Повышение долговечности деталей, подвергающихся износу

Размещено на http://www.allbest.ru

Кафедра машиностроения

Реферат

Тема: « Повышение долговечности деталей подвергающихся износу»

Санкт-Петербург

2015

Оглавление

Введение

Понятие долговечность

Способы повышения долговечности

Методы и средства повышения надежности и долговечности деталей

Повышение долговечности деталей при их ремонте

Список литературы

Введение

Отдельные детали машины изнашиваются неодинаково. В том случае, если машина эксплуатируется в соответствии с ее назначением при соблюдении установленных технических обслуживаний и ремонтов, изнашивание проявляется как нормальный относительно медленный естественный процесс. Однако нарушение правил технической эксплуатации машины приводит к тому, что ее детали начинают подвергаться повышенному изнашиванию.

Процесс постепенного изменения размеров тела при трении, связанный с отделением с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформации, называется изнашиванием.

Износ -- результат изнашивания, проявляющегося в виде отделения или остаточной деформации материала детали.

Понятие долговечность

Долговечность -- свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного значения при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

К основным показателям долговечности относятся:

1) средний ресурс (например, средняя наработка до капитального ремонта, средняя наработка от капитального ремонта до списания);

2) гамма-процентный ресурс (наработка, в течение которой объект не достигнет предельного). Под параметром понимается некоторая выходная характеристика детали, сопряжения, сборочной единицы или автомобиля в целом, в качестве которой принимается один или несколько технологических показателей качества. Выход значения параметра за границы предельного значения классифицируется как отказ, если при этом происходит нарушение работоспособного состояния объекта, т.е. такого состояния, при котором значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Отказы обычно разделяют на внезапные и постепенные. Внезапные отказы характеризуются скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. Они происходят в случайные моменты времени, которые точно прогнозировать невозможно, а можно лишь характеризовать наступление или ненаступление данного события с определенной вероятностью. Постепенный отказ характеризуется плавным изменением одного или нескольких параметров объекта. Например, монотонное возрастание износа деталей цилиндропоршневой группы двигателя, снижение топливной экономичности и мощности. Разделение отказов на постепенные и внезапные носит условный характер. Например, постепенное изнашивание рабочих поверхностей деталей коробки передач увеличивает зазоры и приводит к внезапному самовыключению передачи.

Составные части автомобилей подразделяются на ремонтируемые и не ремонтируемые. Для первых в нормативно-технической и (или) конструкторской документации предусмотрено проведение ремонтов, а для вторых не предусмотрено. Надежность изделий обусловливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Безотказность -- свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Основными показателями безотказности являются:

1) вероятность безотказной работы (вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает);

2) средняя наработка на отказ (отношение наработки восстанавливаемого объекта к среднему значению числа его отказов в течение этой наработки);

3) параметр потока отказов (отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки).

Текущий ремонт обеспечивает безотказную работу отремонтированных агрегатов, узлов и деталей на пробеге, не меньшем, чем до ближайшего ТО-2. Сокращение времени простоя автомобиля достигается применением агрегатного метода ремонта, при котором производится замена неисправных или требующих капитального ремонта агрегатов и узлов на исправные, взятые из оборотного фонда. Оборотный фонд составных частей автомобиля может создаваться как непосредственно на АТП, так и в обменных пунктах, при региональных центральных мастерских и ремонтных заводах.

Средний ремонт (CP) автомобилей предусматривается для случаев их эксплуатации в тяжелых дорожных условиях; проводится с периодичностью более одного года. При нем могут выполняться следующие ремонтные работы: замена двигателя, достигшего предельного состояния и требующего капитального ремонта, устранение неисправностей других агрегатов с заменой или ремонтом деталей, окраска кузова и другие работы, которые бы обеспечили восстановление исправного состояния автомобиля.

Капитальный ремонт (КР) автомобилей, агрегатов и узлов предназначен для обеспечения назначенного ресурса автомобиля и его составных частей путем восстановления их исправности и близкого к полному (не менее 80% доремонтного) восстановлению ресурса и обеспечения других нормируемых свойств. При КР заменяют или восстанавливают любые узлы и детали, включая базовые. Автомобили и агрегаты подвергают, как правило, не более чем одному капитальному ремонту. Базовой частью легкового автомобиля и автобуса является кузов, грузового автомобиля -- рама. К базовым деталям агрегатов относятся: в двигателе -- блок цилиндров; в коробке передач, заднем мосту, рулевом механизме -- картер; в переднем мосту -- балка переднего моста или поперечина независимой подвески; в кузове или кабине -- корпус; в раме -- продольные балки.

Централизованный КР полнокомплектных грузовых автомобилей недостаточно эффективен в связи с тем, что из-за малых производственных программ и универсального характера производства увеличиваются транспортные затраты на доставку ремонтного фонда и отремонтированной продукции, автомобили на длительное время отвлекаются из сферы эксплуатации. В связи с этим КР полнокомплектных автомобилей должен осуществляться главным образом для тех из них, которые работают в особо тяжелых дорожных условиях при интенсивной эксплуатации. В этом случае КР и CP автомобилей должен быть максимально приближен к АТП и производиться с использованием готовых агрегатах, узлов и деталей, поступающих в специализированная автомобилей и их составных частей в ремонте. Экономия времени достигается за счет того, что объекты ремонта не ожидают, пока будут отремонтированы снятые с них агрегаты и узлы.

Агрегатный метод -- обезличенный метод текущего ремонта, при котором неисправные агрегаты заменяются новыми или заранее отремонтированными. Замена агрегатов может выполняться после отказа изделия или по плану.

Способы повышения долговечности.

Долговечность деталей двигателей внутреннего сгорания и других машин в значительной степени зависит от качества рабочих поверхностей деталей. Понятие качество поверхности, определяющее эксплуатационные свойства и износостойкость деталей, характеризуется совокупностью геометрических параметров и физических свойств их поверхностного слоя.

Повысить долговечность деталей можно несколькими путями: улучшением условий эксплуатации и ухода за оборудованием и повышением качества материала, из которого изготовляются детали. Последнее может быть достигнуто при применении более прочных материалов и улучшении поверхностной механической обработки деталей.

Если долговечность детали зависит от длительности обоих этапов повреждения ( возникновение и развитие трещин), то при ее определении нельзя пользоваться простыми формулами, выведенными с учетом соображений о развитии трещины в детали.

На долговечность деталей трансмиссий, силовых агрегатов, шасси наружная коррозия не оказывает определяющего влияния. Уход за ними сводится к периодическому удалению грязи, зачистке от продуктов коррозии и подкрашиванию нитроэмалями, что позволяет сохранять эстетический вид автомобиля.

Продление долговечности деталей, сборочных единиц и изделия в целом необходимо обосновать технически. Технологические принципы увеличения долговечности, а также некоторые конструктивные принципы связаны с повышением трудоемкости изготовления изделия. Поэтому конструктор должен избегать того, чтобы изделие обладало излишней долговечностью. Желательно, чтобы узлы, механизмы и детали изделия в равной степени имели долговечность, незначительно превышающую срок службы изделия в целом.

Требования долговечности деталей, подвергающихся износу, могут быть удовлетворены обеспечением таких физико-механических свойств материала ( с учетом химико-термической обработки), пр которых интенсивность износа рабочих поверхностей деталей будет в допустимых пределах.

Повышение долговечности деталей достигается также применением при их изготовлении упрочняющей обработки: закалки и цементации.

Повышение долговечности деталей и узлов оборудования. Основными факторами, лимитирующими долговечность, а следовательно и надежность оборудования, являются: поломки деталей; износ трущихся поверхностей; повреждения поверхностей в результате коррозии, действие контактных напряжений и наклепа; пластические деформации деталей, вызываемые местным или общим переходом напряжений за предел текучести или ( при повышенных температурах) за предел ползучести.

Продление долговечности деталей, сборочных единиц и изделия в целом необходимо обосновать технически. Технологические принципы увеличения долговечности, а также некоторые конструктивные принципы связаны с повышением трудоемкости изготовления изделия. Поэтому конструктор должен избегать того, чтобы изделие обладало излишней долговечностью. Желательно, чтобы узлы, механизмы и детали изделия в равной степени имели долговечность, незначительно превышающую срок службы изделия в целом.

Рассеивание долговечности деталей узлов машины является основным препятствием для создания надежных машин, дешевых в эксплуатации и ремонте. Поэтому основное внимание при проектировании должно быть направлено на возможное сближение вероятных сроков службы деталей узла и целых узлов, что может быть достигнуто установлением для них четырех - пяти градаций сроков службы. В процессе эксплуатации необходимо стремиться к сокращению по возможности заложенных градаций сроков службы.

Методы и средства повышения надежности и долговечности деталей

Основные термины и определения надежности установлены ГОСТом. Под надежностью понимается свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени работы (пробега) при соблюдении условий технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки. Надежность изделия характеризуется его безотказностью, ремонтопригодностью, сохранностью и долговечностью.

Безотказность (или надежность в узком смысле слова) -- свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторого времени или пробега без вынужденных перерывов. Ремонтопригодность -- свойство изделия, обеспечивающее возможность предупреждать, обнаруживать и устранять отказ или неисправность путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Долговечность -- свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Для восстанавливаемых изделий понятия долговечности и безотказности практически совпадают. Показателем долговечности служит срок службы (ресурс).

Повышение надежности -- это актуальная задача. Тепловоз -- машина сложная и его надежность определяется надежностью наиболее слабого звена. Уровень надежности тепловоза зависит от многих факторов, которые можно условно разделить на конструктивные, технологические и эксплуатационные. В процессе проектирования и постройки тепловоза важными факторами явля ются использование новейших методов расчета, выбор рациональных конструкций сборочных единиц и деталей, материалов, строгое соблюдение технологии изготовления деталей, сборки узлов и всего тепловоза в целом. В процессе эксплуатации уровень надежности тепловоза, достигнутый при постройке, постепенно снижается. Для поддержания надежности на достаточном для эксплуатации уровне существует система планово-предупредительных ремонтов и технических обслуживании. От того, насколько правильно используется, содержится и ремонтируется локомотив, зависит его техническое состояние и в конечном итоге его надежная работа.

Одним из наиболее эффективных конструктивных решений для повышения надежности является снижение уровня динамических нагрузок на детали и сборочные единицы тепловоза путем применения различных упругих элементов (пружин, рессор, резиновых амортизаторов и т. д.). Не менее важно также применение принципа самоустановки, позволяющего обеспечить у совместно работающих деталей равномерное распределение нагрузки. Самоустанавливающимся деталям дается либо свободная ограниченная подвижность, либо упругая при применении эластичных элементов. В том и другом случаях в системе компенсируется влияние зазоров и деформаций, вызывающих перекос сопряженных деталей. Оптимальные зазоры в подвижных соединениях, надежность прессовых посадок, подбор пар трения, отсутствие неуравновешенных масс в узлах с вращающимися элементами, продуманная система смазки -- также являются важными конструктивными факторами, обеспечивающими высокую надежность узлов.

К технологическим методам повышения надежности деталей тепловоза относятся мероприятия по улучшению свойств материалов, применяемых в данной конструкции. Свойства детали начинают формироваться в процессе изготовления (отливки, сварки, обработки давлением, механической обработки). Важно не допустить при этом внутренних пороков в деталях, концентраторов напряжений (острых углов, резких переходов, надрезов и т. д.). Все последующие операции сводятся к улучшению свойств материалов заготовки путем применения различных методов термической и термохимической обработки. Эти виды обработки позволяют значительно повысить прочность и износостойкость деталей.

Так, нормализация (термоулучшение) позволяет получить мелкозернистую однородную структуру стали, повышает ее прочность и ударную вязкость, улучшает обрабатываемость; закалка (нагрев до определенной температуры, выдержка при этой температуре и быстрое охлаждение) дает резкое увеличение твердости и прочности. Особенно эффективна поверхностная закалка, при которой обеспечивается высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя детали, а сердцевина остается вязкой. Такие детали хорошо сопротивляются ударным нагрузкам, выдерживают высокие контактные напряжения и мало изнашиваются.

В результате термохимической обработки представляется возможным в гораздо большей степени, чем при термической обработке, повысить твердость поверхностных слоев деталей и их износостойкость. Например, цементация (науглероживание) шестерен из среднеуглеродистой стали повышает их износостойкость в 1,5--2 раза по сравнению с объемной закалкой. Большое распространение получили также методы нанесения износостойких материалов на поверхности трения путем наплавки, напыления, плакирования, электроискрового легирования.

Для повышения усталостной прочности металла широко применяются методы поверхностного пластического деформирования (накатка роликами, наклеп дробью). Эффект упрочнения в этом случае достигается вследствие создания в поверхностных слоях детали значительных сжимающих внутренних напряжений, противодействующих напряжениям растяжения от внешней нагрузки, а также снижения вредного влияния концентраторов напряжений. Так, накатка шеек и галтелей подступичных частей осей колесных пар повышает предел их выносливости примерно в 2 раза.

Значительное влияние на усталостную прочность деталей оказывает состояние ее наружной поверхности. Любое отклонение от зеркальной полированной поверхности приводит к снижению предела выносливости (особенно появление окалины и коррозии). Для защиты от коррозии широко применяется клей (эластомер) ГЭН150В. Например, при посадке колесных центров на ось тепловым способом подступичную часть оси покрывают этим клеем. Образовавшаяся клеевая пленка предохраняет ось от фретииг-коррозии, а также увеличивает прочность соединения.

Как бы хорошо ни была сконструирована и изготовлена любая машина, ее эффективное использование окажется возможным только при хорошем уходе за ней и нормальном режиме работы. Главными эксплуатационными факторами, обеспечивающими надежность тепловоза, является своевременная постановка его на планово-предупредительные ремонты, качественное их выполнение и квалифицированный уход за сборочными единицами в процессе эксплуатации.

долговечность деталь износ надежность

Повышение долговечности деталей при их ремонте

В процессе ремонта и модернизации машин особенно важно улучшать качество и повышать долговечность ее деталей. С этой целью в ремонтной практике применяют несколько методов.

Упрочнение пластическим деформированием производят с помощью следующих способов.

Центробежно-шариковое наклепывание производят с помощью установки (рис. 189), представляющей собой сепаратор с рядом отверстий, в которых расположены шарики. При вращении сепаратора по стрелке Б центробежная сила стремится выбросить шарики из отверстий с силой, зависящей от скорости вращения сепаратора. Конструктивно сепаратор выполнен так, что шарики могут выдвинуться от отверстий только на величину h. При подводе вращающегося сепаратора к вращающейся по стрелке А ему навстречу детали шарики ударяют о ее поверхность и наклепывают ее. Достигаемая глубина наклепа, от 0,4 до 1,5 мм, шероховатость поверхности 10-го класса.

Обкаткой роликами и шариками получают высококачественную поверхность на цилиндрических деталях -- 2-го класса точности и 9-го класса шероховатости. Обкатку производят роликами под нагрузкой 2--4 КН при подаче 1---2 мм/об и шариками под нагрузкой 1--1,5 Кн при подаче 0,4--0,8 мм/об. Износостойкость деталей повышается путем устранения структурной неоднородности в поверхностном слое.

В ряде случаев обкатка роликами повышает усталостную прочность на 50--100%. Обкатке могут быть подвергнуты впадины между зубьями колес, что увеличивает их усталостную прочность до 50%.

Рис. 1. Схема установки для центробежно-шарикового наклепа:1 -- деталь, 2 -- шарики, 3 -- сепаратор

Чеканка заключается в нанесении по упрочняемой поверхности ударов бойка. Чеканке подвергают галтели крупных валов, что позволяет повышать несущую способность ступенчатых валов на 50%. Обработка чеканкой дает шероховатость поверхности в пределах 2--4-го класса при глубине наклепа до 35 мм. Твердость отчеканенных поверхностей повышается на 30--50%.

Упрочнению с помощью термической обработки подвергают детали с контактирующими поверхностями -- зубчатые колеса, звездочки, элементы типа вал-втулка, направляющие.

Упрочнение деталей с помощью их наплавки износостойкими сплавами -- один из наиболее эффективных методов повышения долговечности деталей, особенно деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания под действием нагрузок различной динамичности. К деталям, наиболее часто наплавляемым износостойким сплавом, относятся рабочие органы строительных машин -- зубья и ковши экскаваторов, ножи бульдозеров, грейдеров и скреперов, дробящие плиты и била камнедробилок.

Список литературы

1. Коломейченко, А.В. Восстановление и упрочнение деталей из алюминиевых сплавов микродуговым оксидированием [Текст]/А.Н. Новиков, А.Н. Батищев, Ю.А. Кузнецов [и др.]//Допущено Министерством сельского хозяйства РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 660300 - «Агроинженерия». - Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2001. - 99 с.
2. Коломейченко, А.В. Перспективные технологии упрочнения и восстановления деталей при производстве и ремонте машин [Текст]/ В.Н. Хромов, Ю.А. Кузнецов, А.В. Коломейченко [и др.]//Учебно-методическое пособие руководящим и инженерным сотрудникам АПК. - Орел: Орел ГАУ, 2005. - 99 с.

3. Зенкин H.A., Пипа Б.Ф. Анализ быстроизнашивающихся детал кругловязальных машин // Тези доповвдей науково конференцц молодих вчених студентш. Частина 2.- К.; ДАЛПУ, 1994 .-С .21.

4. Зенкин H.A., Насер Аль Клуб, Мацснко Н.С. Применение упрочняют технологий при изготовлении деталей машин легкой промышленное // Тез .докл.конф." Производство и ремонт механизмов и машин в у слов, 23-25 мая 1995 г. - К.,1995,- С.114-115.

Размещено на Allbest.ru