Анализ неисправностей и предельного состояния элементов оборудования

Образование и развитие неисправностей оборудования объясняется действием существующих закономерностей. Неисправности появляются в результате постоянного или внезапного снижения физико-механических свойств материала деталей, их истирания, деформирования, смятия, коррозии, старения, перераспределения остаточных напряжений и других причин, вызывающих разрушение деталей [28]. В большинстве случаев происходят изменения в сопряжениях - нарушения заданных зазоров в подвижных соединениях или натягов в неподвижных. Практически любая неисправность является следствием изменения состава, структуры или механических свойств материала, конструктивных размеров деталей и состояния их поверхностей.

Появление неисправностей обусловлено конструктивными, технологическими и эксплуатационными факторами.

К конструктивным факторам относятся: расчетные нагрузки, скорости относительного перемещения, давления, материалы, их физико-механические характеристики и структура, конструктивное исполнение деталей и сборочных единиц, форма и величина зазоров или натягов в сопряжениях, макрогеометрия, шероховатость и твердость поверхностей, условия смазывания и охлаждения деталей.

Технологическими факторами являются приемы, способы, точность и стабильность получения заготовок, виды механической, термической, упрочняющей и финишной обработки при изготовлении деталей, правильность сборки, регулирования, приработки и испытания узлов, агрегатов и машин.

Эксплуатационные факторы оказывают решающее воздействие на сохранение свойств элементов машин, обеспечиваемых их конструкцией и технологией изготовления. К эксплуатационным относятся факторы:

- определяемые назначением машины, ее нагрузочными и скоростными режимами, а также интенсивностью эксплуатации;

- не зависящие от назначения машины (условия эксплуатации, своевременность, полнота и качество технического обслуживания и др.).

Например, детали типа валов и осей в процессе эксплуатации подвергаются действию переменных нагрузок. Эти детали испытывают четыре вида нагрузки: односторонний изгиб, одностороннее кручение, переменный изгиб и переменный изгиб с кручением. Около 75% цилиндрических поверхностей имеют различные концентраторы напряжений: галтели, пазы под шпонки, кольцевые канавки, отверстия, лыски и резьбы.

Различный срок службы (ресурс) даже однотипных деталей обусловлен многими причинами. Основными из них являются следующие: разнообразие функций деталей в машине; широкий диапазон изменения действующих на детали нагрузок; наличие как активных (движущихся), так и пассивных (неподвижных) деталей; разнообразие видов трения в сопряжениях; использование в сопряжениях деталей из разных материалов, вызванное необходимостью снижения сил трения; отклонения в свойствах материалов; точность и качество обработки сопрягаемых деталей; условия эксплуатации.

Неисправности деталей машин можно разделить на три группы: износы, механические повреждения и химико-тепловые повреждения.

Износы деталей машин определяются давлением, циклическими нагрузками, режимом смазывания и степенью его стабильности, скоростью перемещения поверхностей трения, температурным режимом работы деталей, степенью агрессивности окружающей среды, качеством обработки и состоянием поверхностей трения и т.д.

В зависимости от условий работы все детали по виду изнашивания можно разбить на пять групп. К первой группе относятся детали, для которых основным фактором, определяющим их долговечность, является абразивное изнашивание; ко второй группе (шлицевые детали, зубчатые муфты, венцы маховиков) - детали, у которых основным фактором, лимитирующим долговечность, является износ вследствие пластического деформирования; к третьей группе (гильзы, головки блоков цилиндров, распределительные валы, толкатели, поршни, поршневые кольца) - детали, для которых доминирующим фактором является коррозионно-механическое или молекулярно-механическое изнашивание; к четвертой группе (шатуны, пружины, болты с циклической осевой нагрузкой) - детали, долговечность которых лимитируется пределом выносливости; к пятой группе (коленчатые валы, поршневые пальцы, вкладыши подшипников, отдельные зубчатые колеса коробки передач и др.) - детали, у которых долговечность зависит одновременно от износостойкости трущихся поверхностей и предела выносливости материала деталей.

Некоторые детали имеют несколько рабочих поверхностей, работающих в различных условиях. По наиболее изнашивающейся поверхности или наиболее вероятному признаку разрушения эти поверхности следует отнести к той группе, по которой лимитируется срок службы детали.

Детали из перечисленных групп можно подразделить на классы с целью установления предельных износов и обоснования способов восстановления. Большинство (70%) основных изнашивающихся деталей, подвергающихся восстановлению, работает в сопряжениях типа вал-подшипник.

К механическим повреждениям деталей относятся трещины, пробоины, риски и надиры, выкрашивания, поломки и обломы, изгибы, вмятины и скручивания.

Трещины образуются в результате воздействия значительных местных нагрузок, ударов и перенагружений. Они могут появляться в наиболее нагруженных местах рам, блоков, корпусов коробок передач и других корпусных деталей различных механизмов. Трещины часто возникают на чугунных деталях и на деталях, изготовленных из листового материала (капоты, облицовка и т.п.). Кроме трещин, возникающих в результате воздействия сил ударного характера, появляются усталостные трещины в наиболее напряженных местах деталей (продолжительное воздействие знакопеременных нагрузок). Могут быть трещины и теплового происхождения.

Пробоины появляются в результате ударов различных предметов о поверхности тонкостенных деталей.

Трещины и пробоины могут появляться при замерзании жидкости в деталях, типа сосудов.

Риски и надиры (ряд рисок) на рабочих поверхностях деталей чаще образуются вследствие загрязнения смазки или абразивного действия чужеродных частиц.

Выкрашивание - дефект, характерный для поверхностей деталей, подвергнутых химико-термической обработке (поверхности зубчатых колес коробок передач, зубчатые муфты), появляющийся вследствие динамических ударных нагрузок в процессе эксплуатации.

Выкрашивание может быть в результате усталостных напряжений, например, выкрашивание на беговых дорожках колец шариковых подшипников, на профилях зубьев колес и т.п.

Поломки и обломы возникают при сильных ударах о детали; часто наблюдаются на литых деталях. Могут возникать также в результате усталости металла.

Изгибы и вмятины характеризуются нарушением формы деталей и происходят в результате ударных нагрузок. Такие дефекты появляются на рамах машин, различных валах, тягах, а также деталях, изготовленных из листового металла.

Скручивание деталей возникает от воздействия большого крутящего момента, связанного с преодолением временных значительных сопротивлений при работе. Скручиванию подвержены различные валы, полуоси и т.п.

Химико-тепловые повреждения деталей по сравнения с другими повреждениями встречаются реже и возникают, как правило, в результате сложных взаимодействий при тяжелых условиях эксплуатации машины. К таким повреждениям относятся: коробление, коррозия, раковины, образование нагара и накипи, электроэрозионное разрушение и т.д.

Коробление деталей происходит в результате воздействия высоких температур (чаще при нарушении правил эксплуатации машин), приводящих к возникновению структурных изменений и больших внутренних напряжений.

Коррозия - процесс разрушения металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. Поскольку подавляющее большинство технологических сред представляет собой электролиты, то основным видом коррозии оборудования является электрохимическая коррозия.

Для оборудования характерны сплошная (равномерная и неравномерная) и местная коррозия. Сплошная коррозия проявляется в постепенном уменьшении первоначальой толщины элементов сосудов, аппаратов и машин. Скорость коррозии можно заранее рассчитать, используя данные по коррозионной стойкости конструкционных материалов в конкретных технологических средах.

Большую опасность представляет местная (избирательная) коррозия. Основными причинами появления местной коррозии, т.е. коррозии, охватывающей отдельные участки поверхности деталей машин и аппаратов, являются как внутренние факторы (непостоянство структуры и свойства материала, состояние поверхности, неоднородное напряженное состояние в элементах конструкции и т.п.), так и внешние факторы, определяемые прежде всего условиями взаимодействия металла со средой (температура, давление, время. условия контактирования, состав коррозионной среды и т.п.). Для оборудования характерна местная коррозия, т.е. точечная, контактная, щелевая, пятнами и язвами.

При выполнении сварочных работ в результате специфических условий кристаллизации и воздействий термодеформационного цикла возникают неблагоприятные изменения в металле сварной конструкции и сварном шве. При этом для сварных соединений характерными недостатками являются структурно-химическая макро- и микронеоднородности в отдельных зонах соединения (основной металл вне зоны термического влияния, переходные структуры в пределах каждого участка зоны термического влияния основного металла, металл сварного шва), неоднородность напряженного состояния из-за наличия остаточных напряжений, пластических деформаций, дефектов сварных швов, технологических и конструктивных концентраторов напряжений.

Оценивать и прогнозировать процессы развития местной коррозии практически невозможно, поэтому она во многих случаях приводит к внезапному выходу конструкции из строя. Значительно снижают работоспособность сварной конструкции такие виды избирательной коррозии, как межкристаллитная коррозия, характерная для сварных конструкций, изготовленных из коррозионностойких хромистой и хромоникелевой сталей, и ножевая коррозия по линии сплавления.

Одним из видов разрушения являются коррозионные усталость и растрескивание. Коррозионная усталость возникает при одновременном воздействии циклических растягивающих напряжений и агрессивной среды и обусловлена значительным снижением предела выносливости в специфических условиях по сравнению с пределом выносливости этих металлов на воздухе. Коррозионное растрескивание наблюдается при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних растягивающих напряжений с образованием транскристаллитных или межкристаллитных трещин.

На склонность к образованию коррозионных трещин существенно влияют среда, давление и температура, физико-химические свойства металла, величина и характер распределения растягивающих напряжений и т.п. Коррозионное растрескивание низкоуглеродистых и низколегированных сталей наблюдается в щелочных растворах, особенно при температурах выше 40 ^оС. В этом случае растрескивание происходит при растягивающих напряжениях, близких к пределу текучести. В сварных соединениях трещины образуются чаще всего в зоне максимальных остаточных напряжений, в дефектах формы шва и в околошовной зоне, т.е. в тех местах, где имеется структурно-химическая неоднородность и неоднородность упруго-пластической деформации.

Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали наиболее часто подвергаются транскристаллитному коррозионному растрескиванию в хлоросодержащих средах при повышенных температурах (выше 60 ^оС), что является характерным для многих аппаратов, например, моечных.

Разнообразие условий эксплуатации обуславливает различные виды изнашивания рабочих поверхностей деталей машин и аппаратов. Для оборудования характерными видами изнашивания являются абразивное, коррозионно-механическое, гидроабразивное, гидроэрозионное и кавитационное.

Наиболее распространенный вид разрушения технологического оборудования - корроизионно-механическое изнашивание, происходящее в результате механических воздействий, сопровождающихся химическим или электрохимическим воздействием среды на металл. В результате совместного воздействия механического и коррозионного факторов в поверхностных слоях металла происходят взаимосвязанные явления, способствующие активации процессов упругопластического деформирования, химических и электрохимических реакций и т.д.

К наиболее распространенному виду коррозионно-механического изнашивания относят прежде всего разрушение металлов при трении в коррозионной среде, которое происходит при одновременном воздействии на поверхность металла коррозионной среды и сил трения. Особенно интенсивно этот процесс протекает на рабочих поверхностях валов, цапф и защитных втулок насосов, активаторов.

Гидроабразивное изнашивание происходит в результате воздействия на поверхность металла твердых абразивных частиц, взвешенных в жидкости и перемещающихся относительно изнашиваемой поверхности. Такой вид характерен для рабочих колес и корпусов насосов, предназначенных для перекачки технологических жидких сред. Гидроабразивное изнашивание происходит при наличии значительного числа абразивных частиц в составе технологической среды.

При воздействии скоростных потоков жидких технологических сред на поверхность трубопроводов, деталей насосов, запорной и регулирующей арматуры и тому подобных поверхностей возникает разрушение металла вследствие ударных воздействий турбулентных струй - гидроэрозионное изнашивание. Его разновидности - коррозия при гидравлических ударах и кавитационное изнашивание.

Кавитационное изнашивание металла происходит в результате воздействия на его поверхность микроударных нагрузок, возникающих при образовании и захлопывании кавитационных полостей и пузырьков.

Раковины (выгорание) образуются в результате местных температурных воздействий на поверхности детали.

Нагар образуется в результате взаимодействия сильнонагретых газов и продуктов сгорания топлива и масел на поверхностях деталей. Образовавшийся нагар ухудшает теплопередачи и в некоторых случаях приводит к перегреву деталей и образованию на них трещин.

Накипь появляется в результате использования в системах охлаждения, нагревания воды с малорастворимыми в воде солями магния и кальция и механическими примесями.

Электроэрозионное разрушение возникает в результате воздействия на поверхности деталей искровых разрядов. Электроны, вылетающие с катода, выбивают с поверхности анода частицы металла, которые рассеиваются в окружающей среде и частично переносятся на катод. Такие повреждения возникают на контактах электрических приборов (прерывателей, распределителей и др.), на коллекторах генераторов и т.п.

Существует значительная номенклатура деталей и других элементов машин, которые изнашиваются и разрушаются по малоизученным закономерностям. Например, некоторые пластмассовые детали, выдерживающие высокие нагрузки и хорошо работающие даже в условиях недостаточного смазывания, не выдерживают длительного воздействия солнечных лучей.

Существуют также неисправности, связанные со снижением тех или иных эксплуатационных свойств деталей. Якоря генераторов переменного тока, например, в результате сотрясений, ударов, повышенного нагрева могут утрачивать намагниченность и нарушать нормальную работу машины в целом. Превалирующим видом неисправностей является износ деталей. Интенсивность нарастания износа деталей и изменение зазоров подвижных сопряжений в зависимости от продолжительности работы происходят в определенной закономерности (рис. 2.2).

Первый период характеризуется интенсивным нарастанием износа за сравнительно малый период работы - это время приработки деталей. Износ в этот период во многом зависит от шероховатости поверхности деталей, условий смазывания и нагрузки. С ростом шероховатости рабочей поверхности, а также с увеличением нагрузки в начальный период работы износ деталей значительно повышается.

Второй период, наибольший по протяженности, соответствует нормальной работе деталей и сопряжений. За время нормальной эксплуатации износ деталей увеличивается на сравнительно небольшую величину, часто называемую естественным износом. Интенсивность изнашивания при этом во многом зависит от условий эксплуатации, а также от своевременности и качества проводимого технического обслуживания.

Третий период характеризуется интенсивным нарастанием износа деталей вследствие увеличивающихся зазоров в сопряжениях. Работа сопряжений с износами, превышающими допустимое значение, как правило, характеризуется нарушением условий смазки, сопровождается перегревом деталей, появлением шумов и стуков и часто заканчивается аварийным разрушением. Такие износы называются предельными. Детали, имеющие предельные износы, к работе не допускаются. Они должны быть восстановлены или заменены новыми.

Предельным износом называют износ, соответствующий предельному состоянию изнашивающегося изделия.

Допускаемым износом называют износ, при котором изделие может сохранить работоспособность в течение межремонтного периода.

Значение допускаемого износа всегда соответствует второму периоду нормальной эксплуатации.

Неисправности деталей по вероятности их появления можно разделить на три вида: зависимые, равновозможные и независимые (или случайные).

Появление одной из зависимых неисправностей обязательно вызовет появление другой зависимой неисправности или будет сопутствовать последней.

Равновозможные неисправности возникают без закономерной связи друг с другом, но каждая из них в отдельности должна появиться на детали обязательно (закономерно). Вероятности появления таких неисправностей примерно равные.

Случайные неисправности возникают не зависимо от других неисправностей детали. Они носят случайный характер и при эксплуатации деталей могут и не появиться.

По характеру возникновения зависимые и равновозможные неисправности могут быть результатом естественного изнашивания, а случайные - результатом только аварии.

Взаимосвязь неисправностей позволяет достоверно определять на изношенных деталях закономерные сочетания неисправностей, группировать детали с большим числом различных сочетаний неисправностей в небольшое число маршрутов и составлять технологический процесс на совместное устранение комплекса дефектов.

Наличие и дальнейшее развитие неисправности детали может привести к появлению дефекта. Дефект - каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям (по ГОСТ 15467-79).

Устранимый дефект - дефект, устранение которого технически возможно и экономически целесообразно (по ГОСТ 15467-79).

Величина (масштаб) дефектов - количественная характеристика отклонения фактических размеров и (или) формы деталей и их поверхностей от номинальных значений с учетом припуска на подготовительную обработку перед восстановлением.

Дефекты относятся как к отдельным поверхностям, так и к деталям в целом.

Дефекты поверхностей деталей классифицируются по несоответствия размеров (74,9%), формы (19,5%), шероховатости (4,9%), физико-механических свойств (0,2%) и нарушению целости (0,5%).

Различают следующие группы дефектов, относящихся к деталям в целом: нарушение целости (трещины, обломы, разрывы и др.); несоответствие формы (изгиб, скручивание, вмятины и др.) и размеров деталей. Может быть и сочетание дефектов. Количественная оценка размеров дефектов необходима при определении отклонений размеров и формы.

Вероятность появления дефектов количественно оценивается на основании обработки статистических материалов и характеризуется коэффициентами повторяемости дефектов.

Коэффициент повторяемости дефекта определяют из выражения:

К_п.д. = , (3.7)

где n_д - число деталей с данным дефектом из общего количества продефектованных; n_в - общее число продефектованных ремонтопригодных деталей.

Ремонтопригодные детали машин характеризуются коэффициентами восстановления.

Коэффициент восстановления определяют по формуле:

К_в = (3.8)

где К_в - коэффициент восстановления; К_г.в - коэффициент годности деталей для восстановления; К_г - коэффициент выхода годных деталей в процессе восстановления; m - кратность восстановления деталей.

Обычно для расчета объемов работ, выполняемых при восстановлении деталей, используют значение коэффициента годности деталей для восстановления, определяемое по формуле:

К_г.в = (3.9)

где n_{в -} число деталей данного наименования, подлежащих восстановлению (ремонтопригодных); n_деф - общее число деталей данного наименования, подлежащих дефектации.

Рассмотрим основные критерии работоспособности типовых деталей, сопряжений. В общем случае критерием, характеризующим работоспособность деталей и сопряжений является условие:

D_i £[ D_i], (3.10)

где D_i, [D_i] - соответственно текущее (истинное) и предельное значения величины, определяющей неисправность, дефект.

Подшипники скольжения. Работа подшипников скольжения в условиях жидкостного трения характеризуется тем, что трущиеся поверхности будут разделены масляным слоем, имеющим клиновидность. Клиновидность масляного слоя в сопряжении вал-подшипник скольжения может обеспечиваться при наличии зазора и относительного перемещения между трущимися поверхностями. Исследованиями установлено, что наибольший допустимый зазор [D_д] в сопряжении вал-подшипник скольжения при жидкостном трении связан с параметрами этой системы зависимостью

[D_д] = 13,6 мм, (3.11)

где n - частота вращения вала, об/с; q - удельная нагрузка на вал, Нм^-2; С= - соотношение между размерами подшипника; - длина подшипника, м; d - диаметр вала, м; m - коэффициент абсолютной вязкости смазочного масла, Н×с/м².

В общем же случае предельная величина зазора [D_пж] в сопряжении вал-подшипник скольжения для условий жидкостного трения определяется по формуле:

[D_пж]= , (3.12)

где D_н - номинальный зазор в сопряжении двух сопрягаемых поверхностей; R_max=R_max1+R_max2 - наибольшая высота неровностей профилей двух сопряженных поверхностей вала R_max1 и подшипника R_max2 (табл. 3.1).

Таблица 3.1.

Зависимость высоты неровностей профиля деталей от

видов механической обработки

Продолжение табл. 3.1.

Суммарный предельный износ вала и подшипника при жидкостном и граничном трении, очевидно определится как:

Sd = [D_n] -D_н . (3.13)

Учитывая выражение (3.10) и коэффициент g отношения скоростей изнашивания подшипника к валу (табл. 3.2), можно определить предельные величины износа вала (d_в) и подшипника (d_п) по формулам:

d_в = ; (3.14)

d_п= . (3.15)

Для приближенных расчетов предельных зазоров при жидкостном [D_пж] и граничном [D_пг] трении достаточно корректными являются формулы [29]:

[D_пж] = (2...4,5) D_н;

(3.16)

[D_пг] = 2,25D_н .

Таблица 3.2.

Значение относительных скоростей изнашивания втулок в

подшипниках скольжения

Практически при частоте вращения цапфы менее 5 с^-1 сопряжения работают в условиях граничного и полужидкостного трения.

В этом случае [D_п] = 2,5 D_н.

Сопряжения деталей, изготовленных по переходным посадкам. Как известно, к переходным посадкам или посадкам центрирования относятся: глухая - Г(Н7/n6), тугая Т (Н7/m6). Эти посадки чаще всего применяют в разъемных неподвижных соединениях или в сопряжениях, относительно часто подвергающихся демонтажу и переборке в процессе эксплуатации.

От проворачивания при таких посадках детали удерживаются за счет специальных деталей (шпонок, стопорных болтов и др.). В то же время переходные посадки позволяют значительно снижать биение деталей в собранных узлах.

Анализ характера сопряжений по переходным посадкам показывает, что при них в большинстве случаев в соединениях получаются зазоры (в среднем 62%).

Основными критериями для определения максимально-допустимых износов в узлах, собранных по переходным посадкам, могут служить данные об изменениях прочностных характеристик, входящих в них деталей, вызываемых износом их поверхностей, а также показатели, характеризующие нарушение кинематических связей с сопрягаемыми деталями. Первый фактор, как правило, не является лимитирующим при износах деталей, собираемых по переходным посадкам.

Соединения по переходным посадкам неподвижны, в связи с чем изменение размеров поверхности их сопрягаемых деталей вызывается не за счет механического изнашивания металла, а вследствие старения материала, уплотнения микронеровностей во время сборки узлов.

Поэтому, даже после длительной работы изменения первоначальных размеров сопрягаемых поверхностей в узлах, собираемых по переходным посадкам, бывают незначительными.

Нарушение кинематических параметров из-за износа сопрягаемых поверхностей вызывается главным образом появлением дополнительного биения в детали, установленной на вал. Поэтому величина допускаемого износа деталей, входящих в узел, собранных по переходным посадкам, при всех условиях не может быть больше значений, при которых суммарный зазор в сопряжениях [D] будет более максимально допускаемого биения охватываемой детали в процессе работы Е_о.

Анализ работы новых узлов, собираемых по этим посадкам, показывает, что допустимое радиальное биение наиболее точной охватываемой детали Е_о не может быть полностью использовано для определения максимальных зазоров в сопряжениях.

Наибольший допускаемый зазор в данном соединении [D_nn] необходимо находить из соотношения [30]:

[D_nn] £ , (3.17)

где Е_о - расчетное радиальное биение детали, установленной на вал, мкм (табл. 3.3); К_т - коэффициент запаса точности, учитывающий погрешности изготовления деталей, К_т=(2...5).

Таблица 3.3.

Предельные значения радиального биения

Износ сопряжений, сопрягаемых по посадкам с натягом. В процессе сборок и разборок, а также в процессе эксплуатации (при наличии вибрации и т.д.) величина натяга в подобных сопряжениях снижается. Наименьший монтажный натяг [D_нт] определяют в соответствии с зависимостью:

[D_нт] = d_minp + 1,2 (R_za + R_zв), (3.18)

где d_minp - минимальный расчетный натяг, мкм; R_za , R_zв - высота неровностей на поверхностях втулки и вала при максимальной базовой длине, принимаемые в зависимости от класса чистоты обработки, мкм (табл. 3.1).

Допустимые износы элементов зубчатых и червячных передач. Основными видами повреждений зубьев колес являются: поломка зуба; выкрашивание или отслаивание рабочих поверхностей; задиры или заедания на контактных поверхностях; износ зубьев; пластические деформации поверхностных слоев металла.

На основании теоретических и экспериментальных исследований можно рекомендовать принимать величину допустимого износа зубьев по постоянной хорде в нормальном сечении в среднем равной:

[D]_з = (0,1...0,2) m_з , (3.19)

где m_з - модуль зуба, мм.

Величина допускаемого износа шлицев по ширине не должна превышать значения:

[D]_ш = (0,05...0,08) , мм, (3.20)

где - ширина зуба прямобочного шлица или размер ширины эвольвентного шлица по диаметру начальной окружности, мм.

Износ цилиндров, поршней, поршневых колец. В результате работы цилиндро-поршневой группы происходит износ ее элементов. У цилиндров наблюдаются отклонения формы (конусности, овальности) и износ по окружности. Допускаемые значения износа цилиндров определяются в соответствии с зависимостью:

[D]_ц = С×D , (3.21)

где D - номинальный диаметр цилиндра, мм; С - коэффициент износа, равный: С_о=(0,001... 0,003) - при износе по окружности; С_ов =(0,001¸0,002) - при овальности; С_к =0,001 - при определении конусности.

Нормальный зазор в стыке колец обычно принимается по зависимостям:

[D_к] = 0,003D, или

(3.22)

[D_к] = a×p×tD,

где a - коэффициент линейного расширения колец; t - рабочая температура в зоне колец.

При определении допускаемых значений возможных дефектов деталей, кроме методов, указанных выше, можно использовать практический опыт эксплуатации конкретных деталей, машин [22, 31, 32].

Например, исходя из практического опыта, максимально допустимую величину износа цементированных, азотированных или цианированных зубьев зубчатых передач рекомендуется принимать такой, при которой толщина упрочненного слоя на рабочих поверхностях зубьев, оставшегося после изнашивания, будет не менее 0,2-0,25 мкм. Износ поршневых колец допускается в пределах 1-2 мм по толщине и не менее 0,2 мм по ширине при установке на поршень с неизношенной канавкой, а зазор между ними не должен превышать 0,3 мм.

При определении предельных значений критериев работоспособности подшипников качения можно руководствоваться следующими практическими рекомендациями:

- предельный радиальный зазор у шарикоподшипников

[D_шрп] = (0,05-0,32), мм; (3.23)

- предельный осевой зазор у шарикоподшипников

D_шпо = (0,18-0,6), мм; (3.24)

- предельный радиальный зазор у роликоподшипников

D_рпр = (0,08-0,26), мм; (3.25)

- предельный износ упрочненных рабочих поверхностей цилиндрических зубчатых передач

D_цзу = (0,25-0,5) × t_{упр ;} (3.26)

где t_упр - глубина упрочненного слоя зубьев, мм;

- предельный износ конических зубчатых колес, шестерен

D_кзш = (0,05-0,08), мм. (3.27)

Для тихоходных зубчатых передач предельным является 30%-й износ зубьев по начальной окружности и 3-10% для быстроходных.

Для сопряжения вал-втулка предельным является увеличение зазора в 2-4 раза от номинального.

Предельный износ резьбы рекомендуется определять по зависимости:

[D_р] = 0,1 t_нр , (3.28)

где t_нр - толщина нитки резьбы.

Предельный износ шпоночного паза по ширине:

D_шп = 0,2 t_шп, (3.29)

где t_шп - ширина паза.

Если износ шпоночного паза по ширине не превышает 5%, то шпоночные пазы можно применять для сборки при условии исправления их формы и изготовления переходной шпонки с соблюдением характера посадки, указанного на чертеже машины.

В таблице 3.4 приведены предельные значения критериев ремонтоспособности деталей по отдельным их конструктивным элементам и эксплуатационным параметрам, установленные на основе практического опыта.

Таблица 3.4.

Предельные значения критериев работоспособности деталей, сопряжений

Продолжение таблицы 3.4.

Продолжение табл.3.4.

*1 - В таблице приняты следующие обозначения: D_н - номиналь-

ный наивыгоднейший зазор; d_м - наименьший натяг в сопря-

жении; d_в, d_ц, d_п - соответственно диаметр вала, цилиндра,

поршня; t_з, t_с, t_ш, t_пр - соответственно толщина зуба по диа-

метру начальной окружности, толщина слоя начальная, ши-

рина шлиц до износа, шаг пружины исходный; m - модуль;

Е_о - предельное радиальное биение зубчатого колеса.

**2 - Для чугунных зубчатых колес данные уменьшаются на 30%.