4.3. Несправності та відмови машин

Основною причиною несправності машин є зношування. Зношуван­ня — беззупинний процес [30].

Зношування — процес руйнації і відокремлення матеріалу з поверхні твердого тіла і (або) накопичення залишкової деформації під час тертя, що виявляється в поступовій зміні розмірів і (або) форми. При зношуван­ні змінюються розміри, маса деталі, її геометрична форма (наприклад, з'являються огранка, овальність, конусність шийок валів) і мікрогеомет-ричні параметри (шорсткість поверхні), на поверхнях з'являються подря­пини, щербини та інші ушкодження. Під дією сил тертя, динамічних чин­ників (вібрацій, ударних навантажень та ін.) і природних процесів (старіння матеріалів та ін.) відбуваються структурні та фізико-хімічні змі­ни в матеріалі деталі, з'являються поверхневі напруги, що призводять до мікротріщин, кристалічна решітка ущільнюється, як наслідок виникає поверхневий наклепаний шар і т.п.

Основними показниками процесу зношування є час, швидкість руху, тиск, температура, поверхнева зносостійкість і шорсткість. Інтенсивність зносу (розмір зносу за одиницю часу) залежить від зазначених показників.

Існують такі види зношування:

Механічне зношування відбувається внаслідок механічних взаємодій. Корозійно-механічне зношування — результат механічної взаємодії, що супроводжується хімічною і (або) електричною взаємодією матеріалу де­талі із середовищем. Найхарактерніший для машин його різновид — оки­сне зношування. При цьому на поверхнях, що контактують, унаслідок дифузії кисню утворюється тверда та крихка оксидна плівка, яка приско­рює процес зношування. До цього зношування схильні шийки колінчас­тих і розподільних валів, поршневих пальців і т.д.

Абразивне зношування — це процес зіскоблювання з поверхні деталі дуже дрібних часток металу сторонніми частками (наприклад, продукта­ми забруднення мастил і палив), що знаходяться в зоні тертя, а також без­посереднього контактування з абразивним середовищем (робочі органи машин, ходові пристрої гусеничних машин і т.п.).

Ерозійне та гідроерозійне зношування — механічне зношування вна­слідок впливу потоку рідини і (або) газу (сорочка охолодження, головка блока, випускні клапани і т.п.).

Гідроабразивне (газоабразивне) зношування — результат дії твердих часток, завислих у рідині (газі), які переміщуються щодо зношуваного тіла. Гідроабразивному зношуванню підлягають деталі дизельної палив­ної апаратури, гідравлічних систем і т.п., газоабразивному — деталі ви­хлопної системи двигуна.

Втомленісне зношування — механічне зношування внаслідок втом-ленісної руйнації при повторному деформуванні мікрооб'ємів матеріалу поверхневого шару. Цей вид зношування характерний для деталей, що працюють в умовах знакозмінних і ударних навантажень (шатунів, колін­частих валів, поршневих пальців, ресор і т.п.).

Кавітаційне зношування — результат гідроерозійного зношування, яке відбувається під час руху твердого тіла щодо рідини, при якому буль­башки газу закриваються поблизу поверхні, що створює місцеве підви­щення тиску або температури. Цього зношування зазнають стінки деталі сорочки охолодження, відцентрових насосів (лопаток і т.п.).

Зношування при заїданні — результат охоплення мікронерівностей сполучуваних поверхонь деталей, глибинного виривання матеріалу і його переносу з однієї поверхні на іншу. Особливо схильні до цього зношуван­ня важконавантажені деталі шийки колінчастих валів і розподільних ва­лів, поршня і т.д.

Зношування при фреттінзі відбувається тоді, коли деталі мають малі коливальні переміщення (кільця шарико- і роликопідшипників).

Окисне зношування характеризується тим, що основний вплив на зношування має хімічна реакція матеріалу з киснем або середовищем, що окисляє. Цьому виду зношування піддаються деталі рухомих з'єднань, на поверхні яких утворюється плівка твердого розчину кисню, що руйнуєть­ся на дрібні частки.

Електроерозійне зношування — результат впливу розрядів при про­ходженні електричного струму (електроди свіч запалювання, контакти переривача-розподільника, магнето і реле-регулятора, щітки й колектори стартерів і генераторів, клеми електроприладів і т.п.).

Знос — це результат зношування, що виявляється у вигляді зміни роз­мірів та інших параметрів і властивостей матеріалу деталі. Знос вимірю­ється в лінійних одиницях, в одиницях маси та ін.

Допустимий знос — значення зносу, при якому виріб зберігає праце­здатність.

Граничний знос — знос, що відповідає граничному стану зношування виробу або його складової частини. При досягненні граничного зносу по­дальша експлуатація деталі або сполучення неприпустима. При аварійних зносах (поломках) експлуатація деталей неприпустима.

Рис. 4.2. Графік закономірності зносу деталей у нерухомих з'єднаннях

Закономірність зносу деталей у рухомих з'єднаннях подана на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Графік закономірності зносу дета­лей у рухомих з'єднаннях

О - А — ділянка обкатки (припрацювання) деталей. У період обкатки (т0) дещо швидко відбувається знос (/г0) деталі, при цьому шорсткість поверхні зменшується. А - Б — ділянка природного зношування, тобто період нормальної експлуатації ге. У цей період шорсткість поверхні

практично залишається постійною величиною. Зноси на цій ділянці пере­бувають у допустимих межах. Після точки Б відбувається інтенсивне зно­шування, шорсткість поверхні різко збільшується, з'являється стук в з'єднаннях. Робота з'єднання повинна бути припинена, тому що може настати руйнація деталі (аварійний знос). У точці Б граничний знос, за нею — період інтенсивного зношування.

У нерухомих з'єднаннях внаслідок контактного тиску поверхневий шар металу деталей ущільнюється, поступово зменшується натяг, а потім переходить у зазор. Характер зносу деталі в цьому випадку показаний на рис. 4.2. О - А — ділянка природного зношування (ущільнення металу), тобто період нормальної експлуатації те. У цей період натяг зберігається

в допустимих межах. Після точки А натяг переходить у зазор (граничний знос), нерухоме з'єднання стає рухомим. Робота деталі (з'єднання) по­винна бути припинена. Чим менше значення кута а похилої кривої, тим більший термін роботи деталі (з'єднання). Термін (час) роботи деталі ви­значають за формулою хг = Ьг / tgа.

Методи визначення зносу деталей: вимірювання за допомогою універ­сальних і спеціальних способів мікрометрування, профілографування, зважування, використання штучних баз і радіоактивних ізотопів, вияв­лення заліза в мастилі та ін. Останні три методи належать до непрямого визначення зносу деталей.

Метод мікрометричного вимірювання — один із найпростіших і найроз-повсюдженіших прийомів визначення зносу. При цьому потрібний розмір деталі визначається вимірюванням за допомогою штангенциркулів, мікро­метрів, індикаторних приладів до і після дослідження. За різницею розмірів роблять висновки про лінійний знос. Для визначення дуже малих зносів (наприклад, у прецизійних деталях: плунжерах, нагнітальних клапанах, зо­лотниках гідравлічних систем та ін.) використовують профілографи.

Зважування широко застосовується для визначення зносу деталей у лабораторних умовах. Знос маси визначають за зміною маси зразка до і після дослідження. Цей метод не можна застосовувати, якщо головним зносом є пластична деформація поверхневих шарів матеріалу деталі.

Метод штучних баз, розроблений М. М. Хрущовим і Е. С. Берковичем, по­лягає в тому, що на поверхні тертя за допомогою спеціального інструмента вирізають лунку із заздалегідь заданим геометричним профілем. За зміною глибини лунки визначають величину лінійного зносу. Метод відзначається високою точністю, тому що дно вирізаної лунки є постійною базою для виміру.

Метод радіоактивних ізотопів заснований на вимірі кількості радіоак­тивної речовини в мастилі спеціальними лічильниками. За зміною кілько­сті цієї речовини і роблять висновки про наростання зносу. Радіоактивну речовину (ізотопи вольфраму, сурми, кобальту і т.п.) вводять у деталь під час лиття, гальванічного нарощування, дифузійного насичення і т.п.

Успішно використовують для визначення зносу деталей двигуна та інших складальних одиниць метод хімічного аналізу відпрацьованого ма­стила. За кількістю заліза та інших продуктів зношування в мастилі роб­лять висновки про розмір зносу.

Перевага двох останніх методів у тому, що для визначення зносу не­має потреби розбирати машини. Проте метод визначення кількості заліза в мастилі дає сумарний знос усіх сполучених деталей, а не кожної окремо.

Основними заходами щодо зменшення інтенсивності зношування є: своєчасне і якісне проведення операцій технічного обслуговування та ре­монту; застосування паливно-мастильних матеріалів, зазначених у завод­ських інструкціях; добір механізаторів відповідної кваліфікації; нанесення на поверхню деталі твердих покриттів (гальванічним і електроіскровим нарощуванням, наплавленням, напіканням); зміцнення поверхонь деталі термохімічними способами, накатуванням (розкочуванням), наклепуван­ням (створення напружень стискання на поверхні деталі); ретельна меха­нічна обробка (шліфування, полірування і т.п.).