Виды износа. Классификация видов изнашивания На следующее разрыв износ или

Таблица 7.1 – Основные виды механического износа

Условия возникновения	Механизм разрушения	Проявление
трение скольжения; малая скорость относительного движения (для стальных деталей – до 1 м/с); отсутствие смазки или защитной плёнки окислов между трущимися деталями; низкая температура нагрева поверхностных слоёв (до 100 °С).	Характеризуется возникновением адгезионных связей между деталями с последующим их разрушением.	На контактной поверхности детали из менее прочного материала образуются хаотически расположенные вырывы, а на детали из более прочного материала – налипания.
трение скольжения; высокая скорость относительного перемещения (свыше 4 м/с); высокое давление, превышающее предел текучести на фактических площадках контактов; высокая температура в поверхностных слоях (до 1600 °С).	Первая стадия (температура до 600 °С, механические свойства материалов снижаются мало).	Вырывы частиц на детали из менее прочного материала, чередующиеся через примерно одинаковые промежутки.
	Вторая стадия (температура 600-1400 °С, размягчение металла, заметное снижение механических свойств материалов).	На контактной поверхности более прочной детали видны налипание и размазыванием металла, а на поверхности менее прочной – вырывы.
	Третья стадия (температура свыше 1400 °С, расплавленные слои металла уносятся со смазкой).	Оплавленные борозды.
трение качения или трение скольжения; скорость относительного движения деталей 1,5-7,0 м/с (без смазки) и до 20 м/с (со смазкой).	Определяется взаимодействием материала деталей с кислородом окружающей среды с образованием твёрдых растворов и плёнок окислов, защищающих исходные материалы от интенсивного износа. Изнашивание поверхностей заключается в периодическом появлении и скалывании твёрдых и хрупких окисных плёнок. Минимальная скорость изнашивания.	Матовые полосы, состоящие из плёнок оксидов, твёрдых растворов и химических соединений металла с кислородом.
трение качения; переменные или знакопеременные нагрузки; высокие давления, достигающие предела выносливости.	Многократные нагружения вызывают усталость металла. На плоскостях максимальных напряжений внутри детали зарождаются трещины. Их развитие приводит к разрыву контактной поверхности. Движение тел качения через разрыв поверхности сопровождается динамическими явлениями, в результате чего износ прогрессирует.	В местах образования сколов на контактных поверхностях появляются осповидные углубления. Наиболее характерный вид изнашивания деталей подшипников качения.
трение скольжения; наличие на поверхностях трения абразивных частиц.	Абразивные частицы деформируют микрообъёмы поверхностных слоёв и вызывают процессы микрорезания.	Однозначно ориентированные по отношению к направлению движения риски различной глубины и протяжённости.

К эрозионным видам износа относят :

• эрозионное изнашивание – твёрдые частицы, движущиеся в потоке газа или жидкости, оказывают на поверхность металла многократные локальные импульсные удары, вызывающие расшатывание и вымывание поверхностного слоя деталей (эрозию);
• электроэрозионное изнашивание – эрозионное изнашивание поверхности в результате воздействия электрического тока, при этом происходит частичный перенос металла с одного контакта на другой и распыление металла;
• кавитационное изнашивание – гидроэрозионное изнашивание при движении твёрдого тела относительно жидкости и наоборот, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, создавая местное повышение давления.

К дополнительным видам износа относят () .

Таблица 7.2 – Дополнительные виды износа

Условия возникновения	Проявление	Фото
прохождение электрического тока через узел.	Пятна в местах контакта деталей.
конденсация влаги в узле; отсутствие смазочного материала.	Начинается с поверхности. Бывает сплошной (покрывает ровным слоем и изменяет шероховатость поверхности деталей, не образуя отдельных очагов) и местный (наблюдается в виде пятен, глубина которых изменяется от незначительного точечного углубления до язвин).

7.2. Виды разрушений и изломов

Излом – разрушение детали, вызванное низким качеством материала, дефектами изготовления, нарушением правил эксплуатации, случайными механическими повреждениями и другими факторами.

Вид излома позволяет определить причины его возникновения ().

Таблица 7.3 – Основные виды изломов

Внешний вид	Характер развития	Причина возникновения
Вязкое разрушение
Имеет волокнистое строение, без кристаллического блеска (неровные участки рассеивают свет – поверхность излома кажется матовой). Характерным признаком является наличие боковых скосов по краю излома.	Сопровождается интенсивной пластической деформацией материала детали. Первичные изломы редко бывают вязкими. Относительно медленно развивающаяся вязкая трещина либо заблаговременно обнаруживается, либо из-за чрезмерной пластической деформации деталь ещё до разрушения перестаёт выполнять свои функции.	Воздействие значительных кратковременных сил, возникающих при заклинивании механизма или нарушении технологического режима. Может иметь место при длительном действии сил, вызывающих напряжения, превышающие предел текучести материала детали.
Хрупкое разрушение
Имеет ярко выраженное кристаллическое строение у недеформируемых материалов и гладкое от сдвига у мягких материалов. Кромки изломов гладкие, ровные, без скосов или с небольшими скосами. Скос на хрупком изломе указывает место долома (окончания разрушения).	В большинстве случаев начинают развиваться в зонах концентрации напряжений (в местах приварки элементов жёсткости, пересечения сварных швов, у отверстий и галтелей, в зонах резкого изменения толщины). Очагами часто являются дефекты сварки (горячие и холодные трещины, непровары, подрезы, шлаковые включения, поры, расслоения металла).	Происходит внезапно при однократном приложении силы или под действием повторных ударных сил при малой степени местной пластической деформации.
Усталостное разрушение
Чётко выделены: зона усталостного разрушения, имеющая мелкозернистое строение, с фарфоровидной или шлифованной поверхностью; зона статического разрушения – с волокнистым строением у пластичных металлов и крупнозернистым у хрупких.	Возникают в процессе постепенного накопления повреждений в материале деталей, находящихся под действием переменных напряжений, которые приводят к образованию микротрещин, их развитию и окончательному разрушению детали.	Является одним из основных видов повреждения от действия циклических нагрузок.

Правила при очистке и осмотре излома :

• не удалять с поверхности излома неплотно прилегающие фрагменты;
• не пытаться сложить вместе части разрушенной детали;
• не протирать излом ветошью и щётками;
• очистка излома проводится обдувкой сжатым воздухом с последующим погружением в керосин.

Особенности дефектов закалки приведены в .

Таблица 7.4 – Дефекты закалки

Проявление	Причина
Закалённый слой мелкозернистый, равномерный.	Температурный режим выдержан.
Поверхность излома волокнистая, напильник оставляет заметный след на детали.	Изделие не было нагрето до необходимой температуры.
Поверхность излома неравномерная по зернистости.	Изделие было нагрето до более высокой температуры, чем требовалось.
Излом крупнозернистый, с сильным белым блеском.	Изделие было нагрето до чрезмерно высокой температуры и находилось при этой температуре продолжительное время.
Излом неоднородный, местами незакалённые и хорошо закалённые зёрна, на рёбрах и тонких частях наблюдаются пережжённые зёрна.	Изделие было нагрето слишком быстро и неравномерно.

7.3. Повреждения подшипников качения

Следы радиальной силы, приложенной в одной точке, постоянной по направлению , при вращающемся внутреннем и неподвижном наружном кольце проявляются в виде непрерывного следа на внутреннем кольце и местном изнашивании наружного кольца ().

Рисунок 7.1 – Следы радиальной силы, постоянной по направлению:
а) непрерывный след износа на внутреннем кольце;	б) местное изнашивание наружного кольца

Если неподвижным является внутреннее кольцо, а подвижным наружное, тогда воздействие постоянной радиальной силы проявится в виде непрерывного следа износа на наружном кольце и местном изнашивании внутреннего кольца.

При деформации наружного кольца подшипника в результате отклонений формы посадочного места на наружном неподвижном кольце появится осповидное выкрашивание в двух точках ().

Рисунок 7.2 – Осповидное выкрашивание в двух местах на беговой дорожке наружного кольца двухрядного сферического радиального роликоподшипника при отклонении формы посадочного места крышки подшипника

Радиальная сила, приложенная в одной точке, совершающая периодическое колебательное движение в ограниченном секторе приводит к местному изнашиванию наружного и внутреннего колец подшипника (). Такой вид изнашивания характерен для шарнирных механизмов, в которых вал совершает колебательные движения.

Рисунок 7.3 – Местное изнашивание беговой дорожки наружного кольца двухрядного радиального роликоподшипника при колебательном движении

Радиальная сила, вращающаяся вместе с валом , приведёт к появлению постоянного следа износа на неподвижном наружном кольце и местного выкрашивания на внутреннем кольце ().

Рисунок 7.4 – Местное выкрашивание внутреннего кольца шарикоподшипника при вращающейся радиальной силе, неподвижном наружном кольце и одновременном воздействии осевой силы

Осевая сила, действующая в продольном направлении , вызывает смещение следов износа на кольцах подшипника (). Дополнительно, о воздействии осевой силы можно судить по наличию засветлений на торцах роликов ().

Рисунок 7.5 – Высветления на торцах роликов одной из беговых дорожек двухрядного радиального роликоподшипника при воздействии осевой силы

В подшипниковом узле имеются как неподвижные, так и подвижные контактирующие поверхности деталей. Осмотр подшипника качения проводится последовательно от посадочной поверхности подшипника в корпусе механизма к посадочной поверхности внутреннего кольца на вал.

Если поверхности внутреннего кольца и вала неподвижны, то внутреннее кольцо подшипника имеет матовую поверхность ().

Рисунок 7.6 – Матовая поверхность внутреннего кольца подшипника при неподвижной посадке на вал

Ослабление посадки подшипника в результате ошибок монтажа, эксплуатации часто приводит к проворачиванию подшипника на валу и в корпусе (). Проворот подшипника сопровождается увеличением температуры узла, изменением характера шума и вибрации и приводит к недопустимому износу корпусных деталей.

Рисунок 7.7 – Следы проворачивания колец подшипника

Фреттинг-коррозия возникает при перемещении контактирующих поверхностей под воздействием переменных сил или вибраций. Проявляется в виде интенсивного окисления поверхностей, тёмных пятен на посадочных поверхностях колец подшипников (). Приводит к стуку, ударам при работе подшипника. При дальнейшем развитии может служить причиной зарождения усталостных трещин.

Рисунок 7.8 – Следы фреттинг-коррозии на посадочной поверхности колец шарикоподшипника:
а) внутреннего;	б) наружного

Если нагрузка неравномерно распределяется по длине ролика или между рядами тел качения двухрядного подшипника (), то долговечность подшипника значительно снижается. Причина – перекос корпуса подшипника .

Рисунок 7.9 – Неравномерное выкрашивание при изгибе вала:
а) по длине роликов радиального роликоподшипника;	б) по беговым дорожкам двухрядного радиального сферического шарикоподшипника

Осмотр внешних торцевых поверхностей колец подшипника позволяет подтвердить проворачивание колец или определить наличие контакта подшипника с рядом расположенной деталью ().

Рисунок 7.10 – Кольцевые риски на торцевой поверхности внутреннего кольца – результат контакта кольца подшипника с неподвижной деталью

Осмотр беговых дорожек внешнего и внутреннего колец позволяет установить характер контакта тел качения и беговой дорожки. Перекос вала относительно корпуса подшипника может быть зафиксирован по треугольному следу при колебательном характере нагружения подшипника ().

Рисунок 7.11 – Треугольная форма контакта кольца с роликом при перекосе вала относительно корпуса двухрядного роликового радиального подшипника

Трещины поперек беговых дорожек – результат воздействия динамических нагрузок, ударов или ошибок монтажа (). Сколы бортов колец – результат динамических воздействий осевой силы ().

Рисунок 7.12 – Результаты воздействия ударной нагрузки:
а) поперечная трещина на кольце подшипника;	б) сколы бортов кольца

Трещины, расположенные вдоль кольца подшипника, – результат отсутствия тепловых зазоров при нагреве механизма. Возникающая при тепловом расширении осевая сила приводит к исчезновению радиального зазора и возникновению значительных радиальных сил, способных привести к разрушению наружного кольца ().

Рисунок 7.13 – Разрушение наружного кольца шарикоподшипника при отсутствии теплового зазора

Увеличенная осевая игра пары радиально-упорных шариковых подшипников приводит при возникновении продольной силы к появлению гранности или к осповидному выкрашиванию на нерабочей части беговой дорожки ().

Рисунок 7.14 – Нерабочая часть беговой дорожки радиально-упорного шарикового подшипника при увеличенной осевой игре и продольном нагружении:
а) гранность;	б) осповидное выкрашивание

Бринеллирование проявляется в появлении вмятин на беговых дорожках с шагом, равным шагу тел качения. Оно является следствием ударных воздействий во время монтажа ().

Рисунок 7.15 – Бринеллирование на беговых дорожках упорного шарикоподшипника – вмятины с шагом, равным шагу тел качения

Ложное бринеллирование возникает при оттоке смазки с поверхностей качения подшипников неработающей машины в результате механических колебаний, передающихся от работающих механизмов. Проявляется в виде повреждений рабочей поверхности подшипника, расположенных с шагом равным шагу тел качения ().

Рисунок 7.16 – Следы ложного бринеллирования на рабочей поверхности наружного кольца роликового радиально-упорного конического однорядного подшипника

Повреждения сепаратора – наиболее серьёзный вид повреждений. При повреждениях сепаратора возможны повреждения других деталей вследствие вибрации, износа, заклинивания и перекосов (). Наиболее распространённая причина разрушения сепаратора – проблемы смазывания и деформации наружных колец . Это приводит к возникновению неравномерных сил по телам качения и воздействию разрушающих сил на сепаратор.

Рисунок 7.17 – Разрушение сепаратора

Подшипники качения подлежат замене при наличии одного из следующих повреждений :

• усталостные или коррозионные раковины на дорожках и телах качения;
• трещины, сколы бортов, колец, тел качения;
• трещины, излом сепаратора;
• износ, обрыв заклёпок сепаратора;
• забоины на сепараторе;
• задиры, рифление, выработка или вмятины на рабочих поверхностях колец и тел качения;
• поверхностная коррозия или цвета побежалости на рабочих поверхностях;
• увеличение радиального зазора.

7.4. Повреждения зубчатых передач

внешние факторы :

1. Значение прилагаемой силовой нагрузки определяет следующий характер повреждений на рабочей поверхности:
   • номинальная нагрузка не приводит к изменению формы зуба и не оставляет следов деформации на рабочей поверхности зубчатой передачи ();
     

     Рисунок 7.18 – Отсутствие деформаций – признак воздействия номинальной нагрузки:
     а) рабочая поверхность зубьев;	б) торцевая поверхность зубьев

   • переменные или знакопеременные силы, приводят к появлению на площадках контакта напряжений, превышающих предел выносливости материала, оставляют на рабочей поверхности осповидные углубления, вызываемые усталостью материала ();
     

     Рисунок 7.19 – Превышение предела выносливости материала приводит к осповидному выкрашиванию рабочей поверхности:
     а) начальная стадия;	б) дальнейшее развитие;	в) предельное состояние

   • пластические сдвиги на рабочей поверхности зубьев происходят при превышении напряжений, действующих на площадках контактов, предела текучести, поверхностный слой металла перемещается от делительного диаметра к вершине зуба, образуя выступ ();
     

     Рисунок 7.20 – Пластические сдвиги на рабочей поверхности зубчатой передачи – напряжения на площадках контактов превысили предел текучести:
     а) начальная стадия;	б) дальнейшее развитие

   Промежуточными проявлениями действующих сил являются: отслаивание частиц металла с рабочей поверхности зубьев, наклёп из-за сильных ударов при наличии зазора в зацеплении.

2. Характер прилагаемой силовой нагрузки связан с постоянством или непостоянством частоты вращения, изменением направления вращения, значением динамической составляющей. Динамические удары часто приводят к изломам зубьев (). При увеличении частоты вращения увеличиваются требования к точности изготовления и установки зубчатых передач, в противном случае – увеличивается износ зубьев. В нереверсивных передачах в обязательном порядке следует осматривать обратную (нерабочую) поверхность зуба. На ней могут проявляться ошибки изготовления или монтажа. Например, из-за малого бокового зазора на обратной поверхности зуба могут появиться следы контакта ().

   

   Рисунок 7.21 – Излом зубьев из-за воздействия динамических ударов

   

   Рисунок 7.22 – Пятно контакта на нерабочей поверхности зуба колеса

3. Наличие абразивных частиц или веществ, вызывающих коррозию, приводит к абразивному износу, коррозии поверхности зубьев, способствует возникновению газовой или жидкостной эрозии. Основная причина коррозии – наличие воды в смазочном материале – проявляется в виде равномерного () или неравномерного слоя () ржавчины на поверхности зубьев.
   

   Первоначальное проявление абразивного износа – появление царапин или рисок на рабочей поверхности в направлении движения абразивного материала (). Развитию абразивного износа способствует использование загрязнённой или пластичной смазки, являющейся аккумулятором абразивных частиц. У изношенных передач повышаются зазоры в зацеплении; усиливаются шум, вибрация и динамические перегрузки; искажается форма зуба; уменьшаются размеры поперечного сечения и прочность зуба ().

   

   Рисунок 7.24 – Начальная стадия абразивного износа колеса шестерённого насоса – появление рисок на рабочей поверхности зубьев

   

   Рисунок 7.25 – Предельная стадия абразивного износа кремальерной шестерни

На работоспособность зубчатого зацепления влияют такие внутренние факторы :

1. Неподвижность посадочных поверхностей зубчатого колеса и вала удовлетворяет требованиям в том случае, если сопрягаемые детали неподвижны при приложении нагрузки (). Появление малых перемещений сопрягаемых деталей приводит к фреттинг-коррозии, проявляющейся в виде тёмных пятен на посадочной поверхности ().
   

   В дальнейшем появляются следы взаимного перемещения сопрягаемых поверхностей в виде блестящих полированных участков поверхности. Это увеличивает скорость развития процессов износа, создавая предпосылки для возникновения ударов на последней стадии развития повреждения. При раскрытии стыка сопрягаемых деталей жёсткость соединения уменьшается, возникают динамические удары, приводящие к наклёпу и разрушению.

Все детали в процессе эксплуатации теряют свои первоначальные характеристики. Причина этому – ИЗНАШИВАНИЕ – процесс изменения запчастей, в результате которого механизм теряет первоначальные свойства.

Визуальные признаки износа: изменение размера и структуры поверхностей деталей.

Виды износа деталей

Изменение характеристик используемых запчастей – процесс, который является результатом их взаимодействия и использования. Часть изменений происходит даже при нормальной эксплуатации механизмов. Такие изменения называются ЕСТЕСТВЕННЫМИ и закладываются при запуске узла.

2 вида неестественного износа деталей:

• НОРМАЛЬНЫЙ

Является следствием неправильной эксплуатации, нарушений монтажа. Приводит к постепенным отказам техники и ухудшению технического состояния объекта.

• АВАРИЙНЫЙ

По мере роста числовых значений нормального износа объекты и механизмы становятся полностью непригодными.

Факторы, которые влияют на темпы износа:

• Конструкция механизма
• Точность и чистота обработки
• Прочность материала конкретной детали и соприкасающихся с ней
• Качество смазки
• Условия эксплуатации узла (регулярность, характер нагрузки, температурный режим, давление)
• Регулярность ТО

Причины, вызывающие износ деталей

Все причины можно объединить в 3 группы:

• Физический/механический

Является последствием высоких нагрузок и воздействия силы трения одной детали о другую. Соприкасающиеся запчасти истираются и на их поверхностях появляются трещины, цапапины, шероховатости.

• Тепловой/ молекулярно-механический

Совместно работающие детали испытывают перегреввследствие больших скоростей и удельных давлений. Из-за резкого повышения температуры происходит схватывание и последующее разрушение молекулярных связей частиц внутри металла. Детали коробятся и оплавляются.

• Химический/ коррозионный

Наблюдается на поверхности металлических деталей как следствие воздействия воды, воздуха, химических веществ. Происходят процессы коррозии и разъедания металла. Чтобы этого избежать, рекомендуется использовать .

Стоит понимать, что причиной изнашивания и поломок деталей служит не один отдельно взятый фактор, а несколько взаимосвязанных.

Как восстановить изношенные детали?

Основные методы восстановления деталей:

• Реставрация механической и слесарной обработкой

Подходит для деталей с плоскими соприкасающимися поверхностями. Изношенное место обрабатывают (шлифуют, стачивают и т.п.) и переводят в следующий размер. Механическую обработку применяют отдельно и как финальный этап других методов.

• Обновление сваркой и наплавкой

Путем наплавки прочных металлов восстанавливаются размеры поврежденных деталей.

• Восстановление детали металлизацией

Размер изношенной детали восстанавливается нанесением расплавленного металла тонким (от 0, 03 мм) и толстым (свыше 10 мм) слоем.

• Гальваническая наплавка (хромирование)

Нанесение хрома тонким слоем (до 1 мм) обеспечивает устойчивость к механическому истиранию. Метод схож с металлизацией, однако менее универсален. Восстановленные детали плохо переносят динамические нагрузки.

• Упрочнение и склеивание пластиком

Пластмассы позволяют получить неподвижно соединенные узлы, а также остановить износ деталей. В отличие от предыдущих методов восстановлению пластиком подлежат металлические и неметаллические детали. Стоимость ремонта пластмассами существенно ниже. С помощью современных материалов для литья можно восстановить деталь сложной и нестандартной геометрии.

Виды износа различают в соответствии с существующими видами изнашивания--механическое (абразивное, усталостное), коррози-онное и др.

Механический износ является результатом действия сил трения при скольжении одной детали по другой. При этом виде износа происходит истирание (срезание) поверхностного слоя металла и искажение геометрических размеров у совместно работающих дета-лей. Износ этого вида чаще всего возникает при работе таких рас-пространенных сопряжений деталей, как вал -- подшипник, стани-на -- стол, поршень -- цилиндр и др. Он появляется и при трении качения поверхностей, так как этому виду трения неизбежно сопут-ствует и трение скольжения, однако в подобных случаях износ быва-ет очень небольшим.

Степень и характер механического износа деталей зависят от многих факторов: физико-механических свойств верхних слоев металла; условий работы и характера взаимодействия сопрягаемых поверхностей; давления; относительной скорости перемещения; ус-ловий смазывания трущихся поверхностей; степени шероховатости последних и др. Наиболее разрушительное действие на детали ока-зывает абразивное изнашивание, которое наблюда-ется в тех случаях, когда трущиеся поверхности загрязняются мел-кими абразивными и металлическими частицами. Обычно такие час-тицы попадают на трущиеся поверхности при обработке на станке литых заготовок, в результате изнашивания самих поверхностей, попадания пыли и др. Они длительное время сохраняют свои режу-щие свойства, образуют на поверхностях деталей царапины, зади-ры, а также, смешиваясь с грязью, выполняют роль абразивной пасты, в результате действия которой происходит интенсивное при-тирание и изнашивание сопрягаемых поверхностей. Взаимодействие поверхностей деталей без относительного перемещения вызывает смятие металла, что характерно для шпоночных, шлицевых, резьбовых и других соединений.

Механический износ может вызываться и плохим обслуживанием оборудования, например нарушениями в подаче смазки, недоброка-чественным ремонтом и несоблюдением его сроков, мощностной пере-грузкой и т. д.

Во. время работы многие детали машин (валы, зубья зубчатых колес, шатуны, пружины, подшипники) подвергаются длительному действию переменных динамических нагрузок, которые более отри-цательно влияют на прочностные свойства детали, чем нагрузки статические. Усталостный износ является результатом действия на деталь переменных нагрузок, вызывающих усталость материала детали и его разрушение. Валы, пружины и другие дета-ли разрушаются вследствие усталости материала в поперечном се-чении. При этом получается характерный вид излома с двумя зона-ми -- зоной развивающихся трещин и зоной, по которой произошел излом. Поверхность первой зоны гладкая, а второй -- с раковинами, а иногда зернистая.

Усталостные разрушения материала детали не обязательно долж-ны сразу привести к ее поломке. Возможно также возникновение усталостных трещин, шелушения и других дефектов, которые, од-нако, опасны, так как вызывают ускоренный износ детали и меха-низма. Для предотвращения усталостного разрушения важно пра-вильно выбрать форму поперечного сечения вновь изготовляемой или ремонтируемой детали: она не должна иметь резких переходов от одного размера к другому. Следует также помнить, что грубо обра-ботанная поверхность, наличие рисок и царапин могут стать причи-ной возникновения усталостных трещин.

Износ при заедании возникает в результате прилипания («схва-тывания») одной поверхности к другой. Это явление наблюдается при недостаточной смазке, а также значительном давлении, при котором две сопрягаемые поверхности сближаются настолько плот-но, что между ними начинают действовать молекулярные силы, при-водящие к их схватыванию.

Коррозионный износ является результатом изнашивания деталей машин и установок, находящихся под непосредственным воздейст-вием воды, воздуха, химических веществ, колебаний температуры. Например, если температура воздуха в производственных помеще-ниях неустойчива, то каждый раз при ее повышении содержащиеся

Рис. 1.

а -- направляющих станины и стола, б -- внутренних поверхностей цилиндра, в -- поршня, г, д -- вала, е, ж -- зубьев колеса, з -- резьбы винта и гайки, и -- дисковой фрикционной муфты; 1 -- стол, 2 -- станина, 3 -- юбка, 4 -- перемычка, 5 -- днище, 6 -- отверстие, 7 -- подшипник, 8 -- шейка вала, 9 -- зазор, 10 -- винт, // -- гайка; И -- места износа, Р » действующие усилия

в воздухе водяные пары, соприкасаясь с более холодными металли-ческими деталями, осаждаются на них в виде конденсата, что вызы-вает коррозию, т. е. разрушение металла вследствие химических и электрохимических процессов, развивающихся на его поверхности. Под влиянием коррозии в деталях образуются глубокие разъеда-ния, поверхность становится губчатой, теряет механическую проч-ность. Эти явления наблюдаются, в частности, у деталей гидравли-ческих прессов и паровых молотов, работающих в среде пара или воды.

Обычно коррозионный износ сопровождается и механическим износом вследствие сопряжения одной детали с другой. В этом слу-чае происходит так называемый коррозионно-механи-ч е с к и и, т. е. комплексны и, износ.

Характер механического износа деталей. Механический износ деталей оборудования может быть полным, если повреждена вся

поверхность детали, или местным, если поврежден какой-либо ее участок (рис. 1, а--и).

В результате износа направляющих станков нарушаются их плоскостность, прямолинейность и параллельность вследствие дей-ствия на поверхности скольжения неодинаковых нагрузок. Напри-мер, прямолинейные направляющие 2 станка (рис. 1, а) под влия-нием больших местных нагрузок приобретают вогнутость в средней части (местный износ), а сопрягаемые с ними короткие направляю-щие 1 стола становятся выпуклыми.

Цилиндры и гильзы поршней в двигателях, компрессорах, моло-тах и других машинах изнашиваются тоже неравномерно (рис. 1,б). Износ происходит на участке движения поршневых колец и проявляется в виде выработки внутренних стенок цилиндра или гильзы. Искажается форма отверстия цилиндра -- образуются от-клонения от цилиндричности и круглости (бочкообразность), возни-кают царапины, задиры * и другие дефекты. У цилиндров двигателей внутреннего сгорания наибольшему износу подвергается их верхняя часть, испытывающая самые высокие давления и наибольшие темпе-ратуры. В кузнечно-прессовом оборудовании, наоборот, наиболь-ший износ появляется в нижней части цилиндра -- там, где нахо-дится поршень во время ударов. Износ поршня (рис.1, в) прояв-ляется в истирании и задирах на юбке

Износ валов (рис. 1, г, Д) проявляется возникновением различ-ных дефектов: валы становятся изогнутыми, скрученными, а также изломанными вследствие усталости материала; на их шейках обра-зуются задиры; цилиндрические шейки становятся конусными или бочкообразными. Отклонения от круглости приобретают также от-верстия подшипников скольжения и втулок. Неравномерность из-носа шеек валов и поверхностей отверстий во втулках при вращении вала -- результат действия различных нагрузок в разных направле-ниях. Если на вал во время вращения действует только сила его тяжести, то износ появляется в нижней части подшипника (см. рис. 1, г, слева).

В зубчатых передачах наиболее часто изнашиваются зубья: образуются задиры, зубья изменяют свою форму, размеры и выламываются. Поломка зубьев, появление трещин в спицах, ободе и ступице зубчатых колес, износ посадочных отвер-стий и шпонок происходит по трем основным причинам: 1) перегруз-ка зубчатой передачи; 2) попадание в нее посторонних тел; 3) не-правильная сборка (например, крепление зубчатых колес на валу с перекосом осей).

Ходовые винты имеют трапецеидальную или прямоугольную резьбу. У винта и его гайки изнашивается резьба, витки становятся тоньше (рис.1, З.). Износ резьбы у винтов, как правило, неравно-

* Задир -- повреждение поверхности трения в виде широких и глубоких борозд в направлении скольжения. мерный, так как подавляющая часть деталей, обрабатываемых на станках, имеет меньшую длину, чем ходовой винт. Сильнее изнаши-вается та часть резьбы, которая работает больше. Гайки ходовых винтов изнашиваются быстрее, чем винты. Причины этого таковы: резьбу гаек неудобно очищать от загрязнений; гайки в ряде случаев неудовлетворительно смазываются; у гайки, сопряженной с вин-том, участвуют в работе все витки резьбы, тогда как у винта одно-временно работает только небольшая часть его витков, равная числу витков гайки.

У дисковых муфт в результате действия сил трения наибольшему износу подвергаются торцы дисков (рис. 1, и); их поверхности истираются, на них появляются царапины, задиры, нарушается плоскостность.

В резьбовых соединениях наиболее часто изнашивается профиль резьбы, в результате в них увеличивается зазор. Это наблюдается в

Рис. 2. Износ подшипников качения:

а -- вследствие перекоса, б -- при проворачивании внутреннего кольца на валу, в -- из-за чрезмерного натяга, г -- из-за неисправного сальника; И -- места износа

сопряжениях не только ходовых, но и зажимных, например зажим-ных винтов часто отвертываемых крепежных болтов. Износ резьбо-вых соединений -- результат недостаточной или, наоборот, чрез-мерной затяжки винтов и гаек; особенно интенсивен износ, если ра-ботающее соединение воспринимает большие или знакопеременные нагрузки: болты и винты растягиваются, искажаются шаг резьбы и ее профиль, гайка начинает «заедать». В этих случаях возможны аварийные поломки деталей соединения. Грани головок болтов и гаек чаще всего изнашиваются потому, что их отвертывают несоот-ветствующими ключами.

В шпоночных соединениях изнашиваются как шпонки, так и шпоночные пазы. Возможные причины этого явления -- ослабление посадки детали на валу, неправильная подгонка шпонки по гнезду.

В подшипниках качения вследствие различных причин (рис. 2, а--г) износу подвержены рабочие поверхности -- на них появляют-ся оспинки, наблюдается шелушение поверхностей беговых дорожек и шариков. Под действием динамических нагрузок происходит их усталостное разрушение; под влиянием излишне плотных посадок подшипников на вал и в корпус шарики и ролики защемляются между кольцами, в результате чего возможны перекосы колец при мон-таже и другие нежелательные последствия.

Различные поверхности скольжения также подвержены характер-ным видам износа (рис. 3). В процессе эксплуатации зубчатых пе-редач вследствие контактной усталости материала рабочих поверх-ностей зубьев и под действием касательных напряжений возникает выкрашивание рабочих поверхностей, т. е. отделение частиц мате-

Рис.3.

а -- выкрашивание, б -- отслаивание, в -- коррозия, г -- эрозия, д -- царапины, е -- зади-ры, ж -- налипание, з -- глубинный вырыв материала и перенос его с другой поверхности трения риала, приводящее к образованию ямок на поверхности трения (рис. 3, а). Разрушение рабочих поверхностей зубьев вследствие интенсивного выкрашивания (рис. 3, б) часто называют отслаива-нием (происходит отделение от поверхности трения материала в форме чешуек).

На рис. 3, в показана поверхность, разрушенная коррозией. Поверхность чугунного порошкового кольца (рис. 3, г) повреж-дена вследствие эрозионного изнашивания, которое происходит при движении поршня в цилиндре относительно жидкости; находящиеся в жидкости пузырьки газа лопаются вблизи поверхности поршня, что создает местное повышение давления или температуры и вызы-вает износ деталей. На поверхности тормозного барабана (рис. 3, д) показаны риски, которые появляются при воздействии на вра-щающийся барабан твердого тела или твердых частиц. Задиры (рис. 3, е) образуются в результате схватывания поверхностей при трении вследствие действия между ними молекулярных сил. На рис. 3, ж показана рабочая поверхность детали с налипшими на нее посторонними частицами, а на рис. 3, з-- поверхность де-тали с износом при заедании в результате схватывания -- глубинно-го вырыва материала и переноса его с другой поверхности трения.

Лекция №3. Износ деталей оборудования. Виды износа.

Износ – постепенная поверхностная разрушение материала с изменением геометрических форм и свойств поверхностных слоев деталей.

Бывает износ:

Нормальный;
- аварийный.

В зависимости от причин износ делится на 3 категории:

1. химический;
2. физический;

3. тепловой

Нормальный износ – изменение размеров, происходящее в короткий срок из-за неправильного монтажа, эксплуатации и технического обслуживания.

Химический износ – заключается в образовании на поверхности деталей тончайших слоев окиси с последующим отшелушиванием этих слоев. Происходящие разрушения сопровождаются появлением ржавчины, разъедания метала.

Физический износ – причиной может быть:

Значительные нагрузки;

Поверхностное трение;

Абразивное и механическое воздействие.

И при этом на деталях появляется:

Микротрещины;

Трещины;

Поверхность метала становится шероховатая.

Физический износ бывает:

Осповидный;
- усталостный;
- абразивный;

Тепловой износ – характеризуется возникновением и последующим разрушением молекулярных связей внутри металла. Возникает из-за повышенной или пониженной температуры.

Причины, влияющие на износ:

1. Качество материала деталей.

Как правило для большинства деталей износоустойчивость тем выше, чем тверже их поверхность, но не всегда степень твердости прямо пропорциональна износоустойчивости

Материалы, обладающие только большой твердостью имеют высокую износоустойчивость. Однако при этом возрастает вероятность появления рисок и отрывов частиц материала. Поэтому такие детали должны обладать высокой вязкостью, которая препятствуют отрыву частиц. Если две детали из однородных материалов испытывают трение, то следовательно с повышением коэффициента трения они быстро изнашиваются, следовательно более дорогие и трудно заменяемые детали нужно изготовлять из более твердого, качественного и дорогого материала, а более дешевые простые детали изготавливать из материала с низким коэффициентом трения.

2. Качество обработки поверхности детали.

Установлено три периода износа детали:

Начальный период приработки – характеризуется быстрым увеличением зазора подвижных соединений;
- период установившегося износа – наблюдается медленное, постепенное изнашивание;

Период быстрого, нарастающего износа – вызываемый значительным повышением зазоров и изменением геометрических форм деталей.

Для повышения срока службы деталей необходимо:

Сократить максимально первый период, путем очень точной и чистой обработки деталей;

Повысить максимально второй период;

Предотвратить третий период.

3. Смазка.

Слой смазки, вводимой между трущимися деталями попадая, заполняет все шероховатости и неровности и уменьшает трение и износ во много раз.

4. Скорость движения деталей и удельное давление.

На основании опытных данных установлено, что при нормальных удельных нагрузках и скоростях движения от 0,05 до 0,7 разрыва масляного слоя не происходит и деталь работает долго. Если повысить нагрузку, то износ детали возрастет многократно.

5. Нарушение жесткости в неподвижных деталях.

6. Нарушение посадок.

7. Нарушение взаиморасположения деталей в сопряжениях.

Практическая работа №1

«Самостоятельное изучение и конспектирование темы: "Износ деталей промышленного оборудования"»

Сущность явления износа

Срок службы промышленного оборудования определяется износом его деталей - изменением размеров, формы, массы или состояния их поверхностей вследствие изнашивания, т. е. остаточной деформации от постоянно действующих нагрузок либо из-за разрушения поверхностного слоя при трении.

Скорость изнашивания деталей оборудования зависит от многих причин:

Ø условий и режима их работы;

Ø материала, из которого они изготовлены;

Ø характера смазки трущихся поверхностей;

Ø удельного усилия и скорости скольжения;

Ø температуры в зоне сопряжения;

Ø состояния окружающей среды (запыленность и др.).

Величина износа характеризуется установленными единицами длины, объема, массы и др.

Определяется износ:

Ø по изменению зазоров между сопрягаемыми поверхностями деталей, \

Ø появлению течи в уплотнениях,

Ø уменьшению точности обработки изделия и др.

Износы бывают:

ü нормальными и

ü аварийными.

Нормальным, или естественным, называют износ, который возникает при правильной, но длительной эксплуатации машины, т. е. в результате использования заданного ресурса ее работы.

Аварийным, или прогрессирующим , называют износ, наступающий в течение короткого времени и достигающий таких размеров, что дальнейшая эксплуатация машины становится невозможной.

При определенных значениях изменений, возникающих в результате изнашивания, наступает предельный износ , вызывающий резкое ухудшение эксплуатационных качеств отдельных деталей, механизмов и машины в целом, что вызывает необходимость ее ремонта.

Скорость изнашивания - это отношение значений характеризующих величин к интервалу времени, в течение которого они возникли.

Сущность явления трения

Первостепенной причиной изнашивания деталей (особенно сопрягаемых и трущихся при движении друг о друга) является трение.

Трение - процесс сопротивления относительному перемещению, возникающего между двумя телами в зонах соприкосновения их поверхностей по касательным к ним, сопровождаемый диссипацией энергии, т. е. превращением ее в теплоту.

В повседневной жизни трение приносит одновременно и пользу, и вред.

Польза заключается в том, что из-за шероховатости всех без исключения предметов в результате трения между ними не возникает скольжения. Этим объясняется, например, то, что мы свободно можем передвигаться по земле, не падая, предметы не выскальзывают из наших рук, гвоздь крепко держится в стене, поезд движется по рельсам и т. п. То же самое явление трения наблюдается в механизмах машин, работа которых сопровождается движением взаимодействующих частей. В этом случае трение дает отрицательный результат - изнашивание сопрягаемых поверхностей деталей. Поэтому трение в механизмах (за исключением трения тормозов, приводных ремней, фрикционных передач) - явление нежелательное.

Виды и характер износа деталей

Виды износа различают в соответствии с существующими видами изнашивания-

Виды износа:

Ø механическое (абразивное, усталостное ),

Ø коррозионное и др.

Механический износ является результатом действия сил трения при скольжении одной детали по другой .

При этом виде износа происходит истирание (срезание) поверхностного слоя металла и искажение геометрических размеров у совместно работающих деталей. Износ этого вида чаще всего возникает при работе таких распространенных сопряжений деталей, как вал - подшипник, станина - стол, поршень - цилиндр и др. Он появляется и при трении качения поверхностей, так как этому виду трения неизбежно сопутствует и трение скольжения, однако в подобных случаях износ бывает очень небольшим.

Степень и характер механического износа деталей зависят от многих факторов:

Ø физико-механических свойств верхних слоев металла;

Ø условий работы и характера взаимодействия сопрягаемых поверхностей; давления; относительной скорости перемещения;

Ø условий смазывания трущихся поверхностей;

Ø степени шероховатости последних и др.

Наиболее разрушительное действие на детали оказывает абразивное изнашивание , которое наблюдается в тех случаях, когда трущиеся поверхности загрязняются мелкими абразивными и металлическими частицами .

Обычно такие частицы попадают на трущиеся поверхности при обработке на станке литых заготовок, в результате изнашивания самих поверхностей, попадания пыли и др.

Они длительное время сохраняют свои режущие свойства, образуют на поверхностях деталей царапины, задиры, а также, смешиваясь с грязью, выполняют роль абразивной пасты, в результате действия которой происходит интенсивное притирание и изнашивание сопрягаемых поверхностей. Взаимодействие поверхностей деталей без относительного перемещения вызывает смятие металла, что характерно для шпоночных, шлицевых, резьбовых и других соединений.

Механический износ может вызываться и плохим обслуживанием оборудования, например нарушениями в подаче смазки, недоброкачественным ремонтом и несоблюдением его сроков, мощностной перегрузкой и т. д.

Во время работы многие детали машин (валы, зубья зубчатых колес, шатуны, пружины, подшипники) подвергаются длительному действию переменных динамических нагрузок, которые более отрицательно влияют на прочностные свойства детали, чем нагрузки статические.

Усталостный износ является результатом действия на деталь переменных нагрузок, вызывающих усталость материала детали и его разрушение. Валы, пружины и другие детали разрушаются вследствие усталости материала в поперечном сечении. При этом получается характерный вид излома с двумя зонами - зоной развивающихся трещин и зоной, по которой произошел излом. Поверхность первой зоны гладкая, а второй - с раковинами, а иногда зернистая.

Усталостные разрушения материала детали не обязательно должны сразу привести к ее поломке. Возможно также возникновение усталостных трещин, шелушения и других дефектов, которые, однако, опасны, так как вызывают ускоренный износ детали и механизма.

Для предотвращения усталостного разрушения важно правильно выбрать форму поперечного сечения вновь изготовляемой или ремонтируемой детали: она не должна иметь резких переходов от одного размера к другому. Следует также помнить, что грубо обработанная поверхность, наличие рисок и царапин могут стать причиной возникновения усталостных трещин.

Износ при заедании возникает в результате прилипания («схватывания») одной поверхности к другой .

Это явление наблюдается при недостаточной смазке, а также значительном давлении, при котором две сопрягаемые поверхности сближаются настолько плотно, что между ними начинают действовать молекулярные силы, при­водящие к их схватыванию.

Коррозионный износ является результатом изнашивания деталей машин и установок, находящихся под непосредственным воздействием воды, воздуха, химических веществ, колебаний температуры. Например, если температура воздуха в производственных помещениях неустойчива, то каждый раз при ее повышении содержащиеся

Рис. 1. Характер механического износа деталей:

а - направляющих станины и стола, б - внутренних поверхностей цилиндра,

в - поршня, г, д - вала, е, ж - зубьев колеса,з - резьбы винта и гайки,

и - дисковой фрикционной муфты;

1 - стол,2 - станина, 3 - юбка, 4 - перемычка,5 - днище, 6 - отверстие,

7 - подшипник,8 - шейка вала, 9 - зазор, 10 - винт,11 - гайка;

И - места износа, Р -действующие усилия

В воздухе водяные пары, соприкасаясь с более холодными металлическими деталями, осаждаются на них в виде конденсата, что вызывает коррозию, т. е. разрушение металла вследствие химических и электрохимических процессов, развивающихся на его поверхности. Под влиянием коррозии в деталях образуются глубокие разъедания, поверхность становится губчатой, теряет механическую прочность. Эти явления наблюдаются, в частности, у деталей гидравлических прессов и паровых молотов, работающих в среде пара или воды.

Обычно коррозионный износ сопровождается и механическим износом вследствие сопряжения одной детали с другой. В этом случае происходит так называемый коррозионно-механический, т. е. комплексный, износ .