Брак и износ деталей механизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Институт инженерно-педагогического образования

Кафедра инжиниринга и профессионального обучения в машиностроении и металлургии

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

по дисциплине «Современные материалы в технике»

Вариант № 9

Брак и износ деталей механизмов

Выполнил студент группы ЗМТС-301п

Кожевин К.М.

Проверил

Гузанов Б.Н.

Екатеринбург 2019

1. Шестерни П-66.4В-35-Н к прядильному станку П-66, изготовленные из порошкового материала ЖГр 1,5Д 2,5 в технических условиях должны иметь пористость 23%, но контролером ОТК была установлена повышенная пористость материала детали (30%). Чем вызван этот брак? Предложить способы избежания этого брака в дальнейшем

1) Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару, называют зубчатой передачей. Меньшее из колес передачи принято называть шестерней, а большее - колесом, звено зубчатой передачи, совершающее прямолинейное движение, называют зубчатой рейкой

Шестерни П-66.4В-35-Н, хорошо работают на высоких скоростях при передаче небольших нагрузок. Имеют высокую износостойкость. Изготавливаются диаметром от 30-200 мм.

2) По условию задачи Шестерни П-66.4В-35-Н к прядильному станку П-66, изготовлены из порошкового материала ЖГр 1,5Д2,5.

Область применения: Подшипники и детали узлов трения тракторов, сельхозмашин, станков, приборов, аппаратов бытовой техники, автомобилей, например, деталей телескопических амортизаторов, редукторов лебедки и др.

Работают в условиях ограниченной и обильной смазки при давлениях до 4 и 10 МПа соответственно и скорости скольжения до 3 м/с; в режиме самосмазывания до 2 МПа.

Коэффициент трения 0,035-0,125 в зависимости от количества смазки и состава материала. Материалы с увеличенным содержанием графита работают на верхнем пределе указанных нагрузок, при скоростях скольжения до 5 м/с имеют больший срок службы, меньший износ и коэффициент трения. Присутствие серы увеличивает износостойкость и улучшает обрабатываемость материала

3) Технологический процесс производства железомедьграфитовых шестерен П-66.4В-35-Н. Из порошкового материала ЖГр 1,5Д2,5,

Шестерни получают из отдельных заготовок, которые насаживают одну на другую с натягом и производят спекание. Для изготовления этой группы деталей используют смеси железо - медь - графит,

Снижение стоимости шестерни при переходе с нарезки зубьев на спекание порошка составляет 30…80 %. Пропитка маслом позволяет обеспечить самосмазываемость шестерни, уменьшить износ и снизить шум при работе.

4) В данной задаче причина брака.

Диффузионная пористость - пористость возникающая при прессовании и спекании материалов

При традиционной технологии порошковой металлургии сначала методом холодного прессования получают заготовку, которая обладает достаточной технологической прочностью, т.е. не разрушается при последующих операциях. Дальнейшее уплотнение и упрочнение заготовки осуществляют путем ее спекания при повышенной температуре в соответствующей среде.

Прессование представляет собой формование металлического порошка в пресс-форме под воздействием давления.

Контактные давления, поскольку начальные поверхности соприкосновения малы (0,001--0,01 % от общей поверхности контактирующих частиц), достигают высоких значений, при которых возникают пластические деформации либо местные разрушения.

Сущность процесса прессования порошка заключается в уменьшении его начального объема в результате заполнения пустот между частицами за счет их смещения и пластической деформации.

Холодное прессование протекает в несколько стадий. На первой стадии уплотнение происходит в результате перемещения частиц с разрушением возникающих между частицами арок. Вторая стадия сопровождается упругой деформацией максимально плотно упакованных частиц порошка при практически неизменной плотности прессовки. Дальнейшее увеличение давления прессования на третьей стадии приводит к уплотнению прессовки в результате пластической деформации частиц порошка. Наблюдающийся при этом наклеп ограничивает окончательную плотность заготовки, которая может быть достигнута при данном давлении

С целью повышения прессуемости сферические гранулы могут подвергаться специальной обработке -- механоактивации, в частности обработке в высокоскоростном газовом потоке (хладоструйное измельчение).

Хладоструйный процесс разработан для производства легированных порошков с низким содержанием примесей внедрения, обладающих повышенными прессуемостью и активностью при спекании. Исходные сферические гранулы, полученные при распылении расплава аргоном, подаются в высокоскоростной воздушный поток, в котором ускоряются и разрушаются при соударении с поверхностью мишени, выполненной из твердого сплава. В процессе механического измельчения частицы принимают осколочную форму. Полученные таким способом порошки имеют хорошую прессуемость, например По традиционной технологии порошковой металлургии операция холодного прессования является первой стадией компактирования, в результате которой получают заготовку, обладающую достаточной технологической прочностью. Основная цель компактирования, достигаемая при этом, заключается в устранении пористости и обеспечении прочности межчастичных контактов. Во избежание брака в дальнейшем рекомендуется дальнейшее уплотнение компактной заготовки по традиционной порошковой технологии может быть проведена вторая стадия, спекание. На второй стадии -- при спекании, обеспечивающем упрочнение заготовки.

Спекание -- технологическая операция нагрева и выдержки порошковой заготовки при высоких гомологических температурах, сопровождаемая увеличением плотности и площади межчастичных контактов. Движущая сила процесса спекания обусловлена снижением свободной энергии системы, а именно ее поверхностной энергии, И уменьшением энергии дефектов кристаллической структуры в результате протекания процессов возврата и рекристаллизации.

Механизм снижения пористости при спекании диффузионный, осуществляется путем объемной, зернограничной или поверхностной диффузии. Спекание в присутствии жидкой фазы может иметь место при наличии двух или более фаз с разными температурами плавления. Жидкая фаза присутствует в материале в течение всего времени спекания.

Введение легирующих упрочняющих элементов обычно снижает скорость спекания. Это связано в определенной степени с эффектами поверхностного окисления и понижением способности границ зерен служить стоками вакансий, что приводит к замедлению переноса массы путем ползучести. Снижение скорости спекания, объясняющееся высоким содержанием легирующих элементов в жаропрочных сплавах, затрудняет применение традиционной порошковой технологии для компактирования быстрозакаленных гранул жаропрочных сплавов.

В связи с этим для достижения высокой эффективности компактирования гранул жаропрочных никелевых сплавов применяются технологические схемы металлургии гранул с использованием метода горячего изостатического прессования и других методов горячего компактирования.

2. В результате длительной эксплуатации произошел износ фрикционной муфты сцепления. Выбрать пластмассу для ремонта и предложить способ ремонта муфты. Выбор обосновать

Сцепная фрикционная муфта (муфта сцепления) предназначенная для разъединения и плавного соединения входного и выходного валов посредством трения. Во время включения в работу сцепных фрикционных муфт крутящий момент на ведомом валу возрастает поступательно и пропорционально увеличению силы взаимного прижатия поверхностей трения. Это позволяет соединять валы под нагрузкой и со значительной начальной разницей их угловых скоростей. В процессе включения муфта пробуксовывает, а разгон ведомого вала осуществляется плавно без ударов.

Фрикционные материалы, применяемые для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения, и имеющие большой коэффициент трения. Они характеризуются высокой фрикционной теплостойкостью (т. е. способностью сохранять коэффициент трения и износоустойчивость в широком диапазоне температур), низкой способностью к адгезии (т.к. они не должны при трении схватываться, т. е. как бы «прилипать» друг к другу), высокой теплопроводностью и теплоёмкостью, хорошей устойчивостью против теплового удара, возникающего в результате интенсивного выделения тепла в процессе трения. К Ф. м. предъявляются также тре-бования по коррозионной стойкости, прирабатываемости, технологичности, экономичности. В данной задаче нужно выбрать пластмассу для ремонта муфты.

Рассмотрим неметаллические фрикционные материалы. ГОСТ 15960-96

Неметаллические Фрикционные материалы изготовляются главным образом на асбестовой основе; связующим веществом служат каучуки, смолы и т.п. Пластмассовые материалы на каучуковом связующем имеют относительно высокий и устойчивый коэффициент трения до 250°С. Пластмассовые материалы на смоляном связующем имеют более высокую износоустойчивость, но несколько меньший коэффициент трения. Один из лучших материалов этой группы ретинакс, в состав которого входят фенолоформальдегидная смола, барит, асбест и др. компоненты; он предназначен для использования в тормозных узлах с тяжёлым режимом эксплуатации, где температура на поверхности трения может достигать 1000°С (авиационные тормоза). Фрикционные пластмассы. Эти материалы используют в тормозных устройствах, фрикционных муфтах сцепления. Наиболее широкое применение нашли фрикционные асбополимерные материалы (ФАПМ). Это связано со свойствами асбеста: термостойкостью, высоким коэффициентом трения в парах с чугуном и сталью (0.43...45). Кроме того, асбест обладает способностью очищать поверхность трения от загрязнений. Часто ФАПМ именуют одним общим названием «феродо» (от названия англ, фирмы. На основании анализа выбираем Асбополимерные материалы (ФАПМ).

Для изготовления ФАПМ применяют каучуковое, смоляное и комбинированное связующее. Асбест используют в виде ткани, картона, асбестовой массы.

Материалы должны обладать высоким коэффициентом трения, износостойкостью и стабильностью этих свойств в широком диапазоне повышенных температур. От правильного выбора фрикционных материалов во многом зависит уровень качества муфты.

Способ ремонта фрикционной муфты сцепления:

Технологический процесс состоит из следующих операций: - удаление старых накладок, очистка рабочих поверхностей накладок и дисков, их обезжиривание;

- нанесение клея, выдержка, прижим накладок к диску под давлением 0, 2...0, 4 МПа, выдержка клеевого соединения при температуре 150... 200°С, в течение 1,5...2 часов, медленного охлаждения вместе с печью и проверка качества склеивание.

Поверхность фрикционных накладок перед склеиванием зачищают металлической щеткой для придания ей шероховатости. Поверхность стальных дисков в случае необходимости правят на плите. Очищенные поверхности обезжиривают ацетоном или бензином БР-1 ("Калоша"), который наносят на обезжиренную поверхность кисточкой и выдерживают при комнатной температуре в течение 10 минут, до полного высыхания остатков растворителя.

Клей на обезжиренную поверхность накладок и дисков наносят резиновым шпателем в 2 ... 3 приема, просушивая каждый слой I5...20 кинут при температуре 18...20°С до образования сухой пленки. Далее наносят последний слой клея, просушивают деталь до его неполного высыхания (в течение 5 мин) при той же температуре. Слой клея должен быть ровным, без пузырьков, толщиной не более 0,1...0,2 мм. После этого укладывают накладки на диск, поместив диск в приспособление, затягивают гайку так, чтобы в месте соединения накладок с диском удельное давление составляло 0,2...0,4 М Па. Приспособление с диском помещают в сушильный шкаф. Доведя температуру нагрева до 1800С, выдерживают приспособление в течение 40...45 минут, а сушильном шкафу. Затем охлаждают приспособление вместе со шкафом, вынимают диск из приспособления и зачищают торцы его от наплывов клея.

Качество склеивания контролируют на поверочной плите постукиванием молотком по диску (звук должен быть ровным, не дребезжащим). Торцевое биение диска на крайних точках не должно превышать 0,5 мм, а коробление диска - 1,0 мм.

При повторном ремонте дисков муфт сцепления достаточно лишь выровнять изношенные поверхности фрикционных накладок и на них новые накладки. Изношенные поверхности накладок выравнивают на токарном станке резцом. Если одна из накладок найдена незначительно, то ее только выравнивают, а новую накладку приклеивают к более изношенной.

Кулачок -- деталь кулачкового механизма с профилированной поверхностью скольжения, чтобы при своем вращательном движении передавать сопряженной детали (толкателю или штанге) движение с заданным законом изменения скорости. Геометрическая форма кулачков может быть различной: плоской, цилиндрической, конической, сферической и более сложной.

Кулачковые механизмы -- преобразующие механизмы, изменяющие характер движения. В машиностроении широко распространены кулачковые механизмы, преобразующие вращательное движение в возвратно-поступательное и возвратно-качательное. Кулачковые механизмы (как и другие виды механизмов, подразделяют на плоские и пространственные.

Кулачковые механизмы применяют для выполнения различных операций в системах управления рабочим циклом технологических машин, стан ков, двигателей и т. д. Основным элементом системы газораспределения двигателя внутреннего сгорания является простейший кулачковый механизм,. Механизм состоит из кулачка 1, штанги 2, связанной с рабочим органом, и стойки, поддерживающей в пространстве звенья механизма и обеспечивающей каждому звену соответствующие степени свободы. Ролик 3, устанавливаемый в некоторых случаях на конце штанги, не влияет на закон движения звеньев механизма. Штанга, совершающая поступательное движение, называется толкателем 2, а вращательное -- коромыслом 4. При непрерывном движении кулачка толкатель совершает прерывное поступательное, а коромысло -- прерывное вращательное движения.

Композиционные материалы (композиты) состоят из двух или более компонентов, причем каждый из компонентов сохраняет свои свойства. Один из компонентов композита является матрицей. Она располагается непрерывно по всему объему материала и является связующим материалом. Второй компонент, разделяющий в объеме композиции, называется армирующим (наполнением). Наполнитель усиливает композит.

Материалы матрицы и наполнителя не должны вступать в химическую реакцию друг с другом, образовывать твердых растворов, должны обладать примерно одинаковыми коэффициентами линейного и теплового расширения. В качестве материала матрицы используются металлы, полимеры, керамика и другие вещества. Армирующие компоненты - это порошковые материалы различной природы.

Композиционные материалы сочетают высокую удельную прочность с высокой жесткостью, обладают пониженной склонностью к трещинообразованию и высокой жаропрочностью.

По типу материала матрицы композиционные материалы могут быть:

1. полимерные (термопласты, реактопласты, смеси);

2. металлические (в том числе материалы, получаемые методами порошковой металлургии, и сплавы, состоящие из макронеоднородных фаз);

3. неорганические (неорганические полимеры, минералы, углерод, керамика);

4. комбинированные (полиматричные).

Для изготовления стоек кулачков механизма с повышенной механической прочности рассмотрим текстолиты.

1. Изгибающее напряжение при разрушении, МПа (кгс/смРазмещено на http://www.allbest.ru/

1

2. Разрушающее напряжение при сжатии, МПа (кгс/смРазмещено на http://www.allbest.ru/

1

3. Ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза, кДж/мРазмещено на http://www.allbest.ru/

1

(кгс/см·смРазмещено на http://www.allbest.ru/

1

Виды и марки текстолита Текстолит изготавливается по ГОСТ 5-78 в виде плит (листов), стержней и втулок. Он бывает нескольких марок, которые имеют различное применение. ПТ (поделочный текстолит). Простейшая разновидность текстолита на тканой хлопчатобумажной основе, служит для изготовления деталей, работающих при невысоких механических нагрузках. Самая распространенная и недорогая марка. Стержневой поделочный текстолит - популярный материал для изготовления декоративных рукояток ножей. ПТК (поделочный текстолит конструкционный). Этот текстолит изготавливается также на основе хлопчатобумажной ткани, но от обычного ПТ отличается лучшими физико-механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью. Это позволяет изготавливать из него червячные шестерни, втулки, подшипники скольжения, кольца, ролики и другие конструкционные изделия. В сравнении с аналогами из металла, изделия из ПТК более легкие, в 10 раз дольше служат и бесшумно работают. ПТК подвергается обтачиванию, фрезерованию, распиливанию и сверлению без образования расслоений, трещин или сколов. Диапазон рабочих температур ПТК - от -40 o C до +105 o C. ПТМ (поделочный текстолит, стойкий к трансформаторному маслу). В сфере машиностроения часто требуются материалы, устойчивые к высоким температурам и воздействию разогретых смазочных масел. Таким материалом является текстолит ПТМ на тканой основе, из которого можно изготавливать изделия технического назначения (втулки, шестерни, кулачки, подшипники). Он выдерживает температуру до +120 o C. Плотность ПТМ составляет 1,3 - 1,4 г/ куб. см, что позволяет выдерживать высокие нагрузки на изгиб и сжатие. Марки А и Б (текстолит электротехнический). Незаменимый материал для производства деталей, подверженных знакопеременным электрическим и механическим нагрузкам. Будучи электроизолирующим материалом этот текстолит находит свое применение для работы в трансформаторном масле, а также на воздухе при частоте тока 50 Гц. При эксплуатации требуются условия нормальной влажности, а рабочие температуры составляют от -65 o С до +105 o С. Текстолит марки А чаще применяется как изоляционный материал, а также для изготовления печатных плат. Текстолит марки Б дополнительно имеет улучшенные механические характеристики и находит применение как конструкционный материал. Обе марки изготавливаются на тканой основе. ПТН. Особенностью этой марки текстолита является то, что она изготавливается на основе нетканого нитепрошивного полотна. Из ПТН делают технические детали общего назначения, монтажные панели, прокладки. ПТГ. В основе этого текстолита - термореактивное связующее и графит. Из ПТГ производят уплотняющие шайбы для водяных насосов. Асботекстолит. Текстолит на основе асбестовых тканей из гидросиликатных минеральных волокон, переплетенных с вискозными или хлопчатобумажными. За счет хороших фрикционных свойств используется при изготовлении деталей тормозных устройств, механизмов сцепления и прокладок для работы при повышенных температурах. В авиакосмической технике применяется для обеспечения внешней и внутренней теплозащиты. Асботекстолит может длительно выдерживать воздействие температур до +200єС, непродолжительное время - до 250-500єС. Кратковременные вспышки с температурой до 1 800-45 000єC этот материал также способен перенести. Стеклотекстолит. За счет тканой основы из стекловолокна он отличается высокой устойчивостью к механическим, тепловым, химическим воздействиям, электрическому току, влаге. Стеклотекстолит устойчив к температуре до 400єС и способен кратковременно выдерживать действие более высоких температур - до 1000єС. Листовой стеклотекстолит применяется для теплоизоляции.

Текстолит обладает следующими свойствами, на основании которых выберем материал; пористость шестерня станок муфта сцепление

Плотность текстолита, измеряемая в г/мі.

· Пробивное напряжение, причем именно в трансформаторном масле.

· Ударная вязкость.

· Предельное напряжение на изгиб.

· Предельное напряжение на растяжение.

· Предельное напряжение на сжатие.

Наибольшие показатели прочности имеет текстолит ПТК высшего сорта. Выберем его как материал для изготовления стоек кулачков механизма.

Размещено на Allbest.ru