Общие понятия и определения. Критерии предельного износа.

Лекция 4.

Предельные и допускаемые износы деталей

И механизмов машин.

Общие понятия и определения. Критерии предельного износа.

Определение предельно-допустимых износов аналитическим и графическим методами.

Предельные износы основных базовых деталей и деталей механизмов передач.

Общие понятия и определения. Критерии предельного износа.

Предельный износ — износ, соответствующий предельному состоянию изнашиваемого изделия или его составной части.

Предельное состояние изделия — состояние изделия, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Допускаемый износ — максимальный износ элемента (сопряжения) изделия, при котором возможно его безопасное использование в течение последующего ремонтного цикла.

Допустимый износ — износ, при котором изделие соответствует нормативным требованиям безопасности.

Скорость изнашивания — отношение величины износа к интервалу времени, в течение которого он возник.

Интенсивность изнашивания — отношение величины износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы.

Предельный износ по параметрам безопасности должен устанавливаться для деталей или их сопряжений, подверженных износу при регламентированных в нормативной документации условиях эксплуатации и связанных непосредственно или функционально с параметрами или характеристиками безопасности изделий. Предельный износ по параметрам безопасности должен быть установлен в государственных стандартах и (или) конструкторских документах на размеры или сопряжения элементов изделия. В нормативной и (или) технической документации должны быть указаны мероприятия или действия, которые должны осуществлять эксплуатирующие или ремонтные организации при достижении предельных износов, а также методы и способы их определения. Значения предельного износа, являющиеся параметрами безопасности изделия, должны быть доведены до сведения потребителя и указаны в сопровождающей изделие документации.

В зависимости от вида и функционального назначения изделия за критерии предельного износа принимают:

— начало резкого возрастания интенсивности изнашивания элементов машин, связанных с безопасностью;

— самовыключение или самовключение изделия (например, из-за износа торцевой поверхности зубчатых колес коробок передач);

— предельно допустимое снижение прочности изнашиваемой детали (например, износ и обрыв проволок канатов грузоподъемных устройств, из-за изнашивания толщины зуба у основания зубчатого устройства);

— выходящее за пределы допустимого влияние износа отдельных деталей сопряжения на параметр безопасности изделия;

— износ элементов зубчатых, цепных и других передач, крепежных элементов, вызывающих шум и вибрацию на месте оператора;

— возникновение триботехнических отказов, связанное с уменьшением силы трения до уровня ниже допустимого, заедание, заклинивание механизмов (например, износ по толщине накладок фрикционных тормозов и муфт, приводящий к уменьшению силы трения, а, следовательно, и силы удерживания грузов или машины на уклонах и т.п.);

— нарушение кинематического взаимодействия деталей (например, чрезмерное увеличение динамических нагрузок на элемент или группу элементов вследствие износа подшипников и перекоса валов);

— изменение или невозможность выполнения изделием заданных приводящих к нарушению безопасности (например, схождение цепи со звездочки вследствие износа шарниров и вытяжка).

При установлении критериев предельного износа конкретного изделия следует учитывать следующее:

— в результате износа может происходить скачкообразное изменение состояния изделия, приводящее его в опасное состояние для человека или окружающей среды (заклинивание механизма, поломка деталей и т.п.);

— в процессе изнашивания имеется зона интенсивного возрастания износа, приводящего к росту вибраций, шума, выделению загрязняющих веществ;

— процесс износа за время эксплуатации не имеет экстремальных зон; опасные воздействия изнашивания проявляются после достижения предельного износа.

При установлении предельного износа составных частей изделия следует учитывать влияние изнашиваемого элемента:

на работоспособность самого элемента;

на параметр безопасности изделия в целом;

на работоспособное состояние других элементов, влияющих на параметр безопасности изделия.

Для деталей с поверхностным упрочнением предельный износ не должен превышать глубины упрочненного слоя.

Интенсивность нарастания износа деталей и изменение зазоров подвижных сопряжений в зависимости от продолжительности работы происходят с определенной закономерностью. Почти для всех деталей, подверженных изнашиванию, закон нарастания износа имеет вид кривой, представленной на рисунке 13. Типовая кривая износа, несет три явно выраженных участка.

Износ на участке I кривой ОА₁ характеризуется быстрым нарастанием износа ОК за сравнительно малый период работы ОА. Он выражает начальную работу сопряжения — период приработки деталей. Износ и степень интенсивности изнашивания в этот период во многом зависят от качества поверхности деталей, условий смазки и нагрузки. С увеличением шероховатости рабочей поверхности, а также с увеличением нагрузки в начальный период работы износ деталей значительно повышается. Участок II кривой А₁В₁, наибольший по протяженности, характеризует нормальную работу детали или сопряжения. За время нормальной эксплуатации АВ износ деталей нарастает постепенно, часто с небольшой равномерной интенсивностью, и увеличивается на небольшое значение КК₁. Износ на этом участке носит название естественного износа. Его значение во многом зависит от условий эксплуатации, а также от своевременности и качества проводимого технического обслуживания. Участок Ш за точкой B₁ характеризуется интенсивным нарастанием износа деталей и резким увеличением зазоров в сопряжениях. Работа сопряжений с износами деталей, превышающими значение ОК₁, как правило, сопровождается нарушением условий смазки, перегревом деталей, появлением шумов и стуков и часто заканчивается аварийным разрушением. Такие износы называют предельными. Детали с предельными износами требуется восстановить или заменить.

Зная закономерность (кривую) нарастания износа детали или увеличение зазора сопряжения, можно легко определить предельные и допускаемые износы деталей или зазоры сопряжения. Например, при измерении размера детали во время ремонта износ ее оказался равным ОМ Отложив это значение на оси ординат, из точки М проводят прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой износа в точке Б₁, и опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Если отрезок времени БВ равен или больше межремонтного периода, то такой износ считают допускаемым.

При допускаемом износе данное сопряжение может нормально работать еще целый межремонтный срок. Значение допускаемого износа всегда будет расположено на участке А₁В₁, кривой износа.

В случае наступления предельного износа дальнейшая нормальная работа данного сопряжения в течение очередного межремонтного периода невозможна, иначе произойдет авария. Значение предельного износа также расположено на участке А₁В₁, кривой износа вблизи точки В₁.

Рисунок13. Типовая кривая нарастания износа деталей.

На производстве предельно допустимые износы (или зазоры в сопряженных деталях) устанавливаются техническими условиями на ремонт машины и указываются в технологии ремонта. Этими данными пользуются при выбраковке деталей в процессе ремонта машины.

Предельный износ машин определение

При проведении оценки транспортных средств для определения их рыночной (или иной) стоимости, а также в ходе проведения автоэкспертизы автомобиля на предмет оценки материального ущерба, оценщик (автоэксперт) рассчитывает износ транспортного средства как объекта оценки. Износ – это потеря стоимости автомобиля в следствии интенсивности его эксплуатации, сроков использования (хранения), а также ввиду развития научно-технического прогресса, приведшего к выпуску более совершенных транспортных средств.

В первую очередь износ подразделяется на:

— устранимый износ, который технически возможно исправить (устранить, снизить и т.д.) и это будет экономически целесообразно;

— неустранимый износ, который нецелесообразно устранять вообще по чисто экономическим соображениям, т.к. расходы на его устранение превысят рыночную стоимость автомобиля как объекта оценки, а также невозможности его устранения ввиду конструктивных особенностей автомобиля.

Для оценки, решающей различные вопросы, износ подразделяется на:

— физический износ – это изменение состояния поверхностей автомобиля, его форм, размеров и т.д., а также химических, физико-механических и электротехнических свойств материалов в процессе эксплуатации транспортного средства, в дорожно-транпортного происшествия и длительного (неправильного) его хранения. Физический износ вызывает частичную или полную потерю потребительских свойств (работоспособности) автомобиля или привлекательности его внешнего вида, и как следствие означает потерю его стоимости. Физический износ – основной показатель для оценки рыночной стоимости транспортного средства и единственный при проведении автоэкспертизы на предмет оценки ущерба;

— естественный (нормальный) физический износ – износ, используемый «по умолчанию» при проведении оценки (автоэкспертизы), т.к. возникает при правильной эксплуатации и хранении автомобиля, рекомендованными заводом-изготовителем;

— аварийный физический износ – износ, возникающий в результате нештатной ситуации (воздействия внешних сил, ДТП и т.п.), а также при нарушении правил эксплуатации (хранении) автомобиля.

Любой физический износ является устранимым (или частично-устранимым).

Способом его устранения является восстановительный ремонт.

— моральный (функциональный износ) – потеря рыночной стоимости транспортного средства, вызванная появлением на рынке новых, более совершенных аналогичных объектов. Моральный износ автомобиля является устранимым. Способ его устранения – техническая модернизация транспортного средства. Применяется при оценке рыночной стоимости автомобиля;

— экономический (внешний износ) износ – это потеря стоимости транспортного средства, обусловленная влиянием внешних экономических факторов, таких как изменение (снижение) потребительского спроса, которое может быть вызвано общеэкономическими или внутриотраслевыми негативными изменениями, приводящими к резкому (катастрофическому) падения спроса на определенные объекты. Экономический износ является неустранимым и входе автоэкспертизы не применяется.

Предельные износы и сроки службы деталей.

ЛЕКЦИЯ. Основы надежности.

Влияние условий эксплуатации и режима работы машин на износ их деталей.

Сегодня с трением связана одна из самых острых проблем современности – износ машин и механизмов. Расходы на восстановление машин в результате износа огромны. Причем ежегодно они увеличиваются. Удлинение срока службы машин и оборудования даже в небольшой степени равносильно вводу значительных новых производственных мощностей.

Обычно сопротивление деформации объединяют в общее понятие прочность, а сопротивление разрушению – надежность.

Надежностьлюбого технического устройства – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров.

Надежность является сложным свойством. Оно включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Эти показатели относятся к единичным показателям надежности. Кроме этого есть коэффициент технического использования и др.

С позиции надежности изделия могут находиться в работоспособном, неработоспособном и предельном состоянии.*

Работоспособность машины чаще всего нарушается вследствие физического износа деталей. Их ремонтируют или заменяют. С течением времени службы машины возрастает число деталей, подлежащих ремонту. Соотношение между стоимостью восстановления работоспособности и стоимостью новой машины возрастает. Ее ремонт становится нерентабельным, и хотя конструктивно машина морально еще не изношена, но долговечность ее исчерпана.

К общим понятиям триботехники относятся следующие термины.

Если разрушение происходит не за один, а за многие акты нагружения, причем за каждый акт микроразрушение, то это характеризует долговечность материала. Долговечность материала определяют испытанием на усталость, ползучесть, коррозию, износ и др.

Изнашивание– процесс постепенного изменения размеров тела под воздействием внешних силовых факторов.

Износ – результат изнашивания – представляет собой разрушение поверхностного слоя материала в результате внешних силовых воздействий при трении.

Наличие силовых воздействий отличает износ от коррозии, электрической эрозии и других процессов, также приводящих к поверхностному разрушению материалов.

Различают: Линейный износ— износ, определяемый по уменьшению

размера по нормали к поверхности трения U , [мм, м].

Весовой износ — износ, определяемый по уменьшению

веса детали U , [г, кг].

Объемный износ— износ, определяемый по уменьшению

объема детали U , [мм , м ].

Скорость изнашивания – отношение величины износа ко времени, в течение которого он возник

, [мм/с] (2.1)

Интенсивность изнашивания – отношение величины износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы.

(2.2)

Износостойкость материала является характеристикой его способности сопротивляться изнашиванию в определенных условиях внешнего воздействия.

Относительная износостойкость – безразмерный показатель, характеризующий соотношение абсолютных величин износа двух материалов, из которых один принят за эталон.

Внешнее трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зоне соприкосновения поверхностей по касательным к ним, сопровождаемое диссипацией энергии.

Трение покоя– трение двух тел при микроперемещениях до перехода к относительному движению.

Трение движения– трение двух тел, находящихся в относительном движении.

Трение скольжения– трение движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках касания различны по величине и направлению.

Трение качения– трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению.

Сила трения– сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы.

Скорость скольжения– разность скоростей тел в точках касания.

Коэффициент трения– отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

Коэффициент сцепления– отношение наибольшей силы трения покоя двух тел к нормальной силе, прижимающей тела друг к другу.

Использование машин по назначению в надлежащих условиях и правильная загрузка имеют важное значение для долговечности подвижных деталей. Так, применение для шлифовальных работ станков, предназначенных для нарезания точных резьб, сопряжено с абразивным изнашиванием узлов трения и быстрой потерей стан­ком точности. Расположение точных винторезных станков вблизи станков, обрабатывающих чугунные изделия или производящих сухое шлифование, недопустимо по той же причине.

Могут быть случаи, когда машина хотя и используется для выполнения предназначенных для нее операций, однако характер ее загрузки способствует неравномерному изнашиванию деталей. Обработка коротких винтов на станках, предназначенных для изго­товления длинных винтов, приводит к повышенному износу ходовых винтов станков на коротком участке и делает их в дальнейшем не­пригодными.

Непредусмотренные большие силовые воздействия интенсифи­цируют изнашивание деталей. Поэтому на прецизионных металлоре­жущих станках нельзя производить обдирочные работы; припуск на отделочные операции должен быть минимальным, в соответствии с нормативами.

В двигателях внутреннего сгорания повышение нагрузки сверх оптимальной сопровождается ухудшением рабочего процесса, что ведет к сокращению сроков их службы.

Пусковой период машины связан с повышенной интенсивностью изнашивания, зависящей от длительности бездействия машины перед пуском, от температуры деталей и свойств смазочного материала. Пусковым периодом следует считать промежуток времени от момента пуска до момента стабилизации теплового состояния машины. Пусковой период сопровождается изменениями величин и форм за­зоров; в отдельных сечениях зазоры могут быть даже нуле­выми.

Значительный износ при пуске двигателя обусловлен рядом причин. После остановки двигателя нагретое масло быстро стекает с горячих стенок цилиндров и остается в подшипниках в незначи­тельном количестве. В момент страгивания поршня трение тем больше, чем больше перерыв между остановкой и последующим пуском. Даже в летнее время тепловой режим двигателя при пуске понижен, и температура стенок цилиндра ниже температуры росы кислот, содержащихся в продуктах сгорания. Конденсируясь на стенках, кислоты производят корродирующее действие. Весьма существенно и абразивное воздействие сохранившихся и образовав­шихся при пуске продуктов износа. В карбюраторных двигателях топливо, конденсируясь на стенках цилиндра, смывает с них масло. Нормальная подача масла в верхнюю рабочую зону цилиндра начи­нается только через 3. 12 мин после начала пуска двигателя.

Для уменьшения износа полезно перед пуском двигателя про­вернуть коленчатый вал несколько раз вручную или с помощью стартера. Перед пуском, например, судовых дизелей производят прокачку двигателя маслом, сочетая эту операцию с проворачива­нием коленчатого вала на 2–3 оборота валоповоротным устройством. На некоторых авиационных двигателях водяного охлаждения перед пуском после длительной остановки производили принудительную подачу масла в магистраль коленчатого вала для подачи масла в подшипники. Для этой цели в носке вала был специальный клапан.

Переход на более форсированный режим работы машины может значительно ухудшить условия работы трущихся деталей. При экс­плуатации дизелей замечено, что вслед за увеличением частоты вра­щения коленчатого вала давление подачи масла в подшипники за­метно снижается и только через некоторое время начинает медленно повышаться до величины, соответствующей скоростному режиму работы машины. Аналогичные явления наблюдаются в случае «раз­носа» двигателя (вследствие утери гребного винта, заедания плун­жеров топливных насосов и других причин).

Повышенный износ деталей ходовой части транспортных машин происходит и в период их остановки. При тормозном моменте колеса, равном или превышающем момент от сил сцепления колеса с по­лотном дороги, происходит переход от качения к скольжению (юзу). Юз приводит к местной выработке колес по кругу катания и умень­шает срок службы шин из-за истирания протектора.

Работа машины характеризуется нагрузочным, скоростным и тепловым режимами. Одна и та же производительность машины может быть достигнута при различных сочетаниях параметров нагрузочного и скоростного режимов. Некоторый диапазон сочетаний может оказаться наиболее выгодным с точки зрения износостойкости, удовлетворяя вместе с тем требованиям экономичности.

Предельные износы и сроки службы деталей.

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

Согласно техническому критерию предельному значению износа соответствует: начало резкого возрастания интенсивности изна­шивания; предельно допустимое снижение прочности изнашиваемой детали вследствие изменения ее размеров; выходящее за пределы допустимого влияние износа рабочего органа или деталей сопряже­ния на работоспособность других деталей; самовыключение меха­низма из работы.

В отдельных случаях значительный износ может привести к на­рушению кинематического взаимодействия деталей и в результате – к полному прекращению работы механизма, как, например, при износе храпового механизма или деталей магнитной системы кон­тактора.

Технический признак предельного износа также может привле­каться для оценки допустимого изменения характера неподвижного сопряжения (соединения с натягом, шлицевое и шпоночное соедине­ния) вследствие контактной коррозии, релаксации напряжений и макропластической деформации деталей. Здесь возникают трудности установления числовых значений показателя износа.

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

Форсированное изнашивание элемента или сопряжения в конце его службы не всегда является единственным основанием для за­ключения об их непригодности к дальнейшей работе; выбраковка может быть произведена и по другим соображениям, когда аварийной ситуации в элементе или сопряжении еще нет. Это еще более прояв­ляется при подходе к величине износа по функциональному при­знаку. Плунжерную пару бракуют при установившемся изнашивании даже

невысокой интенсивности, когда утечки превышают установ­ленный предел или нарушается четкость отсечки жидкости. Предель­ный износ по функциональному критерию соответствует предельно допустимому отклонению качества работы от нормы.

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. Наиболь­шая эксплуатационная производительность машины при сохранении качества выработки в заданных пределах – вторая формулировка критерия.

Определение предельного износа рабочего органа или узла (машины) по этой методике состоит в следующем. Так как с уве­личением срока службы амортизационные расходы на единицу продукции уменьшаются, а эксплуатационные затраты возрастают, то существует минимум суммарных затрат. Если построить графики амортизационных расходов на единицу продукции в зависимости от текущей выработки, эксплуатационных расходов и суммарных затрат, то значение минимальной ординаты последнего графика определяет предельный срок службы по экономическому критерию.

Если изношенные детали используют после ремонта, то при экономическом анализе учитывают и расходы на ремонты, возраста­ющие при большей степени износа.

Экономический критерий является наиболее общим, но им можно руководствоваться лишь тогда, когда изменение того или иного показателя износа или совокупности их заметно влияет на экономич­ность работы машины. В противном случае точность экономического анализа становится проблематичной, и два других критерия в до­статочно полной мере удовлетворяют требованиям экономичности. Технические и функциональные признаки являются основными в тех случаях, когда не нужно считаться с рентабельностью работы машины.

Срок службы детали или узла определяют не только по предель­ным износам в соответствии с тем или иным критерием, но и другими факторами, такими, как усталость, контактная усталость, коррозия, отложения на деталях и др. Износ детали или сопряженной пары нередко характеризуется несколькими показателями. Важно выявить наиболее существенный из них по воздействию на работоспособность. На работу подшипника скольжения влияет не только увеличение зазора. Эллиптичность и другие искажения формы деталей в поперечных сечениях изменяют соотношение между кривизной соприкасающихся поверхностей, по­этому возможности реализации трения при жидкостной смазке становятся иными.

Рассмотрим другой пример. У лемеха плуга при износе его ре­жущей кромки изменяется контур по длине (как по лезвию, так и по стыковой линии с отвалом) и по ширине, уменьшается толщина лез­вия. Задача заключается в том, чтобы выяснить, какой из показа­телей износа ранее других достигает предельного значения. Уста­новлено, что на суглинистых почвах контур лемеха изменяется более интенсивно, чем износ по толщине. Так как качество работы плуга больше зависит от износа лемеха по ширине, то этот показатель из­носа может быть принят как основной.

Определить скорость изнашивания в реальных парах можно только на основании данных эксплуатации. Но и здесь наблюдается большой разброс результатов. В каждый момент скорость изнаши­вания деталей является функцией многих переменных факторов, таких, как неполная однородность качества материалов одних и тех же марок, неодинаковые исходные действительные размеры деталей в сопряжениях и колебания зазоров в пределах полей до­пусков, различные условия эксплуатации, неодинаковое качество перерабатываемого материала в технологических машинах даже в пределах стандарта и т. д.

Необходимо отметить, что средние сроки службы различных деталей одной и той же машины должны быть кратными между собой и кратными межремонтному периоду работы машины.

Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 985 ; Мы поможем в написании вашей работы!