (2...4,5) _н;

(3.16)

[_пг] = 2,25_н .

Таблица 3.2.

Значение относительных скоростей изнашивания втулок в

подшипниках скольжения

Материал вала	Коэффициент  при использовании подшипника из: _______________________________________ серого чугуна литой бронзы баббита
1. При жидкостности трении - сталь 45, закаленная - хром гладкий - хром пористый	1,1-2,0 18 16	6-7 - -	5-6 - -
2. При граничном трении - сталь 45, закаленная с нагревом ТВЧ - объемная закалка - хром гладкий - хром пористый - металл, термически распыленный наплавленный - электролитическое железо	1,52 1,10 7,50 6,55 0,94 0,68 1,31	8,25 6,93 7,00 5,10 4,50 6,45 11,80	2,82 32,4 42,0 39,9 27,3 51,5 29,2

Практически при частоте вращения цапфы менее 5 с^-1 сопряжения работают в условиях граничного и полужидкостного трения.

В этом случае [_п] = 2,5 _н.

Сопряжения деталей, изготовленных по переходным посадкам. Как известно, к переходным посадкам или посадкам центрирования относятся: глухая - Г(Н7/n6), тугая Т (Н7/m6). Эти посадки чаще всего применяют в разъемных неподвижных соединениях или в сопряжениях, относительно часто подвергающихся демонтажу и переборке в процессе эксплуатации.

От проворачивания при таких посадках детали удерживаются за счет специальных деталей (шпонок, стопорных болтов и др.). В то же время переходные посадки позволяют значительно снижать биение деталей в собранных узлах.

Анализ характера сопряжений по переходным посадкам показывает, что при них в большинстве случаев в соединениях получаются зазоры (в среднем 62%).

Основными критериями для определения максимально-допустимых износов в узлах, собранных по переходным посадкам, могут служить данные об изменениях прочностных характеристик, входящих в них деталей, вызываемых износом их поверхностей, а также показатели, характеризующие нарушение кинематических связей с сопрягаемыми деталями. Первый фактор, как правило, не является лимитирующим при износах деталей, собираемых по переходным посадкам.

Соединения по переходным посадкам неподвижны, в связи с чем изменение размеров поверхности их сопрягаемых деталей вызывается не за счет механического изнашивания металла, а вследствие старения материала, уплотнения микронеровностей во время сборки узлов.

Поэтому, даже после длительной работы изменения первоначальных размеров сопрягаемых поверхностей в узлах, собираемых по переходным посадкам, бывают незначительными.

Нарушение кинематических параметров из-за износа сопрягаемых поверхностей вызывается главным образом появлением дополнительного биения в детали, установленной на вал. Поэтому величина допускаемого износа деталей, входящих в узел, собранных по переходным посадкам, при всех условиях не может быть больше значений, при которых суммарный зазор в сопряжениях [] будет более максимально допускаемого биения охватываемой детали в процессе работы Е_о.

Анализ работы новых узлов, собираемых по этим посадкам, показывает, что допустимое радиальное биение наиболее точной охватываемой детали Е_о не может быть полностью использовано для определения максимальных зазоров в сопряжениях.

Наибольший допускаемый зазор в данном соединении [_nn] необходимо находить из соотношения [30]:

[_nn] , (3.17)

где Е_о - расчетное радиальное биение детали, установленной на вал, мкм (табл. 3.3); К_т - коэффициент запаса точности, учитывающий погрешности изготовления деталей, К_т=(2...5).

Таблица 3.3.

Предельные значения радиального биения

Интервалы номиналь-ных размеров, мм	Предельные значения мкм, при степени точности ____________________________________________________ III IV V VI VII VIII IX X
До 6	3	5	8	12	20	30	50	80
Св. 6 до 18	4	6	10	16	25	40	60	100
Св. 18 до 50	5	8	12	20	30	50	80	120
Св. 50 до 120	6	10	16	25	40	60	100	160
Св. 120 до 260	8	12	20	30	50	80	120	200
Св. 260 до 500	10	16	25	40	60	100	160	250

Износ сопряжений, сопрягаемых по посадкам с натягом. В процессе сборок и разборок, а также в процессе эксплуатации (при наличии вибрации и т.д.) величина натяга в подобных сопряжениях снижается. Наименьший монтажный натяг [_нт] определяют в соответствии с зависимостью:

[_нт] = _minp + 1,2 (R_za + R_zв), (3.18)

где _minp - минимальный расчетный натяг, мкм; R_za , R_zв - высота неровностей на поверхностях втулки и вала при максимальной базовой длине, принимаемые в зависимости от класса чистоты обработки, мкм (табл. 3.1).

Допустимые износы элементов зубчатых и червячных передач. Основными видами повреждений зубьев колес являются: поломка зуба; выкрашивание или отслаивание рабочих поверхностей; задиры или заедания на контактных поверхностях; износ зубьев; пластические деформации поверхностных слоев металла.

На основании теоретических и экспериментальных исследований можно рекомендовать принимать величину допустимого износа зубьев по постоянной хорде в нормальном сечении в среднем равной:

[]_з = (0,1...0,2) m_з , (3.19)

где m_з - модуль зуба, мм.

Величина допускаемого износа шлицев по ширине не должна превышать значения:

[]_ш = (0,05...0,08) , мм, (3.20)

где - ширина зуба прямобочного шлица или размер ширины эвольвентного шлица по диаметру начальной окружности, мм.

Износ цилиндров, поршней, поршневых колец. В результате работы цилиндро-поршневой группы происходит износ ее элементов. У цилиндров наблюдаются отклонения формы (конусности, овальности) и износ по окружности. Допускаемые значения износа цилиндров определяются в соответствии с зависимостью:

[]_ц = СD , (3.21)

где D - номинальный диаметр цилиндра, мм; С - коэффициент износа, равный: С_о=(0,001... 0,003) - при износе по окружности; С_ов =(0,0010,002) - при овальности; С_к =0,001 - при определении конусности.

Нормальный зазор в стыке колец обычно принимается по зависимостям:

[_к] = 0,003D, или

(3.22)

[_к] = tD,

где  - коэффициент линейного расширения колец; t - рабочая температура в зоне колец.

При определении допускаемых значений возможных дефектов деталей, кроме методов, указанных выше, можно использовать практический опыт эксплуатации конкретных деталей, машин [22, 31, 32].

Например, исходя из практического опыта, максимально допустимую величину износа цементированных, азотированных или цианированных зубьев зубчатых передач рекомендуется принимать такой, при которой толщина упрочненного слоя на рабочих поверхностях зубьев, оставшегося после изнашивания, будет не менее 0,2-0,25 мкм. Износ поршневых колец допускается в пределах 1-2 мм по толщине и не менее 0,2 мм по ширине при установке на поршень с неизношенной канавкой, а зазор между ними не должен превышать 0,3 мм.

При определении предельных значений критериев работоспособности подшипников качения можно руководствоваться следующими практическими рекомендациями:

- предельный радиальный зазор у шарикоподшипников

[_шрп] = (0,05-0,32), мм; (3.23)

- предельный осевой зазор у шарикоподшипников

_шпо = (0,18-0,6), мм; (3.24)

- предельный радиальный зазор у роликоподшипников

_рпр = (0,08-0,26), мм; (3.25)

- предельный износ упрочненных рабочих поверхностей цилиндрических зубчатых передач

_цзу = (0,25-0,5)  t_{упр ;} (3.26)

где t_упр - глубина упрочненного слоя зубьев, мм;

- предельный износ конических зубчатых колес, шестерен

_кзш = (0,05-0,08), мм. (3.27)

Для тихоходных зубчатых передач предельным является 30%-й износ зубьев по начальной окружности и 3-10% для быстроходных.

Для сопряжения вал-втулка предельным является увеличение зазора в 2-4 раза от номинального.

Предельный износ резьбы рекомендуется определять по зависимости:

[_р] = 0,1 t_нр , (3.28)

где t_нр - толщина нитки резьбы.

Предельный износ шпоночного паза по ширине:

_шп = 0,2 t_шп, (3.29)

где t_шп - ширина паза.

Если износ шпоночного паза по ширине не превышает 5%, то шпоночные пазы можно применять для сборки при условии исправления их формы и изготовления переходной шпонки с соблюдением характера посадки, указанного на чертеже машины.

В таблице 3.4 приведены предельные значения критериев ремонтоспособности деталей по отдельным их конструктивным элементам и эксплуатационным параметрам, установленные на основе практического опыта.

Таблица 3.4.

Предельные значения критериев работоспособности деталей, сопряжений

Наименование детали, сопряжения, дефекта, критерия	Предельное значение дефекта, критерия, мм
1	2
Подшипники качения: увеличение радиального зазора (общее) увеличение осевого зазора, люфт радиальный износ шарикоподшипников подработка вкладыша	(2,5-4) н 0,3 0,05-0,32 не менее 0,5 н
радиальный износ роликоподшипников осевой износ шарикоподшипников питтинг-коррозия дорожек качения	0,08-0,26 0,18-0,6 не допускается

Продолжение таблицы 3.4.

1	2
Подшипники скольжения: увеличение радиального зазора (общее) то же при граничном трении то же при жидкостном трении подработка вкладыша	(0,01-0,03) dв (1,5-2,25) н (2,0-4,0) н менее 0,5 н
Вал-втулка: зазор посадок подвижных ответственных то же, неответственных уменьшение натяга неподвижных посадок	2н (3-4) н м(0,45-0,86)
Зубчатые передачи: износ в сопряжении вал-зубчатое колесо износ рабочих поверхностей зубьев (общее)2 в быстроходных передачах в тихоходных передачах износ упроченного слоя зуба до толщины износ цементованного слоя усталостный износ поверхности зубьев	Ео /1,4 (0,1-0,2)m (0,03-0,1) tз (0,15-0,3) tз 0,2-0,25 0,8 tc и менее 0,1 tз более 50% поверхности
Шлицевые соединения: износ шлицев по ширине (по начальной окружности)	(0,05-0,08) tш
Цилиндро-поршневые группы: износ цилиндров по окружности то же для предельной овальности то же для предельной конусности износ поршня по диаметру износ поршневых канавок износ колец по толщине по ширине	(0,002-0,003) dц (0,001-0,002) dц 0,001 dц 0,003 dц 0,2 1-2 0,15-0,2
Пружины: неравномерность шага	(0,2-0,3) tпр
Фрикционные муфты, тормоза: износ фрикционного элемента	3-6
Детали станков: износ направляющих повышенной точности то же нормальной точности износ шеек валов износ шеек валов под подшипники качения износ шлицев по ширине	(0,02-0,03) мм/м (0,1-0,2) мм/м (0,001-0,01) dв 0,01-0,02 0,1-0,15

Продолжение табл.3.4.

1	2
Детали обувных, швейных машин износ отверстия нитепритягивателя то же игольной пластины стирание насечек губок	0,8-1,2 1,0-1,5 0,5
Элементы грузоподъемных механизмов: износ стальных канатов по числу обрывов проволочек на шаге свивки то же по износу и коррозии проволочек износ крюков в зеве износ стенок барабанов износ поверхности ручья блока износ стенки ручья	6-40 40% 10% 25% 50% диаметра каната 10%
Прогиб валов при n< 82 с-1 при n> 82 с-1	0,15 мм/м и менее 0,3 на всю длину 0,1 мм/м и менее 0,2 на всю длину

 - В таблице приняты следующие обозначения: _н - номиналь-

ный наивыгоднейший зазор; _м - наименьший натяг в сопря-