Факторы, определяющие долговечность машин

Долговечность машин определяют ресурсы конструктивных элементов, прежде всего базовых и основных, а затем и всех остальных деталей. При эксплуатации изменяются их размеры и геометрические характеристики, структура, свойства и напряженное состояние. Эти изменения могут иметь или монотонный, или скачкообразный характер, что в значительной мере зависит от рода трения, условий нагружения, наличия и состава среды, вида смазки и свойств материала.

Основной причиной изменения геометрических размеров деталей и физико-механических свойств их материалов, вызывающих отказы и неисправности, является изнашивание. Характер изнашивания элементов машин зависит от многочисленных факторов. Эта зависимость в аналитической форме может быть представлена в виде условного функционального выражения

И = φ (Э, К, Г, О).

В этом выражении символ Э объединяет группу эксплуатационных факторов, влияющих на процесс изнашивания, основными из которых являются характер производимых работ, режимы использования механизма, виды и периодичность технических воздействий, климатические условия работы механизма, соответствие применяемых смазочных материалов конструкции сборочных единиц, а для двигателей, кроме того, соответствие используемых топлив.

Символ К объединяет конструктивные факторы, в число которых входят вид трения (скольжения, качения, качения с проскальзыванием), макрогеометрия поверхностей трения, кинематические факторы, динамические характеристики работы механизма, физико-механические свойства деталей сопряженных пар.

Символ Т обозначает технологические факторы, к которым относят вид материалов деталей сопряжения, способ обработки, показатели микро-геометрии поверхности трения, твердость и износостойкость.

К факторам, учитывающим субъективные особенности оператора, которые объединяются символом О, относят уровень профессиональной подготовки (квалификацию), антропометрические и физические данные, утомляемость, быстроту реакции и пр. Эти факторы сказываются на характере изнашивания через режим работы механизма, в частности, от индивидуальных особенностей и. квалификации оператора зависят усилия в механизмах управления механических передач, частота и продолжительность включения механизмов.

Кроме изнашивания, существенное влияние на долговечность машин оказывают коррозия и старение материалов. Скорость образования коррозии снижается применением антикоррозионных покрытий и поддерживанием их в требуемом состоянии.

Существенно увеличивает долговечность машин эксплуатация их при оптимальных режимах нагружения, высоком качестве управления, технического обслуживания и ремонта.

ИЗНАШИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Изнашивание – это процесс постепенного изменения размеров элементов конструкции машин при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и его остаточной деформации. Износ – результат изнашивания, оцениваемый непосредственно по изменению геометрических размеров (линейный износ) или массы детали (весовой износ), или по косвенным признакам.

Важнейшими количественными характеристиками процесса изнашивания являются скорость v_и и интенсивность I _и изнашивания. Под скоростью изнашивания понимают отношение износако времени, в течение которого возник этот износ:

где И – величина износа;

t – время за которое произошел износ.

Интенсивность изнашивания определяется как отношение износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или к объему выполненной работы:

или

где L – путь на котором происходило изнашивание;

V – объем выполненной работы.

Существует три теории износа (рис. 2.3) механическое, как результат механических воздействий; молекулярно-механическое, как результат одновременного механического воздействия и воздействия молекулярных или атомарных сил; коррозионно-механическое, как результат трения материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой.

Существует несколько разновидностей механического изнашивания:

n абразивное, как результат режущего или царапающего действия твердых тел или частиц;

n гидроабразивное, как результат воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости;

n газо-абразивное, как результат воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком газа;

n эрозионное, как результат воздействия на поверхность потока жидкости или газа;

n усталостное, как результат повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин, и отделению частиц на поверхности трения или на ее отдельных участках;

n кавитационное, как результат воздействия на поверхность твердого тела при движении его в жидкости в условиях кавитации, т. е. в условиях нарушения сплошности течения;- жидкости и образования кавитационных пузырей.

Рис.2.3.Классификация видов изнашивания

Разновидностью молекулярно-механического изнашивания является изнашивание при заедании, как результат схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность.

К коррозионно-механическому изнашиванию относят окислительное изнашивание и при фретинг-коррозии.

Окислительное изнашивание возникает при наличии на поверхности трения защитных пленок, образовавшихся в результате взаимодействия материала с кислородом.

Изнашивание при фретинг-коррозии, возникает при малых колебательных перемещениях (контактная коррозия), может быть при сухом трении и в условиях смазки, возникает в самых различных узлах и деталях..

Конечный результат изнашивания, проявляющийся в виде отделения или остаточной деформации материала, называют износом, а частицы материала, отделившиеся в процессе изнашивания - продуктами износа.

Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания, называют износостойкостью.

Основой приведенной классификации видов изнашивания является положение о ведущих и сопутствующих видах разрушения. Сущность этого положения заключается в том, что любая деталь или сопряжение деталей имеют четко выраженный вид износа, определяющий долговечность и могут иметь сопутствующие виды разрушения поверхностей, мало влияющие на работу сопряжения. Например, рабочие органы СДМ (абразивный и усталостный); золотники гидрораспределителей (окислительный, гидроабразивный, кавитационный).

Классификация позволяет ставить вопрос об эффективном управлении процесса изнашивания и устранения повреждаемости в машинах.

Как показывает опыт, введение конструктивных и эксплуатационных мероприятий для большого числа типов узлов и деталей практически можно исключить все виды износа за исключением окислительного и абразивного рабочих органов. Причем скорость изнашивания может быть сведена до определенного минимума.

 

 

Лекция 3