Пособие надежность. Ч1

вают радиальные и торцевые биения, отклонения от параллельности, соосности, перпендикулярности и др.

2.Характер контактирования сопрягаемых поверхностей может привести

кизменению жесткости стыков, потере (снижению) герметичности, чрезмерным давлениям. Снижение таких характеристик вызывается отклонениями формы, отклонениями от плоскостности, прямолинейности и др.

3.Погрешности взаимного расположения деталей и элементов машин вызываются также погрешностями их фиксации друг относительно друга.

4.Ряд соединений требует в ходе сборки пригонки и регулирования, которые могут быть выполнены с погрешностями из-за отсутствия соответствующей технологической оснастки и измерительных средств.

5.Характер контактирования деталей на разных участках сопрягаемых поверхностей может оказаться существенно различным из-за нарушения порядка затяжки резьбовых соединений, чрезмерной деформации деталей от сил закрепления. Такие погрешности приводят к перекосам, кромочным контактам, пластическим деформациям деталей.

6.Сборочные приспособления, инструмент, оборудование имеют собственные погрешности, которые в ходе сборки переносятся на соединение, снижая тем самым служебные характеристики машины в целом. Такие погрешности могут быть перенесены целиком или частично, что оценивают в процессе специального технологического анализа.

7.Сборочное оборудование часто настраивают на изготовление конкретного соединения, поэтому погрешности настройки переносятся на соединение, снижая его точностные характеристики.

8.Сборку производят в определенных температурных условиях, колебание которых отражается на точности соединения. Температурные погрешности учитывают, как правило, на основе экспериментальных данных. Этот фактор особенно важен при сборке прецизионных соединений методами охлаждения или нагревания.

9.Деформации, возникающие при сборке, вызывают напряжения в дета-

140

лях и особенно в их поверхностных слоях. Релаксация напряжений в последующем (при эксплуатации) вызывает деформации деталей уже в собранной машине, это снижает ее точностные характеристики.

10.Нетехнологичные конструкции деталей и машин вызывают обычно большие погрешности, чем технологичные, снижая общую надежность конструкции. Технологичные конструкции создают на основе опыта, экспериментов и расчетов.

9. Влияние спектров макро- и микронеровностей на работоспособность поверхностей трения скольжения

В различных отраслях машиностроительного производства широкое применение находят втулочные, вкладышные подшипники скольжения, гидростатические и гидродинамические подшипники жидкостного трения (ПЖТ). В группу высокоточных деталей следует отнести, например, вкладышные подшипники коренных и шатунных шеек коленчатых валов двигателей автомобилей и тракторов, компрессоров, втулки-цапфы и втулкивкладыши ПЖТ прокатных валков и др.

Технические условия, нормы точности и качества сопряженных поверхностей деталей машин являются прямым следствием функционального назначения сборочных единиц. Наличие между трущимися поверхностями масляной пленки толщиной от 3 до 30 мкм и необходимость сохранения её в процессе работы обусловили повышенные требования по нормам точности размеров, формы, взаимного расположения и качества основных поверхностей ряда деталей подшипников скольжения. В связи с этим, основные функциональные размеры деталей подшипников скольжения выполняются по 5-ому, 6-ому квалитетам точности, допустимые отклонения формы поверхностей трения по круглости и цилиндричности в пределах 12 % поля допуска на размер, шероховатость поверхности трения в пределах

Ra=0,04…0,16 мкм.

Согласно общей теории сила трения

141

давление между поверхностями; SФ - фактическая площадь контакта.

Фактическая площадь контакта предопределяется отклонениями формы и взаимного расположения, волнистостью и шероховатостью сопрягаемых поверхностей.

Врезультате статистических исследований спектров отклонений формы и расположения левой и правой опорных шеек валов и сопрягаемых с ними втулок подшипников скольжения установлено, что одноименные гармоники в их спектрах имеют амплитуды неодинаковой величины, которые по фазе не совпадают и носят случайный характер.

Впроцессе вращения центры поперечных сечений левой и правой опорных шеек вала будут занимать переменное положение по углу поворота, а общая ось вала будет осуществлять сложное нутационное движение, определяемое в каждый момент времени значениями текущих ошибок опорных радиусов-векторов шеек вала в точках контакта поверхностей трения

иугловым расположением наиболее выступающих неровностей втулок. Следовательно, в каждый момент времени положение общей оси вала будет определять мгновенное значение приращения ошибки текущего радиусавектора рассматриваемой точки поверхности трения шейки вала, обусловленного переносом некруглости и нецилиндричности контактных профилей поперечных и продольных сечений шеек и втулок подшипниковых опор. Таким образом, изменение зазоров в подшипниках скольжения предопределяется совместным влиянием спектров собственных отклонений формы поверхностей трения и спектров колебательного движения общей оси опорных шеек. Дополнительно на изменение зазоров и толщины масляной плёнки оказывают негативное влияние несоосность и перекос осей поверхностей трения вала и втулок.

142

Следовательно, в соответствии с функциональным взаимодействием поверхностей трения подшипников скольжения их контакт осуществляется по гармоническим составляющим некруглости и нецилиндричности, имеющим доминирующие амплитуды и наиболее неблагоприятное (с точки зрения нормального функционирования) угловое расположение амплитуд. С учётом функции передаточных коэффициентов (2.15) величины фактических зазоров в сопряжении поверхностей трения при неблагоприятном сочетании углового расположения доминирующих амплитуд соответствующих гармоник могут изменяться в несколько раз. Это приводит к неравномерности величины зазора между поверхностями трения подшипников скольжения в поперечных и продольных сечениях и вероятности его перекрытия, что нарушает характер смазки, условия трения, повышает температуру и снижает несущую способность масляного слоя. При пуске, торможении, изменении скоростей, режимов нагружения и в других случаях нормальные условия трения со смазкой нарушаются, так как масляный слой может не полностью разделять трущиеся поверхности. Тогда из-за отклонений формы, расположения, волнистости и шероховатости контакт сопрягаемых поверхностей деталей происходит по наиболее выступающим участкам и работоспособность сопряжения, как свойство надёжности, теряется.

Такое состояние параметров точности формы левой и правой опор обуславливает в процессе работы сборочной единицы сложную траекторию движения вала, дискретность контакта и перераспределение нагрузок по длине поверхностей трения, появление циклических нагрузок на опорных поверхностях втулок, снижение несущей способности и, в целом, надежности подшипников скольжения. Это влияние нестабильности спектров амплитуд и фаз поверхностей трения подшипников скольжения особенно усиливается для многоопорных валов (коленчатых, распределительных).

143

На рис. 2.48 представлено кромочное разрушение баббитового слоя во втулке-вкладыше ПЖТ, вызванное неравномерным распределением и циклическим изменением давлений на поверхности трения.

Рис. 2.48. Разрушение баббита во втулке-вкладыше ПЖТ, вызванное неравномерным распределением давлений на поверхности трения

Одним из важных показателей, обеспечение которого на стадии изготовления деталей связано со значительными трудностями, является стабильность параметров точности формы и качества в поперечных и продольных сечениях высокоответственных за работоспособность пары сопрягаемых поверхностей.

Проведённые исследования заостряют проблему технологического обеспечения стабильности спектров амплитуд и фаз отклонений формы и взаимного расположения поверхностей трения подшипников скольжения. Решение этой проблемы требует более тщательного изучения влияния технологических факторов на стабильность параметров точности формы и взаимного расположения основных рабочих и посадочных поверхностей деталей машин по ходу технологических процессов в целом и, особенно, при

144

выполнении финишных операций.

В случае разрыва масляной плёнки характер трения и износа предопределяется числовыми параметрами шероховатости и типом направлений микронеровностей поверхностей трения, наличием местных неровностей на поверхностях трения, физико-механическими свойствами поверхностных слоёв и др. факторами. На этом этапе взаимодействия поверхностей трения весьма значительное влияние на условия трения и износа оказывают числовые значения параметров шероховатости (Rz, Ra, Rmax, S, Sm, tp %, ГОСТ 2789-73) и тип направлений микронеровностей.

Известно, что весьма существенное влияние на износостойкость поверхностей трения, при прочих равных условиях, оказывает направление микронеровностей, какследовфинишнойобработки.

Для сравнительной оценки типов направлений микронеровностей на рис. 2.49 – 2.52 приведены фотографии поверхностей образцов, обработанных по различнымсхемамшлифованияторцомчашечногоэльборовогокруга.

Рис. 2.49. Вид поверхности образца, обработанного торцом чашечного эльборового круга, α=90°. Тип направлений неровностей – перпендикулярный: а – увеличение х400; б – в режиме высотной модуляции; увеличение х1000

145

При сочетании перпендикулярных типов направлений микронеровностей поверхностей трения имеет место более интенсивный износ по массе, чем при других типах направлений микронеровностей. Более интенсивный износ по массе и неустойчивые изменения всех параметров шероховатости при сочетании перпендикулярных типов направлений микронеровностий на всем периоде наработки свидетельствует о формировании нового микрорельефа поверхностей сопрягаемой пары и, как следствие этого, длительность периода приработки увеличивается. Тогда как изменения всех параметров шероховатости поверхностей образцов, имеющих перекрещивающийся, наклонный или параллельный тип направлений микронеровностей в сочетании с перпендикулярным направлением микронеровностей контртел, происходят более плавно с уменьшением высоты микронеровностей Ra и увеличением относительной опорной длинны tp%, вследствие износа микропрофиля по вершинам микронеровностей. При этом изменение количества пиков микронеровностей после завершения начальной приработки микропрофилей просматривается слабо. В результате явно определяется окончание периода приработки и начала стабилизации момента трения MTP

(рис. 2.53).

Однако наряду с этим в результатах проведённых лабораторных исследований следует отметить, что при сочетании с параллельным типом направлений микронеровностей при наработке 200×103 циклов нагружения наблюдалось появление на поверхностях трения рисок задиров или схватывания. Возрастание диффузионной составляющей процесса схватывания в формировании суммарной силы трения при обкатывании образцов с параллельным типом направлений микронеровностей наблюдается также на постепенном увеличении момента трения (рис. 2.53).

Среди наиболее часто встречающихся причин выхода из строя подшипников скольжения являются натиры на поверхностях трения, наволакивание антифрикционного материала на поверхности шеек валов,

147

схватывание друг с другом сопрягаемых поверхностей втулок и шеек валов, местные разрушения баббита на вкладышных подшипниках, усталостные разрушения баббита за счет циклических нагрузок.

Рис. 2.53. Изменение момента трения пары «образец-контртело» в процессе испытаний на износ образцов с микрорельефами: 1 – перпендикулярным, 2 – перекрещивающимся, 3 – параллельным

148

ГЛВА III. ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

1.Обзор производственных методов контроля радиального биения

Впроизводственной практике контроль радиального биения деталей осуществляется либо с установкой в центрах (рис. 3.1 и 3.2), либо с установкой на призмах (рис. 3.3 – 3.9), а крупногабаритных валов – на двухопорных люнетах (рис. 3.10). При измерении в призмах или на люнетах во избежание осевых смещений предусматривается упор в один из торцов.

7 2

3

2

4

1 5 6

4

Рис. 3.1. Проверка в контрольных центрах индикатором:

1 – плита; 2 – бабки; 3 – стойка индикатора; 4 – центры; 5 – втулка; 6 – оправка; 7 – индикатор

На рис. 3.1 показана проверка величины радиального биения втулки 5, надетой на оправку 6, которая установлена в контрольных центрах 4. Измерение производится индикатором часового типа 7.

Измерение индикаторами радиального и торцового биения шеек и торцов детали, установленной в центрах, показано на рис. 3.2.

Измерение детали, установленной на двух призмах 5 и опирающейся одним торцом в центр 7, показано на рис. 3.3. У этой детали проверяют индикатором 2 радиальное биение вала 1, индикатором 8 – торцовое биение зубчатого колеса

149