 |
Медленно протекающие процессы
|
|
|
|
Медленные процессы протекают за время работы станка между его периодическими осмотрами или ремонтами. Они длятся дни и месяцы. К таким процессам относятся: износ основных механизмов машины, перераспределение внутренних напряжений в деталях, ползучесть металлов, загрязнение поверхностей трения, коррозия, сезонные изменения температуры.
Эти процессы также влияют на точность, к. п. д. и другие параметры машин, но изменения их происходят очень медленно. Обычные методы борьбы с медленными процессами — ремонт и профилактические мероприятия, которые проводятся через определенные промежутки времени.
Следует отметить, что медленные процессы также являются случайными функциями, для которых характерно рассеивание значений.
Для станков, как и для многих других машин, основным из медленно протекающих процессов является изнашивание.
Износ — это результат процесса постепенного изменения размеров детали по ее поверхности при трении.
При износе двух сопряженных деталей на их поверхностях возникают сложные процессы, обусловленные микрорезанием, пластическим деформированием, усталостными явлениями, окислительными процессами, температурными влияниями и т. д.
В зоне контакта двух поверхностей могут протекать физические, механические и химические процессы, однако обычно ведущим является один из факторов, который определяет ход процесса разрушения поверхности.
Износ детали определяют следующие показатели.
Линейный износ 11, который характеризует изменение размера детали и измеряется в направлении, перпендикулярном поверхности трения. Линейный износ является основной характеристикой оценки износа детали.
Скорость изнашивания f определяет изменение износа с течением времени:
|
|
|
Интенсивность изнашивания /и характеризует изменение износа по отношению к пути трения 
Износостойкость — свойство материала или пары материалов сопряжения оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях эксплуатации.
Износ сопряжения — величина взаимного сближения сопряженных деталей при их износе. Износ сопряжения измеряется теми геометрическими параметрами (одним или несколькими), которые определяют изменение относительного положения сопряженных деталей, происшедшее в результате износа их поверхностей.
Для деталей станков наиболее характерен абразивный износ, при котором на трущихся поверхностях имеются абразивные частицы, разрушающие поверхность путем резания или цара-
пания с отделением микростружки. Эти частицы могут попадать извне в смазку и на поверхность трения, возникать как продукты изнашивания данной пары или являться твердыми структурными
составляющими материала одной из сопряженных деталей. Поэтому во многих случаях абразивные частицы при работе сопряжения не могут быть полностью удалены. Даже при хорошей фильтрации масла и изоляции поверхности трения имеются условия для абразивного изнашивания.
Для того чтобы выбрать материал, конфигурацию и размеры пары, при которых происходит малый износ для данных условий работы, необходимо знать основные закономерности процесса изнашивания.
На рис. 25 показаны типовые кривые износа деталей станков во времени. В период 1 изнашивания происходит приработка деталей — изменение микро- и макрогеометрии поверхности. После периода приработки, который следует сокращать, идет период 2 установившегося (нормального) износа детали. В ряде случаев при достижении определенной степени износа происходит изменение условий изнашивания, приводящих к интенсивному из-
носу (период 3, кривая б).
|
|
|
Кривая г соответствует случаю, когда контактная поверхность детали разрушается от усталости поверхностных слоев, после чего начинается износ поверхности.
При расчетах для большинства случаев можно принять линейную зависимость между
временем изнашивания t и величиной износа U, т. е. считать, что в период нормальной эксплу-
атации машины скорость изнашивания у остается постоянной.
Удельное давление р и скорость относительного скольжения v — основные факторы, определяющие скорость изнашивания. Зависимость износа от р и и определяется прежде всего видом изнашивания, и каждому виду соответствует определенная закономерность.
Можно считать, что для абразивного изнашивания линейный износ U прямо пропорционален удельному давлению р на поверхности трения и пути трения s, т. е. линейный износ не зависит от скорости относительного скольжения (закон проф. М. М. Хрущова).
Разделив обе части равенства на время работы сопряжения t, получим, что скорость изнашивания j пропорциональна скорости относительного скольжения v и удельному давлению р:
где k —коэффициент, характеризующий износостойкость материалов и условия работы данной пары (смазка, степень изоляции поверхностей от загрязнений и др.).
Законы абразивного изнашивания можно принимать при расчете на изнашивание многих деталей станков: направляющих скольжения, дисков фрикционных муфт, ходовых винтов и гаек, кулисных механизмов и др.
Кроме износа, для поверхностей деталей станков характерны такие виды разрушения, как смятие, усталость поверхностных слоев.
В таблице (рис. 26) показаны наиболее характерные виды повреждений как результат взаимодействия двух поверхностей.
Если нет относительного перемещения поверхностей, то это, как правило, вызывает смятие поверхностей. Смятие (пластическая деформация) поверхностей является характерным видом разрушения для шпоночных, зубчатых (шлицевых) соединений, упоров и штифтов, осей цепных передач, резьбовых соединений и других деталей станков.
Относительное скольжение поверхностей вызывает их износ. Износ является наиболее характерным видом разрушения при скольжении двух тел, так как влияние пластических деформаций, сопровождающих изнашивание, можно уменьшить или почти устранить
путем повышения твердости элементов пары.
|
|
|
Изнашиванию подвергаются многие сопряжения станков.
При начальном касании поверхностей по линии или в точке имеется большее число вариантов относительного перемещения тел (рис. 26).
При качении без скольжения (обкатки) двух тел, как правило, возникает усталость поверхностных слоев, которая проявляется в виде отслаивания мелких частиц металла с поверхности контакта. При недостаточной твердости материалов и больших удельных давлениях наблюдается также смятие. К таким парам относятся, например, подшипники качения, ролики кулачковых механизмов.
При качении с относительным скольжением, как в зубчатых передачах, наблюдаются износ и усталость, а в ряде случаев и смятие поверхностей. Зона усталости расположена там, где относительное скольжение минимально или равно нулю (в зоне начальной окружности зуба). Зона более интенсивного износа расположена в местах большего относительного скольжения (головка и ножка зуба).
Таким образом, каждому виду взаимодействия поверхностей соответствует наиболее характерный вид их разрушения. Для создания работоспособных станков необходимо обеспечить высокую износостойкость его деталей.
К категории медленно протекающих процессов, которые обусловлены изменением не поверхности, а тела детали, относится коробление деталей.
Коробление литых корпусных деталей, таких, как станины, стойки, коробки скоростей, приводит к постепенному нарушению их взаимного положения в станке, т. е. к потере станком точности.
Одной из причин коробления деталей с течением времени является изменение и перераспределение тех остаточных напряжений, которые образуются в отливке при ее охлаждении в форме.
Однако коробление происходит не только из-за релаксации (перераспределения) остаточных напряжений, но и под действием внешних нагрузок, действующих на станок при его эксплуатации.
Применение различных способов старения и других технологических методов позволяет значительно снизить скорость этих нежелательных процессов.
Вопрос 26: Начальные показатели качества станка. Точность, прочность, жесткость, сопротивление усталости, динамическая точность.
|
|
|
