Причины выхода машин из строя
Классификация причин разрушения деталей машин.
Наблюдения за износом и повреждениями деталей машин при эксплуатации позволили выделить пять основных видов разрушения деталей.
- Деформация и изломы (хрупкий, вязкий, усталостный изломы, остаточная деформация, контактные усталостные повреждения).
- Механический износ (истирание металлических пар, абразивный износ, питтингование).
- Эрозионно-кавитационные повреждения (жидкостная эрозия, кавитация, газовая эрозия).
- Коррозионные повреждения (атмосферная коррозия, коррозия в электролитах, газовая коррозия)
- Коррозионно-механические повреждения (коррозионная усталость, коррозионное растрескивание, коррозия при трении).
Рассмотрим некоторые примеры характерных разрушений деталей машин. Остаточная деформация. Этому виду разрушения подвержены бандажи и крановые колеса, рельсы, напряженные болты, подшипники качения. Характер повреждения - изменение геометрической формы (удлинение, изгиб, вмятины) Причины разрушения - длительное действие переменных контактных, растягивающих или сжимающих напряжений, повышение температуры металла.
Вязкий излом. Подвержены связи и анкерные болты, несущие элементы ферм, напряженные болты. Разрушение сопровождается значительной деформацией Поверхность излома матовая, волокнистая. Причина разрушения значительные перегрузки из-за нарушения нормальных условий эксплуатации
Хрупкий излом. Таким образом разрушаются сварные соединения, фасонные детали, болты, пальцы, втулки с повышенной твердостью Разрушение происходит при незначительной деформации. Поверхность излома имеет кристаллическое строение Причины разрушения - наличие ударных нагрузок, дефекты термообработки, повышенное содержание фосфора в стали, наличие концентраторов, трещин.
Усталостный излом. Подвержены рамы, оси, шатуны, болты, сварные соединения, подвергающиеся воздействию длительных знакопеременных, нагрузок. Характер повреждений - образование трещин. Причина разрушения - понижение прочности металла, действие знакопеременных нагрузок, циклические, термические напряжения, наличие концентраторов напряжений.
Абразивный износ. Характерен для деталей ходовой части тракторов, исполнительных механизмов формовочных машин, пескометов, открытых передач и т.д. Характер повреждения - постепенное изменение размеров. На поверхности наблюдаются риски параллельные направлению трения. Причины разрушения - взаимодействие трущихся поверхностей с абразивными частицами.
Истирание металлических пар. Подвержены подшипники скольжения, валы, оси, направляющие, цепные передачи, втулки и т.д. Характер повреждений - постепенное изменение геометрических размеров деталей. Причина разрушения - длительное трение сопряженных деталей.
Заедание. Присуще для шестерен зубчатых передач, подшипников качения и т.д. Характер повреждения - адгезия, вырывание частиц металла из контактных поверхностей. Причина разрушения - нарушение жидкостного трения при высоких скоростях.
Далее следует рассмотреть условия эксплуатации и способы повышения долговечности некоторых деталей машин.
Болты и шпильки резьбовых соединений в процессе эксплуатации подвергаются действию статических (при предварительной затяжке) и переменных напряжений. Их изготавливают из сталей: 10, 15, 20, 35, 40, 35Х, 40Х и др. При эксплуатации основные виды повреждений: усталостные изломы и деформация. Для повышения долговечности: необходимо повысить предел прочности стали, уменьшить концентрацию напряжений, произвести обкатку резьбы роликом.
Колеса зубчатых передач в процессе эксплуатации подвержены изгибу зубьев, контактному сжатию, трению и ударам при изменении частоты вращения. Они изготавливаются из сталей: 35, 40, 45, 35Х. 40Х, 40ХН. 38ХГН, 12ХНЗА, 40ХНМА, пластмасс, капролона. Основные виды повреждений: излом зуба (при перегрузке), выкрашивание и изнашивание зубьев. Для повышения долговечности следует выполнить: коррегирование зуба, поверхностную закалку, цементацию, азотирование поверхности зубьев.
Червяки и колеса червячных передач подвержены в процессе эксплуатации трению витков червяка о рабочую поверхность зубьев колеса, изгибу зубьев колеса.
Изготавливают, червяки - из конструкционной стали, колеса - из бронзы Бр.010Ф1 или Бр.А9Ж4, чугуна СЧ20 или СЧ25. Основные виды повреждений - пластическая деформация, излом зубьев колеса. Для повышения долговечности следует выполнить: коррегирование зуба колеса, закалку или цементацию рабочей поверхности витков червяка.
Валы и оси в процессе эксплуатации подвергаются изгибу, кручению, трению скольжения между цапфой и опорой. Изготавливают из сталей: 40, 45, 40Х, 45Х, 38ХГН, 37ХНЗА. Основные виды повреждений: усталостные поломки, изнашивание и задиры цапф. Для повышения долговечности уменьшают количество концентраторов, шлифуют цапфы, производят поверхностную закалку, наклеп галтелей.
Опоры скольжения подвергаются трению скольжения между опорой и цапфой. Изготавливают из антифрикционных материалов, баббитов, чугунов, металлокерамики. Основные виды повреждений при эксплуатации: изнашивание, заедание, усталостное разрушение поверхностей трения. Для повышения долговечности улучшают условия жидкостного трения, повышают жесткость опор и точность изготовления.
В подшипниках качения имеет место трение тел качения о наружные и внутренние кольца. Тела качения и кольца изготавливают из сталей: ШХ15, ШХ9, ШХ15СГ, 9X18, 15Х, 18ХГТ, 20Х2Н4А; сепараторы из низкоуглеродистой стали, бронзы, латуни. Основные виды повреждений при эксплуатации: излом колец, разрушение тел качения, изнашивание тел качения и колец, усталостное выкрашивание, заедание. Для повышения долговечности предлагается обеспечивать податливость корпуса в нагруженной части подшипника.
