Титульный лист

Содержание

1. Классификация видов трения и изнашивания

1.1 Трение и виды трения

Трение — основная причина изнашивания деталей машин. Про­блемы трения, изнашивания и смазывания изучает наука трибология, базирующаяся на фундаментальных законах физики, химии, механики сплошных сред, термодинамики и материаловедения.

 Различают трение:

• Скольжение

• Качения

• Покоя

     Сила трения качения примерно в 10 раз меньше силы трения скольжения.

 В процессе работы машин поверхности трения деталей находятся в различных условиях. В зависимости от того, есть или нет смазка между трущимися поверхностями, различают следующие виды трения.

Трение без смазки происходит при отсутствии на поверхностях трения обоих твердых тел смазочного материала всех видов.

Граничное трение двух твердых тел возникает при тонком слое смазки на поверхностях трения, не превышающем высоты шероховатостей соприкасающихся поверхностей.

Жидкостное трение возникает между двумя телами, полностью разделенными слоем жидкости (смазки). Отсутствие контакта между поверхностями предохраняет их от разрушения.

2. Изнашивание и виды изнашивания

Изнашивание — процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела при трении и (или) увеличении его оста­точной деформации, проявляющейся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

В условиях всех видов трения происходит разрушение трущихся поверхностей, т. е., поверхности изнашиваются.

Классификация видов изнашивания

Согласно ГОСТ 23.002 – 78 различают 3 основных вида изнашивания:

1. механическое 

2. корозионно-механическое

3. при действии электрического тока (электроэрозионное)

 Механическое изнашивание возникает в результате воздействия твердых частиц на трущиеся поверхности. В эту группу следует отнести такие виды изнашивания, как абразивное, гидро- и газоабразивное, усталостное,  кавитационное, эрозионное.

Абразивное изнашивание — изнашивание в результате механических воздействий посредством режущего и царапающего действия твердых тел или частиц при наличии относительной скорости перемещения.

Гидро- и газоабразивное изнашивание появляется в результате воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости или газа.

Усталостное изнашивание вызывает изменение поверхности трения или отдельных участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц.

Кавитационное изнашивание поверхности происходит при относительном увеличении скорости движения твердого тела в жидкости, т. е. в условиях гидродинамической кавитации — нарушения сплошности внутрижидкости.

Эрозионное изнашивание возникает в результате воздействия потока жидкости или газа.

Коррозионно-механическое изнашивание есть изнашивание при трении металла, вступившего в химическое взаимодействие со средой.

  К факторам, определяющим интенсивность изнашивания относятся: 

-  род трения (скольжения, качения, качения с проскальзыванием)

-  вид трения (сухое, граничное, гидродинамическое)

-  среда (воздух, вода, газ, почва)

-  вид контакта пар трения (точка, линия, плоскость, цилиндр, сфера)

-  характер движения (равномерное, непрерывное и т.д.)

-  вид движения (вращательное, поступательное, возвратно-поступательное)

-  характер нагрузки (постоянная, неустановившаяся, знакопеременная)

-  величина нагрузки

-  скорость перемещения трущихся поверхностей

-  температурные условия

Основные пути снижения интенсивности механического истирания: 

1) Конструкционные:

-  обеспечение рациональной жесткости и податливости деталей (плавающие детали, рессоры, пружины, прокладки)

-   выбор рациональных пар трения

- сочетание твердого материала с мягким (устраняется заедание)

-   сочетание твердого материала с твердым (высокая износостойкость)

-   исключение сочетания одноименных материалов и мягкого с мягким

-   применение пористых, порошковых антифрикционных материалов

-   замена пар трения скольжения на качение

-   создание условий для жидкостного трения

 2) Технологические:

-   обеспечение оптимальной шероховатости

-   соблюдение точности изготовления и упрочнение поверхностей трения

 3) Эксплуатационные:

-   разгрузка рабочих поверхностей

-   соблюдение правил эксплуатации, ТО и ремонта машин

2. Контроль и дефектация сопряжений и деталей. Методы контроля.

2.1. Контроль и дефектация сопряжений и деталей

Дефектация - операция технологического процесса ремонта машины, заключающаяся в определении степени годности бывших в эксплуатации деталей и сборочных единиц к использованию на ремонтируемом объекте. Она необходима для выявления у деталей дефектов, возникающих в результате изнашивания, коррозии, уста­лости материала и других процессов, а также из-за нарушений ре­жимов эксплуатации и правил технического обслуживания.

В результате трения и изнашивания деталей в конкретных усло­виях эксплуатации изменяются геометрические параметры, шеро­ховатость рабочих поверхностей и физико-механические свойства поверхностных слоев материала, а также возникают и накаплива­ются усталостные повреждения.

Под изменением геометрических параметров деталей понимают изменение их размеров, формы и взаимного расположения поверх­ностей. К нарушениям формы относят: неплоскостность, непрямо­линейность, овальность, конусность и т. д., к отклонениям взаим­ного расположения поверхностей - непараллельность плоскостей и осей вращения поверхностей, торцовое и радиальное биение, не­соосность.

Усталостные повреждения нарушают сплошность материала, способствуют возникновению микро- и макротрещин, выкрашива­нию металла рабочих поверхностей и излому деталей.

Изменение физико-механических свойств материала — наруше­ние структуры материала, а также уменьшение или увеличение твердости, прочности, коэрцитивной силы ферромагнитных мате­риалов и т.д.

Степень годности деталей к повторному использованию или восстановлению устанавливают по технологическим картам на дефектацию. В них указаны: краткая техническая характеристика де­тали (материал, вид термической обработки, твердость, размеры восстановления, отклонение формы и взаимного расположения поверхностей), возможные дефекты и способы их устранения, методы контроля, допустимые без ремонта и предельные размеры. Оценку проводят сравниванием фактических геометрических параметров деталей и других технологических характеристик с допустимыми значениями.

Номинальными считают размеры и другие технические характе­ристики деталей, соответствующие рабочим чертежам.

Допустимыми считают размеры и другие технические характери­стики детали, при которых она может быть поставлена на машину без восстановления и будет удовлетворительно работать в течение предусмотренного межремонтного ресурса.

Предельными называют выбраковочные размеры и другие харак­теристики детали.

Часть деталей с размерами, не превышающими допустимые, мо­гут быть годными в соединении с новыми (запасными частями), восстановленными или с деталями, бывшими в эксплуатации. По­этому в процессе контроля их сортируют на пять групп и маркируют краской соответствующего цвета: годные (зеленым), годные в со­единении с новыми или восстановленными до номинальных разме­ров деталями (желтым), подлежащие ремонту в данном ремонтном предприятии (белым), подлежащие восстановлению на специали­зированных ремонтных предприятиях (синим) и негодные — утиль (красным). Годные детали транспортируют в комплектовочное от­деление или на склад, требующие ремонта — на склад деталей, ожи­дающих ремонта, или непосредственно на участки по их восстанов­лению, негодные — на склад утиля.

У деталей обычно контролируют только те параметры, которые могут изменяться в процессе эксплуатации машины. Многие из них имеют несколько дефектов, каждый из которых требует проверки. Для уменьшения трудоемкости дефектации необходимо придержи­ваться той последовательности контроля, которая указана в техно­логических картах, где вначале приведены наиболее часто встреча­ющиеся дефекты.

2. Методы контроля

При дефектации используют следующие методы измерения: аб­солютный, когда прибор показывает абсолютное значение измеря­емого параметра, и относительный — отклонение измеряемого па­раметра от установленного размера.

Искомое значение можно отсчитывать непосредственно по прибору (прямой метод) или по результатам измерения другого параметра, связанного с искомым непосредственной зависимос­тью (косвенный метод).

По числу измеряемых параметров методы контроля подразделя­ют на дифференциальные и комплексные. При первом измеряют значение каждого параметра, при втором — суммарную погрешность отдельных геометрических размеров изделия.

Примером комплексного метода может служить определение степени годности подшипников качения по радиальному зазору. Изменение последнего связано с износом беговых дорожек внут­реннего и наружного колец, а также элементов качения (шариков, роликов).

Если измерительный элемент прибора непосредственно сопри­касается с контролируемой поверхностью, то такой метод называют контактным, а если нет — бесконтактным. Наиболее часто приме­няют следующие средства измерения: калибры, универсальный из­мерительный инструмент и специальные приборы.

Калибры — это бесшкальные измерительные инструменты для контроля отклонений размеров, формы и взаимного расположения поверхностей деталей без определения численного значения изме­ряемого параметра. Широко распространены предельные калибры, ограничивающие крайние предельные размеры деталей и распреде­ляющие их на три группы: годные, подлежащие восстановлению и негодные.

Универсальные инструменты и приборы служат для нахождения значения контролируемого параметра в определенном интервале его значений. Обычно применяют следующие измерительные сред­ства: штриховые инструменты с нониусом (штангенциркуль, штан-генглубиномер, штангенрейсмус и штангензубомер), микрометри­ческие (микрометры, микрометрический нутромер и глубиномер), механические приборы (миниметр, индикатор часового типа, ры­чажная скоба и рычажный микрометр), пневматические приборы давления (манометры) и расхода (ротаметры).

Специальные измерительные средства предназначены для конт­роля конкретных деталей с высокой производительностью и точно­стью. К ним относят, например, приборы для проверки изгиба и скрученности шатунов и радиального биения подшипников каче­ния, оправки для проверки соосности гнезд коренных подшипни­ков блока цилиндров и др.

При выборе средства измерения необходимо учитывать его мет­рологические характеристики (цена и интервал деления шкалы, точность отсчета, погрешность и пределы измерения), а также точ­ность изготовления измеряемого элемента детали (после допуска).

Дефекты несплошности материала деталей, бывших в эксплуата­ции, можно условно разбить на две группы: явные и скрытые. Яв­ные дефекты — это трещины, обломы, пробоины, смятие, корро­зия. Их чаще всего обнаруживают внешним осмотром невооружен­ным глазом, через лупу 10-кратного увеличения или ощупыва­нием. Для обнаружения скрытых дефектов применяют следующие методы контроля (дефектоскопии): капиллярные, обнаружением подтекания газа или жидкости, магнитные и акустические.

Капиллярные методы дефектоскопии основаны на способности жидкости втягиваться в мельчайшие сквозные и несквозные каналы (капилляры). При попадании жидкости в капилляр ее свободная по­верхность искривляется (образуется мениск), в результате чего возни­кает дополнительное давление жидкости в капилляре, отличающееся от внешнего давления (воздуха). Значение этого давления зависит от коэффициента поверхностного натяжения и радиуса канала.

Для проникновения жидкости в дефект необходимо, чтобы жид­кость хорошо смачивала поверхности, а размеры дефекта (канала) создавали возможность жидкости образовывать мениск.

Технология контроля изделий капиллярными методами состоит из следующих операций: очистки детали от маслянисто-грязевых и других загрязнений, нанесения пенетранта, выявления дефекта и окончательной очистки.

Для проявления дефектов широко применяют сорбционный метод. В качестве прояви­телей используют сухие по­рошки (каолин, мел и др.) и их суспензии в воде или органи­ческих растворителях (керо­син, бензин и др.), а также бы­стросохнущие пигментиро­ванные или бесцветные растворы красок и лаков, которые наносят на поверхность детали после пропитки пенетрантом.

В качестве проявителей применяют сорбенты в виде суспензий и белые проявляющиеся лаки.

При сорбционном способе на поверхность детали наносят сухой порошок (сухой метод) или порошок в виде суспензии (мокрый способ). За счет сорбционных сил проникающая жидкость извлекается на поверхность изделия и смачивает проявитель. При диффу­зионном способе на поверхность детали наносят специальное по­крытие, в которое диффундирует проникающая жидкость из полос­ти дефекта. Этот способ более чувствителен, чем сорбционный, и его применяют для обнаружения мелких трещин.

После проявления дефектов детали очищают от проявителя. Проявители на основе лаков, нитроэмалей и коллодия удаляют ра­створом 80%-го спирта и 20%-го эмульгатора ОП-7.

Суспензии смывают 1%-м раствором эмульгатора ОП-7 или ОП-10 в воде.

Обнаружение подтекания газа или жидкости необходимо для проверки герметичности пустотелых деталей: блоков цилиндров, головок блоков цилиндров, баков, водяных и мас­ляных радиаторов, камер шин, трубопроводов, шлангов, поплавков карбюраторов и др. Его широко применяют для контроля качества сварных швов. Степень герметичности определяют по утечке газа или жидкости в единицу времени, которую регистрируют с помо­щью приборов. В большинстве случаев место дефекта определяют визуально. Методы контроля подразделяют на капиллярные, компрессион­ные и вакуумные.

Для дефектоскопии деталей, поступающих в ремонт, применяют способы керосиновой пробы (капиллярный метод), гидравличес­кий и пневматический (компрессионный).

• Керосин обладает хорошей смачивающей способностью, глубо­ко проникает в сквозные дефекты диаметром более 0,1 мм. При контроле качества сварных швов на одну из поверхностей изделия наносят керосин на противоположную — адсорбирующее покры­тие (350 - 450 г суспензии молотого мела на 1л воды). Наличие сквозной трещины определяют по желтым пятнам керосина на ме­ловой обмазке.

• При гидравлическом методе внутреннюю полость изделия за­полняют рабочей жидкостью (водой), герметизируют, создают на­сосом избыточное давление и выдерживают деталь некоторое вре­мя. Наличие дефекта устанавливают визуально по появлению ка­пель воды или отпотеванию наружной поверхности.

• Пневматический способ нахождения сквозных дефектов более чувствителен, чем гидравлический, так как воздух легче проходит через дефект, чем жидкость. Во внутреннюю полость деталей зака­чивают сжатый воздух, а наружную поверхность покрывают мыль­ным раствором или погружают деталь в воду. О наличии дефекта судят по выделению пузырьков воздуха. Давление воздуха, закачи­ваемого во внутренние полости, зависит от конструктивных осо­бенностей деталей и обычно равно 0,05 - 0,1 МПа.

Магнитный метод применяют для обнаружения дефектов в деталях, изготовленных из ферромагнитных материалов. Так вы­являют поверхностные трещины или подповерхностные включе­ния с иной, чем у основного материала, магнитной проницаемос­тью. Метод получил широкое распространение из-за высокой чув­ствительности, простоты технологических операций и надежности. Он основан на явлении возникновения в месте расположения де­фекта магнитного поля рассеивания.

При магнитопорошковом способе для обнаружения магнитного потока рассеивания используют магнитные порошки (сухой спо­соб) или их суспензии (мокрый способ). Проявляющийся материал наносят на поверхность изделия. Под действием магнитного поля рассеивания частицы порошка концентрируются около дефекта. Форма его скоплений соответствует очертанию дефекта.

Сущность магнитографического метода заключается в намагничивании изделия при одновременной записи магнитного поля на магнитную ленту, которой покрывают деталь, и последующей рас­шифровке полученной информации.

Для обнаружения дефектов феррозондовым способом применя­ют феррозондовые преобразователи.

Постоянный ток применяют для выявления под поверхностных дефектов. Создаваемое им магнитное поле однородно и проникает достаточно глубоко в деталь.

Для определения дефекта большое значение имеет правильный выбор напряженности магнитного поля. Чрезмерно большая на­пряженность приводит к осаждению магнитного порошка по всей поверхности изделия и появлению «ложных» дефектов, а недоста­точная к снижению поверхности детали она должна находиться в пределах 1590 - 3979 А/м, а на остаточную намагни­ченность приходится 7958 - 15915 А/м.

Для индикации дефектов применяют ферромагнитные порошки с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной си­лой. Порошок магнетита (Fe₃O₄) черного или темно-коричневого цвета используют для контроля деталей со светлой поверхностью, а порошок оксида железа (Fe₂O₃) буро-красного цвета — с темной поверхностью. Зернистость порошка существенно влияет на обна­ружение дефектов и должна быть 5 - 10 мкм.

Магнитную суспензию приготавливают, используя керосин, трансформаторное масло, смесь минерального масла с керосином и водные растворы некоторых веществ. На 1 л жидкости добавляют 30 - 50 г магнитного порошка.

После контроля все детали, кроме бракованных, размагничива­ют. Восстановление не размагниченных деталей механической об­работкой может привести к повреждению рабочих поверхностей из-за притягивания стружки.

Детали размагничивают, воздействуя на них переменным магнитным полем, изменяющимся от максимального значения напряженности до нуля.

Степень размагниченности контролируют, осыпая детали сталь­ным порошком. У хорошо размагниченных деталей порошок не дол­жен удерживаться на поверхности. Для этих же целей применяют при­боры ПКР-1, снабженные феррозондовыми полюсоискателями.