ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

4.5. УМЕНЬШЕНИЕ ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Износ поверхностей трения является во многих случаях основной причиной постепенных отказов.

Износ можно уменьшить такими конструктивными путями:

· следует всемерно избегать открытых пар трения, в которых трудно
обеспечить необходимую смазку поверхностей трения;

· необходимо применять совершенные уплотнения (например, введение лабиринтных уплотнений роликов конвейеров увеличивает их срок службы в 3-4 раза);

· необходимо обеспечивать возможно более равномерное распределение давления по поверхности трения (рис. 4.5, д);

· эффективно введение разгрузки изнашиваемых поверхностей приме­нением, например, шевронных передач для замыкания осевых сил на валах;

· созданием на поверхностях трения оптимальной шероховатости, которая образуется на деталях в процессе приработки;

· для предотвращения заеданий (задиров) необходимо исключать тепловую перенапряженность из-за перегрузки или плохого отвода тепла;

· к наиболее радикальным мерам можно отнести использование в кон­струкциях пар трения, работающих в гидродинамическом и гидростатическом режимах, подшипников качения, даже и в тех случаях, когда частота вращения валов невелика, а размеры подшипников большие и даже уни­кальные;

· важен правильный выбор марок конструкционных материалов и правильное назначение соотношения твердостей контактирующих поверхностей.

Необходимо стремиться не только уменьшить величину износа дета­лей, но и уменьшить влияние износа на работоспособность машин.

Этого можно достичь следующими путями.

1. На работоспособность машин в основном влияет неравномерный износ, поэтому важно выравнивать износ путем повышения износостойкости той детали пары, которая изнашивается неравномерно, или придания нерав­номерно изнашиваемой детали переменной твердости. В подшипниках мож­но использовать обратные пары (рис. 4.8, б) или устанавливать на шейках втулки 1 из антифрикционных материалов, а в корпусе 3 стальные закален­ные вкладыши 2 (рис. 4.9).

2. Важно, по возмож­ности, направлять вектор смещения при изнашивании так, чтобы влияние износа на работоспособность было минимальным. Например, для шлицевых соединений зубчатых колес необходимо располагать ступицы сим­метрично по отношению к венцам шестерен во избежание перекоса зубьев.

3. Изнашивающимся поверхностям следует, по возможности, придавать форму, приближающуюся к форме естественного износа, которая в минимальной степени искажается в процессе изнашивания (например, профиль зубьев передач у зацепления М.Л.Новикова). Весьма перспективным направлением при этом является создание рабочих органов горных машин с самозатачивающимися ре­жущими зубьями (многослойные пластинки буровых коронок, наплав­ленные зубья ковша экскаватора и т.д.). Распространение принципа самозатачивания тормозится технологиче­скими трудностями.

4. Для механизмов, работающих с неизбежным износом, можно предусмотреть компенсацию или самокомпенсацию износа. Примерами полной компенсации износа могут служить самопритирающиеся конические проб­ковые краны, торцевые уплотнения и др. Самокомпенсация износа может достигаться силой тяжести в V-образных и треугольных направляющих, на­чальным деформированием системы (подшипники качения с предварительным натягом), применением торцевых и манжетных уплотнений, самонатяжением системы (фрикционные передачи) и др. В дробилках, например, применяется автоматическое регулирование разгрузочной щели, которое предотвращает параметрические отказы машины и зависимые отказы смеж­ных элементов.

5. Существенно улучшает работоспособность машины применение уз­лов с многопоточной передачей нагрузок: многопоточные зубчатые передачи (работа на один зубчатый венец нескольких подвенцовых шестерен при­вода сборных колес многоковшовых экскаваторов, поворотные механизмы мощных драглайнов, привод шаровых мельниц и др.), применение шлицевых соединений (вместо шпоночных) и многодисковых муфт.

6. Для увеличения срока службы быстро изнашивающихся деталей, та­ких, как футеровка мельниц, брони конусов дробилок, корпусов ковшей экскаваторов и подобных других деталей, важно придание им форм, обеспечивающих равноизнашиваемость.

7. Новым в повышении долговечности пар трения является обеспече­ние избирательного износа в узлах трения. Продукты износа обычно уносят­ся смазкой, причем поверхности трения, естественно, теряют свою форму и размеры. Однако можно обеспечить, чтобы оторвавшиеся при изнашивании частицы схватывались с той же поверхностью или переносились на сопря­женную. Тогда унос металла со смазкой и износ резко уменьшаются. Необ­ходимые условия при этом: частицы, отрывающиеся при изнашивании, должны быть малы, должны обладать пластичностью и способностью схватываться с поверхностями трения, должны отсутствовать окисные пленки и материал не должен наклепываться во избежание глубинного вырывания. Наиболее подходящим материалом для использования в безызносных парах считаются соединения медь-сталь, бронза-сталь (оптимальной смазкой явля­ется глицерин), избирательный перенос может быть также реализован в парах сталь-сталь введением в смазку порошков или установкой бронзовых вставок.

К объектам возможного использования эффекта избирательного пере­носа можно отнести, кроме цилиндрических и плоских пар трения, пары винт-гайка, червячные зацепления, глобоидные передачи и др.

При конструировании машин должны быть определены совместно с технологическими службами наиболее рациональные технологические меры повышения износостойкости для деталей разрабатываемой конструкции. При этом могут применяться такие методы, как термическая и химико-термическая обработки (цементация, азотирование, цианирование, борирование), упрочнение пластическим деформированием поверхностного слоя (чеканка, дробеструйный наклеп, раскатка и прошивка отверстий, упрочне­ние взрывом и др.), электролитические процессы покрытия (хромирование, никелирование), покрытие полимерными материалами, наплавка и напыле­ние (см. гл. 6).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 4

1. Как совершенствование расчетов может повлиять на старение машин?

2. Каковы возможности управления старением за счет выбора материалов?

3. Каковы требования к совершенствованию материалов?

4. За счет каких причин появляется концентрация напряжений?

5. Какие применяются методы уменьшения концентрации напряжений?

6. Какие параметры качества поверхностного слоя регламентируются в
чертежах, а какие не регламентируются?

7. Какими приемами можно уменьшить износ?

8. Какими путями можно уменьшить влияние износа на работоспособ­ность (старение) машины?