книги из ГПНТБ / Барбанель, С. Р. Технология ремонта кинооборудования учебник

С. Р. Барбанель И.К.Качурин С. И.Подкуйко

Технология

ремонта кинооборудования

Допущен Государственным комитетом Совета Министров СССР

по кинематографии (Госкино СССР)

в качестве учебника для кинотехникумов.

Москва «(Искусство»

1974

6П9.7

Б24

j

%к - к - н 5 0

Барбанель Сим. P. и др.

Б 24 Технология ремонта кинооборудования: М., «Искус­ ство», 1974.

280 с. с ил.

Перед загл. авт.: Барбанель Сим. Р., Качурин И. К., Подкуйко С. И.

В книге подробно описываются технология ремонта и особенности новых типов киноаппаратуры, а также нахождение ее неисправностей. Большое внимание авторы уделяют планированию и организации ре­ монта оборудования киноустановок, новой системе планирования и эко­ номического стимулирования промышленного производства. Материал дополняют и поясняют необходимые схемы, рисунки, графики. Книга представляет собой учебник по одноименному курсу для учащихся кинотехникумов.

(Б) «Искусство», 1974 г.

Ч а с т ь п е р в а я

Износ деталей кинопроекционной аппаратуры

и двигателей внутреннего сгорания киноэлектростанций (КЭС)

Г л а в а п е р в а я Трение и износ

§ 1 Общие сведения об износе металлических деталей

Любая машина, механизм, части которых рассчитаны на основе клас­ сической теории упругости с необходимым коэффициентом надежно­ сти, может преждевременно выйти из строя, если не принять профи­ лактических мер против разрушения и износатрущихся поверхностей.

Всякий износ вызывает изменение физико-механических свойств ме­ талла, первоначальных размеров деталей и их геометрической формы, изменение кинематической связи, увеличение зазоров в сопряжениях

Поверхностное разрушение твердых тел вызывается различными при­ чинами: коррозией, повторными ударами, ослаблением крепежных деталей, температурными воздействиями, различными видами трения

ит. п. Большей частью эти воздействия комбинируются между собой,

иповерхностное разрушение металла приобретает характер сложного процесса. Однако из всех причин, вызывающих поверхностное раз­ рушение твердых тел, обязательно наличие того или иного вида тре­ ния (скольжения, качения или комбинации их), поэтому устранить износы практически невозможно.

Техническая механика устанавливает, что силы трения всегда направ­ лены в сторону, противоположную относительному движению сопри­

касающихся тел, и что они приложены в точках контакта этих тел. В зависимости от характера относительного движения поверхностей различают трение первого рода, возникающее при трении скольжения, и трение второго рода, возникающее при чистом качении. Существует много теорий износа, которые могут быть сведены в три группы. Теории первой группы объясняют трение и износ упругим взаимодействием поверхностных шероховатостей.

Ко второй группе относятся теории, согласно которым трение явля­ ется результатом молекулярного воздействия трущихся тел, т. е. при­ липания поверхностей.

Теории же третьей группы объясняют трение одновременно упругим взаимодействием поверхностной шероховатости и прилипанием по­ верхностей. Теории этой группы, по-видимому, наиболее полно отра-> жают суть процесса износа.

3

Зависимость между силой сухого трения при скольжении и нормаль­ ным давлением одного тела на другое была обнаружена еще в начале XVI века. Позднее в работах Кулона была установлена следующая зависимость:

F = A + fN,

гдeF — сила трения скольжения несмазанных поверхностей; А — пос­

тоянная, характеризующая независимую от нормальной нагрузки спо­ собность трущихся тел к взаимному сцеплению; f — коэффициент про­ порциональности; ' N — нормальная нагрузка, прижимающая одну

трущуюся поверхность к другой.

Рис. 1. Схема, поясняющая влияние шероховатости трущихся поверх­

Вследствие малого значения постоянной А для грубо обработанных

поверхностей эта величина не учитывалась и в технике под третьим законом Кулона понимается зависимость:

у

Кулон считал, что главной причиной, определяющей силы трения скольжения, является шероховатость поверхностей и что трение сколь­ жения зависит от свойств соприкасающихся тел и от состояния тру­ щихся поверхностей, которые учитываются коэффициентом пропор­ циональности f, называемым коэффициентом трения первого рода.

Этот коэффициент определяется опытным путем.

Действительную шероховатость двух трущихся поверхностей можно изобразить в виде условных профилограмм (рис. 1, а). Как следует из рисунка, нагрузка N распределяется не на всю поверхность деталей,

а концентрируется на элементарных площадках, где происходит ре­ альное соприкосновение поверхностей. Размер площадок контакта очень мал, поэтому удельные давления (давление q, приходящееся на единицу площади, кг/см2) сравнительно большие (рис. 1, б) и высту­

пы деталей начнут деформироваться. Из рисунка видно, что даже при сравнительно малых нагрузках будут иметь место остаточные дефор­ мации, особенно когда трущиеся поверхности при скольжении пере­ скакивают с одного выступа на другой, т. е. когда осуществляется удар.

4

Если после некоторого времени измерить величину шероховатости поверхностей, то обнаружится уменьшение высоты гребешков, т. е. будет происходить явление полирования, степень которого зависит от пластических свойств трущихся металлов.

В результате полирования площадки контакты увеличиваются, удель­ ные давления падают и скорость нарастания износа уменьшается. Эти явления наглядно можно представить в виде графика (рис. 1), где участок I соответствует периоду приработки поверхностей, а участок II — периоду нормальной работы деталей. Однако как бы ни

был мал износ, зазор между деталями (применительно, например, к сопряжению вал—втулка) непрерывно будет возрастать. Нарастание износа лишь до известного предела не влечет за собой качественных изменений в работе сопряжения. Очевидно, что нарастание износа до этого предела может считаться естественным износом; переходя же указанный предел, износ перерастает из естественного в аварий­ ный. Это положение иллюстрирует участок III графика.

Более поздние исследования показали, что коэффициент f не является

величиной постоянной для пары трущихся материалов и зависит от ряда факторов, в том числе от скорости относительного перемещения поверхностей, химической природы и физического состояния трущих­ ся тел, удельного давления и чистоты поверхностей. Поэтому коэф­ фициент f можно считать постоянным только для частных сочетаний

материалов при определенных физических условиях сравнительно небольших диапазонов изменения скорости относительного переме­ щения и удельного давления.

Обнаруженная опытом зависимость сил трения первого рода F от про­

должительности контакта между телами говорит о том, что эти силы в самый начальный момент скольжения оказываются несколько боль­ шими (на 30—35%), чем при установившемся режиме скольжения. Это послужило основанием исследователю Томлинсону (Англия, 1929 г.) прийти к выводу, что главной причиной появления силы трения явля­ ется сила притяжения между молекулами трущихся тел. Однако ра­ боты отечественных исследователей (Т. А. Конторовой, И. В. Крагельского и других) не подтвердили все закономерности авторов молекулярной теории износа при трении первого рода.

И. В. Крагельский создал молекулярно-механическую теорию из­ носа, согласно которой взаимное внедрение отдельных выступов тру­ щихся поверхностей является лишь одной из причин. Помимо этого имеет место также взаимное сближение двух твердых тел, которое приводит к их молекулярному взаимодействию.

И. В. Крагельский считает, что трение первого рода двух твердых тел имеет смешанный характер: в одних точках получается механи­ ческое зацепление, в других — молекулярное.

Не менее сложны вопросы трения второго рода. По-видимому, и тре­ ние второго рода определяется вышеуказанными факторами, но ка­ ким образом они проявляют себя при чистом качении, остается еще неясным. Само понятие коэффициента трения второго рода коренным образом отличается от понятия коэффициента трения первого рода.

5

Техническая механика рассматривает коэффициент трения второго рода как функцию упругой деформации, возникающей на обеих по­ верхностях, из которых одна катится по другой под некоторым давле­ нием, перпендикулярным к площадке их соприкосновения.

Допустим, что по упругой полосе катится абсолютно твердый цилиндр,

ся горизонтальной проекцией цилиндрического отпечатка АСВ, имеющую длину Ь.

Установлено, что сила трения качения несмазанных поверхностей определяется зависимостью:

от усталости.

Действие сил трения уменьшается введением между трущимися по­ верхностями смазки, которая ослабляет все явления, сопутствующие трению несмазанных поверхностей, главные из них: большой износ и повышение температуры.

В зависимости от характера и условий смазки деталей машин и меха­

поверхностями отсутствует и трение обусловливается наличием на поверхностях деталей выступов и неровностей и действием межмоле­ кулярных сил. Понятие «сухое трение» принимается условно, так как в действительности трущиеся поверхности деталей всегда покрыты

ностью разделены слоем смазки и не имеют металлического контакта, так как толщина слоя смазки превышает неровности трущихся поверх­ ностей. По данным проф. Н. П. Петрова, величина коэффициента трения второго рода не зависит от свойств материалов трущихся поверхностей, а определяется только свойствами и условиями смазки — вязкостью и толщиной слоя смазки, величиной поверх­ ности соприкосновения, а также относительной скоростью трущихся тел.

6

Силы трения для всех случаев жидкостного трения, согласно Н. П. Пет­ рову, определяются по формуле:

I

где v — относительная скорость трущейся поверхности; т] — вязкость масла; 5 — площадь поверхности подшипника; I — толщина слоя

смазки, причем

где k — постоянный коэффициент; Р — нагрузка.

П о л у ж и д к о с т н о е т р е н и е по своему характеру являетсй. промежуточным между жидкостным и граничным трением.

В этом случае масляный слой смазки, неся основную часть нагрузки, все же не предохраняет полностью от непосредственного соприко­ сновения отдельные неровности или участки трущихся поверхностей, что усиливает износ деталей.

П р и г р а н и ч н о м т р е н и и поверхности разделяются на­ столько тонким слоем смазки (0,0001 мм и менее), что он теряет спо­

собность воспринимать нагрузки и обычные законы гидродинамики для вязкой жидкости оказываются неприемлемыми. При таком трении основной характеристикой служит не вязкость, а так называемая «маслянистость» масла, т. е. способность образовывать на трущихся поверхностях прочную адсорбированную масляную пленку, пре­ дупреждающую возникновение сухого трения. Чем выше масляни­ стость смазки и чем лучше качество отделки трущихся поверхностей, тем благоприятнее условия для образования адсорбированной пленки, предохраняющей деталь от форсированного износа.

П о л у с у х о е т р е н и е возникает тогда, когда адсорбирован­ ная пленка частично разрывается и имеется смешанное трение — одно­ временно граничное и сухое.

Исследования роли смазки показали ошибочность обычных представ­ лений о том, что назначение смазки только в предотвращении износа наряду с понижением коэффициента трения и расходуемой мощности. Действие смазки проявляется не только на наружной поверхности изнашивающейся детали, но и внутри металла, в наружном его слое. Например, при граничной смазке повышение качества ее различными присадками ведет к ослаблению износа благодаря эффекту’ раскли­ нивающего действия (В. В. Дерягин).

Вместе с тем проявляется так называемая внутренняя смазка, заклю­ чающаяся в том, что присадки способствуют значительному повышению проникновения масла в металл, которое происходит не только благо­ даря пористости металла, но и вследствие образования в зоне износа микротрещин. Это внутреннее действие масла облегчает отделение частиц металла, т. е. усиливает износ, но в то же время служит и по­ ложительным явлением, так как проявляется это свойство смазйи в небольшой степени в период максимальных удельных давлений, т. е. в период приработки трущихся поверхностей (участок I на рис. 1),

сокращая его продолжительность.

7,

Когда удельные давления невелики, смазка выступает в роли разъ­ единителя трущихся поверхностей, уменьшает износ.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что износ при прочих равных условиях увеличивается с повышением удельного давления. Зная характер распределения удельного давления по трущейся ^по­ верхности, можно установить характер износа этих поверхностей.

§ 2 Классификация износов

Встречающиеся в практике эксплуатации машин и механизмов износы чрезвычайно разнообразны как по причинам, их вызывающим, так и по характеру их нарастания. Однако все износы могут быть отнесены

кодной из двух основных групп:

1)естественные или нормальные и

2)аварийные.

Е с т е с т в е н н ы м и и з н о с а м и принято называть такие, которые происходят в результате длительной работы и являются след­

1)недоброкачественности материала детали (наличие раковин, трещин

ит. п.);

2)усталости поверхностных слоев металла детали;

3)плохого качества изготовления деталей;

4)неправильной сборки отдельных узлов или механизмов;

5) нарушения правил эксплуатации, небрежного ухода, несоблюдения режимов смазки, несвоевременной замены износившихся деталей ит. п. В результате работы силы трения и возможного участия других фак­ торов детали теряют свою первоначальную форму, на гладких поверх­ ностях появляются царапины, материал наволакивается или отсла­ ивается, образуя овальность, конусность, погнутость деталей и т< п. Задачи эксплуатационников в том, чтобы поддерживать аппаратуру в состоянии, при котором она подвергалась бы только естественному

.износу. Для этого, в частности, необходимо своевременно определить момент достижения предельного износа (характеризуется точкой А

жения считается с момента окончания приработки, в результате которой зазор SMHH (см. рис. 1) между деталями сопряжения, полученный благодаря разности их размеров при изготовлении, достиг величины 5 нач, и Д° момента достижения предельно допустимого износа SMaKC. Из рис. 1, в видно, что:

8

личина начального зазора приработанного сопряжения, мм; tga —

величина, характеризующая интенсивность износа сопряжения (на­ растание зазора в единицу времени).

Исследования, проведенные в области сопротивляемости материалов износу, еще не позволяют установить количественную зависимость величины износа от механических свойств материала, его химического состава и других характеристик, однако установлено, что сопротив­ ляемость материала износу связана с качеством его поверхности (чисто­ той), а также с твердостью и структурой металла.

нен износ, вызываемый в основном трением скольжения твердых тел. Известно, что детали правильно эксплуатируемых машин и механиз­ мов подвергаются ремонту или выбраковке по двум основным при­ чинам: вследствие изменения первоначальных размеров или благодаря

изменению механических свойств материала деталей.

Согласно классификации Б. И. Костецкого, различают четыре вида износа: окислительный, тепловой, абразивный и осповидный.

В результате большого числа опытов путем металловедческого анализа было установлено, что:

1) каждая работающая деталь или сопряжение деталей имеет четко выраженный ведущий вид износа, лимитирующий стойкость при эксплуатации, и может иметь сопутствующие виды износа, мало влияющие на работу трения; 2) в основе существующих при работе деталей машин видов износа

лежат явления, подчиняющиеся закономерностям физики твердого

поверхностных слоев и диффузия кислорода в пластически дефор­ мируемые объемы металла.

Образующееся при этом на плоскостях скольжения громадное число движущихся атомов кислорода вызывает более интенсивную пласти­ ческую деформацию металла. Последняя протекает как бы с внутрен­ ней смазкой, роль которой выполняют движущиеся атомы кислорода. Большая подвижность и перетекание поверхностныхслоев в свою оче­ редь создают возможность более интенсивного проникновения кисло­ рода в поверхностные слои трущихся деталей.

Окислительный износ характеризуется постепенным уносом слоя ме- ■ талла деталей, изгтовленных из мягких материалов. При трении де­ талей машин, имеющих большую твердость, окислительный износ выражается в образовании и выкрашивании твердых и очень хруп­ ких слоев-окислов; он протекат менее интенсивно. Большое влияние на окислительный износ оказывает давление при трении. При пульси­ рующем давлении темп окислительного износа резко возрастает. Этот вид износа имеет место как при трении скольжения, так и при трении

9