Виды разрушения сопряженных деталей

Разрушение деталей горных машин происходит при их взаимодействии с твердыми, жидкими и газообразными телами. При этом возникают следующие виды разрушения материала деталей: деформации и изломы (хрупкий и вязкий изломы, остаточная деформация, усталостный излом, контактные усталостные повреждения); изнашивание; эрозионно-кавитационные повреждения (жидкостная и газовая эрозии, кавитация); коррозионные повреждения; коррозионно-механические повреждения (коррозионная усталость и растрескивание).

Излом – полное разрушение материала детали в результате растяжения, сжатия, изгиба, кручения или сложного напряженного состояния. Возникают изломы при достижении в детали напряжений, превышающих предел текучести или предел прочности.

Вязкий излом происходит при напряжениях, превышающих предел текучести материала в результате возрастания статической нагрузки.. Ему предшествует пластическая деформация металла под влиянием кручения или изгиба, а иногда и вследствие растяжения или сжатия. Поверхность излома имеет волокнистое строение с заметными следами сдвига материала. Вязкое разрушение менее опасно, чем хрупкое, так как разрушение деталей и поломка оборудования могут быть предупреждены появлением пластической деформации. В результате можно остановить оборудование до поломки деталей. Для предупреждения вязкого разрушения применяют следующие меры: ограничивают перегрузку деталей во время работы с помощью муфт различных типов, срезных шпилек и т. п.; изготавливают детали из материала с повышенными механическими свойствами и термически обрабатывают; увеличивают жесткость деталей; уменьшают рабочие напряжения в детали за счет создания ориентированного наклепа поверхностного слоя детали.

Хрупкий излом происходит чаще всего при отсутствии или малых размерах макропластических деформаций, в результате мгновенного приложения нагрузки, наличии концентраторов напряжений в опасном сечении, хладноломкости материала. В плоскости излома наблюдается кристаллическое строение с веерообразно расходящимися лучами из очага разрушения. Для повышения сопротивления хрупкому излому ограничивают перегрузку детали при работе установкой предохранительных устройств, уменьшают жесткость удара за счет применения амортизирующих устройств, повышают прочность и пластичность детали.

В горнах машинах чаще других происходят усталостные изломы, наступающие при напряжении ниже предела текучести. Появление и развитие процессов усталости происходит в наиболее напряженных поверхностных слоях детали вследствие длительного действия переменных по знаку и величине нагрузок. Чаще всего это происходит при тяжелом динамическом режиме работы деталей, больших перегрузках и несвоевременной замене деталей. Причиной поломки является усталостная трещина. Усталостные трещины возникают в тех частях поверхности, где действуют растягивающие напряжения, имеются микродефекты и концентраторы напряжения. Усталостный излом имеет две зоны: усталостного и единовременного (мгновенного) разрушения. Поверхность излома в зоне усталостного разрушения имеет мелкозернистую структуру блестящего цвета, а в зоне мгновенного разрушения – кристаллическое строение и другие признаки хрупкого разрушения. Усталостному излому подвергаются обычно валы и оси горных машин.

Остаточная деформация материала происходит в результате приложения нагрузки, особенно циклической, и сопровождается изменением формы и размеров детали. В большинстве случаев деформация не приводит к поломке детали, но нарушает ее нормальную работу. Остаточная деформация появляется при взаимодействии колеса локомотива с рельсом, наблюдается на кругло- звенных цепях конвейеров и др.

Контактная усталость металла проявляется в виде усталостного выкрашивания поверхности (питтинга), часто при трении качения или качения со скольжением. Причина появления питтинга – пульсационное действие контактных напряжений вследствие переменного давления на поверхности.

Износ детали – результат ее изнашивания, определяемый в установленных единицах. Значение износа может быть выражено в единицах длины, объема, массы и др.

Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы. Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания, называют износостойкостью.

Изнашивание является основной причиной, вызывающей ухудшение технического состояния машин.

Износ, помимо ухудшения эксплуатационных характеристик ведет к уменьшению надежности, снижению коэффициента использования машины.

Для правильной разработки системы мероприятий по техническому обслуживанию планово-предупредительной системе ремонта надо знать закономерности износа и его зависимость от различных факторов.

Для характеристики процесса изнашивания пользуются следующими показателями.

Абсолютный износ – абсолютное измерение размеров, объема или массы изношенной детали; при этом различают линейный. Объемный или весовой износ.

Относительный износ – износ, выраженный в процентах или в долях единицы относительно другой детали, принятой за эталон.

Размерный износ – линейный износ, измеренный в заданном направлении, определяемом служебными качествами детали или обусловленный удобством измерения.

Предельный износ – максимальная величина износа, при достижении которой дальнейшая эксплуатация изделия считается недопустимой по техническим или экономическим показателям работы.

Основные причины изнашивания – внешнее трение, влияние механических и молекулярных факторов.

Согласно ГОСТ различают следующие виды изнашивания:

- механическое изнашивание из-за механических воздействий; корозионно-механическое изнашивание из-за механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим взаимодействием материала со средой;

- абразивное изнашивание – механическое изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия на него твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии;

- эрозионное изнашивание из-за воздействия потоков жидкости и (или) газа;

- гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание – эрозионное изнашивание в результате воздействия потока жидкости (газа);

- гидроабразивное (газообразивное) изнашивание – абразивное изнашивание из-за действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (газе) и перемещающихся относительно изнашивающего тела;

- усталостное изнашивание – механическое изнашивание из-за усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя;

- кавитационное изнашивание – гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются в близи поверхности, что создает местное повышение давления или температуры;

- изнашивание при заедании – изнашивание в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность;

- окислительное изнашивание – корозионно-механическое изнашивание, при котором основное влияние на изнашивание имеет химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой;

- изнашивание при фреттинге – механическое изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях;

- изнашивание при фреттинг-коррозии – корозионно-механическое

изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях;

- диффузионное изнашивание – изнашивание за счет взаимного проникновения молекул двух трущихся поверхностей (чаще – тонко обработанных).

Износ делится на моральный, обусловленный старением конструкции машин, и физический, связанный с длительностью и интенсивностью использования.

Физический износ может быть нормальным (естественным) и аварийным (преждевременным). Нормальный износ происходит в результате длительной работы машин под действием сил трения. Аварийный износ происходит в значительно меньшие сроки, чем нормальный, и вызывается нарушением режимов работы машин, отсутствием смазки и неправильным ее выбором, некачественнным ремонтом и несвоевременной заменой деталей, заводскими дефектами деталей, усталостными явлениями в металле, неправильным монтажом машин.

Факторы влияющие на износ деталей, подразделяют на:

- конструктивные - размеры форма и материалы сопрягаемых деталей, начальные зазоры или натяги в сопряжениях, вид и система смазки, конструктивное соответствие условиям работы, доступность деталей и сборочных единиц для технического обслуживания и ремонта;

- технологические - качество материала, точность изготовления, шероховатость поверхности, качество механической и термической обработки;

- эксплуатационные - режимы работы машин, климатические и горно-геологические условия, качество грюче-смазочных материалов, своевременность и качество технического обслуживания и ремонта.

Особенно важным фактором является характер чередования запусков и остановок машины. Когда один вид трения переходит в другой, усугубляющий процесс износа, колебания температур.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: