книги из ГПНТБ / Пожитков В.И. Монтаж и ремонт бумагоделательных машин

ішя такого срока службы детали, по истечении которого машина ухудшит хотя бы один показатель работоспособности.

Развитие процесса изнашивания зависит от ряда взаимосвязан­ ных факторов: физико-механических свойств металлов и сплавов, их химической активности, диффузионных и адсорбционных про­ цессов взаимодействия с кислородом и молекулярного взаимодей­ ствия при сопряжении. Эти факторы учитывают при конструирова­ нии узла сопряжения, подбирая требуемые металлы по классифи­

ВИДЫ ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ

Процесс постепенного изменения геометрических размеров деталей в местах сопряжения при работе машин под действием сил трения называется износом. Наибольшее распространение по­ лучили три основные вида износа: механический, тепловой и хи­ мический.

Механический износ. Этот вид износа возникает в результате воздействия на детали сопряжения сил трения, вызывающих изме­ нение установленных зазоров и посадок в местах сопряжения тру­ щихся поверхностей деталей или нарушения прочности материала деталей, вследствие явления усталости. При перемещении одной детали относительно другой более твердые частицы материала царапают менее твердые, вследствие чего на мягком материале образуются мелкие еле заметные канавки.

Износ трущихся поверхностей деталей и узлов машин сопро­ вождается постоянной потерей металла и, следовательно, истира­ нием и разрушением наружных слоев. Образовавшиеся при выра­ ботке мельчайшие частицы деформируются и становятся настолько твердыми, что, попадая между трущимися поверхностями, создают из них бороздки и царапины, увеличивая зазор между поверхно­ стями деталей сопряжения.

Скорость механического износа зависит от физико-механических и химических свойств материала детали, качества обработки ее поверхности, наличия и качества смазки и характера действующих на деталь нагрузок. Усталость металла, как разновидность меха­ нического износа, наступает в результате действия на деталь зна-

'копеременных нагрузок. Внешние признаки явления усталости — мелкие усталостные трещины на поверхности трения, в результате которых происходит разрушение детали, причем внезапно и без остаточной деформации.

Осповидный износ, как разновидность явления усталости ме­ талла, наиболее отчетливо, проявляется на рабочих поверхностях подшипников качения и зубьях колес в зоне начальной окружности. Он обусловлен пластическими деформациями и внутренним напря­ жением и проявляется в виде микротрещин и язвин на рабочих поверхностях.

Тепловой износ. Этот вид износа возникает при трении скольже­ ния с большими скоростями относительного перемещения трущихся поверхностей (и>Зн - 4 м/сек) и большим удельным давлением.

В результате теплового износа на деталях сопряжения появ­ ляются трещины разгара, поверхностная окалина, выкрашивание металла. При частом нагреве и охлаждении, например, чугунные

твердости). Для уменьшения теплового износа деталей их изготав­ ливают из специальных сталей и сплавов. Теплостойкость, т. е. со­

а также трении качения с небольшими нагрузками и сопровожда­ ется двумя взаимосвязанными явлениями: микропластической деформацией поверхностных слоев и диффузией кислорода в де­ формированный металл.

В первой стадии этого процесса окисление наблюдается в не­ больших объемах металла, расположенных непосредственно на по­ верхностях трения. В результате окисления образуются твердые растворы кислорода в металле, которые при относительном движе­ нии деталей сопряжения перемещаются, заполняют неровности на

слои химического соединения кислорода с металлом. Вновь обра­ зуемая структура поверхностного слоя металла имеет высокую твердость и большую хрупкость. Вторая стадия характеризуется разрушением поверхностного слоя в результате механического за­ цепления гребней и выкрашивания. Микропленка и другие мель­ чайшие частицы износа отделяются в виде порошка. Процесс кор­ розийного износа значительно ускоряется, если металл подвергнуть статическому напряжению, особено растягивающему, что объяс­ няется разрывом защитных окисных пленок на поверхности ме­ талла, локализацией электрохимического потенциала и образова­ нием тонких трещин. Совместное действие коррозионной среды II знакопеременных или пульсирующих напряжений нагрузки приво­ дит к коррозионной усталости.

Химический износ в виде поверхностного окисления в той или иной степени наблюдается у всех деталей машин. Скорость износа зависит от твердости окисной пленки и характера среды, в которой работают детали сопряжения. Каждая деталь или сопряжение де­ талей работающей машины подвергается одновременному дейст­ вию нескольких видов износа и разрушений, но имеют четко выра­ женный ведущий вид износа, определяющий стойкость детали или

узла трения, и сопутствующие виды износа. Виды износа опреде­ ляют по внешним признакам путем сравнения с микрофотогра­

тали или образца по нормали к поверхности трения за определен­ ный отрезок времени эксплуатации машины;

по изменению объема детали или образца за принятый проме­ жуток времени;

по потере массы детали или образца за определенный путь тре­ ния;

по обогащению смазочного масла продуктами износа; по изменению глубины искусственных баз (лунок, рисок), на­

мгновенное разрушение деталей, вызванное дефектами запроекти­ рованной конструкции узлов сопряжения машины или материала деталей, неудовлетворительной обработкой деталей и их сборкой,, плохой смазкой, неправильной эксплуатацией машины.

Физический износ машин — это достижение такого предельного состояния, при котором требуется капитальный ремонт. Дальней­ шая эксплуатация машины без ремонта приведет к уменьшению производительности, снижению качества продукции, нарушению безопасной эксплуатации. Моральный износ — достижение такогопериода, когда дальнейшая эксплуатация машин становится эконо­ мически нецелесообразной; в этом случае требуется модернизация для устранения морального износа и повышения технико-экономи­ ческих показателей работы машин до уровня аналогичных машин, более совершенных конструкций.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Процесс изнашивания деталей машин зависит от ряда факто­ ров, основными из которых являются: физико-механические свой­ ства металлов и сплавов, их химическая активность, качество обра­ ботки поверхностей сопряжения, смазка, условия эксплуатации и др.

Материалы

Выбор металлов и сплавов для изготовления деталей машин производится по классификатору, составленному по различным, признакам: химическому составу, способу производства, механиче-

ким свойствам и др. Трущуюся пару проверяют также на взаим­ ную износостойкость по специальному классификатору. Материалы, хорошо сопротивляющиеся износу, называются износостойкими. Относительной износостойкостью называют отношение износостой­ кости данной детали к износостойкости детали — эталону. Согласно этой классификации все металлы и сплавы разделены на четыре группы:

износостойкие в условиях окислительного износа; износостойкие для всех видов износа, кроме абразивного;

износостойкие в условиях трения, исключающих наличие окис­ лительных процессов;

износостойкие.

Для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения и качения применяют металлы и сплавы первой и вто­ рой групп. Меры повышения износостойкости первой группы ме­ таллов и сплавов-—механическое упрочение поверхностей деталей сопряжения, термическая и химико-термическая обработка и др. Повышение износостойкости деталей, изготовленных из металлов и сплавов второй группы, производят добавками легирующих при­ садок, улучшением приработки и смазкой. Металлы и сплавы треть­ ей и четвертой групп не применяют для изготовления трущихся пар.

Наиболее распространенные материалы, применяемые при ре­ монте бумагоделательных машин и вспомогательного оборудова­ ния: чугун, сталь малоуглеродистая и легированная, цветные ме­ таллы и сплавы. Следует отметить, что в трущихся парах наблю­ дается более активное разрушение деталей машин, изготовленных из менее твердого металла при статической нагрузке и более твердого — при динамической. Это явление следует учитывать при проектировании новых и ремонте действующих пар сопряжений деталей машин.

Обработка деталей

Долговечность и нормальная работа механизма или машины зависит не только от точности изготовления (в пределах заданных допусков) деталей сопряжений, но и чистоты обработки соприка­

размеров изношенной детали необходимо в любом случае обеспе­ чить соответствующую шероховатость (чистоту), которая задана рабочим чертежом или техническими условиями.

Условно границу между шероховатостью и волнистостью уста­

отклонение геометрической формы (бочкообразность, вогнутость, изогнутость и др.).

ГОСТ 2789—59 шероховатость поверхности определяет как со­ вокупность неровностей с относительно малым шагом, образующих рельеф поверхности детали и рассматриваемых в пределах опре­ деленного участка, называемого базовой длиной (рис. 81). Базо­ вая длина / устанавливается как длина участка поверхности, выби­ раемая для измерения шероховатости без учета других видов неровностей (например, волнистости), имеющих шаг более /. Длина участка выбирается минимальной в зависимости от предпо­ лагаемого класса чистоты и может включать одну или несколько

оценивается двумя величинами: среднеарифметическим отклоне­ нием профиля Ra и высотой неровностей Rz.

+У

— У

Рис. 81. Шероховатость поверхности

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra — среднее значение (t/i, г/г, • • •. Уп) точек измеренного (действительного) про­ филя до его средней линии определяется по приближенной формуле

где 2 — сумма измерений;

п— число измерений, причем расстояние до средней линии суммируется без учета алгебраических знаков.

Высота неровностей Rz — среднее расстояние между находящи­ мися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии, парал­ лельной средней линии.

отсчитывают числовые значения шероховатости. Она должна иметь форму геометрического профиля. Положение ее в пределах базо­ вой длины определяется как минимальная сумма квадратов рас­ стояний (г/і, г/г, • • • ., Уп) точек профиля до средней линии.

Положение средней линии на профилограмме определяют так, чтобы при делении измеряемого профиля в пределах базовой длины обеспечивалось равенство площадей по обеим сторонам от средней

* Никифоров В. М. Допуски при ремонте деталей лесозаготовительного обо­ рудования. М., 1971, с. 15—17.

В рамки заключены предпочтительные числовые величины шерохо­

приборов (профилеметры, профилеграфы и др.) могут измерять шероховатость только в указанных пределах.

На чертежах все классы чистоты поверхности обозначают рав­ носторонним треугольником, обращенным своей вершиной к обра­

(ГОСТ 2309—62). Поверхности детали (отливки, поковки, прокат),

их надежность, работоспособность, долговечность, изменяя харак­ тер посадок, т. е. прочность неподвижного соединения или вели­ чину зазора в подвижном соединении.

В подвижных соединениях при жидкостном трении вращающие­ ся поверхности разделены слоем смазки и теоретически непосред­ ственно не контактируются. Вместе с тем при остановах, тормо­ жении, пуске, перегрузках и т. д., когда не могут быть созданы условия для жидкостного трения, возникает полужидкостное тре­ ние, при котором смазка неполностью разделяет трущиеся поверх­ ности. Изменяется установленная величина зазора и нарушается ламинарное течение смазки, повышается температура и снижается несущая способность масляного слоя. В этом случае контакт сопряженных поверхностей деталей машин происходит по наиболее высоким вершинам неровностей поверхностей, в результате чего резко увеличивается удельное давление. Последнее может превы­ шать допускаемое напряжение и вызвать вначале упругую, а затем пластическую деформацию. В этом случае произойдет сглаживание отдельных сближенных участков трущихся пар и может быть вы­ рывание частиц металла с одной из трущихся поверхностей при сцеплении (схватывании) неровностей при их совместной пласти­ ческой деформации под действием больших контактных напряже­ ний. В связи с этим в начальный период работы подвижных сое­ динений происходит увеличение зазора между трущимися поверх­ ностями, а иногда и разрушение.

Многочисленными исследованиями установлено, что для вся­ кого удовлетворительно сконструированного и изготовленного под­ вижного соединения, работающего с установившимся режимом, существуют три периода работы: интенсивного износа, в резуль­ тате которого начальный зазор сопряжения повышается; нормаль­ ного (естественного) износа, который соответствует области допу­ стимых зазоров; износа сверх допустимого предела, т. е. аварий­ ного износа.

Для увеличения срока эксплуатации подвижного соединения необходимо сокращать первый период. Это достигается более

точной и чистой обработкой поверхностей деталей сопряжения. Важно установить допустимую величину максимального износа, когда машина или механизм подлежит ремонту. Следовательно, основная задача рационального использования машин или меха­ низмов — проводить меры технического обслуживания, не допус­ кать преждевременного наступления предельного износа деталей сопряженных пар.

Шероховатость поверхности оказывает существенное влияние на прочность неподвижных соединений. Она возрастает с уменьше­ нием неровностей поверхности и, наоборот, уменьшается при сое­ динении деталей с большой высотой микронеровностей, так как при запрессовке происходит смятие их вершин. Уменьшение неровно­ стей поверхностей сопряжения повышает прочность деталей, рабо­ тающих в условиях переменных и знакопеременных нагрузок и особенно при наличии резких переходов, выточек и т. п. Чем чище обработана поверхность, тем меньше вероятность появления тре­ щин в результате усталости металла. Из сказанного следует, что при прочих равных условиях грубо обработанные поверхности сопряжения изнашиваются быстрее, а чистые и гладкие — медлен­ нее. Однако надо иметь в виду, что не всякое повышение чистоты обрабатываемых трущихся поверхностей деталей приводит к умень­ шению их износа. Это можно проследить на примере сопряжения вала в паре с подшипником скольжения. Обработка шейки вала

и гладкая обработанная поверхность хуже удерживает сплошную пленку масла и смазка шейки вала будет затруднена. Это явление следует учитывать при назначении класса чистоты обработки поверхностей сопряжения пар вращения. Износ деталей зависит от многих факторов: шероховатости трущихся поверхностей, свойств

и наклеп. При их оптимальных значениях сокращаются время при­ работки и величина износа, повышается гидродинамический эффект смазки и, как следствие, увеличивается работоспособность и дол­ говечность машины. Шероховатость с заданной характеристикой можно получить у всех деталей, восстанавливаемых механической обработкой. Задача заключается в том, чтобы правильно выбрать эффективный и экономически целесообразный метод восстановле­ ния изношенных деталей, обеспечивающий заданный класс чистоты поверхности.

Смазка

Назначение смазки — уменьшить силу трения и, как следствие, повысить износоустойчивость деталей сопряжения путем частич­ ного или полного отделения одной трущейся поверхности от другой слоем смазывающего вещества (масла), снизить температуру на­ грева и непроизводительную потерю энергии. При перемещений

(сухое) трение, когда между трущимися поверхностями отсут­ ствует смазка; граничное (молекулярное) трение, возникающее при хорошей обработке трущихся поверхностей, когда между ними находится молекулярная пленка смазки толщиной около 0,1 ммк;

прикосновения); жидкостное трение, возникающее между хорошо обработанными трущимися поверхностями, полностью разделен­ ными слоем смазки толщиной не менее 0,5 ммк, причем трение про­ исходит в самой прослойке масла.

р — полное нормальное давление, кг.

Следовательно сила трения пропорциональна давлению и коэф­

Коэффициенты трения скольжения при различной смазке сле­ дующие: пусковой (статический) коэффициент твердого трения fo=0,2H-0,4; коэффициент трения сухого твердого 0,15—0,20; полу­ сухого твердого 0,015—0,15; полужидкостного 0,01—0,05; жидкост­ ного 0,001—0,01.

Коэффициент трения зависит от многих взаимосвязанных фак­ торов: материала трущихся поверхностей, смазки, продолжитель-