2.4 Характер износа основных деталей машин

Детали и узлы машин изнашиваются неравномерно: в зависимости от условий работы одни детали изнашиваются быстрее, другие – медленнее. Износы деталей машин бывают нормальными и аварийными. Нормальным называют износ, который возникает при правильной эксплуатации, в результате длительной работы машины без заметного снижения качества работы ее. Аварийным называют быстро нарастающий (прогрессирующий) износ деталей, и в течение короткого времени достигающий размеров, при которых дальнейшая работа машины становится невозможной.

Направляющие плоские поверхности – подвергаются механическому износу, который происходит неравномерно по их длине. В результате износа нарушаются плоскостность, прямолинейность и параллельность направляющих, в некоторых случаях и перпендикулярность направляющих к базовым поверхностям. Неравномерные нагрузки на направляющие по их длине приводят к неравномерному износу. Например, прямолинейные направляющие станины токарного станка под действием больших местных нагрузок (давление суппорта при резании) приобретают вогнутость в средней части, а сопрягаемые с ними короткие направляющие суппорта становятся выпуклыми.

Шпиндели станков – являются самыми ответственными деталями и очень сложными в изготовлении. Они подвергаются износу по следующим конструктивным элементам: шейки подшипников, конусные отверстия для инструмента, резьба для крепления патрона, посадочные места для зубчатых колес и шкивов.

Корпусные (базовые) детали. Износ и повреждения возникают по разным причинам. В литых корпусах появляются трещины, износ отверстий под подшипники и резьбовых отверстий. Такие дефекты могут появиться в результате того, что корпусные детали во время работы станка воспринимают значительные нагрузки. Трещины и пробоины могут образовываться и от небрежного обращения с оборудованием.

Валы и оси. Износ валов и осей проявляется в их деформациях (валы становятся изогнутыми, а оси скрученными). На шейках валов образуются надиры; цилиндрические шейки становятся конусными, бочкообразными или некруглыми. Неравномерность износа шеек валов – результат действия разнонаправленных нагрузок при вращении.

Валы передают крутящие моменты, которые создают значительные знакопеременные нагрузки. Под действием этих нагрузок в подвижных сопряжениях разрушается закаленный поверхностный слой, а в неподвижных (посадочное место вала – наружное кольцо подшипника) – уплотняется металл, в результате чего натяг переходит в зазор.

У валов и осей изнашиваются посадочные места под подшипники, ступицы, втулки, шестерни, центровые отверстия, боковые поверхности шлицев и шпоночных канавок. Шлицы валов изнашиваются в основном в верхней части боковой поверхности. Допускаемый износ шлицев по толщине 0,5...2,5 мм (в зависимости от назначения и размеров шлицев). Реже повреждается резьба.

Ходовые винты и гайки – имеют трапецеидальную или прямоугольную резьбу. У винта и гайки изнашивается резьба, нитки становятся тоньше. Износ резьбы, как правило, неравномерный по длине, так как большинство деталей обрабатываемых на станках, имеют меньшую длину, чем ходовой винт. Сильнее изнашивается та часть резьбы, которая работает больше. Гайки ходовых винтов изнашиваются быстрее, чем винты. Причины: резьба гаек плохо защищена от загрязнения, так как ее неудобно очищать от пыли и грязи; в некоторых случаев гайки смазываются неудовлетворительно; в работе участвуют все витки резьбы, тогда как у винтов одновременно работает только небольшая часть его витков, равная числу витков гайки.

Зубчатые колеса и шестерни. Дефектами зубчатых колес (шестерен) являются износ зубьев по толщине и длине, выкрашивание, скалывание и поломка зубьев, трещины на ободе и ступице, смятие шлицев и закруглений торцов зубьев. Менее изнашиваются кольцевые канавки под вилки переключения передач и шлицы ступицы. Допускаемый износ шлицев 1,5...2,0 мм. Износ зубьев по толщине допускается до 0,2...0,5 мм. В шестернях машин выкрашивание цементированного слоя не допускается. Причины износа: частое переключение колес; периодические действия изгибающих моментов (излом зубьев); низкое качество материала и термической обработки; нарушение режима смазки.

Цилиндры и гильзы поршней в двигателях, компрессорах, молотах изнашиваются также неравномерно. Износ происходит на участке движения поршневых колец и проявляется в виде выработки внутренних стенок цилиндра или гильзы. Искажается форма отверстия цилиндра – образуется нецилиндричность, некруглость или бочкообразность. У цилиндров двигателей внутреннего сгорания наибольшему износу подвергается их верхняя кромка, испытывающая самые высокие давления и наибольшие температуры. В кузнечно-прессовом оборудовании, наоборот, наибольший износ в нижней части цилиндра – там, где находится поршень во время удара.

Подшипники качения – износу подвергаются рабочие поверхности. На поверхностях качения появляются язвины, наблюдается отслоения поверхностей беговых дорожек и шариков. Под влиянием излишне плотных посадок подшипников на вал и в корпус шарики и ролики защемляются между кольцами, в результате возможны перекосы и другие нежелательные последствия. Незначительный износ имеют поверхности колец, сопрягающиеся с валом (или гнездом корпуса).

Подшипники скольжения – увеличение размеров и искажение форм отверстий (овальность), появление на рабочих (трущихся) поверхностях задиров, царапин, выкрашивание и истирание поверхностного слоя. В некоторых случаях износ бывает настолько большим, что смазочные канавки почти утрачивают свои очертания, регулировка натяга для компенсации износа становится невозможной.

Резьбовые соединения – износ резьбовых соединений происходит в результате недостаточной или, наоборот, чрезмерной затяжки винтов и гаек. Особенно интенсивен износ, если работающее резьбовое соединение воспринимает большие или знакопеременные нагрузки. Болты и винты при этом растягиваются, искажается шаг и профиль резьбы, гайка начинает «заедать». Грани головок болтов и гаек чаще всего изнашиваются потому, что их затягивают ключами не тех размеров.

Шпоночные соединения. В шпоночных соединениях изнашиваются как шпонки, так и шпоночные пазы. Возможные причины – ослабление посадки детали на валу, неправильная установка шпонки в шпоночный паз.

Дисковые и пальцевые муфты – в результате действия сил трения наибольшему износу подвергаются торцы дисков; на них появляются задиры, нарушается их плоскостность. У пальцевых муфт изнашиваются отверстия полумуфт, в которые входят кольца. Иногда ослабляются и начинают проворачиваться пальцы, что приводит к износу посадочных мест под пальцы.

Шкивы ременных передач. У шкивов для плоских ремней вследствие проскальзывания ремня изнашивается обод, из-за чего ухудшается сцепление между ремнем и шкивом. Наблюдаются также надломы обода, трещины на спицах, износ посадочного отверстия и шпоночного паза. Шкивы клиноременных передач изнашиваются по поверхности канавок. Износ может быть настолько большим, что ремень будет касаться дна канавки что недопустимо. Происходит также излом буртиков, нарушается балансировка шкива.