Методы повышения износостойкости деталей машин. Исполнитель

Методы   повышения  износостойкости деталей машин.

Долговечность деталей машин, их высокая износостойкость _ч должны закладываться уже на первом этапе создания машин — ^ при конструировании (рис. 8.1). Достижения  трибоники позволя­ют применять расчетные методы для нахождения оптимальных конструктивных решений, повышающих износостойкость узлов трения.

{spoiler=Подробнее}

С помощью расчетных методов можно выбрать и обосно­вать оптимальные конструктивные параметры деталей, обеспечи­вающие минимальную скорость изнашивания; установить предель­ные износы деталей; типоразмеры унифицированных элементов для применения в данной конструкции машин; обеспечить равностойкость узла или детали с несколькими изнашивающимися по­верхностями; подобрать износостойкие материалы и методы их упрочнения; обосновать требования к физико-механическим свой­ствам; произвести сравнительную оценку износостойкости нес­кольких вариантов исполнения узлов и деталей; прогнозировать сроки службы деталей.

         Наряду с изложенными выше методами расчета интенсивности изнашивания (см. 2.5.2, 4.2.7, 5.3) применяются и другие методы. Так, хорошие результаты получены при использовании методов расчета износа подвижных сопряжений, учитывающих перерас­пределение давления на контакте при изменении взаимного распо­ложения деталей в результате износа.

         Итак, для того чтобы уже при конструировании заложить ос­новы высокой износостойкости, нужно применять   триботехнических расчетные методы. Кроме того, необходимо улучшать условия трения, определяющие износостойкость материала в заданных внешних условиях работы трущихся деталей и оказывающие влияние на динамику изнашивания. Конструктивные возможности улучшения условий трения крайне разнообразны. При поиске ра­циональных конструктивных решений в каждом конкретном слу­чае необходимо во избежание чрезмерного усложнения и удоро­жания конструкции выявлять минимальное количество требова­ний к условиям трения, достаточных для достижения заданного ресурса деталей.

         К числу наиболее эффективных конструктивных способов улучшения условий трения можно отнести следующие: 

           -снижение контактной  нагруженности;

           - устранение возможности схватывания поверхностей;

           - замена сухого трения граничным, граничного трения — ре­жимом гидродинамического или гидростатического трения;

           -      уменьшение работы трения;

           -     улучшение температурного режима трения;

           -   защита узлов трения от абразивных частиц;

           -    защита узлов трения от химических агентов внешней среды.

          Защита узлов трения от абразивных частиц осуществляется с

помощью различных систем масляных и воздушных фильтров, которые обеспечивают очистку масла и воздуха, поступающих к поверхностям трения.

         Один из конструкторских способов повышения износостойкости узлов трения — применение герметизирующих устройств. Герме­тизирующее устройство (ГУ) — совокупность деталей, образую­щих конструкцию, предназначенную для герметизации узла тре­ния (предотвращения утечки смазки и защиты от проникновения извне абразивных частиц).

         Герметизирующие устройства делятся на подвижные и непод­вижные, контактные и бесконтактные: манжеты; торцевые уплот­нения; поршневые кольца; набивочные (сальниковые) уплотнения; лабиринтовые уплотнения; прокладочные герметизаторы различ­ных типов и др.   

         На работоспособность любого ГУ оказывают влияние много-численные и разнообразные по своей природе факторы, которые часто взаимосвязаны между собой.

            Так, на работоспособность герметизирующих устройств влияют: Р'   — режим работы (ресурс, температура,   нагрузка,   скорость скольжения, условия хранения и транспортировки, наличие   виб­раций конструкции, пульсаций рабочих параметров и др.);

    - свойства герметизируемой среды (температуры замерзания и кипения, теплофизические   свойства,   химическая   активность,

вязкость и зависимость ее от температуры и давления,   особен­ности поведения в узких зазорах и т. д.);

             - свойства материалов сопряженных деталей и их   покрытий (прочностные,    усталостные,    релаксационные,    теплофизические и др.);

         -технология изготовления и сборки   уплотнений (способ   и характер обработки поверхностей, точность изготовления и т. д.).

         Некоторые представления об условиях работы герметизирую­щих устройств дает табл. 10.1, где в обобщенном виде дана харак­теристика некоторых влияющих факторов.

         Как видно из таблицы, при увеличении давления герметизиру­емой среды Р_ж, скорости скольжения v и их произведения р_ж-v наблюдается тенденция к уменьшению требуемого ресурса.

На рис 10.2 показано торцевое уплотнение опорного катка 11 гусеничного трактора, включающее большое уплотнительное коль­цо 6 которое через .резиновое кольцо 7 и корпус уплотнения 10 соединено с корпусом каретки 4, и малое уплотнительное кольцо 8 которое связано со ступицей вращающегося катка 11. Кольцо сидит на лысках ступицы катка 11 и относительно этой ступицы имеет осевую подвижность. Кольцо 8 пружиной 2 постоянно при­жимается к кольцу 6, образуя с ним пару трения. Резиновый сильфон 3 ,в сочетании с шайбами 1 служит для дополнительной гер­метизации уплотнения. Все уплотнение в целом вместе с образую­щим лабиринт колпаком 9 предназначено для предотвращения утечки смазки из корпуса 4 и защиты подшипника 5 от попада­ния абразивной пыли.

         В паре уплотнительных колец 6 и 8 возникает трение в усло­виях граничной смазки.

         В механизмах, осуществляющих кинематические функции без внешнего трения подвижных элементов, возможность изнашива­ния деталей исключается, и долговечность таких механизмов за­висит от выносливости гибких связей. Таково уплотнение шарнир­ного соединения, показанное па рис. 10.3. Оно состоит из тонкой ¹ резиновой мембраны 5, неподвижно соединенной с осью 1 с помощью пру­жинного кольца 6 и корпусом 3 — рас­пирающей металлической крышки 4. Уплотнение надежно защищает внут­реннюю полость узла, допуская воз­вратно-вращательное движение оси / относительно подшипника 2 при де­формации мембраны 5.

         Один из способов конструктивного обеспечения износостойкости — созда­ние конструкций с равностойкостью изнашивающихся деталей. Термин «равностойкость» для изнашивающих­ся деталей имеет примерно такой же смысл, как понятие «равнопрочность» для силовых элементов машин.

         Неравномерность изнашивания рабочих поверхностей деталей (концентрация износа на каком-либо участке трущейся поверхно­сти или опережающее изнашивание одной из деталей) приводит к преждевременной потере работоспособности всего изделия при не­полном использовании ресурса отдельных деталей, является   одной из причин снижения их прочности вследствие образования концентраторов напряжений. Для обеспечения равностойкости из­нашивающихся деталей необходимо изучать эпюры износа дета­лей, применять расчетные методы прогнозирования износа.

         На рис. 10.4 дана схема взаи­модействия зуба собачки с зубом храповика подающего механизма угольного комбайна. В резуль­тате неравномерного износа зуба собачки (эпюры износа 1) в месте перехода к нерабочей части 2 поверхности зуба образуется концентратор напряжений 4, приводящий к поломке зуба собачки. Во избежание поломок зуба собачки было принято кон­структивное решение — затыловать зуб по линии 3. Это позво­лило исключить неравномерность износа и предупредить возмож­ность возникновения концентратора напряжений.

         Изыскание оптимальной формы деталей имеет большое значе­ние при их конструировании. Оптимизация формы изнашиваю­щихся деталей представляет собой один из важных приемов обес­печения конструкционной износостойкости и сводится к выявле­нию износа деталей в каждой точке их контакта, построению эпюр контактных давлений и созданию геометрических форм деталей, обеспечивающих максимальный срок службы. Оптимизация фор­мы деталей может происходить также в процессе изнашивания в результате выравнивания начальной эпюры скоростей изнашива­ния при опережающем изнашивании отдельных участков трущей­ся поверхности.

         В современных машинах широко применяется и такой конст­руктивный прием, как компенсация износа, позволяющий обеспе­чивать постоянство показателей работоспособности изнашиваю­щихся деталей несмотря на их износ (пружинные поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, само­поджимные уплотнения подшипников, контактные щетки электро­двигателей и др.). Компенсация износа в машинах может осу­ществляться тремя способами: вручную, путем самокомпепсации и автоматической компенсации.

         Ручная компенсация как регулировочная операция осущест­вляется перемещением частично изношенной детали на величину износа следующими способами; перемещением клиньев, сменой прокладок, поворотом детали, перемещением детали в специаль­ных пазах и т. д. Например, вручную компенсируют износ зубьев червячного колеса (рис. 10.5). Колесо состоит   из   двух   соосных частей 1 и 2, смещаемых для уменьшения зазора в сопряжении с червяком регулировочным винтом 3 и закрепляемых затем бол том 4.

         Самокомпенсация износа происходит при перемещении детали по мере изнашивания под действием упругого элемента, гравита­ционной силы, гидравлического давления и т. д.

         На рис. 10.6 приведены схемы сопряжения ходового винта и гайки металлорежущих станков. Износ некомпенсированной сис­темы (рис. 10.6, а) "приводит к снижению точности обработки. Руч­ная компенсация износа (рис. 10.6, б) осуществляется посредством клина 3, раздвигающего части гайки 2 до полной выборки зазора  с витками резьбы ходового винта. Для этого же узла разрабо­тана система самокомпенсации износа (рис. 10,6 в), в которой гайки 5 и 7 соединены пологими торцевыми кулачками 6,  допускающим относительное смещение гаек на величину зазора при повороте одной из них под действием подпружиненной  зубчатой рейки 4.

Технологические  методы   повышения   износостойкости

         Износостойкость деталей зависит от шероховатости и физико-механических свойств поверхностей трения, а шероховатость по­верхности и ее физико-механические свойства — от технологии изготовления детали, в силу чего технология оказывается важнейшем фактором, определяющим уже на стадии изготовления детали ее износостойкость.

         Рассмотрим наиболее распространенные технологические   ме­тоды повышения износостойкости деталей машин (рис. 10.10)

                                                                                                                                              {/spoilers}