Способы определения преждевременного износа деталей

Изнашивание деталей может быть механическим (в том числе абразивным и усталостным), молекулярно-механическим и коррозионно-механическим. При механическом изнашивании (сопряжений вал — подшипник, станина — стол, поршень — цилиндр; деталей валов, зубьев шестерен, пружин и др.) с целью его уменьшения необходимы регулярная смазка, применение в конструкции износостойких материалов, поверхностное упрочнение, снижение шероховатости обработанных поверхностей, правильная эксплуатация оборудования. Для уменьшения молекулярно-механического изнашивания (зубчатая и винтовая пары, подшипник) при значительном удельном давлении необходимы регулярная и обильная смазка, снижение удельного давления. Коррозионно-механическое изнашивание (шейки валов и осей, опоры качения) снижают регулярной смазкой трущихся и окрашиванием нерабочих поверхностей, применением коррозионно-стойких материалов и покрытий.

В результате износа изменяются размеры и форма деталей, увеличиваются зазоры в сопряжениях подвижных деталей, нарушается плотность посадки неподвижных деталей. Предельный износ детали наступает при условии невозможности дальнейшего ее использования из-за нарушения нормальной работы узла или машины и возможности аварии. Допустимый износ детали предполагает возможность ее установки в машину без ремонта и удовлетворительную работу в течение предстоящего межремонтного периода.

Износ детали может быть определен по следующим признакам:
1. обнаружение дефектов (трещин, бороздок, забоин, вмятин) и изменений формы детали при ее внешнем осмотре;
2. изменение характера звука, издаваемого передачей, подшипником, соединением;
3. оценка качества и формы поверхности, обработанной на станке;
4. увеличение мертвого хода рукояток;
5. нагрев детали;
6. падение давления в гидро- или пневмосистеме.

Величина износа может быть определена одним из методов:
1. методом микрометрирования — по изменению размеров детали, устанавливаемому с помощью универсальных измерительных средств;
2. методом искусственных баз — по изменению размера углубления, нанесенного алмазным или твердосплавным инструментом на рабочую поверхность детали;
3. косвенным методом оценки — по изменению эксплуатационных характеристик сопряжения или узла (мертвого хода, температуры, уровня шума и давления).

Определение — износ — деталь

Определение износа деталей по степени загрязнения масла продуктами износа ( металлическими включениями) сводится к тому, что через определенные промежутки отбирают пробы смазочного масла. Каждую пробу сжигают и в оставшейся золе химическим, полярографическим или спектральным анализом определяют содержание различных металлов. [1]

Для определения износа деталей и узлов производится ревизия ( планово-предупредительный осмотр и ремонт): главных турбин — один раз в четыре года, а вспомогательных — один раз в два года. При необходимости сроки между ревизиями могут быть сокращены. [2]

Способ определения износа деталей по степени загрязнения масла продуктами изнашивания сводится к тому, что от смазочного масла через определенные промежутки отбирают пробы. Каждая проба сжигается и в оставшейся золе химическим, полярографическим или спектральным анализом определяют содержание различных. [3]

Наиболее распространено определение износа деталей путем их обмера с по-м о щью микрометрических и н-ету ментов до и после испытания. Погрешности, связанные с касанием измерительного инструмента и повторным измерением не строго по одному направлению, Делают этот метод в ряде случаев недо-статччно точным. [4]

Наиболее распространено определение износа деталей путем микрометража ( обмера с помощью микрометрических инструментов) до и после испытания. [5]

Интегральные способы определения износа деталей основаны на нахождении суммарного износа путем взвешивания детали до и после изнашивания, определения концентрации различных продуктов изнашивания в смазочном масле или на сравнительной оценке так называемых служебных свойств деталей или трущейся пары. [6]

Преимуществом метода определения износа деталей машин по содержанию продуктов износа в отработанном масле является то, что он позволяет изучать характеристики скорости изнашивания без разборки двигателя или другого механизма и отличается достаточно высокой точностью. Это примерно соответствует износу цилиндра автомобильного двигателя по диаметру 0 2 мкм. [7]

Наиболее распространенные методы определения износа деталей — визуальный, микрометрическим измерением, определением частиц металла в масле. Визуальный метод позволяет выявить износы, видимые невооруженным глазом. Это трещины, изгибы, нарушение сварных швов, коррозия и др. Метод микрометрических измерений заключается в определении размеров деталей после отработки на машине и сопоставлении их с первоначальными размерами. [8]

Известны следующие способы определения износа деталей машин : непосредственный обмер размеров деталей до и после этапа испытаний; взвешивание деталей до и после этапа испытаний; метод отпечатков и вырезанных лунок; метод радиоактивных индикаторов ( кернов); дифференциальный метод радиоактивных индикаторов ( метод Постникова); химический анализ проб картерного масла ( например, железо в масле); спектральный анализ проб картерного масла; акти-вационный анализ проб картерного масла или сред, омывающих исследуемые детали. [9]

В настоящее время для определения износа деталей двигателей применяются следующие методы: микрометрирование, взвешивание сравнительно небольших деталей, определение износа по содержанию железа в масле ( линии износа), оценка износа при помощи радиоактивных изотопов и определение износа методом искусственных баз. [10]

Таким образом, метод определения износа деталей двигателя , оборудованного фильтром тонкой очистки, по поступлению железа в масло не обеспечивает достаточной точности и его применение не всегда возможно. [11]

Одним из часто применяемых способов определения износа деталей небольшого веса является взвешивание их до и после испытания. Идея радиометрического метода основана на том, что при введении в материал детали ( износ которой изучают) радиоактивного изотопа вместе с продуктами износа будет отделяться пропорциональное им количество атомов радиоактивного изотопа и по интенсивности их излучения можно судить об износе материала. [12]

В последние годы получили развитие новые способы определения износа деталей машин , изложенные ниже. [13]

Микрометраж, особенно измерение при помощи индикаторных приборов, часто применяют при определении износа деталей станков в производственных условиях. [14]

В ремонтных работах с помощью различных средств измерения решаются следующие основные задачи: определение износа деталей путем выявления отклонений от геометрической формы, величин зазоров при сопряжении деталей и проверка взаимного положения элементов компрессорной установки и положения их в пространстве. Определенное место занимают проверка герметичности узлов и выявление поверхностных дефектов металла. [15]

Цель работы: изучение различных методов определения износа трущихся поверхностей

Ход работы :

1. Изучить теоретический материал
2. Дать подробное описание методов определения износа.
3. Ответить на контрольные вопросы
4. Сделать вывод

Контрольные вопросы

1. Назовите погрешности свойственные методу микрометрирования.
2. В каком случае величину износа весовым методом не рекомендуется определять?
3. Что относится к недостаткам радиоактивного метода?
4. Какая точность измерения выше, методом вырезанных лунок или методом отпечатков?

Теоретическая часть

МЕТОДЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСА

Наиболее распространенным и доступным методом определения величины износа является метод микрометрических измерений. Этот метод чаще всего используется при условии больших абсолютных величин износа деталей. Он основан на измерении детали при помощи механических контактных или каких-либо других приборов до и после испытания на изнашивание.

Точность замеров при микрометрировании зависит от применяемого инструмента. Обычно она составляет 0,01 мм. Применение весьма точных, а также социальных инструментов, позволяющих производить измерения с точностью до 1 мкм, обеспечивает определение величины износа с точностью не менее 5 мкм.

Объясняется это тем, что замеры производятся в разное время и при различных температурных условиях, сказывается неточность установки инструмента и т.д.

Наибольшее распространение при оценке величины износа методом микрометрирования получили концевые меры длины, микрометры, индикаторные нутромеры, рычажные скобы, рычажно-механические приборы, рычажно-оптические приборы, инструментальные и универсальные микроскопы.

Методу микрометрирования свойственны погрешности, причина которых в следующем:

1. Если изнашиваются обе стороны, между которыми производится измерение (например, вал или отверстие цилиндра), то в результате микрометража определяется изменение диаметра, а величины линейного износа от начальной поверхности установить не удается. Этот недостаток частично устраняется при применении специальных индикаторных приборов, позволяющих производить измерение расстояния от стенки детали до постоянной неизнашивающейся базы.

2. Если одновременно с изнашиванием может происходить деформация деталей, то методом микрометража определяется совместное изменение размеров от этих двух причин.

3. Повторные измерения не могут быть сделаны точно по одному и тому же направлению.

Весовой метод обычно применяется для определения износа небольших деталей. Их взвешивают до и после испытаний. Перед взвешиванием детали должны быть тщательно промыты, просушены, после проведения испытаний с них необходимо смыть продукты износа, смазки и т.д. Взвешивание позволяет с большой точностью определить малый весовой износ небольших образцов. У аналитических весов ВЛА-200 с предельной нагрузкой 200г допустимая погрешность ±0,2мг.

Определение величины линейного износа по потере веса осуществляется путем вычислений, основанных на предположении, что износ происходит равномерно по поверхности трения. В этом случае весовой износ пересчитывается в линейный по формуле:

где, Q — весовой износ, мг; S — площадь поверхности трения, см2; j — удельный вес, г/см3; L — путь трения, км.

Величину износа весовым методом не рекомендуется определять в тех случаях, когда изменение размеров детали произошло не только вследствие отделения частиц, но и по причине пластического деформирования. Весовой метод оказывается неприемлемым и при определении величины износа деталей из пористых материалов пропитанных маслом.

Измерение величины износа методом искусственных баз заключается в определении путем вычисления расстояния от поверхности трения до дна углубления, искусственно сделанного на этой поверхности, не нарушающее служебных свойств детали и имеющее глубину большую, чем ожидаемая величина линейного износа. Определив расстояние от поверхности до дна углубления (служащего искусственной базой) до и после испытаний, по разнице глубины определяют износ. Преимущества метода искусственных баз заключается в том, что в данном случае определяется местный износ поверхности детали; отпадают погрешности метода микрометража, возможна высокая точность определения износа; возможно определение распределения износа по поверхности трения.

Метод искусственных баз в зависимости от способа нанесения углублений подразделяются на метод отпечатков; метод высверленных углублений; метод вырезанных лунок.

Метод отпечатков заключается в следующем. На испытуемой поверхности каким-либо индентором делается отпечаток известной формы. Материалом индентора преимущественно является алмаз, но может быть и твердый сплав и даже закаленная сталь.

Для исследований применяются алмазные инденторы в виде пирамиды с квадратным основанием и углом при вершине между противоположными гранями 136° (рис.1а). По длине диагонали отпечатка на испытуемой поверхности путем вычислений нетрудно определить расстояние от поверхности до дна отпечатка (рис.1б)

Отпечатки могут наноситься с помощью прибора для испытания на твердость по Виккерсу, на приборах ПМТ-2 и ПМТ-3 для испытаний на микротвердость, а также с помощью специальных приборов. Обычно размер диагонали отпечатка не превышает 1мм.

На точность определения величины диагонали значительно влияет вспучивание металла вокруг отпечатка при вдавливании пирамиды. В связи с этим перед первым замером диагонали отпечатка вспучивание сошлифовывается либо удаляется предварительной приработкой, исследуемой поверхности. Кроме того, применение метода отпечатков затруднено и в тех случаях, когда износ сопровождается пластическим деформированием поверхностного слоя. При этом края отпечатка заплывают и теряют отчетливую форму.

Иногда применяется метод высверленных углублений. Этот метод аналогичен вышеописанному.

Определение износа методом вырезанных лунок заключаемся в том, что на исследуемой поверхности вращающимся резцом вырезается углубление (рис.2) определенной формы.

Зная радиус резца, и, измерив длину лунки, легко вычислить ее глубину. Дно углубления в этом случае является постоянной базой. Разность расстояний от исследуемой поверхности трения до дна лунки, определенных до начала и после испытания, представляет величину линейного износа. Длина лунки определяется с помощью микроскопа.

Точность измерения методом вырезанных лунок значительно выше, чем методом отпечатков, так как соотношение между глубиной лунки и длиной ее находится в пределах 1:50 — 1:80 вместо 1:7 при методе отпечатков. Для лунки, расположенной на плоской поверхности величина линейного износа определяется по формуле

( 2 )

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ИЗНОСА В ПРОЦЕССЕ ИСПЫТАНИЯ БЕЗ ОСТАНОВКИ МАШИНЫ

Метод определения железа в масле используемый для оценки скорости изнашивания сводится к следующему. Смазочное масло, находящееся в картере машины, в результате износа чугунных или стальных поверхностей трения деталей постепенно обогащается железом. Определяя периодически при помощи анализа содержание железа во взятой пробе масла и учитывая общее содержание масла при взятии каждой пробы, его утечку, угар или добавление, устанавливают по времени суммарный приход железа. Если поверхностей трения несколько, то этот метод дает суммарный износ металла со всех поверхностей трения. Метод позволяет точно отмечать различие в содержании железа за малые периода работы машины, например, при испытании автомобильного двигателя линия износа может строиться по периодам в 20 мин. Метод позволяет также определять содержание в масле других металлов – свинца, меди и т.д. Метод применим также к случаю износа малых поверхностей трения, например, лабораторных испытаний. Особенно выгодно применение этого метода для оценки зависимости износа цилиндропоршневой группы деталей двигателей внутреннего сгорания во время работы без разборки машины.

Метод определения износа при помощи радиоактивных изотопов основан на том, что в исследуемый образец вводят радиоактивный изотоп. В процессе изнашивания образец омывается смазкой, которая уносит продукты износа вместе с радиоактивными изотопами. Находящийся в масле радиоактивный изотоп, проходит через счетчик элементарных частиц, который измеряет нарастающую по мере износа радиоактивность смазки.

Для определения износа с помощью радиоактивных изотопов исследуемую деталь или образец необходимо активировать, т.е. ввести в нее определенный изотоп. В настоящее время наибольшее распространение получили следующие способы активирования детали:

1. Введением радиоактивных изотопов некоторых элементов в сплав при изготовлении детали;

2. Запрессованием в тело детали, нормально к ее поверхности трения, проволоки из материала, содержащего радиоактивный изотоп;

3. Специальным облучением детали.

При радиоактивном методе, чувствительность которого в сотни раз выше, чем у метода "железо в масле", возможно непрерывное наблюдение или запись хода изнашивания; данные об износе относятся не ко всем трущимся деталям, с которых продукты износа попадают в масло, а к одной излучаемой детали.

К недостаткам радиоактивного метода относятся:

1) необходимость специального изготовления или обработки деталей;

2) необходимость применения специальной аппаратуры;

3) необходимость особых мер предосторожности по охране труда.

Кроме описанных методов для измерения износа в процессе, работы машины могут также применяться методы, основанные на использовании пневматических, индуктивных, емкостных и других первичных преобразователей.