Усталостное изнашивание

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Нижегородский государственный педагогический университет

Автомобильный институт

Кафедра Автомобильный транспорт

Контрольная работа

«Усталостное изнашивание»

Дисциплина “Основы работоспособности технических систем”

Студент

Конев Д.А.

Группа АСЗ-10-1

Преподаватель

Куликов А.А.

Н.Новгород, 2015

Введение

В процессе эксплуатации механизмов их отдельные сборочные единицы (узлы трения) изнашиваются, т.е. теряют свои первоначальные свойства. Изнашивание происходит в результате механических воздействий при трении двух соприкасающихся поверхностей, например, в шестеренных передачах зубьев шестерен (трение зуб о зуб), в червячных передачах - поверхности червяка и червячного колеса, в подшипниковых соединениях - цапфы и втулки (подшипники скольжения).

Все трущиеся детали механизмов в соединениях имеют мельчайшие неровности, высота которых зависит от шероховатости поверхности. Высота этих неровностей достигает 6-10 мкм. Трущиеся поверхности изнашиваются вследствие соприкосновения этих неровностей. Интенсивность изнашивания трущихся поверхностей зависит также от свойств смазочного материала и степени герметизации соединений сборочных единиц.

При попадании на трущиеся поверхности абразивных веществ, например, песка, металлической стружки, механическое изнашивание прогрессирует, что вызывает увеличение зазора между трущимися поверхностями и в результате этого ударные нагрузки на них.

Большинство механизмов и элементов в процессе работы испытывает переменные нагрузки. Такие нагрузки со временем снижают прочность тех элементов, на которые они действуют. Изнашивание поверхности трения или отдельных ее участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц, называется усталостным изнашиванием. Усталостное изнашивание приводит к выкрашиванию трущихся поверхностей деталей, к появлению трещин в материале. Интенсивность усталостного изнашивания зависит от величины нагрузки, частоты циклов нагружения, формы нагружаемого элемента и места приложения нагрузки к элементу.

В шарнирных и трущихся соединениях могут наблюдаться комбинации механического и усталостного изнашивания. Механическое и усталостное изнашивание неустранимы, однако профилактические меры, предусмотренные системой планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта, способствуют резкому снижению обоих видов изнашивания. Усталостное изнашивание - это процесс разрушение поверхностей деталей от внутренних напряжений, пластических деформаций, усталостных явлений, возникающих при больших давлениях и нагрузках. При этом изнашивании на поверхности трения образуются микротрещины, трещины, единичные и групповые впадины. Примером такого изнашивания может служить выкрашивание поверхностей зубьев, рабочих дорожек ходовых колес, образование ямок на рабочих канавках обойм шариковых и роликовых подшипников, поломка шеек валов.

Интенсивность усталостного изнашивания зависит от величины нагрузки, ее длительности и количества изменений направления этой нагрузки. Усталостное изнашивание не зависит от смазки, но зависит от чистоты обработки и главным образом от конфигурации детали.

деталь двигатель изнашивание узел

1. Описание условий эксплуатации узла

ДВС - двигатель внутреннего сгорания, является одним из самых распространенных двигателей. Его устанавливают на автомобили, корабли, трактора и т.д. Существует два вида двигателей внутреннего сгорания - бензиновые и дизельные.

Бензиновые ДВС работают на жидком горючем (бензине, керосине и т.п.) или на горючем газе (сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах). Основная часть ДВС - один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда и название двигателя. Наибольшее распространение получил четырёхтактный двигатель.

Дизельные ДВС - другой тип двигателей внутреннего сгорания. Воспламенение в его цилиндрах происходит при впрыскивании топлива в воздух, предварительно, сжатый поршнем и, следовательно, нагретый до высокой температуры. Этим он отличается от бензинового топлива внутреннего сгорания, в котором используется особое устройство для воспламенения топлива (свеча).

В данной расчётно-графической работе для исследования были выбраны подшипники качения коленчатого вала, двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Для того чтобы понять как изнашивается данный узел трения нам необходимо установить в каких условиях работает данная пара трения и какие виды изнашивания происходят при этом. Срок службы подшипников качения зависит от условий производства, хранения подшипников, обслуживания, установки, нагрузки и условий работы.

В подшипниках качения будет действовать усталостное изнашивание, т.к. действуют большие знакопеременные нагрузки и вал вращается с большой частотой. Данный узел может работать с использованием смазки. В подшипники вместе со смазкой могут попадать различные инородные абразивные частицы которые будут ускорять процесс износа, вследствие этого будет реализоваться абразивное изнашивания.

При вступлении металла в химическую реакцию с окислителями окружающей среды, смазочным материалом или присадками смазочных масел содержащих коррозионно-активные вещества, будет происходить окисление металла, что вызовет окислительное изнашивание. Вибрация так же будет ускорять процесс изнашивания.

2. Описание видов изнашивания и формы поверхностей деталей после изнашивания

Подшипник качения является стандартным узлом трения, применяемым во многих агрегатах транспортных средств. Это обуславливается высокой универсальностью данного сопряжения, способностью воспринимать значительные осевые и радиальные нагрузки при высоких скоростях вращения, низкими энергетическими потерями при его работе. В подшипниках качения может применятся смазка твёрдыми, жидкими и пластичными смазочными материалами. Различные условия эксплуатации опор качения стали причиной создания большого количества конструкционных видов подшипников.

Основными видами изнашивания подшипников качения, как правило, является: усталостное разрушение (в виде питтинга), адгезионное, абразивное, коррозионно-механическое изнашивания.

Одной из наиболее распространённых причин выхода из строя подшипника является контактная усталость в виде питтинга поверхностей беговых дорожек внутреннего и внешнего колец и тел качения. Изначально под воздействием многократных знакопеременных деформаций происходит образование дефектов чаще всего в области проскальзывания. С течением времени концентрация и размеры дефектов растут и происходит их слияние и образование микротрещин. При увеличении нагрузки микротрещины объединяются и происходит выкрашивание материала (питтинг).

При работе подшипника без смазки при высоких режимах нагружения в зоне его контакта будет возникать высокие температуры, которые являются причиной адгезионного изнашивания. Это изнашивание будет характеризоваться тем, что на поверхности трения будут появляться углубления произвольной формы в зоне наибольших давлений.

Малые абразивные частицы, например продукты изнашивания металлов, проникающие в подшипник, приводят к повреждению дорожек качения, тел качения и сепаратора. Поверхность качения становится матовой, в зависимости от размера и типа абразивных частиц. По мере изнашивания дорожек качения и сепаратора количество абразивных частиц возрастает. Этот процесс распространяется всё шире, до тех пор, пока детали подшипника ни изнашиваются настолько, что он становится непригодным к работе. Абразивные частицы проникают в подшипник извне, если уплотнения не соответствуют условиям работы. Частицы могут попадать в подшипники вместе с загрязнённой пластичной смазкой или во время сборки подшипникового узла.

Задиры на поверхности являются следствием абразивного износа и проявляются в виде глубоких царапин на дорожках и телах качения. Отдельные задиры поверхности создают точки концентрации напряжения, в которых возможно проявление усталостных явлений. Задиры поверхности вызываются относительно большими частицами материала, которые попадают в подшипник и двигаются по дорожкам при движении тел качения. Для устранения задирав нужно использовать хорошие уплотнения и чистую смазку подшипника.

Окислительное изнашивание осуществляется когда металл вступает в химическую реакцию с окислителями окружающей среды или смазочного материала. Использование присадок содержащих соединения хлора, фосфора, серы и др. будет вызывать химическую реакцию. Металл будет вступать во взаимодействие при котором будет происходить его окисление, формирование модифицированного слоя и его усталостное разрушение.

3. Форма изношенной поверхности

На рисунке представлена работа подшипника при плохой смазке. В процессе работы микровыступы поверхности сталкиваются друг с другом, что приводит к возникновению на поверхности напряжений сдвига. Вследствие усталости материала появляются небольшие трещины, приводящие впоследствии к микрорастрескиванию.

Вывод

В данной расчётно-графической работе был выбран и исследован узел трения подшипники качения. Определили каким виды изнашивания он подвергаются в процессе работы. Главными причинами изнашивания, на мой взгляд, является усталостное разрушение т.к. под воздействием больших знакопеременные нагрузки металл быстро разрушается. Наличие абразивных частиц так же негативно сказывается в процессе работы. На поверхностях образуются царапины, канавки и углубления. Для недопущения попадания частиц в зону контакта требуется соблюдать "стерильные" условия и применять хорошие уплотнения и чистую смазку подшипника. Не применять присадки смазывающих масел которые могут содержать коррозионно-активные вещества (соединения хлора, фтора, серы). Для избежание быстрого износа подшипники изготавливают из стали с добавлением хрома (хром повышает твёрдость и износостойкость стали и обеспечивает необходимую прокаливаемость). Износостойкость может достигаться и таким образом: одну деталь (например, вал) выполняют из материала высокой твердости, а другую (подшипник скольжения) - из мягкого антифрикционного (бронзы, баббита, металлокерамики и др.), в зависимости от условий эксплуатации и требований, предъявляемых к деталям, выбирают материал для изготовления подшипников.

Список литературы

1. Богданович П.Н., Прушак В.Я. "Трение и износ в машинах" Учеб. Для вузов. - Мн.: Выш. Шк., 1999. - 374 с.

2. Крагельский И.В. "Узлы трения машин. Справочник." М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.

3. Журнал "Трение и износ"

4. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: Учебник для студентов вузов / Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1980.

5. Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. д-ра техн. наук проф.В.Н. Луканина. М.: Высш. школа, 1985.

Размещено на Allbest.ru