Причини виникнення несправностей
Виникнення несправностей у машині обумовлено поступовим або раптовим руйнуванням деталей унаслідок втрати фізико-механічних властивостей, спрацювання, деформування, зминання, корозії, старіння матеріалу, перерозподілу залишкових напружень та ін. У більшості випадків відбуваються зміни в спряженнях — порушуються задані зазори у рухомих з'єднаннях або змінюються в нерухомих. Практично кожна несправність є наслідком зміни конструктивних розмірів деталей, стану їх поверхонь, а також зміни складу, структури та механічних властивостей матеріалу. Поява несправностей зумовлюється конструктивними, технологічними та експлуатаційними факторами.
До конструктивних факторів належать розрахункові величини діючих навантажень, швидкості відносних переміщень, питомі навантаження, передбачені конструкцією матеріали, їх фізико-механічні характеристики і структури, конструктивне виконання деталей, форма і величина зазорів або натягів у спряженнях, макрогеометрія, шорсткість і поверхнева твердість, умови мащення й охолодження деталей.
Технологічні фактори — це види, прийоми, способи, точність і стабільність формування заготовок, механічної, термічної, зміцнювальної та фінішної обробки при виготовленні деталей, правильність складання, регулювання, припрацювання і випробування складальних одиниць, агрегатів і машин.
На збереження властивостей елементів машин, що забезпечуються конструкцією та технологією виготовлення, найбільше впливають експлуатаційні фактори. До них належать фактори, що визначаються призначенням машини (навантажувальні і швидкісні режими, інтенсивність роботи), та фактори, які не залежать від нього (кліматичні умови, своєчасність і повнота технічного обслуговування, якість палива і мастильних матеріалів).
На більшість деталей у процесі експлуатації діють змінні навантаження: односторонній згин, одностороннє скручування, двосторонній змінний згин і змінний згин зі скручуванням. Більше 70 % деталей працюють при двосторонньому змінному згині зі скручуванням і змінному згині, а тому потрібно, щоб вони мали достатній запас міцності.
Більше 80 % спрацьованих поверхонь мають циліндричну форму, близько 15 % — нарізну, 5 % — шліцьову. Більше половини посадкових місць, які спрацьовуються, спряжені з поверхнями інших деталей по рухомій посадці, для 15 % з них характерне абразивне спрацювання. Близько 75 % спрацьованих циліндричних поверхонь мають різні концентратори напружень, з яких 60 % складають галтелі, 23 % — пази під шпонки, решта — кільцеві канавки, отвори, лиски, нарізка.
Основні фактори, що впливають на ресурс деталей машин: різнобічність функцій деталей у машині; широкий діапазон зміни діючих на деталі навантажень; наявність у вузлах і агрегатах активних (рухомих) і пасивних (нерухомих) деталей; різноманітність видів тертя у з'єднаннях; застосування для виготовлення деталей різних матеріалів, викликане необхідністю зниження втрат потужності на подолання сил тертя; наявність відхилень у властивостях матеріалів, допусках на точність і якість обробки, у взаємному розміщенні деталей (паралельність, перпендикулярність, відстань між осями); умови експлуатації (технічне обслуговування, клімат, кваліфікація обслуговуючого персоналу).
При виникненні несправностей можуть порушуватися посадка з'єднань, взаємне розташування деталей, жорсткість з'єднання або контакт спряжених поверхонь.
Визначення причин виникнення несправностей деталей машин дає змогу правильно вибрати спосіб їх відновлення, що забезпечить задану довговічність.
Характерні несправності деталей машин
За походженням несправності деталей поділяють на три групи: спрацювання, механічні і хіміко-теплові пошкодження.
Спрацювання зумовлені умовами роботи деталей машин: питомим тиском і швидкістю переміщення поверхонь тертя, циклічністю навантажень, режимом мащення і температурою в зоні тертя, ступенем абразивності й агресивності навколишнього середовища, якісними показниками поверхонь тертя.
Залежно від умов роботи деталі обладнання за переважаючим видом спрацювання можна поділити на п'ять груп. Для першої групи деталей основним фактором, що впливає на довговічність, є спрацювання внаслідок тертя. Для другої — характерне спрацювання внаслідок пластичної деформації (шліцьові деталі, зубчасті муфти, вінці зубчастих коліс). Для третьої домінуючим є корозійно-механічне або молекулярно-механічне спрацювання (циліндри, штовхачі, поршні, розподільні вали). Шатуни, пружини, болти шатунів тощо, довговічність яких визначається стійкістю проти втомленості, належать до четвертої групи. Довговічність деталей п'ятої групи залежить від стійкості проти спрацювання робочих поверхонь і стійкості проти втомленості (ходові гвинти, важелі, шестірні коробок передач, редукторів, колінчасті осі, півосі).
Деталі з кількома робочими поверхнями, що працюють у різних умовах, необхідно відносити до тієї групи, за якою лімітується її ресурс, тобто за поверхнею, що найбільше спрацьовується, або за найбільш імовірною ознакою руйнування.
Окрім того, одна і та сама деталь може належати до різних груп залежно від рівня технічної експлуатації.
Механічні пошкодження деталей — це поломки, вигини, вм'ятини і скручування, пробоїни, тріщини, риски, задирки, викришування.
Поломки виникають при сильних ударах або внаслідок втомленості металу.
Вигини і вм'ятини характеризуються порушенням геометричної форми деталей (станини, столи, важелі, ходові вали і гвинти, тяги, а також деталі, виготовлені з листового матеріалу), виникають унаслідок ударних динамічних навантажень.
Скручування деталей типу валів і півосей виникають під впливом великого крутного моменту, пов'язаного з подоланням значних опорів при роботі.
Пробоїни з'являються внаслідок ударів інших предметів по поверхні тонкостінних деталей (корпуси коробок передач, редукторів, кожухи, картери).
Тріщини утворюються в найбільш навантажених місцях станин, кожухів, корпусів, валів. Найчастіше вони виникають на чавунних деталях і деталях, виготовлених з листового матеріалу. Причиною утворення можуть бути дія сил ударного характеру, втомленість металу.
Риски і задирки найчастіше з'являються на робочих поверхнях деталей унаслідок забруднення мастильними матеріалами або дії абразивних частинок.
Викришування характерне для цементованих і гартованих деталей, що працюють при ударних і знакозмінних навантаженнях (поверхні зубів шестерень коробок передач, редукторів, бігові доріжки підшипників кочення). Внаслідок втомленості металу викришуються поверхні тертя підшипників ковзання.
Хіміко-теплові пошкодження деталей порівняно з іншими зустрічаються рідко і виникають у результаті дії хімічних і теплових (іноді в поєднанні з механічними) факторів. До пошкоджень цієї групи належать жолоблення, корозія, електроерозійне руйнування тощо.
Жолоблення деталей з'являється під впливом внутрішніх напружень, старіння матеріалу, надмірного підвищення температури, найчастіше при порушенні правил експлуатації машин.
Корозія — це окислення і відшарування поверхневих шарів деталей унаслідок хімічного й електрохімічного впливу навколишнього середовища. Такі дефекти зустрічаються на всіх незахищених поверхнях металевих деталей.
Електроерозійне руйнування виникає, коли на поверхню деталей діють іскрові розряди. Таке пошкодження властиве контактам переривників, розподільників, колекторам електродвигунів.
Існують також несправності, що полягають у втраті пружних (пружини, ресори, торсійні вали), магнітних властивостей деталей тощо.
Наведений перелік не вичерпує всіх пошкоджень і спрацювань, оскільки багатьом деталям властиві особливі види спрацювання і руйнування. Це стосується деталей, виготовлених із пластмас, тканин, дерева, картону, гуми та ін. Пошкоджені деталі з цих матеріалів зазвичай замінюють новими.
Граничні та допустимі спрацювання
Інтенсивність спрацювання деталей і зміна зазорів у рухомих з'єднаннях залежать від тривалості роботи і мають певні закономірності. Перший період характеризується підвищеною інтенсивністю спрацювання за порівняно короткий період роботи деталей — припрацювання. Величина спрацювання в цей час залежить від початкової шорсткості поверхонь тертя, умов мащення і навантаження.
Другий період, найбільший за часом експлуатації, — це нормальна робота з'єднаних деталей. Протягом цього періоду відбувається нормальне спрацювання, величина якого залежить від умов експлуатації, періодичності та якості технічного обслуговування.
Третій період характеризується інтенсивним спрацюванням деталей унаслідок великих зазорів у з'єднаннях. Робота деталей у цей період супроводжується перегріванням, появою шумів і стуків і часто закінчується аварійним руйнуванням. Таке спрацювання є граничним, тобто таким, при якому подальша робота деталей недопустима.
Спрацювання деталі, що дає змогу нормально працювати протягом міжремонтного періоду, називають допустимим.
