Метод оценки износа деталей машин
Испытания на трение и износ в общем виде можно проводить в четыре основных этапа: – первый —лабораторные испытания для оценки различных физико(химико)-механических свойств материала; – второй — лабораторные испытания для определения влияния различных факторов на трение и износ материалов; – третий — стендовые испытания для оценки новых разработок; – четвертый — натурные испытания для определения надежности работы механизмов или машины в целом.
Каждый последующий этап отличается от предыдущего степенью приближения работы материала к реальным условиям.
Все методы определения износа делятся на две группы: периодического измерения деталей, образующих соединение, и косвенным путем при испытании машины без ее остановки.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Методы определения износа периодическим измерением деталей определяют:
микрометрическими измерениями или методом микрометража. Чаще всего его используют при больших абсолютных величинах износа деталей. Он основан на измерении детали до и после испытания на изнашивание. Правило, общее для всех типов подшипников.
Точность измерений обычно составляет 0,01…0,001 мм.
В качестве средств при оценке износа методом микрометража применяются концевые меры длины, микрометры, индикаторные нутрометры, рычажные скобы, рычаж-но-механические приборы, рычажно-оптические приборы, инструментальные и универсальные микроскопы;
по потере массы — этот метод обычно применяется для определения износа небольших деталей их взвешиванием до и после изнашивания.
Точность этого метода зависит от точности весов и находится в пределах (0,05…5)10-6 г. Потерю массы не рекомендуется измерять в тех случаях, когда размеры детали меняются не только вследствие отделения от нее частиц металла, но и из-за пластического деформирования, а также при определении износа деталей, изготовленных из пористых материалов, пропитанных маслом. В качестве средств измерения используют различные весы: приборные ПР-500, аналитические ВА-200, АДВ-200М, технические, настольные, закрытые ВНЗ-3 и др.;
первый и второй методы применяются как на производстве, так и при научных исследованиях;
методом искусственных баз, заключающимся в вычислении расстояния от поверхности трения до дна углубления, искусственно сделанного на этой поверхности и закономерно суживающегося ко дну. Ось углубления расположена перпендикулярно к поверхности трения, и линейный износ поверхности определяют в направлении этой оси.
Способы нанесения углублений (как правило, алмазным или твердосплавным инструментом) различны: вдавливанием алмазного конуса, шарика, высверливанием, вырезанием лунок.
Для определения износа цилиндров и поршневых колец двигателей, имеющих диаметр 62,5…155 мм, служит прибор УПОИ-6, основанный на методе вырезанных лунок.
Измерение износа испытания без остановки машины производят несколькими способами: – по содержанию продуктов износа в отработанном масле. Этот способ, как правило, используют при стендовых испытаниях, и заключается он в том, что продукты износа (металлические частицы и их оксиды), увлекаемые смазкой, собирают, отбирают из них пробу, сжигают ее и по оставшемуся содержанию металла судят об износе; – с помощью радиоактивных изотопов, когда в исследуемый образец вводят радиоактивный изотоп сурьмы, вольфрама или кобальта. При износе образец омывается смазкой, которая уносит продукты износа вместе с радиоактивным изотопом. Проходя через счетчик элементарных частиц, измеряющих нарастающую по мере износа радиоактивность смазки, накапливающийся в масле изотоп дает возможность судить об износе. Этот метод позволяет изучать износ нескольких деталей механизмов или машины одновременно. Существенный недостаток— сложность подготовки образцов, а также применение специальной аппаратуры для измерения излучения.
Кроме описанных методов определения износа без остановки машины, существуют специальные методы, позволяющие довольно точно определить износ при помощи пневматического микрометрирования, рычажных приспособлений и индикаторов часового типа, двух сообщающихся сосудов с диафрагмой в одном из них, индуктивных датчиков, тензометрического микрометрирования.
Метод оценки износа деталей машин
Износы деталей могут быть определены следующими основными методами: микрометрическим измерением (микрометраж); взвешиванием деталей; анализом отработавшего масла; при помощи «меченых» атомов и замеров отпечатков, наносимых на изнашиваемую поверхность.
Основные требования, которые должны предъявляться к методу определения износа, сводятся к следующему:
а) на испытание по определению износа должно затрачиваться по возможности минимальное время;
б) метод должен позволять улавливать износ за сравнительно короткое время;
в) при определении износа нежелательна частая разборка и сборка агрегатов;
г) детали за время испытаний не должны сильно изнашиваться (если в этом случае не ставятся специальные цели).
До настоящего времени для определения износа деталей еще часто применяется метод микрометрического измерения. Этот метод базируется на определении размеров деталей при помощи микрометров или других измерительных приборов перед началом износа и в процессе работы машины.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Величину линейного износа устанавливают разностью замеров в разных местах трущейся поверхности. Определение износа деталей какого-либо агрегата этим методом требует большой затраты времени и во всех случаях сопряжено с некоторыми погрешностями. При малой длительности работы машины определить износ почти невозможно.
Чтобы определить значительный износ, нужно проводить довольно длительные испытания агрегатов с большим количеством разборок и сборок. Частые разборки и сборки приводят к нарушению первоначальных посадок деталей, что вызывает некоторые отклонения от исходного состояния испытуемого агрегата.
На точность измерения при микрометрировании влияют следующие факторы:
а) определяя износ по диаметру отверстия цилиндра или поверхности вала, замеряют диаметр, который может изменяться не только от износа, но и вследствие деформации; следовательно, определить износ без существенной погрешности нельзя;
б) ошибки в определении износа микрометрированием появляются от непостоянства температуры инструмента и измеряемой детали, особенно, когда износ измеряется микронами;
в) повторно измерить один и тот же диаметр по одному и тому же направлению не удается, поэтому точно определить износ в этом случае не всегда возможно.
Методом микрометрирования возможно только приблизительное измерение износа в определенном месте детали.
Метод взвешивания деталей до испытаний и после них. Линейный износ при этом методе определяется как износ, распределенный равномерно по поверхности детали. При вычислении износа подсчитывается размер изношенной поверхности и учитывается удельный вес металла детали.
При необходимости определения суммарного износа деталей агрегата или узла применяется метод обнаружения металла в отработавшем масле.
Так как продукты износа деталей состоят из мельчайших металлических частиц, окислов металлов и продуктов химического взаимодействия металлов с активными составляющими масла, которые находятся в нем во взвешенном состоянии, то для определения суммарного износа от масла отбираются пробы, которые сжигаются, и в оставшейся золе содержание металла определяется химическим анализом или полярографическим методом.
Пользуясь этим методом, решают ряд задач, имеющих важное значение в определении износа, а именно:
а) когда необходимо отбирать пробу масла, которая могла бы характеризовать среднее содержание железа в нем;
б) как определить содержание железа в масле;
в) к каким поверхностям отнести обнаруженный износ, если он был результатом трения нескольких поверхностей, и т. д.
В настоящее время все эти задачи решены. Основным недостатком этого метода является невозможность определения линейных износов отдельных деталей, положительной же стороной его является возможность определения износа на любом этапе испытаний без прекращения работы агрегата. Это дает возможность построить график износа агрегата и определить общие износы его при работе на разных режимах за короткое время. С применением этого метода удалось получить значительную экономию времени при испытаниях на износ.
Одним из методов определения суммарного износа деталей является метод меченых атомов, или радиоактивных изотопов, которые обладают способностью излучать электрически заряженные а- и (3-частицы или электромагнитные улучи в процессе радиоактивного распада. Специальные приборы позволяют регистрировать и измерять излучение, а следовательно, обнаруживать частицы радиоактивного препарата в любой среде и определять его количество.
Следовательно, если в поверхностный слой детали ввести радиоактивное вещество, то в процессе работы машины с поверхности трения детали вместе с продуктами износа основного металла будут удаляться также и частички радиоактивного вещества. По количеству радиоактивного вещества в смазке можно установить нарастание износа в испытуемой паре деталей. При этом методе определения износа нужно в первую очередь решить вопрос, каким способом ввести в поверхностный слой исследуемой детали радиоактивные изотопы без нарушения геометрической формы детали и физико-механических свойств ее металла.
Известны следующие способы насыщения деталей радиоактивными изотопами:
а) изотопы вводятся в металл детали при ее отливке. Этот способ является более целесообразным при активировании небольших деталей, требующих короткого цикла обработки;
б) радиоактивное вещество вводится в поверхностные слои детали через электролит, если деталь в процессе изготовления покрывается каким-либо металлом гальваническим способом;
в) облучение (насыщение) поверхностных слоев детали радиоактивными изотопами;
г) насыщение деталей способом диффузии, когда некоторые элементы проникают в поверхность твердого тела при его нагревании;
д) способ Научно-исследовательского института гражданского воздушного флота (НИИГВФ), когда на изнашиваемую поверхность детали запрессовывается вставка из радиоактивного металла, которая изнашивается вместе с основным металлом детали, что дает возможность судить о степени нарастания износа.
Последний способ отличается простотой и доступностью и может быть применен для активирования шеек валов, подшипников, поршневых колец и других деталей агрегатов без нарушения свойств поверхностных слоев деталей. Этот способ может быть применен не только для изучения износа, но и для постоянного контроля за сильно нагруженными деталями агрегата или машины.
Появление в масле радиоактивных частиц от активированной вставки, запрессованной на определенную глубину от поверхности трения, будет указывать на то, что износ данной детали достиг своего предела и, следовательно, машину нужно останавливать для разборки и ремонта.
Способ меченых атомов, или радиоактивных изотопов, по сравнению с методом определения износа по содержанию металла в масле химическим анализом отличается значительно большей чувствительностью и дает возможность непрерывно оценивать содержание радиоактивного элемента в циркулирующем масле. Этот новый метод определения износа находит довольно широкое практическое применение.
Рис. 5. Схема вырезания лунок
Рис. 6. Вырезанные лунки:
а — на поверхности поршневого пальца; б — на зеркале цилиндра двигателя
Для определения износа применяется еще один способ — так называемый способ искусственных баз, разработанный М. М. Хрущовым и Е. С. Берковичем.
По этому способу на поверхности трения детали вырезают специальным прибором и инструментом маленькие лунки заранее известной геометрической формы. До испытания измеряют длину лунки на поверхности детали и вычислением определяют ее начальную глубину.
После проведения испытаний вторично измеряют длину лунки на поверхности детали и вычисляют изменившуюся глубину. Разность глубин до и после испытаний является величиной линейного износа в данном месте трущейся поверхности детали.
Способ искусственных баз является более точным по сравнению с микрометрическим измерением, так как дно вырезанной лунки является постоянной базой, от которой ведется измерение, и, кроме того, износ определяется в одном и том же месте, что исключает некоторые погрешности микрометрирования. Точность определения износа при данном методе исчисляется в 1—1,5 мк.
На рис. 6 показаны лунки, вырезанные на поверхности поршневого пальца и на зеркале цилиндра двигателя.
Метод оценки износа деталей машин
Об износе деталей машины можно судить по характеру их работы. Например, о работе сборочных единиц с подшипниками качения можно судить по характеру издаваемого ими шума. При нормальной работе слышен слабый шум — равномерное тонкое жужжание; если работа подшипников нарушена, возникают сильные шумы. Свист или резкий (звенящий) шум указывает на то, что в подшипнике нет смазки, шарики или ролики защемлены между беговыми дорожками внутреннего и наружного колец. Гремящий шум (частые звонкие стуки) означает, что на шариках, роликах или кольцах появились язвины или в подшипник попала абразивная пыль или грязь. Глухие удары сигнализируют об ослаблении посадки подшипника на валу и в корпусе.
Результаты изнашивания некоторых деталей (дробящие плиты, отвалы автогрейдеров и бульдозеров, ковши экскаваторов) можно обнаружить визуально. Износ других деталей определяют замером зазоров, усилий на рычагах и приводах.
Определить износ деталей, невидимых в рабочем состоянии машины, значительно труднее. Здесь большую роль играют методы определения износов по косвенным признакам, к которым относятся: повышение температуры деталей (главным образом подшипников, температуру которых можно проверить и на ощупь); состав отработавших газов; появление ненормальных шумов и стуков, которые либо слышны непосредственно, либо прослушиваются при помощи специальных устройств (например, прослушивание двигателя механическим стетоскопом, а также электронными устройствами); определение величины давления в цилиндре и интенсивности его падения с помощью компрессометра и т. п.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Износ устанавливают по характеру загрязнения смазки. Так, если при промывке фильтров среди отложений заметны металлические частицы, это свидетельствует о начавшемся разрушении деталей. По количеству накопления продуктов изнашивания можно судить о его скорости.
Износ в машинах можно оценивать такими относительными показателями, как процент утечки топлива между плунжером и втулкой насоса, величиной падения давления в системе смазки (для оценки степени изношенности двигателя внутреннего сгорания) и т. п. Такой метод определения величины износа деталей по изменению «служебных свойств» соединений, которые они образуют, носит название интегрального. Так, например, поршневые кольца в двигателях предназначены для предупреждения пропуска газов в соединении поршень — цилиндр. Следовательно, об износе поршневой группы можно судить по изменению компрессии и пропуску газов в картер двигателя, а также по увеличению расхода масла по мере износа деталей поршневой группы.
Износы деталей могут быть определены и другими методами: суммарным, микрометрическим измерением (микрометраж) и методом определения местного линейного износа.
Суммарный метод объединяет следующие приемы определения износов:
а) последовательное взвешивание деталей до и после износа; линейный износ при этом методе определяется по изменению массы, полагая, что износ распределяется равномерно по поверхности детали. При вычислении его подсчитывается размер изношенной’ поверхности и учитывается плотность металла детали. Этот способ успешно применяется, например, при определении средних величин износа поршневых пальцев, поршневых колец и других подобных деталей;
б) периодическое определение железа (продуктов износа) в смазке химическим анализом отработанной смазки.
Так как продукты износа деталей состоят из мельчайших металлических частиц окислов металлов и продуктов химического взаимодействия металлов с активными составляющими масла, которые находятся в нем во взвешенном состоянии, то для определения суммарного износа от масла отбираются пробы, которые сжигаются, и в оставшейся золе содержание металла определяется химическим анализом. Метод обнаружения металла в отработавшем масле дает возможность определить общие износы механизма при работе на разных режимах за короткое время на любом этапе эксплуатации или испытания машины;
в) способ «меченых атомов», основанный на использовании радиоактивных изотопов сурьмы, вольфрама и кобальта, вводимых в поверхностный слой металла, подверженного износу. По количеству радиоактивного вещества, попадающего в смазку вместе с продуктами износа основного металла детали, можно установить нарастание износа в испытуемой паре деталей. Этот способ может быть применен не только для изучения износа, но и для постоянного контроля за сильно нагруженными деталями машины.
Появление в масле частиц от вставки из радиоактивного металла, запрессованной на определенную глубину от поверхности трения, будет указывать на то, что износ данной детали достиг своего предела и, следовательно, машину необходимо остановить для разборки и ремонта.
Метод микрометража осуществляется двумя способами:
1) непосредственное измерение деталей. Сущность способа заключается в повторном измерении выбранного размера деталей, производимом приблизительно по одному направлению до и после изнашивания. Этот способ имеет наибольшее распространение как наиболее простой и доступный в условиях эксплуатации и ремонта машин;
2) непосредственное измерение расстояний от постоянной базы до изнашиваемой поверхности. Этот способ микрометража осуществляется специальными приспособлениями с индикаторным прибором. Например, измерение искажения профиля зуба при изнашивании с помощью эвольвентомера, у которого за постоянную базу принимается автоматически получаемая эвольвента заданной характеристики.
Для определения износа применяется еще один способ — так называемый способ искусственных баз, разработанный М. М. Хрущовым и Е. С. Берковичем. По этому способу на поверхности трения детали вырезают специальным прибором и инструментом маленькие лунки, канавки или выточки. Линейная величина износа устанавливается расчетом на основе данных об изменении размера и формы углубления, сделанного до износа.
