книги / Ремонт подъемных кранов
..pdfния поверхности трения должны быть разделены слоем смаз ки, т.е. должно быть обеспечено жидкостное трение. Следо вательно, предельный зазор для этого узла определяется ус ловиями сохранения жидкостного трения. В процессе вра щения вала 1 (рис. 1.8) в подшипнике 2 смазочная жидкость вступает в сцепление с поверхностью цапфы и вал увлекает за собой жидкость в клиновидный зазор а. По мере возрас тания частоты вращения под действием смазочной жидко сти вал приподнимается, одновременно смещаясь в направ лении вращения.
На основании гидродинамической теории трения Н.П. Пет ровым предложена следующая формула для определения тол щины слоя в наиболее узком месте масляного клина:
|
и _ fmd2C |
|
min ~ 18,36Sp ’ |
где |
— минимальная толщина слоя смазки, м; ц — вязкость |
масла, Па •с; п — частота вращения вала, об/с; С — коэффи циент длины подшипника С = l/(d + I), где I — длина подшип ника, м; d — его диаметр, м; S — зазор (разность диаметров подшипника и вала: 2гп - 2гв на рисунке 1.5), м; р — удельная нагрузка на вал, Па.
Согласно исследованиям В.И. Казарцева, оптимальный за зор Sgnmдля сопряжения вал-подшипник должен быть в четы ре раза больше минимальной толщины масляного слоя, т.е.
4h,min |
(1.7) |
Используя эту зависимость, можно записать следующее равенство:
Зопт _ md2C
4 18,36Sp *
откуда
SonT=0,467d. щ С |
(1.8) |
P |
|
Максимальный зазор определяется через оптимальный зазор по формуле
Saax= S 2om/(4S), |
(1.9) |
где 8 — величина, зависящая от шероховатостей поверхнос тей вала и подшипника и размера абразивных частиц, нахо дящихся между трущимися поверхностями.
Для сопряжений типа вал-подшипник скольжения макси мальный зазор определяется из соотношения
S = ( 2 , 5 - 5 ) 5 . (1.10) Искажение в процессе эксплуатации геометрической фор мы неподвижной детали в сопряжении вал-подшипник при водит к нарушению условий жидкостного трения; Установ лено также, что некруглость неподвижной детали в новом сопряжении должна быть не более 0,2 начального зазора, иначе в сопряжении с самого начала работы будет нарушено жидкостное трение и, как следствие, наступит форсирован
ное изнашивание.
1.4 Методы оценки износа деталей машин
Методы оценки износа деталей разделяют на производствен ные и лабораторные. К производственным относятся метод микрометрирования детали и метод косвенной оценки по изменению эксплуатационных характеристик сопряжения, к лабораторным (исследовательским) методам — взвешива ние деталей, определение количества железа в масле карте ра, применение радиоактивных изотопов, метод искусствен ных баз, профилографирование.
Метод микрометрирования основан на измерении линей ных размеров деталей, бывших в эксплуатации, с использо ванием универсальных измерительных средств (микромет ров, штангенциркулей, индикаторных приборов и др.).
Оценка износа по изменению эксплуатационных харак теристик сопряжения или узла широко используется в про изводстве. Например, износ деталей масляного насоса кос
венно может быть определён по падению давления масла, износ деталей поршневой группы двигателя — по пропуску газов в картер двигателя, износ подвижного соединения — по изменению его температуры в процессе эксплуатации, например в подшипниках скольжения и т.д.
Метод взвешивания заключается в определении массы детали до эксплуатации и после неё. Этот метод применять нельзя, если превалирующим является износ от пластичес кого деформирования деталей.
Определение количества железа и других продуктов из носа в масле заключается в химическом анализе отработан ного масла. Недостатком способа является невозможность определения износа каждой детали узла. Преимущество — отсутствие необходимости разборки агрегата.
Метод радиоактивных изотопов основан на использова нии изотопов вольфрама, сурьмы или кобальта, вводимых в
поверхностный слой рабочей поверхности детали. Интенсив ность излучения масла, регистрируемого специальными при борами (счётчиками), является показателем интенсивности изнашивания детали.
Метод искусственных баз, предложенный М.М. Хрущё вым и Е.С. Берковичем, заключается в нанесении на рабо чую поверхность новой детали специального углубления (лун ки) или выточки. По изменению размера углубления после определённого времени эксплуатации определяют расчётом линейный износ в пределах этой поверхности.
Метод профилографирования основан на определении с помощью профилографа весьма малых износов у таких дета лей, как поршневые пальцы, плунжеры.
1.5 Некоторые вредные процессы, вызывающие неисправности машин
Кроме изнашивания при эксплуатации машин наблюда ются другие процессы, вызывающие неисправности машин. К ним относятся: усталостное разрушение, химико-тепловые
повреждения, электроэрозионное разрушение, изменение с течением времени свойств материала деталей, механические повреждения.
Усталостное разрушение. Усталостью металла называет ся процесс постепенного накопления повреждений в матери але под действием повторно-переменных напряжений, при водящий к уменьшению долговечности, образованию трещин и разрушению.
Механизм образования усталостного разрушения принято делить на три стадии: 1) в начальной стадии действия цик лических напряжений в металле происходит накопление упругих искажений кристаллической решётки; 2) после оп ределённого цикла нагружений появляются субмикроско пические трещины, так как упругие напряжения кристал лической решётки достигают критических значений; 3) суб микроскопические трещины развиваются до размеров мак ротрещин и происходит окончательное разрушение дета ли. На рисунке 1.9 показана обобщённая диаграмма уста лости, где АВС — кривая выносливости (кривая Велера);
А'В'С' — линия начала появления суб |
|
микроскопических трещин и А'С — |
|
линия необратимой повреждаемости |
|
(линия Френча). При напряжениях |
|
ниже длительного периода выносли |
|
вости <7w микротрещины не развива |
|
ются. При критическом напряжении |
|
<тк > crv происходит разрушение через |
|
NK циклов (критическое число цик |
|
лов). Появлению микротрещин спо |
|
собствует наличие в деталях концен |
Рис. 1.9 Обобщённая |
траторов напряжений: грубых следов диаграмма усталости от режущего инструмента, царапин,
выточек, пазов, неоднородности металла в виде неметал лических включений, пустот и др. Видимые трещины на поверхности детали появляются незадолго до усталостного разрушения.
Усталостному разрушению подвержены коленчатые валы, валы реверса лебёдок, вертикальные валы механизма пово рота экскаватора, зубчатые колеса и другие детали, воспри нимающие значительную знакопеременную нагрузку.
Установлено, что при упрочнении поверхностного слоя деталей дробеструйной обработкой или обкаткой поверхнос ти усталостные трещины возникают под упрочнённым сло ем. Поэтому при выполнении операций упрочняющей техно логии следует строго соблюдать режим обработки.
В деталях, подвергаемых при ремонте восстановлению металлопокрытиями, снижение усталостной прочности вы зывается рядом причин:
1)наличием на изношенной поверхности рисок, задиров, ускоряющих образование трещин усталости;
2)появлением внутренних напряжений в результате нане сения покрытия либо в результате снятия неравномер ного припуска при механической обработке наплавлен ного слоя;
3)несоблюдением требований к шероховатости поверхнос ти после металлопокрытия, так как наплавочные и элек тролитические покрытия воспринимают внешние нагруз
ки заодно с основным металлом.
Химико-тепловые повреждения. К этой группе поврежде ний относятся коррозия, образование накипи, нагара, осад ков, коробление.
Коррозия. Коррозией называется разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодей ствия их с коррозионной средой. Коррозии особенно подвер жены детали Дййгателей внутреннего сгорания (дНища пбр^ шней, верхняя чаЬть гильз Цилиндров* головки цилйндрой* выпускные клапаны* глуШиФели).
Химическая коррозия возникает под воздействием на Ме талл внешней среды. Окисление происходит в резулв+йт1® Нроникновения атомов кислорода в кристаллическую решётку металла с образованием оксидов железа FeO, a - Fe203, у - Fe203, Fe30 4. С ростом температуры окружающей среды интенсив
ность химической коррозии возрастает. Например, выпуск ные клапаны и сёдла клапанов двигателей находятся под воз действием газов при температуре 650—800 °С. Для повыше ния коррозионной стойкости выпускные клапаны изготовля ют из жаропрочных сталей и наплавляют сплавами на хромо никелевой основе ВХН-1. Сёдла клапанов и вставки для верх ней части цилиндров изготовляют из высокопрочного легиро ванного чугуна, глушители двигателей — из коррозионностой кой стали (0Х13Ю или 0Х13Т).
Электрохимическая коррозия металлов происходит под воздействием электролита в виде тонких слоев атмосферной влаги с растворёнными в ней газами либо в виде водных ра створов щёлочей, кислот и солей, находящихся в загрязне ниях на поверхности металла. Эти электролиты обладают иными потенциалами, чем металл детали, вследствие чего возникают микрогальванические элементы (пары), вызыва ющие коррозию. Наиболее распространена атмосферная кор розия таких узлов, как кузова и рамы.
При сопряжении двух деталей, имеющих различные по тенциалы, и при наличии электролита возникает контакт ная коррозия.
Процессы коррозии в ряде случаев комбинируются с про цессом абразивного истирания, с кавитационным разрушени ем материала (коррозионная кавитация). При одновременном действии коррозии и длительных знакопеременных нагрузок возникает коррозионно-усталостное разрушение детали. Для защиты деталей и узлов машин от действия коррозии приме няют различного рода покрытия, описанные ниже (глава 2).
Образование накипи. В системе охлаждения двигателей, а также в ёмкостях для подогрева воды образуется накипь в результате осаждения из воды солей кальция и магния (СаС03, CaS04, MgC03, MgS04 и т.п.), а также механических приме сей, содержащихся в воде. Образование накипи ухудшает условия охлаждения двигателя, что приводит к его перегре ву и ухудшению условий смазки и, как следствие, к повы шенному износу деталей.
Нагар — твёрдые углеродистые вещества, откладывающи еся на рабочих поверхностях деталей двигателей (клапаны, свечи зажигания, сопла форсунок, поршни, головки цилинд ров) при сгорании паров топлива и масла. В результате обра зования нагара ухудшаются условия теплопередачи, падает мощность двигателя, повышается склонность двигателя к детонации и перегреву.
Осадки в виде мазеобразной массы образуются на стенках картеров двигателей и на деталях, расположенных в карте рах, а также в масляных фильтрах и в маслопроводах. Ком понентами этих осадков являются масло, топливо, продукты окисления масла и топлива, продукты изнашивания дета лей, пыль и др. Осадки ухудшают работу масляных фильт ров, засоряют каналы для подачи смазки в зоны трения, зат рудняют работу масляных насосов, загрязняют свежее мас ло, заливаемое в картер двигателя.
Коробление деталей происходит в результате действия высоких температур, приводящих к появлению в деталях больших внутренних напряжений. Такие повреждения ха рактерны, например, для головок блока цилиндров двигате лей внутреннего сгорания. Коробление деталей чаще всего встречается при нарушении правил эксплуатации машин.
Электроэрозионное разрушение — процесс разрушения металла в результате воздействия на него искрового разряда. Электроэрозии подвержены контакты прерывателей, элект роды свечей зажигания, коллекторы генераторов и старте ров, контакты реле-регуляторов.
Изменение свойств материала деталей. С течением вре мени резинотехнические изделия, а также лакокрасочные покрытия теряют свои первоначальные свойства; якоря ге нераторов переменного тока и роторы магнето под действи ем магнитных потоков, ударов, нагрева и других факторов теряют магнитные свойства и становятся неработоспособ ными и т.д.
Деформация деталей. Под воздействием нагрузок в ма териале детали могут возникнуть напряжения, превосхо
дящие предел его упругости. В результате этого возникает пластическое деформирование материала, приводящее к из менению формы и размеров детали, называемое остаточ ной деформацией. Остаточная деформация проявляется в виде изгибов, скручивания, смятия поверхностей, измене ния положения посадочных поверхностей в корпусной де тали и др.
Изгибу подвержены валы силовых передач, рамы машин, детали, изготовляемые из листового материала.
Скручивание деталей (валов, полуосей и др.) возникает от действия крутящего момента, превосходящего расчетный в результате временной перегрузки узла.
Смятие рабочих поверхностей деталей происходит в ре зультате пластического деформирования и течения металла. Смятию подвержены детали резьбовых, шпоночных и шли цевых соединений, опорные поверхности двигателей и рам экскаваторов, бульдозеров и др.
Разрушение детали возникает при напряжениях, превос ходящих предел прочности или предела выносливости ма териала детали при длительной работе с переменными на грузками. Оно проявляется либо в виде полного разруше ния детали, называемого изломом, либо в виде трещин и выкрашиваний.
Изломы могут быть вызваны статическим или динамичес ким нагружением деталей, либо появиться в результате ус талости металла (усталостные изломы).
Трещины. Появление в деталях трещин может проис ходить в результате различных вредных процессов. Все эти процессы могут быть разделены на три групйьь К пер вой группе относятся воздействия внезапных значитель ных местных перенапряжений и ударов, например появ ление трещин в наиболее нагруженных участках рам, в корпусных деталях и в деталях, изготовленных из листо вого материала; появление трещин в стенках блока ци линдров двигателей и в радиаторах при замерзании ох лаждающей жидкости и т.д. К второй группе относятся
усталостные трещины, возникающие в результате воздей ствия длительных переменных нагрузок, и к третьей груп пе — трещины теплового происхождения (например, по явление трещин в перемычках гнёзд клапанов головок цилиндров).
Выкрашивание обычно происходит в результате возник новения усталости металла, например выкрашивание на ра бочих поверхностях подшипников качения, на вкладышах подшипников скольжения и др. Выкрашивание может быть вызвано также действием значительной ударной нагрузки, например выкрашивание зубьев шестерён коробки передач в результате неправильного переключения.
1.6Методы восстановления посадок
всопряжениях
Изнашивание деталей в процессе эксплуатации машин приводит к нарушению посадок в сопряжениях, т.е. к увели чению зазоров в подвижных соединениях и к ослаблению натягов в неподвижных соединениях.
Посадки в сопряжениях восстанавливают следующими тремя методами: без замены сопрягаемых деталей; измене нием начальных размеров деталей; восстановлением изношен ных деталей до размеров новых.
Восстановление посадки без замены сопрягаемых дета лей осуществляют двумя способами: регулировкой зазора и перестановкой деталей в дополнительную рабочую позицию. Зазоры в сопряжениях регулируют перемещением одной или нескольких деталей относительно сопрягаемых. Этим спосо бом регулируют зазоры путём подтяжки подшипников каче ния с помощью резьбовых компенсаторов, применения экс центриковых механизмов, например при регулировке коло док в тормозных устройствах, применения клиновидных эле ментов регулировки и др.
Примером перестановки детали в другую рабочую пози цию является поворот зубчатого колеса и превращение тем
самым противоположных поверхностей зубьев в рабочие вза мен изношенных.
Регулировка зазоров и перестановка деталей в дополни тельную рабочую позицию не восстанавливают полностью работоспособность соединения, так как сохраняется искаже ние геометрической формы деталей, в результате чего соеди нение имеет пониженную долговечность.
Восстановление посадки изменением начальных разме ров деталей выполняют путём применения ремонтных раз меров. При этом на одной из деталей сопряжении, например на коленчатом валу, шлифуют шейки под меньшие, так на зываемые ремонтные размеры, восстанавливая тем самым правильную геометрическую форму поверхностей, а другую сопрягаемую деталь, например, вкладыши подшипников, заменяют заранее изготовленными, имеющими соответству ющий (меньший) ремонтный размер. Применение ремонтных размеров обеспечивает восстановление начального зазора и правильной геометрической формы деталей.
Восстановление изношенных деталей до размеров новых достигают наращиванием изношенной поверхности наплав кой, гальваническими покрытиями, металлизацией, напы лением и т.д., пластической деформацией деталей (раздача, обжатие и др.) или заменой изношенного участка дополни тельной ремонтной деталью. Например, при износе отвер стия в корпусной детали его растачивают и запрессовывают в него втулку с внутренним диаметром, соответствующим нормальному. Данная втулка будет дополнительной ремонт ной деталью.
Дополнительные ремонтные детали можно устанавливать не только при восстановлении изношенных деталей до раз меров новых, но и при восстановлении посадок способом ре монтных размеров. В этом случае дополнительные детали будут иметь ремонтные размеры.
Выбор способа восстановления посадки определяется кон структивными особенностями данного сопряжения и техни ко-экономической целесообразностью.