Основы долговечности дорожных машин

 

Факторы определяющие долговечность машин

 

Долговечность машины определяется ресурсом конструктивных элементов, прежде всего базовых и основных, а затем и всех остальных деталей.

При эксплуатации изменяются их размеры и геометрические характеристики, структура, свойства и напряжённое состояние.

Эти изменения могут иметь монотонный или скачкообразный характер, что в значительной степени зависит от рода трения, условий нагружения, наличия и состава среды, вида смазки и свойств материала.

Основной причиной изменения геометрических размеров деталей и физико-механических свойств их материалов, вызывающей отказы и неисправности, является изнашивание.

Существенное влияние на долговечность машин оказываеткоррозия и старение материалов.

Скорость образования коррозии снижается применением антикоррозионных покрытий и поддерживанием их в требуемом состоянии.

Увеличивает долговечность машин эксплуатация их при оптимальных режимах нагружения, высоком качестве управления, ТО и Р.

 

Изнашивание деталей машин

 

Изнашивание – это процесс постепенного изменения размеров элементов конструкции машин при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и его остаточной деформации.

Характер изнашивания (U) элементов машин зависит от многочисленных факторов:

 

Э – экстремальные факторы:

- характер производимых работ, режимы использования механизма, виды и периодичность технических воздействий;

- климатические условия работы механизма;

- соответствие применяемых смазочных материалов конструкции сборочных единиц;

- соответствие используемых топлив для двигателей.

К – конструктивные факторы:

- вид трения (скольжение, качение, качение с проскальзыванием);

- макрогеометрия поверхностей трения;

- кинематические факторы;

- динамические характеристики работы механизма;

- физико-механические свойства деталей сопряжённых пар.

Т – технологические факторы:

- вид материалов деталей сопряжения;

- способ обработки;

- показатели микрогеометрии поверхности трения;

- твёрдость и износостойкость.

О – субъективные особенности:

- уровень профессиональной подготовки (квалификация);

- антропометрические и физические данные;

- утомляемость;

- быстрота реакции.

Износ – это результат изнашивания, оцениваемый непосредственно по изменению геометрических размеров (линейный износ) или массы детали (весовой износ) или по косвенным признакам.

Количественными характеристиками процесса изнашивания является скорость V_и и интенсивность J_и изнашивания.

Скорость изнашивания:

где U – износ;

t – время, в течение которого возник этот износ.

Интенсивность изнашивания: ,

где Z – путь, на котором происходил износ;

V – объём выполненной работы.

Виды разрушений при трении делят на две группы:

1. Допустимые износы;

2. Недопустимые (повреждаемость).

К допустимым относят: связанные с процессами пластической деформации, активизации тончайших поверхностных слоёв металла, немедленное их взаимодействие с агрессивными компонентами окружающей среды и образование равномерно распределённых по поверхности вторичных структур, облегчающих процесс внешнего трения и препятствующих развитию явления схватывания.

Например, окислительное изнашивание.

К недопустимым разрушениям относят: схватывание I и II рода, изнашивание при фреттинг-коррозии, образование износа, а также выкрашивание материала рабочей поверхности детали в результате усталостных изменений.

Недопустимые разрушения приводят к эксплуатационным отказам, возникающим в результате нарушения установленных правил и условий эксплуатации машин, поэтому их следует рассмотреть более подробно.

Схватывание I рода – это процесс, развивающийся в результате возникновения локальных (местных) металлических связей, деформации и разрушения с отделением частиц металла с рабочей поверхности и налипанием их на противоположную поверхность.

Этот процесс происходит при малых скоростях относительного скольжения поверхностей трения и больших удельных нагрузках, превышающих предел текучести металла на участках фактического контакта.

Схватывание II рода развивается при больших скоростях скольжения и высоких давлениях. Этот процесс сопровождается значительным повышением температуры рабочих поверхностей деталей, образованием трещин, вырывов частиц металла с одной поверхности и переносом их на другую.

Процессы схватывания характерны для подшипников качения и зубчатых колёс механических передач.

Износ при фреттинг-коррозии происходит в результате коррозионно-механического разрушения при малых колебательных перемещениях.

Наблюдается на посадочных поверхностях осей и ступиц колёс, на опорных поверхностях пружин, на затянутых стыках, пригнанных поверхностей шпонок и пазов.

Абразивное изнашивание – это механическое изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия твёрдых тел или частиц. Возникает в результате проникновения твёрдых абразивных частиц (кварцевых песчинок) с воздухом, смазкой, топливом в сопряжения трения, а также обусловлено образованием в парах трения продуктов износа.

Подвержены ему элементы ходовой части, трансмиссии, а также РО ДМ.

Усталостное изнашивание – происходит в результате многократного деформирования материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц.

Возникает при трении качения с проскальзыванием.

Под действием нагрузок , не превышающих предела текучести материала детали, на рабочей поверхности возникают усталостные микротрещины, которые постепенно смыкаясь, приводят к образованию частиц износа.

Этот процесс приводит к интенсивному выкрашиванию материала на поверхности детали (питтинг).

Усталостное изнашивание характерно для деталей зубчатых передач, подшипников качения.

При нагрузках выше предела текучести возникает смятие, которое сопряжено с изменением формы детали и объясняется микроскопической и объёмной пластической деформацией металла.

Износ деталей определяют непосредственным измерением с соблюдением правил, предусмотренных действующими ГОСТами и методами. Предпочтителен косвенный метод измерения износа, что относится к технической диагностике.

 

Оценка долговечности элементов машин

 

Долговечность определяется характером процесса изнашивания и его интенсивностью.

Закономерность изменения износа элемента в процессе эксплуатации машины можно описать степенной функцией:

 

где α – показатель степени, зависящий от характера износа.

Для элементов машин, отказ которых происходит в результате износа, существует предельный износ U_max, при котором нарушается работоспособность сборочной единицы или машины в целом.

Ресурс сопряжения в этом случае: .