Предельный износ деталей машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Предельный износ деталей машин

Предельный износ - это износ, соответствующий предельному состоянию изнашивающегося изделия. Основными признаками приближения предельного износа являются увеличение расхода топлива, снижение мощности, снижение прочности деталей, т.е. дальнейшая работа изделия становится технически ненадежной и экономически нецелесообразной. При достижении предельных износов деталей и соединений их полный ресурс исчерпывается, и необходимо принимать меры для его восстановления.

Установление срока службы деталей строительных машин основано на определении предельного износа и интенсивности изнашивания. Для различных деталей количественные характеристики изнашивания неоднозначны. Установление предельно допустимых износов представляет сложную технико-экономическую проблему, от решения которой зависит своевременность замены деталей и ремонта машин, а также выбор способа их восстановления.

Для установления предельно допустимых износов деталей и сопряжений строительных машин необходимо исходить из трех основных критериев: технического, технологического (качество выполняемой машиной работы) и экономического. При этом следует иметь в виду, что каждый из них может быть применен для установления предельно допустимого износа любой детали, любого сопряжения. Однако в качестве критерия для деталей определенных сборочных единиц и частей машины в зависимости от их назначения следует принимать лишь один критерий. Остальные два будут иметь вспомогательный или контрольный характер.

Детали передач всех машин и детали рабочих органов грузоподъемных машин должны передавать крутящий момент и усилия. Значит, основным условием работоспособности следует признать их техническое состояние. Критерием установления предельных износов этих деталей будет технический.

Технологический критерий предельных износов применяется для тех деталей, от которых зависит качество обрабатываемой поверхности или продукта. Предельные износы режущих граней инструмента, деревообрабатывающих машин, арматурных и металлорежущих станков, рабочих органов штукатурных и окрасочных агрегатов, бетоноотделочных машин и других деталей следует определять по технологическому критерию.

Экономический критерий применяется для оценки износов рабочих органов землеройных, бетоносмесительных и других машин. В этом случае показателями экономического критерия могут быть фактическая производительность машины, стоимость ремонтных работ и эксплуатационных материалов, отнесенных к единице продукции.

Определим предельные значения износа некоторых сопряжений деталей.

Соединения типа вал -- подшипник. Как указывалось ранее, жидкостное трение в подшипнике возможно только при условии, когда толщина смазочного слоя соответствует определенной величине.

Неравномерный износ обычно испытывает одна из деталей соединения. Например, в соединении, приведенном на рис. 12, вследствие неизменности направления приложенной силы подшипник претерпевает односторонний износ, вращающийся вал изнашивается равномерно.

При постоянной нагрузке износ подшипника будет сосредоточен лишь в области угла, составляющего примерно 90… 120°. В пределах этого угла износ будет неравномерным, увеличивающимся в направлении к точке А. Даже в условиях жидкостного трения в моменты пуска и остановки вала подшипник будет в большей мере срабатываться в нижней части. Этот процесс в итоге приводит к тому, что вал вырабатывает в подшипнике гнездо несколько меньшей кривизны по сравнению с собственной.

Таким образом, в данном соединении одновременно с ростом зазора будет увеличиваться искажение геометрической формы подшипника -- его овализация.

Возрастающая овализация подшипника, измеряемая как наибольшая разность между двумя взаимно перпендикулярными диаметрами, изменит сечение слоя масла, уменьшит гидродинамическое давление и приведет к изменению вида трения. Этот износ, соответствующий прекращению жидкостного трения, и следует считать предельным.

Состояние, соответствующее предельному искажению

Рис. 1. Схема износа подшипника

Для соединений, работающих в условиях полужидкостного трения, решающим фактором, определяющим допустимое искажение формы детали, будет предельный зазор.

Соединения типа плунжер -- гильза. По мере износа соединений такого типа уменьшается плотность посадки, при этом возрастает утечка жидкости через зазоры. В этом случае предельный износ может быть определен непосредственным измерением зазора, который определяется из условия предельно допустимой утечки газов или жидкости, выраженной в процентах по объему цилиндра.

Цепи. Втулочно-роликовые цепи при работе вытягиваются вследствие износа шарниров цепи. В результате этого шаг цепи становится больше шага звездочки, и работа передачи нарушается. Значительное увеличение шага может привести к возрастанию нагрузки на зубья звездочек и соскакиванию цепи. Поэтому за предельный износ цепи считают такой, при котором дальнейшее увеличение шага цепи нарушит зацепление.

Для тихоходных стальных зубчатых колес (У<3 м/с) предельные износы можно принимать в размере 10… 25 % толщины зуба, измеренной по хорде начальной окружности. Меньшие значения износа берутся при определении предельных износов зубьев в сильно нагруженных и реверсивных передачах при ударной нагрузке. Для чугунных зубчатых колес эти данные уменьшают на 40%.

Часто переключающиеся зубчатые колеса в коробках скоростей изнашиваются не только по толщине, но и с торца зуба. Для таких зубчатых колес износ торца зуба допускается в пределах 12…15 % его длины.

Износ зубьев цементированных шестерен определяется в зависимости от толщины слоя цементации. Предельный износ в этих передачах берется такой, при котором толщина слоя цементации на зубья остается не менее 0,2…0,25 мм.

Предельные износы зубьев червячных передач составляют 8…10% для червяков и 10…12% для червячного колеса.

В шлицевых соединениях допускается увеличение бокового зазора, но не более 2…2,5 % значения, указанного в чертежах.

Предельное состояние машин характеризуется потерей возможности дальнейшей эффективной эксплуатации их вследствие выхода заданных параметров за установленные пределы. Сложную лесную технику - тракторы, автомобили - при достижении ею предельного состояния направляют в капитальный ремонт или списывают. ?

Предельные состояния машин и конструкций являются результатом постепенного накопления повреждений в деталях, узлах и элементах. Значительное внимание уделено объединенным моделям повреждения и разрушения, например, модели накопления рассеянных повреждений, зарождения и роста усталостных трещин при циклическом нагружении. Здесь систематически изложены асимптотические и полудетерминистические методы прогнозирования, рассмотрены вопросы оценки ресурса сложных систем, в том числе систем, состоящих из большого числа однотипных элементов. Рассмотрены экономико-математические модели функционирования машин и конструкций с учетом факторов надежности, предложены методы назначения оптимальных сроков службы.

Классификация предельных состояний машины еще не разработана.

Какими факторами определяется предельное состояние машины.

Основное влияние присадок и смазочных масел на предельное состояние машин и механизмов связано как с факторами, определяющими состояние и качественные характеристики трущихся по -, верхностей (геометрия поверхности, связь микро - и макронеровностей с условиями трения, величина остаточных напряжений в поверхностном слое, структурные и фазовые превращения в нем и-др.

Первая группа объединяет ремонтируемые и эксплуатирующиеся До предельного состояния машины и оборудование, последствием отказов которых являются потери от вынужденных простоев и затраты на ремонтные работы.

По первому признаку чаще всего принимают два критерия предельного состояния машины: повреждение базовой детали (станины, рамы, несущего кузова), устранимое лишь путем сложного ремонта и вызывающее необходимость в полной разборке машины; необходимость в замене 2 - х и более агрегатов, номенклатура которых устанавливается заранее. К таким агрегатам часто относят двигатель, сложные коробки отбора мощности, коробки передач, редукторы привода рабочего органа и пр. При широком использовании агрегатного метода ремонта машин потребность в одновременном проведении капитального ремонта нескольких основных узлов практически не возникает. В этом случае машину следует направлять в капитальный ремонт с учетом экономической целесообразности. К экономическим критериям потребности машины в капитальном ремонте относятся: достижение стоимости очередного ремонта машины установленной доли стоимости машины или достижение накопленной стоимости ремонтов машины установленной величины и др. В развитых капиталистических странах строительные машины капитально ремонтируются после достижения ими оптимального срока службы, после чего они используются на крупных стройках в качестве вспомогательных или резервных.

Невозможность дальнейшей эксплуатации машины из-за неустранимого нарушения требований безопасности или неустранимого выхода заданных параметров за установленные пределы, неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой определяет предельное состояние машины. Календарную продолжительность эксплуатации машины от ее начала или возобновления после ремонта до наступления предельного состояния называют сроком службы. Подобный показатель, но измеренный либо в часах чистой работы машины, либо в единицах ее продукции до наступления предельного состояния, называют техническим ресурсом. Срок службы и технический ресурс - обязательные характеристики, которые должны указываться в технической документации на конкретные виды и модели машин.

Время же работы машины до предельного состояния, определенного в технической документации, называется ресурсом машины. Предельное состояние машины обусловливается физической стойкостью машины, опасностью ее дальнейшей эксплуатации или другими факторами.

Предельное состояние машины определяется невозможностью ее дальнейшей эксплуатации, либо обусловленным снижением эффективности, либо требованием безопасности и оговаривается в технической документации. Показателем долговечности могут служить, например, ресурс и срок службы. деталь машина подшипник ремонт

Безотказность - это свойство машины непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Долговечность определяется временем работы до наступления предельного состояния машины при соблюдении установленной системы технического обслуживания и ремонтов. Ремонтопригодность заключается в приспособлении машины к предупреждению и обнаружению причин отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Сохраняемость - это свойство машины быть непрерывно исправной и работоспособной в течение и после хранения и транспортирования.

Продление ресурса подшипников, муфт, торцевых уплотнений осуществляется по результатам контроля их технического состояния при разборке машины, а также по скорости роста ее вибрации. Процедура прогнозирования остаточного ресурса роторной машины по изменению уровня вибрации осуществляется графоаналитическим методом с использованием результатов обследования объекта, статистических данных по надежности аналогичных типов машин и сводится к экстраполяции найденного тренда (скорости изменения вибрации) и определению момента его пересечения с линией предельного состояния машин данного типа.

Допустимый износ неизбежен в процессе эксплуатации машин и является результатом изнашивания деталей, протекающего в условиях нормальной эксплуатации. При допустимом износе машина сохраняет работоспособность. Предельный износ соответствует предельному состоянию изнашивающейся машины или ее составной части. При предельном износе процесс изнашивания происходит с повышенной скоростью.

В процессе эксплуатации в отдельных элементах возникают повреждения, равносильные отказу данного элемента. Этот отказ, называемый в дальнейшем элементарным, не означает отказа объекта в целом. По мере увеличения числа поврежденных или отказавших элементов эффективность машины снижается и возрастает опасность возникновения аварийной ситуации. При этом за предельное состояние машины принимают состояние, при котором определенная доля элементов отказала или получила повреждения. Повреждение одной или нескольких лопаток не означает отказа турбомашины, хотя снижает ее эффективность. Ресурс турбо-машины считают исчерпанным, когда определенная часть (например, 1 %) общего числа лопаток на одном из дисков получают такие повреждения. Аналогично атомный реактор продолжают эксплуатировать, пока не откажет примерно 1 / 6 общего числа тепловыделяющих элементов. Рассмотрим задачу прогнозирования ресурса машин этого типа, полагая, что общее число однотипных элементов весьма велико, в то время как к моменту исчерпания ресурса относительное число отказавших элементов достаточно мало.

2. Технический ресурс. Срок службы

Для повышения долговечности ремонтируемых машин, отдельных узлов, соединений, а также деталей путем их восстановления, выбора рационального способа восстановления и материала покрытия, определения расхода запасных частей весьма важно знать и уметь оценивать величины предельных! износов и других показателей долговечности.

Согласно ГОСТ 27.002-83, долговечность - свойство объекта (детали, узла, машины) сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. В свою очередь, работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации; предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. При этом следует иметь в виду, что для неремонтируемых объектов предельного состояния может достигнуть не только неработоспособный объект, но и работоспособный, применение которого оказывается недопустимым согласно требованиям безопасности, безвредности, экономичности, эффективности. Переход такого неремонтируемого объекта в предельное состояние происходит раньше возникновения отказа

С другой стороны, объект может оказаться в неработоспособном состоянии, не достигнув предельного состояния. Работоспособность такого объекта, а также объекта, находящегося в предельном состоянии, восстанавливается с помощью ремонта, при котором происходит восстановление ресурса объекта в целом.

Основными техническими оценочными показателями долговечности являются ресурс и срок службы. При характеристике показателей следует указывать вид действия после наступления предельного состояния объекта (например, средний ресурс до капитального ремонта; гамма-процентный ресурс до среднего ремонта и т. д.). В случае окончательного снятия с эксплуатации объекта, обусловленного предельным состоянием, показатели долговечности называются: полный средний ресурс (срок службы), полный гамма-процентный ресурс (срок службы), полный назначенный ресурс (срок службы). Полный срок службы включает в себя продолжительности всех видов ремонта объекта. Рассмотрим основные показатели долговечности и их разновидности, конкретизирующие этапы или характер эксплуатации.

Технический ресурс - наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.

Срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.

Технический ресурс представляет собой запас возможной наработки объекта. Различают следующие виды технического ресурса: доремонтный ресурс -наработка объекта до первого капитального ремонта; межремонтный ресурс - наработка объекта от предыдущего до последующего ремонта (число межремонтных ресурсов зависит от числа капитальных ремонтов); послеремонтный ресурс -наработка от последнего капитального ремонта объекта до его перехода в предельное состояние; полный ресурс - наработка от начала эксплуатации объекта до его перехода в предельное состояние, соответствующее окончательному прекращению эксплуатации. Виды сроков службы подразделяются так же, как и ресурсы.

Размещено на Allbest.ru