Виды износа деталей реферат

Обновлено: 05.07.2024

Изнашивание — процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела. Изнашивание может сопровождаться коррозионными процессами, происходящими в материалах деталей под воздействием химически активных составляющих среды, и является сложным физико-химическим процессом. Теории трения и изнашивания посвящена обширная отечественная и зарубежная литература.

Содержание

1. Понятие о процессе абразивного износа ………………………………….5

2. Наиболее общие механизмы абразивного износа ………………………..7

3. Решения проблем износостойкости ………………………………………10

4. Лабораторные испытания на износ ……………………………………….13

Список используемых источников…………………………………………. 17

Прикрепленные файлы: 1 файл

абразивное изнашивание.docx

Федеральное государственное автономное

высшего профессионального образования

__________________Нефти и Газа_________________

ПО ДИСЦИПЛИНЕ ОРТС

Преподаватель __________ Д. А. Шупранов

подпись, дата инициалы, фамилия

Студент 09-03___ 00 050902066 0 __________ Д.Д. Балыкова

номер группы номер зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия

1. Понятие о процессе абразивного износа ………………………………….5

2. Наиболее общие механизмы абразивного износа ………………………..7

3. Решения проблем износостойкости ………………………………………10

4. Лабораторные испытания на износ ……………………………………….13

Список используемых источников…………………………………………. 17

Основной причиной нарушения работоспособности строительных, дорожных, подъемно-транспортных машин (СДПТМ) являются изменения деталей вследствие изнашивания.

В соответствии с ГОСТ 27.674-88 [1] изнашивание делится на три основные группы: механическое, происходящее в результате только механического взаимодействия материалов трущихся поверхностей, коррозионно-механическое, характеризующееся процессом трения материалов при химическом и (или) электрическом взаимодействии со средой, и изнашивание при действии электрического тока (рисунок 1 ).

Рисунок 1- Классификация видов изнашивания

Наиболее распространенными разновидностями механического изнашивания являются абразивное и усталостное.

Износ – это серьезная и дорогостоящая проблема во многих областях промышленности. Для того чтобы уменьшить ущерб, наносимый абразивом промышленному оборудованию, очень важно ясно понимать механизмы абразивного износа и знать поведение материала, используемого в деталях и компонентах в условиях абразивного износа с точки зрения:
- обработки (возможности изготовления износостойких изделий сложной формы);
- относительного рабочего ресурса (увеличение срока службы оборудования).

Обычно износ определяют как механическое повреждение твердой поверхности, приводящее, в общем, к прогрессивной потере материала, и происходящее из-за относительного движения контактирующих поверхностей. Износ металлических деталей обычно классифицируется в зависимости от механизма уноса материала с поверхности:

Абразивный износ- это износ, вызываемый движением твердых частиц под действием силы по поверхности твердого тела.
Трение - износ металла при трении о металл, этот термин используется для описания износа в результате скольжения двух металлических деталей без присутствия абразивных частиц.
Усталость - усталостный износ вызывается периодическим нагрузками (поверхностная усталость), механизмом износа является подповерхностные микротрещины.
Эрозия - эрозионный износ вызывается режущим действием движущихся частиц, несомых потоком жидкости или газа, который уносит фрагменты материала с твердой поверхности.

Абразивный износ - является наиболее распространенным и наиболее быстрым механизмом износа, встречающимся в различных областях промышленности. Это явление может развиваться в любой среде, в почве, на воздухе, в жидкости в присутствии абразивных частиц, и в более общем случае при погрузке-разгрузке и переработке сырьевых материалов (руд, минералов, металлических материалов).
В зависимости от степени повреждения поверхности, абразивный износ различают трех типов – царапающий, истирающий и истирающий с ударными нагрузками.

Царапающий износ - этот вид также называют износом при свободном скольжении, и он является наименее тяжелым, так как частицы абразива не ломаются и не сжимаются. Он происходит под действием повторяющихся царапаний твердыми, острыми и мелкими частицами, движущимися по твердой поверхности с разными скоростями.

Истирающий износ - это один из наиболее тяжелых видов абразивного износа, он происходит, когда мелкие абразивные частицы прижимаются к поверхности металла с силой достаточной для разрушения и дробления металла. В результате образуются свежие острые режущие кромки. Это приводит к увеличению скорости износа по сравнению с округлыми абразивными частицами.

Ударно-истирающий износ - из указанных трех видов износа этот механизм приводит к наиболее тяжелым повреждениям. Он происходит в том случае, когда абразивный износ сочетается с сильным воздействием крупных и тяжелых тел, которые с силой давят на твердую поверхность, оставляя на ней заметные выемки и вмятины.

В общем, износ является результатом действия более чем одного механизма. Механизмы действуют одновременно, поэтому выделить действие каждого механизма затруднительно.

С другой стороны, износ может происходить одновременно с действием различных физических и химических процессов, происходящих во время эксплуатации. Эти процессы могут усиливать абразивный износ, увеличивая скорость последнего. К наиболее известным процессам относятся:
- коррозия (в основном ржавление во влажных условиях эксплуатации или в присутствии влаги)

- высокие рабочие температуры (эффект разупрочнения).[1]

Наиболее общие механизмы абраз ивного износа

Рисунок 2.1 - Ударно-абразивный износ

Для лучшего понимания поведения при износе в наиболее тяжелых условиях работы необходимо сделать краткий обзор явлений, случающихся при ударно- абразивном износе и износе при скольжении под действием высокого напряжения. Какой бы тип износа не рассматривался, его механизм сильно зависит от угла наклона и формы абразивных частиц (округлые или острые).

Рисунок 2.2- Накопление повреждений в поверхностных слоях с присутствием глубоких вмятин

В случае ударно-абразивного износа, характеризуемого большими углами наклона (Рисунок 2.1), накопление повреждений в поверхностных слоях выражается в присутствии глубоких вмятин, которые возникают в результате повторяющихся ударов или сжимающих нагрузок, оказываемыми тяжелыми и крупными абразивными частицами (Рисунок 2.2). На микроуровне такой механизм износа контролируется пластической деформацией контактной поверхности. Заметьте, что новая вмятина, появляющаяся при ударе, не приводит к отрыву материала с поверхности износа, так как в зоне повреждения материал деформируется упруго-пластически, растекаясь вниз и навстречу частице абразива. Однако потери объема будут происходить при повторных ударах из-за отрыва осколков от поверхностных слоев. Таким образом, в условиях высоких напряжений и ударных нагрузок для увеличения стойкости к абразивному износу при эксплуатации износостойкие материалы должны иметь высокую вязкость в сочетании со способностью к пластической деформации. В противном случае хрупкий материал будет растрескиваться в подповерхностной зоне, окружающей вмятину, что может приводить к значительному ускорению износа при эксплуатации.

Рисунок 2.3 - Абразивный износ в условиях скольжения под высоким напряжением

В случае абразивного износа в условиях скольжения под высоким напряжением, которые определяются малыми углами падения (Рисунок 2.3), накопление повреждений на микроуровне в поверхностных слоях реализуется по одному из следующих механизмов:

Рисунок 2.4 – Образование борозд

Образование борозд(Рисунок 2.4)- этот механизм износа в основном контролируется пластической деформацией. Действительно, скольжение сжатой частицы абразива происходит без удаления материала с поверхности износа, так как он смещается к краям борозды.

Рисунок 2.5 – Резание

Резание (Рисунок 2.5) - и в этом случае износ частично управляется пластической деформацией. Фактически, частица абразива действует как режущий инструмент и перед режущей кромкой частицы образуется стружка. В этом случае потери материала на изнашиваемой поверхности по объему равны объему следа (канавки).

Рисунок 2.6 - Растрескивание (хрупкое разрушение)

Растрескивание (хрупкое разрушение) (Рисунок 2.6) - всегда происходит под действием высокой концентрации напряжений, создаваемой абразивной частицей. Вследствие низкой деформационной способности рассматриваемого материала большие фрагменты отделяются от поверхности износа путем образования микротрещин и их распространения. Объем теряемого материала при износе больше, чем теряется при образовании канавок.
В заключение, образование борозд и резание являются основными механизмами износа, встречающимися в пластичных материалах, а растрескивание становится важным в хрупких материалах, в которых твердость считается адекватным способом противостоять износу в процессе работы.

На практике технические решения для обеспечения стойкости при абразивном износе требуют применения разнообразных материалов в различных изделиях (по форме и размерам), таких как листы, плиты или отливки. Один из способов их представления - это ранжирование по рабочей температуре эксплуатации:

- До 80°C мы можем использовать гибкие изделия, такие как натуральная резина (имеющая исключительные энергопоглощающие свойства) или полиуретановые композиции (Рисунок 3.1, 3.2).

Рисунок 3.1 - Синтетика (полиуретан)

Рисунок 3.2 - Натуральная резина

- Если температура повышается максимум до 250°C, следует применять плоские формы стальной продукции ( листы и плиты). Наиболее часто используется обычная износостойкая закаленная в воде сталь. Можно так же использовать возможности активных сталей Creusabro®, которые способны противостоять абразивному износу при более высоких температурах эксплуатации (до 450°C).

- При более высоких температурах могут потребоваться другие износостойкие материалы.
Литые изделия - имеется большой выбор материалов для исключительно твердых отливок, предназначенных для применения в условиях абразивного износа. Это высоколегированные материалы, в которых содержание углерода поддерживается на высоком уровне, достаточном для образования при затвердевании первичных карбидов хрома или вольфрама. Такая продукция выпускается разной формы и разных размеров и используется без дополнительной обработки.

Плиты с наплавленным твердым слоем- это плиты со слоем карбидов хрома или вольфрама (Рисунок 3.3), они состоят из основы из мягкой стали, на которую наваривается высоколегированный слой (хром, вольфрам, молибден). Эти материалы предназначены для применения в условиях среднего ударного и тяжелого абразивного воздействия

Рисунок 3.3 - Плиты с наплавленным твердым слоем

Керамика - это неметаллические материалы, обычно они изготавливаются в виде дисперсных порошков, которые затем прессуются в готовые к применению изделия без необходимости дальнейшей обработки (Рисунок 3.4). Керамические материалы являются жаростойкими и могут применяться при высоких температурах (до 1200°C). Основное ограничение для применения керамики в качестве износостойкого материала - это ее хрупкость.

Рисунок 3.4 – Керамические плиты

В общем, полномасштабные испытания на износ являются дорогостоящими операциями, нарушают ритм производства и требуют много времени для их проведения. Более того, в течение года параметры испытания могут меняться, и найти корреляцию между испытаниями, сделанными в разное время года, становится сложным.

Опыт показывает, что только 30% полевых испытаний дают надежные данные, пригодные для использования. С целью снижения затрат на испытания и ускорения сбора данных были разработаны испытания на износ с целью ранжирования марок сталей согласно их характеристикам при испытаниях на износ.

В Научно-исследовательском центре компании Industeel используются два типа испытания на износ

Испытание на истирание в условиях проскальзывания при умеренных нагрузках (ASTMG65) (Рисунок 4.1).

Мешалка, в которой создаются условия истирания и ударных нагрузок (Рисунок 4.2).[2]

Название работы: Виды изнашивания деталей

Предметная область: Производство и промышленные технологии

Описание: Изнашивание это процесс постепенного изменения размеров деталей вследствие работы трения проявляющийся в отделении с поверхностей трения материала и или его остаточной деформации. Изнашивание деталей машин сопровождается сложными физикохимическими явлениями и многообразием влияющих на него факторов. Изнашивание зависит от материала и качества трущихся поверхностей от характера и скорости их взаимного перемещения от характера контакта вида и значения нагрузки вида трения и многих других факторов. Механическое изнашивание разделяют на.

Дата добавления: 2015-07-28

Размер файла: 342.65 KB

Работу скачали: 58 чел.

Виды изнашивания деталей

В условиях всех видов трения происходит разрушение трущихся поверхностей, т. е. иначе говоря, поверхности изнашиваются.

Изнашивание это процесс постепенного изменения размеров деталей вследствие работы трения, проявляющийся в отделении с поверхностей трения материала и (или) его остаточной деформации.

Износ результат изнашивания деталей, т. е. результат работы трения.

Изнашивание деталей машин сопровождается сложными физико-химическими явлениями и многообразием влияющих на него факторов. Изнашивание зависит от материала и качества трущихся поверхностей, от характера и скорости их взаимного перемещения, от характера контакта, вида и значения нагрузки, вида трения и многих других факторов. В соответствии с ГОСТ 1642970 установлены три группы изнашивания в машинах: механическое,

молекулярно-механическое и коррозионно-механическое. Каждая группа изнашивания делится на несколько видов (рис. 1).

Механическое изнашивание разделяют на абразивное, гидроабразивное, газоабразивное, эрозионное, усталостное и кавитационное.

Абразивное изнашивание в машинах возникает в результате микропластических деформаций и срезания металла твердыми абразивными частицами, находящимися между поверхностями трения. Абразивные частицы, попавшие из окружающей среды или образовавшиеся при других видах изнашивания, часто по своей твердости превышают твердость трущихся поверхностей и. действуют как режущий инструмент. Поэтому по своей природе и по механизму протекания абразивное изнашивание очень похоже на явления резания металлов. Абразивному изнашиванию подвержены детали машин, работающие в абразивной среде (ходовая часть гусеничных тракторов и дорожно-строительных машин, рабочие органы сельскохозяйственных машин и др.).

Гидроабразивное изнашивание вызывается абразивными (твердыми) частицами, перемещающимися потоком жидкостей. Абразивные частицы попадают в поток жидкости в результате загрязнения при небрежной заправке, плохой фильтрации и очистке. Этому виду изнашивания подвержены детали водяных, масляных и топливных насосов, гидроусилителей, гидроприводов тормозных и других систем.

Газоабразивное изнашивание вызывается воздействием твердых частиц, увлекаемых потоком воздуха или газа.

Самые эффективные способы борьбы с абразивным износом повышение твердости и улучшение качества обработки трущихся поверхностей, тщательная герметизация всех уплотнительных устройств при ремонте, а также очистка топлива и смазки от механических примесей в процессе эксплуатации и поддержание в исправном состоянии уплотнительных (сальники, уплотнительные прокладки, чехлы и т. п.) и очистительных устройств (топливные и масляные фильтры, воздухоочиститель).

Эрозионное изнашивание деталей происходит в результате трения потока жидкости о металл. Эрозионное изнашивание в большинстве случаев проявляется совместно с гидроабразивным изнашиванием. Поток жидкости разрушает постоянно образующуюся окисную пленку металла, а абразивные частицы в потоке способствуют более интенсивному изнашиванию.

Усталостное изнашивание возникает под действием больших удельных повторно-переменных нагрузок, превышающих предел текучести металла, В результате чего образуются микропластические деформации сжатия и упрочнения поверхностных слоев. Микро- и макротрещины по мере работы развиваются и приводят к усталостному отслаиванию частиц металла. На контактных поверхностях образуются одиночные и групповые осповидные углубления и впадины. Глубина впадин зависит от свойств металла, удельных давлений и размера контактных поверхностей. После заметного появления усталостного износа быстро наступает аварийное состояние. Усталостному изнашиванию преимущественно подвержены поверхности трения-качения подшипников и зубьев шестерен. Нарушение межосевого расстояния и соосности вызывает повышенные удельные давления и повышенный усталостный износ деталей. Меры борьбы с усталостным изнашиванием правильный монтаж подшипников и зубчатых передач.

Кавитационное изнашивание деталей объясняется появлением на поверхности металла гидравлических микроударов, образующихся при относительном перемещении жидкости и твердых тел. Этому виду изнашивания подвержены поверхности цилиндров и водяных рубашек современных двигателей, охлаждаемых турбулентным потоком жидкости, лопасти водяных насосов и другие детали.

Молекулярно-механическое изнашивание вызывается одновременным воз-действием механических и молекулярных или атомарных сил. В результате схватывания поверхностей в месте контакта происходит глубинное вырывание материала, поэтому его называют изнашиванием при заедании. Этот вид изнашивания разделяют на изнашивание схватыванием первого и второго рода.

Изнашивание схватыванием первого рода возникает при трении поверхностей с малыми скоростями (1,0 м/с), отсутствии смазки и при больших нагрузках в местах контакта поверхностей. Под действием большой нагрузки между отдельными выступами трущихся поверхностей возникают металлические связи и упрочнение в месте схватывания. При перемещении происходит вырывание стружки из менее твердой поверхности или царапание ее упрочненным участком. Изнашивание схватыванием первого рода сопровождается наиболее высоким коэффициентом трения, выделением большого количества тепла и наибольшей интенсивностью изнашивания.

Изнашивание схватыванием второго рода наблюдается при трении скольжения с большими скоростями, недостаточной смазке и со значительными удельными нагрузками. Оно также характеризуется интенсивным повышением температуры в поверхностных слоях и увеличением их пластичности.

Эффективные меры, снижающие появление износа схватыванием до-, стижение высокого класса шероховатости и правильной геометрической формы при обработке поверхностей, получение защитных окисных пленок, улучшение условий смазки, соблюдение (в начальный период работы после изготовления или ремонта) режимов обкатки, а также недопущение перегрузок в процессе всего периода эксплуатации.

Коррозионно-механическое изнашивание происходит при трении поверхностей, непрерывно вступающих в химическое взаимодействие с окружающей средой. Это изнашивание разделяют на окислительное и изнашивание при фреттинг-коррозии.

Окислительное изнашивание характеризуется протеканием одновременно двух процессов пластической деформации малых объемов металла поверхностных слоев и проникновения кислорода воздуха в деформированные слои. В первой стадии окислительного изнашивания происходит разрушение и удаление мельчайших твердых частиц металла из непрерывно образующихся (от проникновения кислорода) пленок. Вторая стадия характерна образованием и выкрашиванием пластически недеформирующихся хрупких окислов. Окислительное изнашивание возникает при трении скольжения и трении качения. При трении скольжения оно становится ведущим, а при трении качения сопутствующим другим видам изнашивания. Проявляется этот вид изнашивания при сравнительно невысоких скоростях скольжения и небольших удельных нагрузках, а также на таких деталях, как шейки коленчатых валов, цилиндры, поршневые пальцы и др.

Изнашивание при фреттинг-коррозии возникает от трения скольжения с очень малыми возвратно-поступательными перемещениями в условиях динамической нагрузки. При ударах и вибрации происходит интенсивное окисление соприкасающихся поверхностей вследствие резкой активизации пластически деформируемого металла. В результате на рабочих поверхностях в местах контакта появляется резко выраженное разрушение. Изнашиванию при фреттинг-коррозии подвергаются посадочные поверхности подшипников качения и шестерен, болтовые и заклепочные соединения рам и другие детали.

Наибольшему коррозионно-механическому изнашиванию подвержены мягкие стали, поэтому эффективным способом уменьшения этого изнашивания является повышение твердости рабочих поверхностей закалкой, нанесением твердых сплавов, хромированием и др.

1. Основные понятия, термины и показатели изнашивания

Проектирование машин, удовлетворяющих высоким требованиям надежности, долговечности и безопасности эксплуатации, невозможно без решения задач, связанных с созданием условий и обеспечением режимов оптимального взаимодействия поверхностей пар трения, т. е. задач, стоящих перед трибологией и триботехникой.

Трибология – наука о трении и процессах, сопровождающих трение. Триботехника – наука о контактном взаимодействии тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазывания машин. Основополагающие законы триботехники нашли практическое применение в области разработки, создания, эксплуатации и ремонта разнообразных объектов и технических средств.

Технологу трибология и триботехника дают возможность выбрать наиболее эффективные методы обработки и упрочнения материалов, а специалисту, занимающемуся эксплуатацией, – обеспечить надлежащий режим эксплуатации и обслуживания машин.

Трение возникает при относительном перемещении рабочих поверхностей деталей и сопровождается их изнашиванием.

Изнашивание – это процессы разрушения, отделения частиц материала с поверхности твердого тела и накопления остаточной деформации при трении. Изнашивание проявляется в постепенном изменении размеров и формы тела, а также в изменении взаимного расположения поверхностей детали. Оно приводит к ухудшению функциональных показателей работы машины и определяет ее долговечность. В результате изнашивания нарушается кинематическая точность механизмов, изменяется характер нагружения, появляются дополнительные нагрузки, вибрации и шумы. В основе изнашивания лежат следующие процессы.

Рис. 1. Излом вала, возникший при расклинивающем действии присадки

4. Молекулярно-механическое взаимодействие контактирующих поверхностей сопровождается возникновением и разрушением фрикционных связей, в результате которых осуществляется перенос материала с одной поверхности на другую.

Износ – это некая величина, с помощью которой количественно оценивается изменение размеров, объема и массы деталей, произошедшее в результате изнашивания. Кроме этого, изнашивание характеризуется скоростью, т. е. отношением величины износа к интервалу времени, в течение которого он возник, или интенсивностью изнашивания – отношением величины износа к пути, на котором произошло изнашивание, или к величине выполненной работы.

Повреждаемость – это процесс резко выраженного, недопустимого изменения геометрических параметров и свойств материала деталей в процессе эксплуатации. К повреждениям относятся усталостные трещины и выкрашивание материала, пробоины, коррозия, остаточные деформации (коробление) и др.

Таким образом, все виды дефектов, возникающих в процессе эксплуатации деталей, подразделяются на допустимые (например, износ) и недопустимые (например, повреждения).

2. Характеристики основных видов изнашивания

Процессы, вызывающие изнашивание и повреждаемость деталей, работающих при различных условиях и режимах, протекают по-разному и зависят от многих факторов. Поэтому для снижения интенсивности изнашивания и повышения долговечности изделий большое значение приобретает классификация видов изнашивания, позволяющая выделить доминирующие процессы. Классификация (рис. 2) предусматривает три основных вида изнашивания: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание – утрата первоначальной геометрии и свойств материала детали в результате абразивного, циклического, кавитационного, деформационного и других воздействий на изделие. Оно возникает при контакте и взаимном перемещении сопряженных поверхностей, а также при перемещении твердых частиц (абразива), потоков жидкости и газа относительно поверхности детали.

Рис. 2. Классификация видов изнашивания

Молекулярно-механическое изнашивание проявляется в схватывании металлов, т. е. образовании металлической связи, которая при относительном перемещении деталей приводит к вырыванию частиц металла с одной из поверхностей и переносу их на другую, как правило, более твердую. При малой скорости скольжения деталей размягчение металла частицы не происходит и она, находясь в твердом состоянии, будет оказывать царапающее действие на сопряженную поверхность. При больших скоростях металл частицы легко пластифицируется и размазывается по поверхности.

Коррозионно-механическое изнашивание – результат механического воздействия сопряженных поверхностей, которое сопровождается химическим или электрохимическим взаимодействием материала детали с агрессивной средой.

Далее приводится краткая характеристика видов изнашивания.

Абразивное изнашивание – механическое изнашивание материала, которое происходит в основном в результате режущего или царапающего действия твердых частиц (абразива), находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Этот вид изнашивания характерен для рабочих органов дорожных машин.

Изнашивание деталей машин при воздействии частиц абразива или иных твердых тел по своей природе является механическим и сводится к съему металла с рабочих поверхностей. При изнашивании поверхности под действием абразива постепенно изменяются геометрическая форма и размеры детали, но разрушение на макроуровне, например в виде изломов, не происходит. Эту категорию разрушения из-за малых объемов отделяющихся частиц выделяют в особый вид, называемый истиранием. Истирание происходит при различных условиях контактного взаимодействия сопряженных поверхностей. В этой связи различают трение без смазочного материала (трение ювенальных, т. е. обнаженных поверхностей), при котором коэффициент трения достигает 6…7, и трение со смазочным материалом, при котором коэффициент трения составляет 0,03…0,5. Трение со смазочным материалом в зависимости от вида смазки, условий трения, геометрии трущихся поверхностей бывает сухое, полусухое, жидкостное и граничное. Для сухого и полусухого трения характерны частичные зоны контакта поверхностей трения, на которые действует только смазка, адсорбируемая из окружающей среды, и окисные пленки, на остальной поверхности сосредоточена жидкая смазка; для жидкостного трения характерно полное разделение трущихся поверхностей.

Гидро и газоабразивное виды изнашивания возникают при действии твердых частиц, взвешенных в жидкости или газе, которые перемещаются относительно изнашиваемой поверхности.

Деформационное изнашивание – процесс образования остаточных деформаций, которые проявляются в отклонении оси от прямолинейности или какой-либо другой формы, а также в нарушении взаимного расположения поверхностей деталей. Деформационное изнашивание происходит в результате неравномерной релаксации напряжений в процессе эксплуатации под действием рабочих механических нагрузок и температур. Усталостное изнашивание – утрата механических свойств и разрушение металлических деталей под действием циклических нагрузок.

Оно происходит в результате зарождения, развития и распространения усталостных трещин в детали. Этот вид разрушения характерен для деталей, работающих в условиях трения качения и качения с проскальзыванием, таких как подшипники качения, опоры качения, катки, кулачки, зубчатые колеса и др. Трещины зарождаются либо на поверхности в местах концентраторов напряжений, либо в глубине поверхностного слоя в местах максимальных контактных напряжений. Развитие усталостных трещин приводит к выкрашиванию частиц металла, в результате чего поверхность покрывается осповидными впадинами. При знакопеременном нагружении развитие трещин приводит к усталостному излому, например, первичных валов коробки передач или коленчатых валов (рис. 3).

Кавитационное изнашивание – процесс механического разрушения материала детали от соприкосновения его с движущейся жидкостью, в которой нарушается сплошность ее объема из-за образования и исчезновения полостей, в зоне которых при повышенных давлениях, конденсации паров и растворении газов создаются условия для интенсивных гидравлических микроударов, разрушающих деталь. Этому виду изнашивания подвержены лопатки гидротурбинных установок, гребные винты и др.

Рис. 3. Вид усталостного излома коленчатого вала

Изнашивание при фреттинге (англ. fretting, от fret – разъедать, подтачивать) имеет место при малых многократных колебательных перемещениях одной сопряженной поверхности относительно другой (различают возвратно-поступательные и возвратно-вращательные перемещения).

Изнашивание при схватывании возникает при разрыве масляной пленки, обнажении и взаимодействии ювенальных поверхностей сопряженных деталей. Под действием молекулярных сил происходит твердофазная сварка локальных поверхностных контактов, которая при относительном перемещении деталей вызывает глубинное вырывание материала с одной поверхности, перенос его на другую поверхность и абразивное воздействие образовавшихся неровностей на сопряженные поверхности, т. е. задир (рис. 4).

Рис. 4. Шейка и вкладыш коленчатого вала со следами задира

Рис. 5. Шатун, деформированный при схватывании поршня

Схватывание также может вызывать заедание узла трения. При этом действующие движущие силы могут привести к значительным деформациям деталей механизма. Так, заклинивание поршня приводит к изгибу шатуна в направлении вращения шейки коленчатого вала (рис. 5).

Окислительное изнашивание представляет собой вид коррозионно-механического изнашивания, при котором основную роль играют химические реакции металлов пары трения с кислородом или окислительной средой. При трении в условиях смазки металлические поверхности вступают в реакцию c кислородом, растворенным в масле или кислородсодержащих элементах. В результате происходит образование окисных пленок. Тонкие окисные пленки (вторичные структуры) на поверхностях трения защищают материал от схватывания. С течением времени они утолщаются и становятся хрупкими, а под действием деформаций постепенно разрушаются и уносятся смазочным материалом. На их месте образуются новые окисные пленки. Скорость их образования зависит от режимов работы узла трения.

Изнашивание при фреттинг-коррозии представляет собой коррозионно-механическое изнашивание при вибрациях, т. е. в условиях малых относительных перемещений. При этом виде изнашивания одновременно развиваются два процесса: фреттинг-износ и усталостное разрушение. Первый связан с образованием продуктов окисления, которые при механическом срезании представляют собой абразив. Усталостное изнашивание обусловлено действием циклических нагрузок. Причем развитие усталостных трещин происходит неизменно перпендикулярно направлению фреттинга.

Эрозионное изнашивание – изменение размеров и шероховатости твердого тела в результате механического воздействия на него потока жидкости или газа в отсутствии абразивных частиц. Интенсивность эрозии во многом зависит от агрессивности и температуры среды. В автомобиле эрозии часто подвергаются клапаны газораспределительного механизма (рис. 6), жиклеры карбюратора, детали амортизаторов.

Электроэрозионное изнашивание возникает в результате воздействия на поверхность детали разрядов при прохождении электрического тока через контакт пары трения.

Рис. 6. Вид эрозионных повреждений клапана

В общем случае изнашивание деталей является следствием ряда причин: механическое разрушение зацепляющихся неровностей при взаимодействии контактирующих поверхностей; усталостное разрушение неровностей от многократно повторяющихся воздействий неровностей сопряженной поверхности или переменного давления смазки; отслаивание пленок окислов, образующихся при трении, и др. Так, кольцо торцового уплотнения коробки передач с гидроуправляемыми фрикционами подвергается эрозионно-механическому изнашиванию (рис. 7), когда в процессе разрушения детали одновременно участвуют струи масла и механическое истирание.

Рис. 7. Вид эрозионно-механического износа торцового уплотнения

В случае сложного во внешних проявлениях изнашивания целесообразно различать его ведущий и сопутствующий виды.

Интенсивность изнашивания зависит от многих факторов, основными из которых являются:

характер и периодичность действующих нагрузок, скорость перемещения, удельное давление и температура в зоне контакта, т. е. все то, что определяет вид изнашивания;
конструкция машин и узлов, определяющая условия нагружения, соответствие конструктивной прочности деталей приложенным нагрузкам, а также технологичность и ремонтопригодность конструкции в отношении технического обслуживания и ремонта;
физические параметры, такие как температура, твердость поверхностей деталей и др.;
технологические параметры, такие как точность изготовления размеров и формы детали, шероховатость и волнистость её поверхности;
промежуточная среда – качество и способ подвода смазки, наличие в зоне контакта вторичных структур и абразива (размеры, форма и твердость абразивных частиц);
условия технического обслуживания и ремонта: качество применяемых горюче-смазочных материалов, квалификация обслуживающего персонала, своевременность и качество выполнения технического обслуживания и ремонта;

рабочая (окружающая) среда – температура и скорость движения среды, химический состав, обусловливающий ее агрессивность.

Естественный износ машин является следствием работы сил трения между сопряженными деталями. В результате естественного износа при неправильной эксплуатации и несвоевременном ремонте недостатки могут перерасти в аварийные и преждевременно разрушить машину.

Работа содержит 1 файл

1 лекция.doc

Износ деталей и узлов механизмов и машин

1.1 Классификация износа машин и деталей

Аварийные износы почти всегда связаны с недостатками в конструировании, изготовлении или уходе за машиной.

Наиболее характерными причинами, вызывающими аварийный износ, являются:

- нарушение нормального режима работы машины (перегрузка, потеря правильности взаимодействия частей, ослабление крепления болтов, шпонок, клиньев и т. п.);

- неправильный ремонт смазки – отсутствие смазки, несоответствие состава смазки, неправильные нормы смазки;

- несвоевременная чистка механизма;

- несвоевременная замена износившихся деталей;

- неправильный монтаж машины или узла.

Механический износ является следствием работы сил трения. Различают два основных вида трения: трения скольжения и трения качения. Если одновременно происходит скольжение и трение, то такое трение называется сложным.

Трение скольжения – наиболее распространенный вид трения в деталях обогатительных машин. Трениями качения является трение между шариками и опорными поверхностями колец шарикоподшипников.

По характеру возникновения отказы любого вида углеобогатительных машин подразделяются на постепенные и внезапные. Постепенные отказы наступают вследствие непрерывного и плавного изменения во времени количественных характеристик, определяющих качество деталей. Отказы вызываются не поломкой, а изменением их основных параметров сверх допустимых пределов. Типичным примером является изменение параметров сопряженных деталей машины в результате нарастания механического износа.

Кривая механического изнашивания (рисунок 1) имеет три ясно выраженных периода. Первый период (приработка) характеризуется повышенным изнашиванием, так как в объекте проходят направленные изменения – притирка и шлифовка трущихся поверхностей.

Второй период называют зоной установившегося, или нормалыюго изнашивания. В этом периоде сопряжение приобретает относительно стабильные свойства, отвечающие условиям нагружения, и характеризуется постепенным ростом износа без изменения физической сущности работы сопряжения.

Третий период называют зоной катастрофического изнашивания. Скорость изнашивания резко возрастает, так как по достижении некоторой критической величины возникает качественный скачок в условиях работы сочленения. Он заключается в существенном изменении физической картины происходящих явлений.

Рисунок 1 – Кривая механического изнашивания деталей:

Ι, ΙΙ и ΙΙΙ – периоды изнашивания

На скорость изнашивания сочлененных деталей начинают влиять новые факторы – ударные нагрузки, сухое трение и другие, которые ранее не ощущались. Это приводит к резкому ухудшению состояния сочленения и к его разрушению.

Таким образом, основным свойством постепенных отказов является зависимость их появления от длительности эксплуатации оборудования или его деталей.

В общем виде кривая изменения количественных характеристик деталей во времени при постепенных отказах показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Изменение количественных характеристик деталей обогатительных машин при постепенных отказах:

1 – граничный износ; Тн – нормальное время работы детали

Если известен средний износ деталей, то время наступления постепенных отказов может быть с достаточной точностью определено расчетным путем.

При внезапных отказах изменение количественных характеристик деталей происходит дискретно (прерывно). Типичными примерами внезапных отказов являются поломки валов и появление трещин в коробках грохотов, повреждения колосников сит обезвоживающих центрифуг мелкого концентрата случайно попавшим металлическим предметом, заклинивание роторных разгрузчиков тяжелых продуктов отсадочных машин крупными кусками породы и т.д. Изменение количественных характеристик деталей обогатительных машин при внезапных отказах показана на рисунке 3.

Рисунок 3 – Изменение количественных характеристик деталей обогатительных машин при внезапных отказах:

t0 – момент возникновения внезапного отказа

Дискретные изменения характеристик деталей, приводящие к отказам, иногда являются следствием, завершающим протекания непрерывного изменения. Так, увеличение зазоров вследствие механического изнашивания в сочленении машины при неблагоприятных условиях может привести к заклиниванию деталей, их поломке, хотя величина зазора между трущимися деталями и не достигла своего критического значения. Момент появления отказа деталей также является случайным событием, так как однотипные детали имеют определенный разброс в сроках службы, обусловленных вариациями качества их изготовления, условиями эксплуатации и процессами старения. Поэтому точно установить момент, при котором произойдет резкий переход граничных значений прочностной характеристики деталей, невозможно.

Отказы любого вида оборудования могут быть независимыми и зависимыми. Независимым отказом оборудования называют такой отказ, который наступает в результате выхода из строя только одной детали, например выход из строя одного из подшипников узла ротора центробежного грохота, при условии полной исправности остальных деталей, входящих в данный узел.

Если отказ оборудования возникает как результат ранее последовательно наступивших неисправностей в двух или в больше количестве деталей соответствующего вида оборудования, то его называют зависимым. Примером такого отказа обогатительного оборудования может служить выход из строя подшипника ротора центробежного грохота, вызванного вытеканием смазки из-за изнашивания уплотнений. Отсутствие достаточного количества смазки в результате ее утечки через образовавшиеся неплотности в уплотнениях не влечет за собой немедленного отказа подшипника Перегрев же подшипника, вызванный отсутствием смазки в необходимом количестве, ведет к выходу его из строя и возникновению отказа машины.

1.2 Формы проявления износа

При исследовании надежности различного вида технических устройств важное значение имеет определение мест появления отказов. При этом приходится различать устройство в целом, его узлы отдельные детали узлов и отдельные элементы деталей и узлов. Поэтому в теории надежности все изделия принято делить на две условные категории: системы и элементы. Система – совокупность совместно действующих объектов, полностью обеспечивающая выполнение определений функций.

Элемент – часть системы, не имеющая самостоятельного эксплуатационного значения и выполняющая в ней определенные функции. Элемент и система понятия относительные. В различных задачах один и тот же объект может рассматриваться и как система, и как элемент в зависимости от того, на каком уровне удобнее рассматривать поставленную задачу.

Рассматривая машину как комплекс различных составляющих ее деталей, нетрудно установить, что в отношении надежности она представляет собой систему, а детали и другие компоненты ее конструкции – элементы системы. При этом по степени влияния отказов отдельных деталей на работоспособность машины в целом все детали, входящие в машину, можно разбить на основные и второстепенные.

Отказ любой основной детали приводит к отказу всей машины, например заклинивание в подшипниках вала ротора центробежного грохота МГЦС.

Отказ одной или нескольких, но не всех второстепенных деталей, относящихся к определенному узлу оборудования, не приводит к отказу объекта в целом, например отказ одного или нескольких, но не всех восьми болтов, входящих в узел ротора центробежного грохота МГЦС. Отказ объекта наступает тогда, когда отказывают все детали данного вида, входящие в узел.

В соответствии с указанным выше разделением деталей различают основные и второстепенные неисправности технологического оборудования обогатительных фабрик.

Основной неисправностью технологического оборудования обогатительных фабрик следует называть отказ основных деталей, вызывающий отказ всей машины. Отказ второстепенных деталей технологического оборудования, не влекущих за собой отказа всей машины, следует называть второстепенной неисправностью.

Установление часто встречающихся отказов позволяет оценить слабое место соответствующего вида оборудования и принять меры к его усилению. Не менее важно установить причину появления отказа в данном месте.

Конструктивные отказы возникают вследствие несовершенства конструкции машины. Типичными примерами их являются отказы, возникающие при эксплуатации в результате неучтенных пиковых нагрузок, низкой износостойкости принятых материалов и т.п. Конструктивные дефекты одинаково сказываются во всех экземплярах машин данного вида.

Изготовительные, или технологические отказы возникают вследствие нарушений установленной проектом технологии изготовления машины на заводе. Изготовительные дефекты приводят к снижению надежности у некоторой части экземпляров машин.

Эксплуатационные отказы. Для каждого вида технологического оборудования обогатительных фабрик устанавливаются ограничения на его эксплуатацию, задаются правила ведения технологического процесса, ухода за оборудованием и составными узлами. Нарушение правил эксплуатации оборудования, установленных технологическим режимом работы, несвоевременная смазка и неустранение выявленных дефектов, несоблюдение периодичности проведения профилактических осмотров и ремонт и т.п. приводят к преждевременным отказам и изнашиванию оборудования. Такие отказы имеют место лишь для части эксплуатируемых экземпляров оборудования данного вида.

Изнашивание (старение) оборудования. Сколь угодно высокое качество деталей и оборудования не может предотвратить постепенного изнашивания. В металлах, пластмассах и других материалах в процессе эксплуатации накапливаются необратимые изменения, которые нарушают прочность, координацию и взаимодействие отдельных частей машины и в конечном счете вызывают ее отказы. Под изнашиванием понимают процесс постепенного изменения размеров детали по ее поверхности при трении. Происходит постепенная потеря деталью свойств, обеспечивающих нормальную работу машины при эксплуатации.

Основной причиной отказов деталей и узлов технологического оборудования обогатительных фабрик является изнашивание. Скорость изнашивания зависит от внешних механических воздействий, скорости относительного движения обогащаемого материала, удельной нагрузки, вибрации, температуры, от свойств среды, в которой происходит работа сопряженных деталей и узлов обогатительных машин, от свойств материалов, из которых изготовлены детали и узлы, от методов их обработки и упрочнени: при изготовлении.

При обогащении углей в водной среде преобладающими являются коррозионноусталостное разрушение и коррозионноабразивное изнашивание, а при сухих способах обогащения улей – абразивное изнашивание и усталостное разрушение.

Абразивное изнашивание деталей и узлов углеобогатительного оборудования происходит при воздействии на них движущихся мacc угля и породы. Взаимно-сопряженные детали машин работают в запыленной среде и при загрязненной смазке. Это приводит к повышенному износу различных деталей и узлов – защитных листов, труб, коробов и вибраторов грохотов, роликов, валиков, втулок, пластин, направляющих полос тяговых органов грузовых элеваторов и скребковых конвейеров и др.

Усталостное разрушение происходит под действием повторяющихся и знакопеременных нагрузок. При сухом методе обогащения угля и антрацита усталостное разрушение наступает в валах и подшипниках редукторов, грохотов, элеваторов, коробах и пружинах грохотов и в других деталях.

Коррозионноусталостное разрушение металла происходит при активном действии на узлы и детали агрессивной водной среды, а также переменных нагрузок. При этом разрушение металла происходит при напряжениях, меньших предела прочности и предела усталости, а наличие напряжений в деталях резко увеличивает скорость коррозии.

При совместном воздействии на детали и узлы машин агрессивных вод и частиц угля или породы происходит коррозионноабразивное изнашивание оборудования, которое является преобладающей причиной выхода из строя узлов и деталей машин при мокром способе обогащения углей.

С течением времени эксплуатации предельно допустимая прочность узлов и деталей оборудования Sпр, уменьшается (рисунок 4). Это обусловлено изнашиванием деталей и рядом других случайных причин. Уровень нагружения оборудования в процессе эксплуатации не является строго постоянным. Он изменяется при нормальной эксплуатации от S1 до S2 и при случайных причинах – резко до Smax (пиковые нагрузки).

Рисунок 4 – Возникновение отказов деталей при совместном действии нескольких причин

Если случайное нагружение оборудования в период времени t1 до величины S/max не вызвало отказа, то аналогичное случайное нагружение машины в период времени t2 может привести к отказу. Если в момент времени t3 не возникло пикового нагружения оборудования, то по истечении времени t3 наступит такое состояние, при котором выполнение оборудованием заданных функций окажется невозможным в результате постепенного изнашивания составляющих его деталей или отдельных узлов.

Отказ, возникший в момент времени t2 можно квалифицировать как внезапный, а отказ, возникший в момент времени t3 – как постепенный.

Читайте также: