6.4. Особенности изнашивания основных типов деталей горных

машин и оборудования.

Наряду с общими основными закономерностями процесса изнашивания деталей машин, протекание этого процесса в деталях разных типов и разного назначения (зубчатых колесах, валах, подшипниках качения, цилиндрах, поршнях, кольцах и др.) имеет свои существенные особенности, обусловленные спецификой работы, видом, величиной и характером распределением нагрузок, рабочими скоростями и пр.

При работе зубчатых колес между профилями зубьев одновременно возникают трение скольжения и трение качения, разрушающие рабочую поверхность зубьев. В результате износа зубьев нарушается правильность зацепления, усиливается неравномерность передачи усилия, растет боковой зазор между зубьями, увеличивается шум, падает КПД передачи и появляются динамические ударные нагрузки, особенно припуске и реверсировании привода.

Вследствие усталости материала под действием циклической нагрузки на контактной поверхности профиля зубьев может появиться выщербление, выккрашивание металла (питтинг), характеризующиеся появлением в зоне начальной окружности по длине зуба многочисленных осповидных углублений.

Зубчатые колеса с цементированными зубьями выбраковываются из-за растрескивания и выкрашивания цементированного слоя поверхности зубьев, толщина которого в среднем равна 1 мм. Наибольший износ цементированных зубьев не должен превышать 0,8 толщины цементированного слоя и 0,1 толщины зуба по начальной окружности.

Аналогичная картина износа наблюдается и на зубьях колес из среднеуглеродистых сталей с поверхностной закалкой токами высокой частоты, только толщина закаленного слоя в этом случае в 2 – 3 раза выше, а твердость поверхности зубьев на 10 – 15 % ниже. По этой причине большинство зубчатых колес изготавливается из низко углеродистых легированных сталей с цементацией и последующей закалкой.

Ориентировочный срок службы зубчатых колес определяют из условия, что глубина износа профиля по начальной окружности  (мм) прямо пропорциональна мощности N_тр (кВт), затрачиваемой на трение, и продолжительности работы передачи Т (ч) и обратно пропорциональна площади рабочей поверхности F (мм²) всех зубьев колеса, т. е.

 = сTN_тр/F,

где с – коэффициент изнашивания зубьев, зависящий от материала зубьев и состояния поверхности трения, мм²/кВтч.

Из этой формулы может быть определен срок службы зубчатых колес:

Т = F/cN_тр.

Для зубчатых колес горных машин глубину износа  зубьев принимают в пределах 8 – 15 % толщины зубьев по начальной окружности в зависимости от их назначения, что в долях нормального модуля m составит

 = (0,1 – 0,24) m

Валы выходят из строя в основном из-за развития усталостных трещин, так как наряду с периодическим крутящим моментом, подвержены действию циклической изгибающей нагрузки, меняющей свое направление по крайней мере один раз за каждый оборот вала, и значительно реже – от аварийных статических нагрузок, превышающих предел текучести металла.

В конструкциях подшипников качения вследствие неизбежности трения скольжения изнашиваются внутренние рабочие поверхности элементов подшипников. Вместе с тем главной причиной выхода подшипников из строя при нормальных условиях их эксплуатации являются повреждения желобов колец и элементов качения (шариков, роликов), возникающих от усталости материала. Вначале эти повреждения появляются в виде мелких пятнышек и точек (сыпь), а затем развиваются трещины.

Под сроком службы подшипника понимают машинное время, в течение которого не менее 90 % подшипников могут работать без признаков усталости.

Если известны тип, размеры, условия работы и нагрузка на подшипник, по каталогу можно выбрать коэффициент работоспособности подшипника С и определить ориентировочный срок его службы Т по эмпирической зависимости

_0,3 ____

Т = 1/(n  C/Q ).

где Q – полная нагрузка на подшипник, Н;

n – частота вращения, мин^-1.

Признаком износа подшипников качения может быть возросший внутренний шум, прослушиваемый через стетоскоп. Нормальный шум в шарикоподшипниках на быстром ходу – легкозвенящий, а при повреждении шарика дребезжащий.

Рабочие поверхности цилиндра как по окружности, так и по длине изнашиваются неравномерно. Допустимый износ u (мм) цилиндра в зависимости от диаметра D (мм), определяют по формуле

U = cD,

Трения о стенки цилиндра и

где с – коэффициент изнашивания, принимаемый равным 0,001 – 0,003 для определения допустимого износа цилиндра по окружности; 0,001 – 0,002 – для определения предельной овальности цилиндра; 0,001 – для определения предельной конусности.

Износ поршней проявляется в разбитии канавок для колец, истирании боковых поверхностей (эллипсность поршня), в образовании царапин и задиров на боковых поверхностях, трещин в днище поршня и иго боковых поверхностях.

Поршневые кольца изнашиваются в результате трения о стенки цилиндра и канавки поршня. При этом они делаются тоньше, расходятся в местах стыка, увеличивая пропускания газов и воздуха в зазор, теряют упругость. Недостаточные зазоры в стыках новых колец приводят к их излому и избыточному трению о стенки цилиндра из-за теплового расширения материала в процессе работы. Нормальный зазор  в стыке в зависимости от диаметра цилиндра D, рабочей температуры t кольца и коэффициента линейного расширения  определяют по формуле

 = Dt.

Износ кольца приводит также к увеличению зазора между его торцевой поверхностью и стенкой поршневой канавки. Нормальный износ обычно составляет 0,5 – 1 мм, а его увеличение из-за износа допускается до 0,2 – 0,3 мм.