• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Види зношування деталей

Закони тертя

Зношування

Зношування. Закони тертя

При контакті двох спряжених поверхонь та їх відносному переміщенні в поверхневих шарах виникають механічні та молекулярні взаємодії, які призводять до руйнування поверхонь, тобто зношення. Зношення – результат зношування. Під зношуванням розуміють процес відокремлення матеріалу з поверхні твердого тіла при терті.

Тертя – це опір, який виникає при взаємному переміщенні тіл, що стикаються. У відповідності до молекулярно-механічної теорії У.В. Крагельського і Б.В. Дерягіна тертя складається із двох опорів, з них перший – це результат механічної взаємодії, при якому виступи однієї поверхні потрапляють у западини іншої (фрикційний зв’язок), а другий, - наслідок молекулярної взаємодії поверхонь тертя.

Залежно від кінематики відносного переміщення тіл у машинах та механізмах відбуваються два види тертя: тертя ковзання та тертя кочення. На межі контакту деталей можуть відбуватися пружні та пластичні деформації і молекулярне зчеплення.

Залежно від наявності або відсутності мастила розрізняють такі види тертя (рис. 2.1):

а) сухе - виникає між поверхнями тертя за відсутності мастила;

б) рідинне – у випадку повного розділення поверхонь шаром мастила;

в) граничне - поверхні тертя розділені тонким шаром рідини (не більше 0,1 мкм).

Залежно від кінематики відносного переміщення тіл і наявності мастил розрізняють і закони тертя.

Закон сухого тертя ковзання. Залежність сили сухого тертя ковзання від нормального тиску N встановив Амонтон.

Згідно з цим законом сила тертя пропорційна вазі вантажу G (силі тиску N) і не залежить від величини площі дотику:

, (2.1)

де - коефіцієнт тертя.

Л. Ейлер провів додаткові випробування ковзання тіла по похилій площині(рис.2.2)і одержав рівняння для визначення коефіцієнта тертя:

, (2.2)

де - кут нахилу; - шлях, який пройшло тіло; g - прискорення вільного падіння; t - час переміщення на відстань .

Закон тертя кочення. Винайшов закон тертя кочення Кулон у 1799 році. Згідно з цим законом сила тертя кочення прямо пропорційна нормальному тиску і обернено пропорційна радіусу котка:

, (2.3)

де N – нормальна сила;

- коефіцієнт тертя кочення.

Закон рідинного тертя. За цим законом сила рідинного тертя прямо пропорційна коефіцієнту рідинного тертя і навантаженню N:

. (2.4)

Коефіцієнт рідинного тертя залежить від мастила, швидкості взаємного переміщення і товщини шару мастила.

Зношування у машинах згідно з ГОСТ 27674-88 поділяється на механічне, корозійно-механічне і зношування внаслідок дії електричного струму. Розглянемо механічне зношування.

Механічне зношування – це зношування внаслідок механічної дії. Механічне зношування, в свою чергу, можна поділити на: абразивне, гідроабразивне, гідроерозійне та внаслідок втомленості.

Абразивне зношування – це механічне зношування матеріалу внаслідок різальної або дряпаючої дії твердих тіл чи частинок. Абразивні частинки можуть бути мінерального походження, металевими, продуктами окиснення поверхонь деталей та ін.

Основне джерело потрапляння абразивних частинок у спряження машин – навколишнє середовище. Більшість частинок мають розмір 5-120 мкм, тобто співрозмірні із зазорами в спряженнях машин. Швидкість абразивного зношування залежить від кількості абразивних частинок та їх твердості.

Для зниження абразивного зношування твердість робочої поверхні деталі має бути в 1,3 рази вищою за твердість абразиву.

Різновидом абразивного є гідроабразивне зношування. Це абразивне зношування внаслідок дії твердих тіл або твердих частинок, що виносяться потоком рідини. Таке зношування характерне для гідравлічних машин і гідроприводів.

Ерозійне зношування внаслідок дії потоку рідини називається гідроерозійним. Ерозія металів – комплексний фізичний та фізико-хімічний процес, що відбувається внаслідок впливу навколишнього середовища, окиснення, наклепу, температурних напружень та від втомленості. Прикладом ерозійного зношування машин є зношування розподільників гідравлічної апаратури.

Різновидом гідроерозійного зношування є кавітаційне.

Кавітаційне зношування – це механічне зношування під час руху твердого тіла відносно рідини, за якого бульбашки газу лопаються поблизу поверхні, що створює місцевий ударний тиск.

Кавітація (від лат. cavitas – порожнина) – це порушення суцільності всередині рідини, тобто утворення в рідині порожнин, заповнених газом, парою – так званих кавітаційних бульбашок. Кавітація виникає через місцеве зменшення тиску нижче критичного значення (для реальної рідини воно дорівнює тиску насиченої пари цієї рідини за даної температури).

Зношування від кавітації характерне для гідравлічних машин, коли в потоці рідини утворюються пухирці пари та газу, при переході в зону високих тисків відбувається конденсація пари і створюються умови для місцевого гідравлічного удару. При цьому дія на поверхню буває настільки значна, що виникають глибокі каверни, які можуть зливатися і утворювати навіть наскрізний отвір.

Зношування від втомленості – це механічне зношування внаслідок руйнування від втомленості при повторному деформуванні мікрооб’ємів поверхневого шару. Явище зношування від втомленості відбувається при терті кочення і терті ковзання. Основою цього виду зношування є утворення фрикційних зв’язків при прикладенні нормального навантаження в разі відносного ковзання поверхонь тертя.

Зношування від втомленості найчастіше спостерігається в умовах високих контактних навантажень при одночасному коченні та проковзуванні однієї поверхні по іншій. За таких умов працюють важко навантажені шестерні та підшипники кочення.

2.4. Зношування деталей насосів та гідроприводів

Розширення сфери застосування гідромеханізації та гідротранспорту і впроваджування їх у різні галузі народного господарства поставили вимогу оснащення будівельних, гірничорудних, металургійних, хімічних та інших підприємств відцентровими насосами для перекачування абразивних гідросумішей ( ґрунтовими, пісковими, шламовими ).

Основним експлуатаційним недоліком цих насосів є малий термін служби деталей проточної частини з причини інтенсивного гідроабразивного зношування. За характером зношування всі деталі насосів можна поділити на дві групи.

До першої групи належать робоче колесо і відвід, проточні канали яких зношуються найбільше. При перекачуванні гідросумішей з великими твердими включеннями ці деталі ще й піддаються ударам.

Найбільш інтенсивно зношуються лопаті робочих коліс на вході й на виході, внутрішні поверхні їх дисків , поверхні відводу в зоні розрахункового перерізу та вхід в дифузор. Всмоктувальний патрубок зношується значно менше.

До другої групи належать деталі, що зношуються за рахунок перетікання гідросуміші з порожнини з великим тиском в порожнину з меншим тиском: броньодиски, зовнішні диски коліс, деталі ущільнень з боку всмоктування і вузол сальникового ущільнення. Зношування цих деталей збільшується при транспортуванні гідросумішей з дрібними твердими включеннями.

Зношення деталей визначається абразивністю гідросуміші й твердістю матеріалу деталей.

Робочі органи насосів зношуються за рахунок контакту твердих частинок, що рухаються з рідиною, зі стінками каналів проточної частини насоса. На характер та інтенсивність зношування впливають твердість матеріалу, швидкість, концентрація твердих частинок та кути натікання потоку рідини на лопаті робочого колеса.

Чинників зношування гідравлічних пристроїв та гідроприводів дуже багато – це режим роботи, фізико-хімічні характеристики пар тертя, технологія виготовлення, конструктивні особливості, тип робочої рідини та ін. Кожний з цих чинників спричиняє фізичні, хімічні або структурні зміни в поверхневому шарі зношуваної деталі.

Статистична обробка результатів випробувань та експлуатація гідроприводів показали, що найбільш слабка ланка- насос, в якому проблемними є деталі розподільчої, рідше поршневої групи.

Для гідропривода найбільшими є втрати від поступових відмов, тобто зношування деталей під час роботи і втрати вузлом своїх початкових параметрів. Як правило, зношування гідросистем пов’язують з їх забрудненням. Забруднення можуть бути у вигляді твердих, рідких і газоподібних включень. Кожне з них може значною мірою впливати на зношування деталей.

Для гідравлічних приводів верстатів найбільш небезпечними є нагрів рідини, попадання механічних домішок, води і повітря.

Найбільше впливають на надійність і довговічність гідропривода механічні включення. Внаслідок забруднення робочих рідин виходить з ладу 75% гідроприводів, майже половина аварій в авіації пов’язана з забрудненням робочих рідин, ресурс гідронасосів зменшується в 10-12 разів, 65% відмов рульового керування також пов’язані з забрудненням рідини. У гідроприводі робоча рідина – це один із основних елементів: робоче тіло, мастило. Вона відводить тепло, продукти зношування і захищає систему від корозії. Тому її вибору необхідно приділяти особливу увагу.

3 Механізми відмови машин

3.1 Визначення та класифікація відмов.

3.2 Процеси, які впливають на працездатність машини.

3.3 Поступові та раптові відмови

3.3.1 Надійність у період прояву раптових відмов.

3.3.2 Надійність у період прояву поступових відмов.

3.3.3 Одночасний прояв раптових і поступових відмов.

3.4 Відмови насосів. Загальна характеристика.

3.1 Визначення та класифікація відмов

Відмова –подія, що пов’язана з частковою або повною втратою працездатності машини. Для кожної машини ознаки відмови встановлюються нормативно-технічною документацією.

Деталі машин в основному руйнуються під дією силових навантажень, тепла та світла, електричних і магнітних полів, хімічного середовища, тертя та ін.

Під дією цих чинників відбувається зміна стану машини. У деталях машини відбуваються різні перетворення:

а) пластична деформація,що призводить до збільшення напругив матеріалі деталей;

б) утомлюваність,у випадку колидеталі зазнають статичних і циклічних навантажень (рами, вали, пружини та ін.);

в) теплові руйнування, щовідбуваються під дією нагріву деталей, при яких змінюється структура матеріалу і вони втрачають свої властивості (циліндри, поршні, вкладиші підшипників та ін.);

г) хімічний вплив(корозійне руйнування) – це руйнування матеріалів внаслідок хімічної або електрохімічної взаємодії;

д) зношування машини внаслідок тертя.

Відмови розподіляють за причинами виникнення, характером прояву, впливом на працездатність та ін. Розглянемо основні з них.

!!!!!! Вставити із презентації схему «Відмова»

1 Відмови за причинами виникнення:

а) конструкційні – зумовлені помилками при проектуванні, порушенням вимог державних стандартів, заниженням запасу міцності та ін.

б) виробничі – спричинені порушенням технології виготовлення, невиконанням вимог технічної документації, застосуванням неякісних матеріалів і т.п.;

в) експлуатаційні– є наслідком порушень умов роботи, різних ушкоджень, невиконанням правил експлуатації, низької кваліфікації обслуговуючого персоналу, старінням машин та ін.

2 Відмови за характером прояву:

а) раптові відмови – характеризуються різкою зміною параметрів, зруйнуванням елементів конструкції, втратою герметичності та ін.

б) поступові відмови – є наслідком незворотних явищ, втомленості, зносу та ін.

3 Відмови за ступенем впливу на працездатність машини:

а) повні–відбувається зрив параметрів машини;

б) часткові– знижуються параметри машини (подача, напір, к.к.д.).

Для машин, які виконують відповідальні функції або пов’язані з життям людей, відмови поділяють на небезпечні та безпечні.

3.2 Процеси, які впливають на працездатність машини

Під час роботи машини на неї діють різні збурення, що зумовлюють відхилення основних технічних параметрів і втрату працездатності.

На машину впливають усі види енергії і спричиняють в ній зворотні та незворотні процеси, що знижують її працездатність.

Зворотні процеси(пружні деформації вузлів та деталей машин, зміна температури, вологості та інше) тимчасово змінюють параметри деталей і машин у межах, що не виходять за допустимі значення.

Незворотні(знос, корозія) призводять до прогресуючого зниження характеристик (параметрів) машини.

За швидкістю протікання всі процеси можна поділити на три групи:

а) швидкоплинні процеси – мають періодичність зміни в межах циклу - це вібрація вузлів, зміна сил тертя в рухомих з’єднаннях та ін.

б) процеси середньої швидкості –спричиняють зміну початкових параметрів машини (температури навколишнього середовища і самої машини, зносу різального інструменту, вологості та ін.);

в) повільні процеси – протікають за час роботи машини між її оглядами або ремонтами (їх тривалість – дні, місяці). До них належать зношування, корозія та ін. Ці процеси впливають на точність, к.к.д. та інші параметри машини. Зміни параметрів відбуваються дуже повільно.

Крім зовнішніх, на працездатність впливають і внутрішні процеси в машині. Всі вони мають випадковий характер.

Для створення методів розрахунку надійності машин застосовують моделі відмов, які базуються на різних уявленнях виникнення і розвитку процесів, що призводять до відмови машин.

Розглянемо декілька моделей.

1 Параметрична модель. Стан машини характеризується сукупністю фізичних параметрів

.

Параметри стану – це тиск, витрата, частота обертання, к.к.д. та ін. Частіше всього ці параметри взаємно пов’язані, тому у моделі обмежуються одним або двома параметрами стану.

2 Модель зносу. Характерний параметр моделі – швидкість зносу V_зн = f(t).

У процесі роботи машини відбувається знос поверхонь тертя. При цьому поступово змінюються форма і розміри деталей.

На характер зносу впливають: якість поверхонь, фізичні властивості матеріалу, наявність змащування та ін. Швидкість зносу є функцією часу.

3 Модель “слабкої ланки”. Деформація і руйнування деталей залежить від навантаження та міцності матеріалів. Справедливою буде параметрична модель, в якій загальним параметром є навантаження Q, а параметром граничного стану – межа міцності σ_гр, тобто σ_гр = f(Q).

Відмова відбудеться за умови, що σ > σ_гр.

3.3 Поступові та раптові відмови

3.3.1 Надійність у період прояву раптових відмов

Виникнення раптових відмов пов’язане не зі зміною стану машини, а з несприятливим збігом діючих факторів. Для оцінки відмов у цей період найкраще підходить інтенсивність відмов λ(t) –це імовірність виникнення відмов за одиницю часу. Оскільки відмови не залежать від стану машини, то λ(t) = λ = const.

Імовірність безвідмовної робити підпорядковується експоненціальному закону і визначається за формулою

. (3.1)

Якщо робота машини відбувається на різних режимах, то

, (3.2)

де λ₁ і λ₂ – інтенсивність відмов на різних режимах.

Середній наробіток на відмову дорівнює

, (3.3)

де N – кількість машин в експлуатації; t_i – наробіток і-ї машини.

Інтенсивність відмов

. (3.4)

Графічні залежності розподілу параметрів наведені на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – Розподіл характеристик надійності при раптових відмовах

3.3.2 Надійність у період прояву поступових відмов

При поступових (зношувальних) відмовах для характеристики параметрів надійності застосовують декілька законів, але найчастіше нормальний.

Імовірність безвідмовної робити визначається за формулою

, (3.5)

де F(t) – функція розподілу відмов.

Оскільки , (3.6)

то . (3.7)

Щільність розподілу має вигляд

, (3.8)

де . (3.9)

Для розрахунку функції f(t) використовують підстановку нормального розподілу:

, (3.10)

де , (3.11)

Графічна залежність параметрів надійності наведена на рис. 3.2.

Рисунок 3.2 – Розподіл параметрів надійності при поступових відмовах

3.3.3 Одночасний прояв раптових і поступових відмов

За час роботи гідравлічні машини витримують як поступові, так і раптові відмови. На початку їх експлуатації відбуваються раптові, а потім поступові відмови.

При одночасній дії цих відмов імовірність безвідмовної роботи визначається за теоремою множення ймовірностей

. (3.12)

Графічно імовірність безвідмовної роботи має вигляд, наведений на рис. 3.3

Для характеристики імовірності відмов застосовується закон розподілу Вейбулла.

Рисунок 3.3 – Імовірність безвідмовної роботи при одночасному прояві раптових і поступових відмов

3.4 Відмови насосів. Загальна характеристика

Розглянемо характерні відмови для консольних насосів типу К і для насосів, що перекачують чисті рідини.

1 Відмова підшипників кочення:

а) ознаки: шум, вібрація, збільшення люфту і споживаної потужності внаслідок тертя в ущільненнях;

б) причини: зруйнування елементів конструкції внаслідок втомленості;

в) усунення недоліку: заміна підшипників.

2 Відмова підшипників ковзання:

а) ознаки: шум, вібрація, збільшення люфту і споживаної потужності внаслідок тертя в ущільненнях;

б) причини: зношування вкладишів, вала;

в) усунення недоліку: заміна вкладишів, підшипників, втулки, вала.

3 Відмова муфти:

а) ознаки: удари при ввімкненні та зупинці насоса;

б) причини:знос пружних елементів;

в) усунення недоліку: заміна пружних елементів.

4 Відмова сальника:

а) ознаки: знос втулки, неможливість зменшити витоки підтягуванням сальника;

б) причини: знос набивки, значний знос втулки;

в) усунення недоліку: заміна набивки, а якщо необхідно, - втулки.

5 Відмова торцевих ущільнень:

а) ознаки: великі витоки рідини при роботі та зупинці насоса;

б) причини: граничний знос пари тертя, руйнування пружини;

в) усунення недоліку: заміна елементів, що відмовили, або всього ущільнення.

6 Відмова за параметрами:

а) ознаки: зменшення напору та к.к.д. при постійній подачі;

б) причини: кавітаційний, ерозійний та корозійний знос

лопатей робочого колеса, дисків, ущільнень та інших елементів;

в) усунення недоліку: заміна або відновлення робочого колеса, кілець ущільнення.

Читайте також:

1. Аналіз службового призначення деталей та конструктивних елементів обладнання харчових виробництві, визначення технічних вимог і норм точності при їх виготовленні
2. Балансування деталей
3. Виготовлення деталей із склопластика
4. Види способів відновлення деталей
5. Види та характеристики зношування
6. Вимірювання розмірів деталей та шорсткуватості поверхні
7. Граничнодопустимі зноси спряжень та деталей
8. Загальна класифікація деталей машин
9. Знос головних деталей сільськогосподарських машин
10. З’єднання деталей гарантованим натягом
11. Класифікація й обробка корпусних деталей.

Переглядів: 6700