Закономерности изнашивания элементов механического оборудования

В процессе работы машины с ухудшением ее технического со­стояния постепенно меняются условия смазки, динамический ре­жим нагружения, условия теплоотвода, характер взаимодействия деталей в узлах трения, физико-механические параметры матери­алов деталей и показатели эксплуатационных свойств смазочных материалов и рабочих жидкостей. Поэтому закономерности изна­шивания элементов машин во времени отличаются не только для различных узлов трения, но и для разных условий эксплуатации каждого узла.

Наибольшее распространение в качестве теоретической моде­ли изменения износа сопряжения трения во времени получила за­кономерность, предложенная В.Ф. Лоренцом. Такой характер за­висимости износа от времени справедлив для большого числа раз­личных узлов трения, что и послужило основанием для широкого признания указанной кривой.

Однако невозможно ограничиться описанием закономерно­стей изнашивания всех сопряжений с помощью кривой одного типа. В результате анализа многочисленных эксперименталь­ных исследований получена классификация возможных вариан­тов зависимости износа от продолжительности работы трущей­ся пары (рис.15).

Рис. 15. Изменение износа И (сплошная кривая) и скорости изнашивания (штриховая кривая) во времени

График I изнашивания характерен для эле­ментов подшипников скольжения. Графики закономерности II и IV соответствуют плунжерным парам гидронасосов и топлив­ных агрегатов. Графики III, VII и VIII характеризуют абразив­ное изнашивание от фрикционных элементов тормозов и сухих муфт сцепления. Графики V—VI соответствуют изнашиванию некоторых шлицевых соединений. Наиболее часто для описа­ния закономерности изнашивания элементов оборудования применяют выражение:

(44)

где а и b — постоянные коэффициенты, зависящие от режима ра­боты сопряжения.

Примерные значения показателя степени а для следующих со­пряжений оборудования:

подшипники качения и скольжения 1,5

посадочные гнезда корпусных деталей 1,0

зубья (по толщине) шестерен 1,5

шлицы валов 1,4—1,5

валики, пальцы и оси 1,4

фрикционные элементы тормозов и муфт сцепления 1,0

Характер изнашивания и закономерность изменения износа во времени объясняются целым рядом неслучайных причин, действие которых нетрудно прогнозировать заранее. К таким неслучайным детерминированным причинам относятся: увели­чение площади контакта деталей в процессе изнашивания, из­менение физико-механических свойств материала детали по глубине, рост динамических нагрузок и ухудшение условий смазки по мере увеличения зазоров в сопряжениях и т.д. Зная характер изменения каждого из перечисленных факторов, мож­но построить ориентировочную кривую изнашивания сопряже­ния. Однако процесс изнашивания зависит еще и от целого ряда случайных факторов, к которым относятся: нестационарный режим работы машины, колебания свойств материалов дета­лей, смазочных материалов и рабочих жидкостей, воздействие окружающей среды и т.д. Характер изменения и степень воздей­ствия этих факторов обычно трудно предвидеть заранее достаточно определенно. Поэтому процесс накапливания износа де­талями машин обладает большим рассеиванием. Для учета раз­броса значений износа необходимо провести вероятностный анализ изнашивания, позволяющий оценить влияние случай­ных факторов на развитие закономерности.

Для выявления закономерности изнашивания сопряжений проводят лабораторные, полигонные испытания, а также исследо­вания в условиях эксплуатации машин.

Для полного математического описания закономерности изна­шивания необходимо: во-первых, получить зависимость износа от продолжительности работы сопряжения без учета влияния слу­чайных факторов, т.е. по детерминированным значениям факто­ров; во-вторых, определить вероятностные характеристики изна­шивания как случайного (стохастического процесса) и с их помо­щью установить верхнюю и нижнюю доверительные границы — кривые, в пределах которых заключены все возможные реализа­ции износа данного сопряжения.

Области применения закономерностей изнашивания сопря­жений механического оборудования очень широки. Определение зависимости износа детали от времени необходимо для оценки ее ресурса, для расчета объема запасных частей, для планирова­ния управляющих технических воздействий во время эксплуата­ции при прогнозировании надежности оборудования на стадии конструирования.