Усталостное разрушение

Износы

Возникают в зоне трущихся поверхностей над действием абразивных частиц, попадающих в зону трения. Интенсивность износа зависит от состояния рабочих поверхностей детали от давления в понятие контакта, от твёрдости абразива и от защищенности узла трения от пыли.

В практике расчета деталей машин на износ существует большое количество зависимостей, позволяющих оценить интенсивность износа в различных условиях на стадии проектирования, и соответственно получить изменение размеров и форма детали в процессе работы машины в зависимости от ресурса. Предлагаемые теоретические зависимости, в ряде случаев предполагают учет среды изнашивания, однако не в полной мере учитывают процесс эксплуатации чтоб можно было бы оценить интенсивность износа в тех или иных условиях. Зависимость позволяет получить лишь ориентировочную интенсивность изнашивания детали, в зависимости от их формы, от конструктивных особенностей трущихся поверхностей, состояния поверхностного слоя.

Реально, процесс износа протекает под действием внешней среды характеризуемой случайно изменяемой нагрузкой в пятие контакта, наличием абразива в зоне трения и химически активных компонентов и др.

Поэтому оценка условий испытаний на изнашивание должны прежде всего основываться на данных о фактических износах трущихся нар в технике иных условиях, иначе оценка условий испытаний будет давать большие недопустимые погрешности.

Для оценки условий испытаний на износ в рамках их планирование успешно применяется экспериментальный метод получения сравнительных характеристик основанный на кратковременных исследованиях машины в сравниваемых условиях с одновременными измерением размеров деталей.

Приведём пример метода:

Предварительно для исследования автомобильных тормозов выбираем несколько маршрутов по которым предполагается вести испытания тормозов автомобилей на износ. На каждом маршруте экспериментальными заездами устанавливаем режим движения (продолжительность маршрута, скорость, периодичность и интенсивность торможения и др.) Прохождение маршруты рассматриваем как один цикл испытаний.

Каждый цикл выполняется по схеме, приведенной на рисунке:

Выбор схем микрометража и микрометраж деталей

Тормозные накладки

Тормозные диски

Сборка механизма и установка на автомобиль

Пробеговые испытания на установленном маршруте в течение 3-4г

Разборка механизма

Микрометраж деталей по выбранной схеме

Тормозные накладки

Тормозные диски

Оценка условий износа на маршруте

Схема оценки условий испытаний на изнашивании.

Разность (разница) в размерах деталей дает износ, а их отношение дает значение удельного износа, которое характеризует маршрут с точки зрения изнашиваемости деталей.

Пример приведён относительно тормозных механизмов автомобиля. Таким образом предполагаемый метод определения воздействия предполагаемый метод определения воздействия среды на износ позволяет непосредственно оценить условия и учесть их при выборе условий испытаний.

Усталостное разрушение элементов конструкции происходит вследствие колебаний массы машина при выполнении ею функциональной работы. Эти колебания происходят от неустановившихся режимов, предрасположенных к усталостным разрушениям, которые приводят к разрушению и отказу машины. Хотя процесс изменения напряжений случаен, но имеющиеся в настоящее время методы позволяют его систематизировать с целью приведения к гармоническому виду, для которого процессы развития усталостного повреждения давно изучаются и располагаемые сведения позволяют приблизительно, но достаточной степенью точности выражать их математически.

Математическое описание процесса усталостного повреждения детали основывается на основании учета его свойств, а определения усталости и уровня переменных напряжений дает возможность оценить и сопоставить воздействия одного режима относительно другого.

Первая попытка предсказать долговечность машины расчетным путем предпринята. Вёлером в 1940-1950е годы (1948год) на основании анализа результатов проведенных испытаний осей ж/д вагонов. Вёлер построил кривую зависимости напряжения от числа принимаемых циклов до разрушения. Эта кривая послужила основной расчёта долговечности деталей машин.

Кривая Вёлера: имеет следующий вид (22).

-количество циклов изменения напряжений i- го уровня при котором происходит разрушение элементов конструкции.

-амплитуда напряжения i-го уровня, на которое производится расчёт деталей.

- амплитуда напряжения, ниже которого процесс накопления усталостного напряжения не происходит (предел усталости)

А и m – параметры, характеризующие положение кривой усталости в системе координат.

Кривая усталости приведена на рисунке:

Кривая

усталости

Из уравнения (22) видно, что долговечность элементов конструкции (определяется из уравнения)

(23).

Памлирен исследовал долговечность подшипников, в 1924 году пришёл к выводу, что разрушение усталости происходит тогда, когда выполняется следующее условие:

(24), где n_i – количество прилагаемых предметов.

Козлов и Серентсен показали в дальнейшем, что разрушение машины может произойти и в случаях, когда соотношение (24) отлично от 1 и предложили уточнённую гипотезу, в виде:

(25).

На основании большого числа исследований они установили, что коэффициент a находится в пределах 0,5≤a≤<2, а исследование натурных деталей показано, что а изменяется в ещё больших пределах и может достигнуть a=b.

При дискретном распределении количества циклов с одинаковыми амплитудами напряжения условие разрушения от усталости записывается в виде: (26), где

N_ir - количество циклов до разрушения при непрерывном действий переменного напряжения на уровне r;

r- количество различных уровней амплитуд.

Подстановка условий разрушения (26) в уравнение кривой усталости (22) даёт:

(27), где а*А -ресурс детали.

Так как а*А –нормативный ресурс, то за единицу работы машины И в условиях “И” расходуется доля ресурса машины и являющаяся оценкой режима работы машины в этих условиях и выражается в виде:.

Этот показатель удобен тем, что позволяет сопоставить условия испытаний до равного накопленного уровня усталостных напряжений в эксплуатации и при испытаниях, или, иными словами, дозировано назначать объём работы машины до равного с эксплуатационным повреждением

Дата добавления: 2014-01-05