Предельно допустимый износ машин

Предельно допустимые износы. Постепенное изнашивание деталей машин приводит к изменению их геометрических размеров или накоплению усталостных повреждений. В сопряжениях деталей происходит увеличение зазоров, вызывающее ухудшение работы отдельных узлов и агрегатов или машины в целом.

По мере роста износа работа машины становится менее на­дежной, снижаются технико-экономические показатели ее использования. В одних случаях повышение износа сверх опре­деленного значения вызывает существенное понижение прочности или жесткости деталей, в других обусловливает появление не­допустимых динамических нагрузок.

Правильное установление предельно допустимых износов дета­лей машин имеет большое значение. Обычно детали машин, до­стигшие предельно допустимых значений износов, должны за­меняться новыми или продолжать эксплуатироваться только после ремонта. Поэтому если предельно допустимый износ выбран с большим запасом, то детали машин будут выключаться из экс­плуатации с недоиспользованным ресурсом работоспособности, что связано с дополнительными эксплуатационными затратами. Если предельно допустимые износы занижены, то будут наблю­даться остановки машин в процессе эксплуатации для замены или ремонта деталей, ресурс которых исчерпан.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Под предельно допустимыми износами понимаются такие вели­чины, после достижения которых эксплуатация машин становится экономически невыгодной и технически нецелесообразной без замены или восстановления изношенных деталей. Как правило, при увеличении износа детали сверх предельно допустимого значения характер процесса изнашивания изменяется и становится форсированным. До точки В скорость изнашивания детали была относительно постоянная, однако на участке она резко увеличивается и может привести к аварии. Предельно допустимая величина износа детали обязательно должна нахо­диться в границах участка нормальной работы II.

При назначении предельно допустимых износов большинства деталей погрузочно-разгрузочных машин следует принимать во внимание один из следующих показателей: безопасность труда, технический, экономический.

Предельно допустимый износ деталей, удовлетворяющий тре­бованиям обеспечения безопасной эксплуатации машин, выби­рается с таким расчетом, чтобы его превышение не приводило сразу к аварии, т. е. предусматривается определенный запас прочности в зависимости от ответственности деталей. Независимо от запаса прочности эксплуатация машин с износом деталей, пре­вышающих! установленные предельно допустимые значения, должна быть исключена. При обосновании предельно допустимого износа по показателю безопасности труда каждая ответственная деталь погрузочно- разгрузочной машины должна быть про­верена по условиям прочности исходя из того, что при достижении предельно до­пустимого износа необходимо обеспечивать нормальную работоспособность машины при номинальных режимах нагружения. Если расчетное значение предельно до­пустимого износа окажется ниже устано­вленного по другим соображениям, то за норму принимается это расчетное зна­чение. Для примера рассмотрим порядок установления предельно допустимого из­носа шестерни.

Рис. 7. Зуб шестерни

Задаваясь различными значениями; можно определить допустимый износ зуба шестерни для любых сечений зуба по высоте.

Техническими показателями при выборе предельно допусти­мых износов руководствуются в тех случаях, если срок службы деталей ограничивается наступлением форсированного их изна­шивания. Передвижений крана, и др. Ограничение срока службы деталей в этом случае производится вследствие изменения характера изнашивания или нарушения нормального функционирования узла или агрегата.

Согласно гидродинамической теории смазки жидкостное трение имеет место в подшипниках скольжения только при строго опре­деленной величине зазора между вкладышем и валом. Отклонение частоты вращения вала от определенного значения и изменение износа нарушают условия создания масляного клина, способствуя развитию естественного процесса изнашивания. По мере роста зазора в сопряжении и достижении предельно допустимого износа процесс изнашивания становится форсированным. Этим моментом ограничивается срок службы сопряжения.

Экономический показатель оценки предельно допустимого износа применяется для определения степени износа узла или агрегатов, снижающего эффективность использования машины в целом. В результате изнашивания деталей машины ухудшаются ее экономические показатели до таких значений, ниже которых дальнейшая ее эксплуатация нерациональна. Ограничение вре­мени использования машины с учетом понижения ее эффективности служит основанием для установления предельно допустимых износов.

Обычно экономический показатель применяют для установле­ния предельных износов деталей в сопряжениях, управляющих энергетическими процессами (механизмы топливной аппаратуры, газораспределительный механизм, цилиндропоршневая группа и др.). Нарушение нормальной работы деталей этих механизмов вызывает ухудшение технико-экономических параметров функ­ционирования всей машины.

Методы измерения износа. Для получения количественной оценки степени износа деталей или сопряжений погрузочно- разгрузочных машин могут быть использованы различные методы.Выбор того или иного метода измерения износа зависит от кон­структивных особенностей деталей, задач и целей, для которых производится оценка износа, необходимой точности и достовер­ности результатов замера, класса шероховатости и точности обра­ботки поверхностей трения. При измерениях важное значение имеет возможность периодической остановки машины и доступ­ность выполнения замеров без трудоемких сборочно-разборочных и регулировочных работ.

Обычно износ деталей измеряют в реальных условиях эксплу­атации машин или в лабораторных условиях. В лабораторных условиях используются методы, позволяющие наиболее точно с наименьшими погрешностями измерить линейный износ кон­кретной детали за строго нормированный период эксплуатации или за время выполнения установленного объема работы.

Наиболее широкое распространение получили следующие ме­тоды измерения износа: интегральный, суммарный, микрометража, по глубине вырезанных лунок и профилографирования.

Интегральный метод измерения износа заключается в про­верке определенных показателей работы отдельных узлов или агрегатов машины, изменяющихся в результате изнашивания. При выполнении измерений периодически контролируются показатели, которые характеризуют так называемые «служебные свойства» узлов и агрегатов.

При использовании интегрального метода, например для определения износа деталей цилиндропоршневой группы двига­теля внутреннего сгорания, определяется общее снижение ком­прессии в цилиндрах по сравнению с компрессией новых двига­телей. По падению компрессии оценивается количество газов, попадающих в картер двигателя, а также с учетом давления газов в картере дается заключение об износе цилиндров и поршней. Износ маслосъемных колец и стенок цилиндров можно установить на основании повышенного расхода масла из картера двигателя, так как при наличии увеличенного зазора между кольцами и стенками цилиндров не обеспечивается нормальный возврат масла в картер и происходит его пригорание.

Недостатком интегрального метода является необходимость использования косвенных показателей, которые в целом дают представление о степени пригодности узла или агрегата выполнять служебные функции, но не позволяют получить достаточно точную информацию о величине линейного износа поверхностей трения отдельных деталей.

Метод измерения суммарного износа имеет несколько разно­видностей, позволяющих оценить общий износ детали, сопряже­ния, узла или агрегата машины. При этом методе можно использо­вать определение массы деталей, количества металлических частиц в смазочном материале или применение радиоактивных элементов.

При взвешивании деталей определяется масса изнашиваю­щихся деталей до постановки на машину или на испытательный стенд и после определенного периода использования или нагружения. Потеря массы детали характеризует степень износа. По известной площади поверхности трения потеря массы детали мо­жет быть пересчитана в средние линейные величины. Дан­ный метод обычно используется при определении износа деталей типа поршневых колец, пальцев и др., изнашивание поверхности трения которых происходит наиболее равно­мерно.

Применение метода, основанного на оценке количества метал­лических частиц в смазке, состоит в получении химического анализа состава пробы отработанного масла, содержащей про­дукты изнашивания. В зависимости от наличия металлического порошка в масле делают вывод об износе поверхностей трения деталей. Указанным методом измеряют износ деталей двигателей внутреннего сгорания, а также деталей узлов и агрегатов, .имеющих закрытые масляные ванны (редукторы, подшипники и пр.).

Для измерения износа с помощью радиоактивных элементов необходимо эти элементы добавить в металл при отливке детали или поместить в специальное отверстие готовой детали, засверлен­ное на поверхности трения. В процессе изнашивания продукты распада радиоактивных элементов вместе с частицами металла попадают в масло. При анализе пробы «загрязненного» масла устанавливают количество этих продуктов и определяют степень износа деталей.

Метод микрометража состоит в измерении размеров деталей до постановки их в работу и после изнашивания. Этот метод с использованием микрометров, индикаторных приборов, а также приборов с показаниями датчиков получил наиболее широкое распространение в практике эксплуатации машин.

Метод по глубине вырезанных лунок применяется для измере­ния местного линейного износа, оцениваемого по уменьшению длины лунки, нанесенной искусственным способом на поверхность трения. Этот метод используется для измерения износа на плоских, цилиндрических вогнутых и цилиндрических выпуклых поверх­ностях трения.

Лунку вырезают специальным алмазным резцом (рис. 8, а), представляющим правильную трехгранную призму с углом при вершине между высотой и гранью 65 ± 1°. Радиус вращения резца строго фиксирован и составляет 11 ±0,1 мм. Алмазный резец вращается вокруг оси хх относительно поверхности трения де­тали. В результате вращения резца на детали вырезается лунка длиной EF (глубина лунки обычно не превышает 0,15 мм при длине до 3 мм). Затем деталь с вырезанной лункой устанавливают на свое место в машине и производится обычная или опытная ее эксплуатация.

Рис. 8. Схемы вырезания лунки (а) и измерения износа по ее глубине (б)

По специальным таблицам можно определять глубину лунки по значениям ее длины, измеренным с помощью микроскопа.

Метод профилографирования основан на двукратном измере­нии шероховатости поверхности трения новой неизношенной де­тали и этой же поверхности после выполнения определенной на­работки. До постановки детали на испытание с помощью специ­ального профилографа с поверхности трения снимается профило- грамма, на которой отражаются, помимо обычной шероховатости, контрольные риски и царапины. Если характерных рисок и цара­пин нет, то их наносят режущим инструментом.

После достижения деталью какой-то величины износа с одной и той же поверхности снимают повторную профилограмму. По уменьшению глубины контрольных рисок и царапин судят о вели­чине линейного износа поверхности трения детали.

Предельный и допустимый износ

Основные характеристики изнашивания

ИЗНАШИВАНИЕ ПАР ТРЕНИЯ

Относительные перемещения контактирующих поверхностей и их механические взаимодействия приводят не только к изменениям состояния и свойств материалов поверхностных слоев, но и к их разрушению.

Обычно разрушение происходит в форме отделения от поверхностей трения мелких частиц материала, что приводит с течением времени к изменению размеров и формы контактирующих деталей. Это явление называют изнашиванием. Изнашивание является сложным многоуровневым процессом.

Как отмечалось ранее, основные понятия, термины и определения в области изнашивания регламентированы ГОСТ 27674-88. В частности, по этому ГОСТу результат изнашивания определен термином износ. Величину износа определяют в единицах длины, объема, массы.

Износ деталей и узлов трения приводит к ухудшению функциональных показателей машины. В результате износа нарушается кинематическая точность механизмов, снижается производительность и коэффициент полезного действия, уменьшается прочность деталей, увеличиваются расходы на ремонт и обслуживание, увеличивается шум и вибрации.

Количественно изнашивание характеризуется скоростью изнашивания

где Dh — величина износа, или толщина удаленного слоя, м;

Широко распространена другая характеристика изнашивания —интенсивность изнашивания:

где Dh — величина износа, м;

L — путь трения, м.

Различают мгновенную (в определенный момент времени) и среднюю скорость изнашивания (за определенный интервал времени).

Еще одной характеристикой изнашивания является износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях. Оценивается величиной обратной скорости или интенсивности изнашивания.

Значение износостойкости находится в пределах 10 3 …10 13 . Установлено десять классов износостойкости (табл. 4.1).

Поскольку изнашивание в процессе эксплуатации машины неизбежно, очень важно определять степень износа детали и установить необходимость ее ремонта. Известно, что первоначальный износ появляется в период приработки двух деталей. Этот износ незначителен и зависит от зазоров и шероховатости поверхностей. В дальнейшем нарастание износа происходит за длительный период эксплуатации и, наконец, износ достигает величины, когда наступает значительное нарушение сопряжения деталей. Поэтому в технике приняты понятия о допустимом и предельном износе.

Допустимым износом называется износ, при котором изделие сохраняет свою работоспособность.

Предельный износ соответствует предельному состоянию изнашивающейся детали.

Установление предельных износов необходимо для выполнения регулировочных операций и выбраковки деталей в эксплуатации и при ремонте. Для определения предельных износов следует руководствоваться тремя критериями: техническим, функциональным и экономическим.

Согласно техническому критерию предельному значению износа соответствует:

— резкое возрастание интенсивности изнашивания;

— снижение прочности изнашиваемой детали вследствие изменения ее размеров;

— усиление влияния износа рабочего органа или деталей сопряжения на работоспособность других деталей;

— самовыключение механизма при работе.

Технический признак предельного износа можно использовать также для оценки изменения характера неподвижного сопряжения (соединения с натягом, шлицевое и шпоночное соединения) вследствие контактной коррозии, релаксации напряжений и макропластической деформации деталей.

Основанием для функционального критерия служит изменение по мере изнашивания качества функций, выполняемых узлом или машиной. Например, отклонения размеров профиля проката от номинального вследствие износа валков, погрешности формы обработанного на металлорежущем станке изделия, изменение подачи компрессора при заданном давлении на выходе.

Экономические показатели работы машины положены в основу третьего критерия предельного износа. Наименьшие затраты на единицу выработки при сохранении качества в заданных пределах являются экономическим критерием оптимального срока службы, межремонтного периода рабочего органа или узла машины.

Экономический критерий является наиболее общим. Технические и функциональные признаки являются основными в тех случаях, когда можно не считаться с рентабельностью работы машины.

Срок службы детали или узла определяется не только по предельным износам, в соответствии с критериями, но и другими факторами: контактная усталость, коррозия и др.

Срок службы пары или детали определяют по формуле

(4.3)

где U_max –предельный износ, м;

U – начальный износ (приработанный износ), м;

— скорость изнашивания, м/ч.

Для расчета необходимо установить предельный износ и знать скорость изнашивания.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет