Виды износа различают в соответствии с существующими видами изнашивания--механическое (абразивное, усталостное), коррози-онное и др.

Механический износ является результатом действия сил трения при скольжении одной детали по другой. При этом виде износа происходит истирание (срезание) поверхностного слоя металла и искажение геометрических размеров у совместно работающих дета-лей. Износ этого вида чаще всего возникает при работе таких рас-пространенных сопряжений деталей, как вал -- подшипник, стани-на -- стол, поршень -- цилиндр и др. Он появляется и при трении качения поверхностей, так как этому виду трения неизбежно сопут-ствует и трение скольжения, однако в подобных случаях износ быва-ет очень небольшим.

Степень и характер механического износа деталей зависят от многих факторов: физико-механических свойств верхних слоев металла; условий работы и характера взаимодействия сопрягаемых поверхностей; давления; относительной скорости перемещения; ус-ловий смазывания трущихся поверхностей; степени шероховатости последних и др. Наиболее разрушительное действие на детали ока-зывает абразивное изнашивание, которое наблюда-ется в тех случаях, когда трущиеся поверхности загрязняются мел-кими абразивными и металлическими частицами. Обычно такие час-тицы попадают на трущиеся поверхности при обработке на станке литых заготовок, в результате изнашивания самих поверхностей, попадания пыли и др. Они длительное время сохраняют свои режу-щие свойства, образуют на поверхностях деталей царапины, зади-ры, а также, смешиваясь с грязью, выполняют роль абразивной пасты, в результате действия которой происходит интенсивное при-тирание и изнашивание сопрягаемых поверхностей. Взаимодействие поверхностей деталей без относительного перемещения вызывает смятие металла, что характерно для шпоночных, шлицевых, резьбовых и других соединений.

Механический износ может вызываться и плохим обслуживанием оборудования, например нарушениями в подаче смазки, недоброка-чественным ремонтом и несоблюдением его сроков, мощностной пере-грузкой и т. д.

Во. время работы многие детали машин (валы, зубья зубчатых колес, шатуны, пружины, подшипники) подвергаются длительному действию переменных динамических нагрузок, которые более отри-цательно влияют на прочностные свойства детали, чем нагрузки статические. Усталостный износ является результатом действия на деталь переменных нагрузок, вызывающих усталость материала детали и его разрушение. Валы, пружины и другие дета-ли разрушаются вследствие усталости материала в поперечном се-чении. При этом получается характерный вид излома с двумя зона-ми -- зоной развивающихся трещин и зоной, по которой произошел излом. Поверхность первой зоны гладкая, а второй -- с раковинами, а иногда зернистая.

Усталостные разрушения материала детали не обязательно долж-ны сразу привести к ее поломке. Возможно также возникновение усталостных трещин, шелушения и других дефектов, которые, од-нако, опасны, так как вызывают ускоренный износ детали и меха-низма. Для предотвращения усталостного разрушения важно пра-вильно выбрать форму поперечного сечения вновь изготовляемой или ремонтируемой детали: она не должна иметь резких переходов от одного размера к другому. Следует также помнить, что грубо обра-ботанная поверхность, наличие рисок и царапин могут стать причи-ной возникновения усталостных трещин.

Износ при заедании возникает в результате прилипания («схва-тывания») одной поверхности к другой. Это явление наблюдается при недостаточной смазке, а также значительном давлении, при котором две сопрягаемые поверхности сближаются настолько плот-но, что между ними начинают действовать молекулярные силы, при-водящие к их схватыванию.

Коррозионный износ является результатом изнашивания деталей машин и установок, находящихся под непосредственным воздейст-вием воды, воздуха, химических веществ, колебаний температуры. Например, если температура воздуха в производственных помеще-ниях неустойчива, то каждый раз при ее повышении содержащиеся

Рис. 1.

а -- направляющих станины и стола, б -- внутренних поверхностей цилиндра, в -- поршня, г, д -- вала, е, ж -- зубьев колеса, з -- резьбы винта и гайки, и -- дисковой фрикционной муфты; 1 -- стол, 2 -- станина, 3 -- юбка, 4 -- перемычка, 5 -- днище, 6 -- отверстие, 7 -- подшипник, 8 -- шейка вала, 9 -- зазор, 10 -- винт, // -- гайка; И -- места износа, Р » действующие усилия

в воздухе водяные пары, соприкасаясь с более холодными металли-ческими деталями, осаждаются на них в виде конденсата, что вызы-вает коррозию, т. е. разрушение металла вследствие химических и электрохимических процессов, развивающихся на его поверхности. Под влиянием коррозии в деталях образуются глубокие разъеда-ния, поверхность становится губчатой, теряет механическую проч-ность. Эти явления наблюдаются, в частности, у деталей гидравли-ческих прессов и паровых молотов, работающих в среде пара или воды.

Обычно коррозионный износ сопровождается и механическим износом вследствие сопряжения одной детали с другой. В этом слу-чае происходит так называемый коррозионно-механи-ч е с к и и, т. е. комплексны и, износ.

Характер механического износа деталей. Механический износ деталей оборудования может быть полным, если повреждена вся

поверхность детали, или местным, если поврежден какой-либо ее участок (рис. 1, а--и).

В результате износа направляющих станков нарушаются их плоскостность, прямолинейность и параллельность вследствие дей-ствия на поверхности скольжения неодинаковых нагрузок. Напри-мер, прямолинейные направляющие 2 станка (рис. 1, а) под влия-нием больших местных нагрузок приобретают вогнутость в средней части (местный износ), а сопрягаемые с ними короткие направляю-щие 1 стола становятся выпуклыми.

Цилиндры и гильзы поршней в двигателях, компрессорах, моло-тах и других машинах изнашиваются тоже неравномерно (рис. 1,б). Износ происходит на участке движения поршневых колец и проявляется в виде выработки внутренних стенок цилиндра или гильзы. Искажается форма отверстия цилиндра -- образуются от-клонения от цилиндричности и круглости (бочкообразность), возни-кают царапины, задиры * и другие дефекты. У цилиндров двигателей внутреннего сгорания наибольшему износу подвергается их верхняя часть, испытывающая самые высокие давления и наибольшие темпе-ратуры. В кузнечно-прессовом оборудовании, наоборот, наиболь-ший износ появляется в нижней части цилиндра -- там, где нахо-дится поршень во время ударов. Износ поршня (рис.1, в) прояв-ляется в истирании и задирах на юбке

Износ валов (рис. 1, г, Д) проявляется возникновением различ-ных дефектов: валы становятся изогнутыми, скрученными, а также изломанными вследствие усталости материала; на их шейках обра-зуются задиры; цилиндрические шейки становятся конусными или бочкообразными. Отклонения от круглости приобретают также от-верстия подшипников скольжения и втулок. Неравномерность из-носа шеек валов и поверхностей отверстий во втулках при вращении вала -- результат действия различных нагрузок в разных направле-ниях. Если на вал во время вращения действует только сила его тяжести, то износ появляется в нижней части подшипника (см. рис. 1, г, слева).

В зубчатых передачах наиболее часто изнашиваются зубья: образуются задиры, зубья изменяют свою форму, размеры и выламываются. Поломка зубьев, появление трещин в спицах, ободе и ступице зубчатых колес, износ посадочных отвер-стий и шпонок происходит по трем основным причинам: 1) перегруз-ка зубчатой передачи; 2) попадание в нее посторонних тел; 3) не-правильная сборка (например, крепление зубчатых колес на валу с перекосом осей).

Ходовые винты имеют трапецеидальную или прямоугольную резьбу. У винта и его гайки изнашивается резьба, витки становятся тоньше (рис.1, З.). Износ резьбы у винтов, как правило, неравно-

* Задир -- повреждение поверхности трения в виде широких и глубоких борозд в направлении скольжения. мерный, так как подавляющая часть деталей, обрабатываемых на станках, имеет меньшую длину, чем ходовой винт. Сильнее изнаши-вается та часть резьбы, которая работает больше. Гайки ходовых винтов изнашиваются быстрее, чем винты. Причины этого таковы: резьбу гаек неудобно очищать от загрязнений; гайки в ряде случаев неудовлетворительно смазываются; у гайки, сопряженной с вин-том, участвуют в работе все витки резьбы, тогда как у винта одно-временно работает только небольшая часть его витков, равная числу витков гайки.

У дисковых муфт в результате действия сил трения наибольшему износу подвергаются торцы дисков (рис. 1, и); их поверхности истираются, на них появляются царапины, задиры, нарушается плоскостность.

В резьбовых соединениях наиболее часто изнашивается профиль резьбы, в результате в них увеличивается зазор. Это наблюдается в

Рис. 2. Износ подшипников качения:

а -- вследствие перекоса, б -- при проворачивании внутреннего кольца на валу, в -- из-за чрезмерного натяга, г -- из-за неисправного сальника; И -- места износа

сопряжениях не только ходовых, но и зажимных, например зажим-ных винтов часто отвертываемых крепежных болтов. Износ резьбо-вых соединений -- результат недостаточной или, наоборот, чрез-мерной затяжки винтов и гаек; особенно интенсивен износ, если ра-ботающее соединение воспринимает большие или знакопеременные нагрузки: болты и винты растягиваются, искажаются шаг резьбы и ее профиль, гайка начинает «заедать». В этих случаях возможны аварийные поломки деталей соединения. Грани головок болтов и гаек чаще всего изнашиваются потому, что их отвертывают несоот-ветствующими ключами.

В шпоночных соединениях изнашиваются как шпонки, так и шпоночные пазы. Возможные причины этого явления -- ослабление посадки детали на валу, неправильная подгонка шпонки по гнезду.

В подшипниках качения вследствие различных причин (рис. 2, а--г) износу подвержены рабочие поверхности -- на них появляют-ся оспинки, наблюдается шелушение поверхностей беговых дорожек и шариков. Под действием динамических нагрузок происходит их усталостное разрушение; под влиянием излишне плотных посадок подшипников на вал и в корпус шарики и ролики защемляются между кольцами, в результате чего возможны перекосы колец при мон-таже и другие нежелательные последствия.

Различные поверхности скольжения также подвержены характер-ным видам износа (рис. 3). В процессе эксплуатации зубчатых пе-редач вследствие контактной усталости материала рабочих поверх-ностей зубьев и под действием касательных напряжений возникает выкрашивание рабочих поверхностей, т. е. отделение частиц мате-

Рис.3.

а -- выкрашивание, б -- отслаивание, в -- коррозия, г -- эрозия, д -- царапины, е -- зади-ры, ж -- налипание, з -- глубинный вырыв материала и перенос его с другой поверхности трения риала, приводящее к образованию ямок на поверхности трения (рис. 3, а). Разрушение рабочих поверхностей зубьев вследствие интенсивного выкрашивания (рис. 3, б) часто называют отслаива-нием (происходит отделение от поверхности трения материала в форме чешуек).

На рис. 3, в показана поверхность, разрушенная коррозией. Поверхность чугунного порошкового кольца (рис. 3, г) повреж-дена вследствие эрозионного изнашивания, которое происходит при движении поршня в цилиндре относительно жидкости; находящиеся в жидкости пузырьки газа лопаются вблизи поверхности поршня, что создает местное повышение давления или температуры и вызы-вает износ деталей. На поверхности тормозного барабана (рис. 3, д) показаны риски, которые появляются при воздействии на вра-щающийся барабан твердого тела или твердых частиц. Задиры (рис. 3, е) образуются в результате схватывания поверхностей при трении вследствие действия между ними молекулярных сил. На рис. 3, ж показана рабочая поверхность детали с налипшими на нее посторонними частицами, а на рис. 3, з-- поверхность де-тали с износом при заедании в результате схватывания -- глубинно-го вырыва материала и переноса его с другой поверхности трения.

Тенденция к изнашиванию присуща многим видам имущества, учитываемым в компании, в том числе и основным фондам. О том, какими бывают виды износа основных средств и как его определить, пойдет речь в публикации.

Понятие и виды износа основных производственных фондов (ОПФ)

ОПФ – активы, рассчитанные на эксплуатацию в производстве на протяжении продолжительного времени (более 1-го года) и изнашиваемые в процессе работы.

Износом принято считать постепенную утрату объектом потребительских качеств и, соответственно, его стоимости. Происходит он по-разному. Некоторые объекты изнашиваются вследствие устаревания и ветхости составляющих материалов, механического износа, усталости металла под действием производственных процессов, природных явлений и других факторов, а другие – из-за потери целесообразности использования и снижения экономической эффективности в применении. А поскольку изнашиваются производственные фонды по совершенно разным причинам, то и классифицируют это явление сообразно им.

Исходя из перечисленных критериев, к видам износа основных фондов относятся физический и моральный износ.

Моральный износ основных фондов

Моральный износ ОС обнаруживается в обесценении ОС, как следствия появления технических новинок, иногда задолго до окончания СПИ. Отличают моральный износ 1-го и 2-го порядков.

К 1-му относится износ, вызываемый повышением производительности труда в отраслях, производящих ОФ. Этот процесс приводит к удешевлению выпускаемых объектов, обладающих уже повышенной конкурентоспособностью вследствие снижения цены.

Моральный износ основных средств 2-го порядка происходит в итоге создания наиболее экономически эффективных основных фондов, появления новых объектов, обеспечивающих повышение производительности производства.

Моральный износ может быть частичным или полным. Частичным признается износ, представляющий собой долевую потерю потребительской стоимости объекта. В зависимости от специфики производства можно предотвратить частичное моральное изнашивание объекта путем использования его на других операциях, где эффективность будет выше.

Полным моральным износом считается полное обесценивание объекта. В таких случаях его использование на производстве становится убыточным.

Физический износ основных фондов

Физический износ ОС обозначает утрату потребительной стоимости. Разграничивают продуктивный и непродуктивный износ. Для продуктивного характерна утрата стоимости, являющаяся итогом эксплуатации, непродуктивный износ – неизменный атрибут объектов, находящихся на консервации, по разным причинам, как то, невозможность использования, естественное старение и т.п.

Физический износ может быть полным или частичным. При полном, объекты ОС замещаются новыми активами, поскольку срок службы истек и стоимость ОС полностью перешла в цену выпускаемых продуктов. Примером может служить капстроительство, когда возведенное здание заменяет изношенное. Частичный физический износ предполагает возможность дальнейшей работы объекта, проведение ремонтных работ, реконструкций, если это целесообразно, или осуществление оценочных работ для определения процента износа объекта и установления возможности его эксплуатации или реализации.

Методы расчета износа

Степень физического износа основных средств зависит от таких факторов, как интенсивность и длительность эксплуатации, характерных особенностей конструкций ОС и обстоятельств работы. Мы рассмотрим методы расчета износа зданий, поскольку именно они чаще всего требуют профессиональной оценки.

В спецлитературе по оценке описывают 5 методов расчета физического износа зданий. Это методы:

• компенсации затрат;
• хронологического возраста;
• эффективного возраста;
• экспертный;
• разбивки.

Рассмотрим особенности каждого из них.

1. Компенсация затрат заключается в приравнивании величины износа к расходам на его устранение, что является превосходным обоснованием величины износа. Недостатком метода считают его трудоемкость расчетов, в особенности для крупных строений.
2. При методе хронологического расчета используют формулу:

   И физ = В х / В сс x 100, где В х – возраст объекта по факту, В сс – срок службы здания по нормативу.

   Произведем расчет физического износа здания, пример :

   Определим износ здания, прослужившего 750 месяцев при нормативно установленном сроке службы в 1200 месяцев.

   И физ = 750 / 1200 x 100 = 62,5%

   Достоинство метода – простота расчета, но он не учитывает происходивших в течение эксплуатации ремонтов и замен, что часто происходит на практике. Поэтому эффективным этот способ считается для расчета износа в первые годы функционирования ОС, в возрасте здания более 10 лет не стоит использовать его.;

3. Расчет методом эффективного возраста имеет 3 вариации:

   И физ = В э / В сс х 100%, где где В э – эффективный возраст объекта, т. е. эксперт оценивает строение по внешнему виду.

   И физ = (В сс – В ост) / В сс х 100%

   И физ = (1 – В ост / В сс) х 100%, где В ост – оставшийся срок эксплуатации здания.

   Подставляя в формулы исходные данные предыдущего примера и добавив оценку эксперта 720 мес., получим значения:

   И физ = 720 / 1200 х 100 = 60%

   И физ = (1200 – 450) / 1200 х 100 = 62,5%

   И физ = (1 – 450 / 1200) х 100 = 62,5%

   Недостатком метода является невозможность веского обоснования эффективного возраста строения. Существует большая погрешность расчетов (это видно по первой формуле).

4. В основе экспертного метода заложена шкала оценок для установления износа, предложенная в «Правилах оценки физического износа жилых зданий» ВСН 53-86р. Величина его определяется по внешним повреждениям элементов. Этот метод используют сотрудники БТИ при оформлении техпаспортов. Износ определяется по формуле:

   И физ = ∑ (И к х УВ к) х 100%, где И к – величина износа определенного элемента в здании, рассчитанная по правилам ВСН 53-86р, УВ к – удельный вес этого элемента в здании.

   Указанный НПА подробно описывает экспертную методику, мы знакомим только с принципом расчета. Экспертный метод является наиболее часто применяемым.

5. Метод разбивки предлагает установление физического износа в целом суммированием значений износа по отдельным группам, выраженным в:
   • Исправимом износе (отложенном ремонте);
   • Неисправимом износе короткоживущих (т.е. неоднократно заменяющихся при эксплуатации) элементов;

   На разных этапах определения износа могут использоваться все перечисленные выше методы расчета физического износа.

   • Неисправимом износе долгоживущих (восстановление которых возможно лишь при капремонте здания) элементов.

К эрозионным видам износа относят :

• эрозионное изнашивание – твёрдые частицы, движущиеся в потоке газа или жидкости, оказывают на поверхность металла многократные локальные импульсные удары, вызывающие расшатывание и вымывание поверхностного слоя деталей (эрозию);
• электроэрозионное изнашивание – эрозионное изнашивание поверхности в результате воздействия электрического тока, при этом происходит частичный перенос металла с одного контакта на другой и распыление металла;
• кавитационное изнашивание – гидроэрозионное изнашивание при движении твёрдого тела относительно жидкости и наоборот, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, создавая местное повышение давления.

К дополнительным видам износа относят () .

Таблица 7.2 – Дополнительные виды износа

7.2. Виды разрушений и изломов

Излом – разрушение детали, вызванное низким качеством материала, дефектами изготовления, нарушением правил эксплуатации, случайными механическими повреждениями и другими факторами.

Вид излома позволяет определить причины его возникновения ().

Таблица 7.3 – Основные виды изломов

Правила при очистке и осмотре излома :

• не удалять с поверхности излома неплотно прилегающие фрагменты;
• не пытаться сложить вместе части разрушенной детали;
• не протирать излом ветошью и щётками;
• очистка излома проводится обдувкой сжатым воздухом с последующим погружением в керосин.

Особенности дефектов закалки приведены в .

Таблица 7.4 – Дефекты закалки

7.3. Повреждения подшипников качения

Следы радиальной силы, приложенной в одной точке, постоянной по направлению , при вращающемся внутреннем и неподвижном наружном кольце проявляются в виде непрерывного следа на внутреннем кольце и местном изнашивании наружного кольца ().

Рисунок 7.1 – Следы радиальной силы, постоянной по направлению:
а) непрерывный след износа на внутреннем кольце;	б) местное изнашивание наружного кольца

Если неподвижным является внутреннее кольцо, а подвижным наружное, тогда воздействие постоянной радиальной силы проявится в виде непрерывного следа износа на наружном кольце и местном изнашивании внутреннего кольца.

При деформации наружного кольца подшипника в результате отклонений формы посадочного места на наружном неподвижном кольце появится осповидное выкрашивание в двух точках ().

Рисунок 7.2 – Осповидное выкрашивание в двух местах на беговой дорожке наружного кольца двухрядного сферического радиального роликоподшипника при отклонении формы посадочного места крышки подшипника

Радиальная сила, приложенная в одной точке, совершающая периодическое колебательное движение в ограниченном секторе приводит к местному изнашиванию наружного и внутреннего колец подшипника (). Такой вид изнашивания характерен для шарнирных механизмов, в которых вал совершает колебательные движения.

Рисунок 7.3 – Местное изнашивание беговой дорожки наружного кольца двухрядного радиального роликоподшипника при колебательном движении

Радиальная сила, вращающаяся вместе с валом , приведёт к появлению постоянного следа износа на неподвижном наружном кольце и местного выкрашивания на внутреннем кольце ().

Рисунок 7.4 – Местное выкрашивание внутреннего кольца шарикоподшипника при вращающейся радиальной силе, неподвижном наружном кольце и одновременном воздействии осевой силы

Осевая сила, действующая в продольном направлении , вызывает смещение следов износа на кольцах подшипника (). Дополнительно, о воздействии осевой силы можно судить по наличию засветлений на торцах роликов ().

Рисунок 7.5 – Высветления на торцах роликов одной из беговых дорожек двухрядного радиального роликоподшипника при воздействии осевой силы

В подшипниковом узле имеются как неподвижные, так и подвижные контактирующие поверхности деталей. Осмотр подшипника качения проводится последовательно от посадочной поверхности подшипника в корпусе механизма к посадочной поверхности внутреннего кольца на вал.

Если поверхности внутреннего кольца и вала неподвижны, то внутреннее кольцо подшипника имеет матовую поверхность ().

Рисунок 7.6 – Матовая поверхность внутреннего кольца подшипника при неподвижной посадке на вал

Ослабление посадки подшипника в результате ошибок монтажа, эксплуатации часто приводит к проворачиванию подшипника на валу и в корпусе (). Проворот подшипника сопровождается увеличением температуры узла, изменением характера шума и вибрации и приводит к недопустимому износу корпусных деталей.

Рисунок 7.7 – Следы проворачивания колец подшипника

Фреттинг-коррозия возникает при перемещении контактирующих поверхностей под воздействием переменных сил или вибраций. Проявляется в виде интенсивного окисления поверхностей, тёмных пятен на посадочных поверхностях колец подшипников (). Приводит к стуку, ударам при работе подшипника. При дальнейшем развитии может служить причиной зарождения усталостных трещин.

Рисунок 7.8 – Следы фреттинг-коррозии на посадочной поверхности колец шарикоподшипника:
а) внутреннего;	б) наружного

Если нагрузка неравномерно распределяется по длине ролика или между рядами тел качения двухрядного подшипника (), то долговечность подшипника значительно снижается. Причина – перекос корпуса подшипника .

Рисунок 7.9 – Неравномерное выкрашивание при изгибе вала:
а) по длине роликов радиального роликоподшипника;	б) по беговым дорожкам двухрядного радиального сферического шарикоподшипника

Осмотр внешних торцевых поверхностей колец подшипника позволяет подтвердить проворачивание колец или определить наличие контакта подшипника с рядом расположенной деталью ().

Рисунок 7.10 – Кольцевые риски на торцевой поверхности внутреннего кольца – результат контакта кольца подшипника с неподвижной деталью

Осмотр беговых дорожек внешнего и внутреннего колец позволяет установить характер контакта тел качения и беговой дорожки. Перекос вала относительно корпуса подшипника может быть зафиксирован по треугольному следу при колебательном характере нагружения подшипника ().

Рисунок 7.11 – Треугольная форма контакта кольца с роликом при перекосе вала относительно корпуса двухрядного роликового радиального подшипника

Трещины поперек беговых дорожек – результат воздействия динамических нагрузок, ударов или ошибок монтажа (). Сколы бортов колец – результат динамических воздействий осевой силы ().

Рисунок 7.12 – Результаты воздействия ударной нагрузки:
а) поперечная трещина на кольце подшипника;	б) сколы бортов кольца

Трещины, расположенные вдоль кольца подшипника, – результат отсутствия тепловых зазоров при нагреве механизма. Возникающая при тепловом расширении осевая сила приводит к исчезновению радиального зазора и возникновению значительных радиальных сил, способных привести к разрушению наружного кольца ().

Рисунок 7.13 – Разрушение наружного кольца шарикоподшипника при отсутствии теплового зазора

Увеличенная осевая игра пары радиально-упорных шариковых подшипников приводит при возникновении продольной силы к появлению гранности или к осповидному выкрашиванию на нерабочей части беговой дорожки ().

Рисунок 7.14 – Нерабочая часть беговой дорожки радиально-упорного шарикового подшипника при увеличенной осевой игре и продольном нагружении:
а) гранность;	б) осповидное выкрашивание

Бринеллирование проявляется в появлении вмятин на беговых дорожках с шагом, равным шагу тел качения. Оно является следствием ударных воздействий во время монтажа ().

Рисунок 7.15 – Бринеллирование на беговых дорожках упорного шарикоподшипника – вмятины с шагом, равным шагу тел качения

Ложное бринеллирование возникает при оттоке смазки с поверхностей качения подшипников неработающей машины в результате механических колебаний, передающихся от работающих механизмов. Проявляется в виде повреждений рабочей поверхности подшипника, расположенных с шагом равным шагу тел качения ().

Рисунок 7.16 – Следы ложного бринеллирования на рабочей поверхности наружного кольца роликового радиально-упорного конического однорядного подшипника

Повреждения сепаратора – наиболее серьёзный вид повреждений. При повреждениях сепаратора возможны повреждения других деталей вследствие вибрации, износа, заклинивания и перекосов (). Наиболее распространённая причина разрушения сепаратора – проблемы смазывания и деформации наружных колец . Это приводит к возникновению неравномерных сил по телам качения и воздействию разрушающих сил на сепаратор.

Рисунок 7.17 – Разрушение сепаратора

Подшипники качения подлежат замене при наличии одного из следующих повреждений :

• усталостные или коррозионные раковины на дорожках и телах качения;
• трещины, сколы бортов, колец, тел качения;
• трещины, излом сепаратора;
• износ, обрыв заклёпок сепаратора;
• забоины на сепараторе;
• задиры, рифление, выработка или вмятины на рабочих поверхностях колец и тел качения;
• поверхностная коррозия или цвета побежалости на рабочих поверхностях;
• увеличение радиального зазора.

7.4. Повреждения зубчатых передач

внешние факторы :

1. Значение прилагаемой силовой нагрузки определяет следующий характер повреждений на рабочей поверхности:
   • номинальная нагрузка не приводит к изменению формы зуба и не оставляет следов деформации на рабочей поверхности зубчатой передачи ();
     

     Рисунок 7.18 – Отсутствие деформаций – признак воздействия номинальной нагрузки:
     а) рабочая поверхность зубьев;	б) торцевая поверхность зубьев

   • переменные или знакопеременные силы, приводят к появлению на площадках контакта напряжений, превышающих предел выносливости материала, оставляют на рабочей поверхности осповидные углубления, вызываемые усталостью материала ();
     

     Рисунок 7.19 – Превышение предела выносливости материала приводит к осповидному выкрашиванию рабочей поверхности:
     а) начальная стадия;	б) дальнейшее развитие;	в) предельное состояние

   • пластические сдвиги на рабочей поверхности зубьев происходят при превышении напряжений, действующих на площадках контактов, предела текучести, поверхностный слой металла перемещается от делительного диаметра к вершине зуба, образуя выступ ();
     

     Рисунок 7.20 – Пластические сдвиги на рабочей поверхности зубчатой передачи – напряжения на площадках контактов превысили предел текучести:
     а) начальная стадия;	б) дальнейшее развитие

   Промежуточными проявлениями действующих сил являются: отслаивание частиц металла с рабочей поверхности зубьев, наклёп из-за сильных ударов при наличии зазора в зацеплении.

2. Характер прилагаемой силовой нагрузки связан с постоянством или непостоянством частоты вращения, изменением направления вращения, значением динамической составляющей. Динамические удары часто приводят к изломам зубьев (). При увеличении частоты вращения увеличиваются требования к точности изготовления и установки зубчатых передач, в противном случае – увеличивается износ зубьев. В нереверсивных передачах в обязательном порядке следует осматривать обратную (нерабочую) поверхность зуба. На ней могут проявляться ошибки изготовления или монтажа. Например, из-за малого бокового зазора на обратной поверхности зуба могут появиться следы контакта ().

   

   Рисунок 7.21 – Излом зубьев из-за воздействия динамических ударов

   

   Рисунок 7.22 – Пятно контакта на нерабочей поверхности зуба колеса

3. Наличие абразивных частиц или веществ, вызывающих коррозию, приводит к абразивному износу, коррозии поверхности зубьев, способствует возникновению газовой или жидкостной эрозии. Основная причина коррозии – наличие воды в смазочном материале – проявляется в виде равномерного () или неравномерного слоя () ржавчины на поверхности зубьев.
   

   Первоначальное проявление абразивного износа – появление царапин или рисок на рабочей поверхности в направлении движения абразивного материала (). Развитию абразивного износа способствует использование загрязнённой или пластичной смазки, являющейся аккумулятором абразивных частиц. У изношенных передач повышаются зазоры в зацеплении; усиливаются шум, вибрация и динамические перегрузки; искажается форма зуба; уменьшаются размеры поперечного сечения и прочность зуба ().

   

   Рисунок 7.24 – Начальная стадия абразивного износа колеса шестерённого насоса – появление рисок на рабочей поверхности зубьев

   

   Рисунок 7.25 – Предельная стадия абразивного износа кремальерной шестерни

На работоспособность зубчатого зацепления влияют такие внутренние факторы :

1. Неподвижность посадочных поверхностей зубчатого колеса и вала удовлетворяет требованиям в том случае, если сопрягаемые детали неподвижны при приложении нагрузки (). Появление малых перемещений сопрягаемых деталей приводит к фреттинг-коррозии, проявляющейся в виде тёмных пятен на посадочной поверхности ().
   

   В дальнейшем появляются следы взаимного перемещения сопрягаемых поверхностей в виде блестящих полированных участков поверхности. Это увеличивает скорость развития процессов износа, создавая предпосылки для возникновения ударов на последней стадии развития повреждения. При раскрытии стыка сопрягаемых деталей жёсткость соединения уменьшается, возникают динамические удары, приводящие к наклёпу и разрушению.

В процессе эксплуатации оборудование и его элементы, под­вергаясь различным воздействиям, изменяются по состоянию, раз­мерам и свойствам. Эти изменения могут протекать плавно (зако­номерное изменение) и скачкообразно (незакономерное измене­ние). Причины указанных изменений - явления изнашивания, оцениваемые по изменению геометрических размеров элементов машин, их массы или по каким-либо другим косвенным призна­кам (износ вследствие изменения формы без потери массы и др.).

Изнашивание - процесс, приводящий к изменению не только внешних, но и прочностных характеристик элементов машин, что постепенно уменьшает их надежность и ведет к отказам в работе.

Наиболее интенсивно процесс изнашивания протекает в сопря­женных элементах машин, особенно при взаимном их перемеще­нии. На рис. 7 представлены основные факторы, определяющие процессы изнашивания в машинах.

Рис. 7. Основные факторы, определяющие процессы изнашивания в машинах и оборудованиях.

Износ - результат изнашивания, проявляющийся в виде отде­ления или остаточной деформации материала детали. Последстви­ем износа, как правило, является нарушение сопряжений, кинема­тических связей и работы деталей данного узла или механизма в целом.

Изнашивание машин может быть механическим, молекулярно-механическим, коррозионно-механическим, коррозионным.

Механическое изнашивание происходит в результате механи­ческих воздействий и включает следующие виды изнашивания: аб­разивное, гидроабразивное, газоабразивное, эрозионное, устало­стное, кавитационное.

Абразивное изнашивание возникает в результате режущего и царапающего действия твердых частиц. Эти частицы, попавшие извне или отделившиеся (выкрошенные, состроганные и т.п.) от взаимосоприкасающихся и трущихся деталей, в значи­тельной мере увеличивают их износ.

Гидроабразивное изнашивание возникает в ре­зультате воздействия твердых частиц, попавших в поток масляной жидкости, служащей смазкой между деталями.

Газоабразивное изнашивание возникает в резуль­тате воздействия твердых частиц, попавших между трущимися де­талями с потоками газа.

Эрозионное изнашивание поверхностей деталей происходит в результате воздействия потоков жидкости или газа, содержащих чрезмерно мелкие твердые частицы или включения.

Газоабразивное изнашивание характерно для двигателей внут­реннего сгорания, а эрозионное - для его частей: клапанной сис­темы, распылителей форсунок, жиклеров карбюраторов и др.

Усталостное изнашивание возникает в результате повторного деформирования материала деталей. Оно возникает и развивается в наиболее напряженных, преимущественно рабочих, поверхностных слоях деталей вследствие длительного действия нагрузок, особенно переменных по значению и направлениям. Мри этом виде изнашивания причиной поломок деталей являются усталостные трещины, которые начинают развиваться в той час­ти поверхности, где действуют растягивающие напряжения, и, как правило, от того места, где появились различного рода риски, забоины, отслоения.

Кавитационное изнашивание проявляется при от­носительном перемещении твердых тел в жидкостной среде. Чаще всего оно наблюдается в гильзах блока цилиндров, систем охлаж­дения и смазки двигателей внутреннего сгорания, лопастей масля­ного и водяного насосов и т.п.

Молекулярно-механическое изнашивание происходит в результате одновременного воздействия механических и молекулярных или атомарных сил. Взаимосоприкасающиеся и трущиеся поверх­ности сопряженных деталей вследствие их неровностей и шерохо­ватостей имеют контакты, через которые передаются значитель­ные удельные нагрузки, поэтому возможны разрывы смазываю­щей пленки (масел, мазей), а при больших относительных скоростях перемещения поверхностей деталей возникает чрезмерный на­грев, приводящий к испарению смазывающей пленки масел или мазей и к схватыванию частиц соприкасающихся деталей. В даль­нейшем происходит отрыв и разрушение мест схватывания деталей. При этом на одной из поверхностей образуется углубле –ние, а на другой - выступ, т.е. происходит перенос металла с одной поверхности на другую.

Рассматриваемый вид изнашивания наблюдается в процессе приработки деталей и элементов машин.

Коррозионно-механическое изнашивание происходит при трении материалов, вступивших в химическое взаимодействие со средой (кислородом воздуха и другими газами). Под действием агрессивной окислительной среды на взаимосоприкасающихся и трущихся повер­хностях деталей образуются пленки окислов, которые в результате механического трения снимаются, а поверхности, освободившиеся от этих пленок, снова окисляются и т.д., т.е. происходит процесс из­нашивания. Примером является изнашивание деталей цилиндропоршневой группы двигателей вследствие наличия в среде таких агентов коррозии, как серная, сернистая и органические кислоты.

Наиболее значительное влияние на процесс изнашивания оказы­вают силы трения, вызывая механический и другие виды износа вза­имосоприкасающихся поверхностей. Причем возникающее в резуль­тате трения изнашивание представляет собой целый ряд одновремен­но протекающих процессов: истирание, смятие, окисление и др.

Процесс истирания возникает при скольжении одной детали машины или ее элемента относительно другой. Это явление назы­вается трением первого рода и происходит вследствие того, что со­прикасающиеся поверхности, как правило, имеют неровности (шероховатости), препятствующие свободному перемещению (скольжению) одной детали по другой. Процесс истирания проис­ходит тем интенсивнее, чем более шероховаты соприкасающиеся поверхности. Интенсивность изнашивания возрастает, если меж­ду соприкасаемыми поверхностями попадают абразивные или другие включения.

Процесс истирания возникает также при взаимном обкатыва­нии поверх –ностей деталей машин под нагрузкой и при ударах. Это явление называется трением второго рода. Оно происходит вслед­ствие того, что в результате обкатывания или ударов на поверх­ностях соприкасающихся деталей появляются микротрещины, а часто и макротрещины, с последующим развитием их в глубину и образованием тонкой пленки металла, которая в дальнейшем вык­рашивается и отслаивается, в результате чего возникает так назы­ваемый износ при крупном разрушении. Причинами такого износа могут быть поверхностная усталость, а также структурные нарушения металла соприкасающихся поверхностей вследствие нагре­ва и ударов. Рассмотренный вид механического износа часто по­является на рабочих поверхностях зубчатых и червячных передач, подшипников качения, различных опорных устройств и т.п.

Рис.8. Изнашивание в сопряженных деталях: а - нарастание износа; б - скорость изнашивания

Коррозионное изнашивание - разрушение металлических час­тей машин под действием окружающей среды, особенно увлаж­ненной. Разрушение при этом виде изнашивания начинается, как правило, с наружных поверхностей, постепенно проникая вглубь. Наиболее распространенный вид коррозии - ржавление, т.е. со­единение металла с кислородом воздуха. В результате коррозии неокрашенные поверхности металлических частей машин сначала покрываются темным налетом, а затем глубокими (если не будут приняты необходимые меры) разъедающими изъянами, при этом металлические части приобретают губчатую непрочную структу­ру. Наибольшему поражению и износу в результате коррозии под­вергаются детали машин с малым содержанием углерода. Интен­сивность коррозии нарастает в присутствии ряда газов и жидко­стей, содержащих кислоты и щелочи.

Различают два вида коррозионных процессов изнашивания: хи­мический и электрохимический .

Химическая коррозия проявляется при воздействии кислорода воздуха и различных газов (углекислого, сернистого), а также жидкостей, не проводящих электрического тока (масел и мазей переработки нефти, различных смол). Интенсивность химического изнашивания деталей зависит от качества материалов, из которых они изготовлены, степени окисляемости при высоких температурах и условий работы (нейтральная или агрессивная среда и др.).

Электрохимическая коррозия возникает в средах, проводящих электрический ток, т.е. в электролитах - растворах солей, кислот, щелочей, а также во влажной атмосфере и почве.

Закономерность нарастания износа элементов оборудования, особенно в их сочленениях, выражается кривой, имеющей три чет­ко выраженных участка, которые характеризуют периоды работы сочленений (рис. 8):

I- период приработки, когда сочленения изнашиваются очень интенсивно, но скорость изнашивания постепенно снижается;

II- период нормальной работы, когда условия на поверхности сочлененных деталей становятся постоянными, а изнашивание протекает с постоянной скоростью;

III- период аварийного, наиболее интенсивного изнашивания, когда износы (зазоры) достигают недопустимых значений.

Период нормальной работы элемента оборудования (сбороч­ной единицы, детали, пр.):

(31)

где - продолжительность приработки деталей; - износ, со­ответствующий максимально допустимому износу (зазору) в со­пряжениях деталей; - износ, соответствующий окончанию при­работки деталей; tg - коэффициент, характеризующий темп скорости изнашивания деталей.

На темп изнашивания нормального периода эксплуатации влияют следующие основные факторы: условия работы - давле­ние, характер нагрузок, относительные скорости, температуры и др.; свойства материалов, их изменяемость в работе; условия со­пряжения, характер контакта сопряженных элементов, качество обработки материала, из которого изготовлены эти элементы; своевременность и качество технических обслуживании; соответствие применяемых топлив и смазочных материалов.

Кроме изнашивания возможны явления пластических дефор­маций элементов оборудования, возникающие вследствие недопу­стимых нагрузок на эти элементы.

Изменения в машинах и их элементах выражаются следующей функциональной зависимостью:

где - эксплуатационные факторы (характер и особенности производства работ, режимы использования машин, климатичес­кие условия и др.); - конструктивные факторы (кинематичес­кие и динамические особенности машин, свойства материалов, из которых изготовлены их элементы, и др.); - технологичес­кие факторы (вид материалов, из которых изготовлены элементы машин, способы и качество их обработки и др.); - субъектив­ные особенности и квалификация обслуживающего машины пер­сонала (машинистов, слесарей, заправщиков и др.).

Износы в машинах и их элементах подразделяются на мораль­ные и физические.

Моральный износ - снижение стоимости оборудования под влиянием технического прогресса.

Этот вид износа имеет две фор­мы проявления. Моральный износ первой формы - обесценива­ние машин вследствие постоянного роста производительности труда в отраслях, выпускающих эти машины, а также изготовляющих для них изделия, материалы и т.п. Область распростране­ния этой формы морального износа определяется темпами техни­ческого прогресса той отрасли народного хозяйства и связанных с ней отраслей, которые производят указанные машины или ком­плектующие для них изделия, материалы и т.п.

Потеря стоимости оборудования в связи с моральным износом первой формы:

(33)

где - первоначальная стоимость оборудования, руб.; - восстановительная стоимость машины или стоимость полного ее воспроизводства на момент физического износа с учетом появле­ния более совершенных конструкций, руб.

Восстановительная стоимость оборудования через определен­ное время Т:

(34)

где - первоначальная стоимость машины, руб.; р - средне­годовой прирост производительности труда в отрасли и в связан­ных с ней отраслях, выпускающих указанный вид оборудования.

Моральный износ второй формы - обесценивание оборудо­вания вследствие появления новой техники, т.е. аналогичных или близких к ним машин, но более совершенных конструкций. Пока­зателем морального износа этой формы служит коэффициент сни­жения стоимости машин вследствие технического прогресса, вы­раженный в долях от первоначальной ее стоимости:

(35)

Физический износ возникает в результате механического молекулярно-механического и коррозионно-механического изнашива­ний и складывается из износа конструктивных и неконструктив­ных элементов машин. Физический износ появляется как вследствие прямого действия машин и их элементов (износ в результате прямого действия машин), так и вследствие непрямого действия оборудования и отдельных его элементов (износ в результате без­действия оборудования - во время простоев, когда на них влия­ют атмосферные и другие неблагоприятные условия). Износ опре­деляют в процентах: новые элементы в оборудовании (детали, сборочные единицы и др.) принимаются за 100 % годности, а из­ношенные, применение которых является невозможным, - за 100 % износа.

В стоимостном выражении физический износ оборудования определяется (% от стоимости воспроизводства):

(36)

где - сметная стоимость ремонта оборудования, руб.; - восстановительная стоимость оборудования или стоимость пол­ного воспроизводства оборудования на момент физического его износа с учетом появления более совершенных конструкций, руб.; а - относительное значение остаточного износа, которое уста­навливается из опытных данных ремонта подобного оборудова­ния, %.

Ремонт оборудования целесообразен в том случае, если затра­ты на восстановление оборудования будут меньше затрат на при­обретение нового, т.е. < , где - стоимость нового оборудования. При этом нельзя не учитывать степени совершен­ства конструкции, соответственно, и технико -экономических по­казателей как старого, так и нового оборудования.

Общий износ оборудования вследствие физического и мораль­ного износов в долях от первоначальной стоимости:

Рис.9 График суммарного износа машины, состоящей из элементов сменяемых или полностью возобновляемых в различные сроки службы (по укрупненным показателям)

Суммарный износ оборудования определяют двумя метода­ми - аналитическим и графическим . Наиболее наглядным является графический метод.

По горизонтальной оси (рис.9) откладывают полный срок службы машины Т (принимаемый по нормативным таблицам сроков службы), а по вертикальной оси - максимальный показатель суммированного износа . Сначала определяют износ основного несменяемого и невозобновляемого элемента оборудования (основной рамы, станины и т.п.) с абсолютным значением износа . Прямая линия, проведенная от начала координат до точки , представляет линию суммарного износа рассматриваемого эле­мента. К концу срока службы оборудования этот элемент за время будет полностью изношен (частный износ

Срок службы элементов машин принимают по результатам опытной проверки, данных испытаний или по нормативным спра­вочникам.

При определении суммарного износа придерживаются следу­ющего порядка: составляют перечень всех конструктивных и не­конструктивных элементов машины; определяют срок их службы; подбирают конструктивные и неконструктивные элементы по группам, чтобы каждую из них можно было рассматривать как один укрупненный элемент; определяют срок службы и стоимость всех одновременно сменяемых или возобновляемых элементов каждой из указанных групп; составляют таблицу и рассчитывают суммарный износ на любой интервал использования машины или строят график износа по укрупненным показателям.

При определении срока службы или стоимости укрупненных элементов и периодичности их возобновления могут быть исполь­зованы данные о периодичности и средней стоимости соответ­ствующего технического обслуживания и ремонта вместе со сред­ней стоимостью сменяемых при этом запасных частей.

Лекция №3. Износ деталей оборудования. Виды износа.

Износ – постепенная поверхностная разрушение материала с изменением геометрических форм и свойств поверхностных слоев деталей.

Бывает износ:

Нормальный;
- аварийный.

В зависимости от причин износ делится на 3 категории:

1. химический;
2. физический;

3. тепловой

Нормальный износ – изменение размеров, происходящее в короткий срок из-за неправильного монтажа, эксплуатации и технического обслуживания.

Химический износ – заключается в образовании на поверхности деталей тончайших слоев окиси с последующим отшелушиванием этих слоев. Происходящие разрушения сопровождаются появлением ржавчины, разъедания метала.

Физический износ – причиной может быть:

Значительные нагрузки;

Поверхностное трение;

Абразивное и механическое воздействие.

И при этом на деталях появляется:

Микротрещины;

Трещины;

Поверхность метала становится шероховатая.

Физический износ бывает:

Осповидный;
- усталостный;
- абразивный;

Тепловой износ – характеризуется возникновением и последующим разрушением молекулярных связей внутри металла. Возникает из-за повышенной или пониженной температуры.

Причины, влияющие на износ:

1. Качество материала деталей.

Как правило для большинства деталей износоустойчивость тем выше, чем тверже их поверхность, но не всегда степень твердости прямо пропорциональна износоустойчивости

Материалы, обладающие только большой твердостью имеют высокую износоустойчивость. Однако при этом возрастает вероятность появления рисок и отрывов частиц материала. Поэтому такие детали должны обладать высокой вязкостью, которая препятствуют отрыву частиц. Если две детали из однородных материалов испытывают трение, то следовательно с повышением коэффициента трения они быстро изнашиваются, следовательно более дорогие и трудно заменяемые детали нужно изготовлять из более твердого, качественного и дорогого материала, а более дешевые простые детали изготавливать из материала с низким коэффициентом трения.

2. Качество обработки поверхности детали.

Установлено три периода износа детали:

Начальный период приработки – характеризуется быстрым увеличением зазора подвижных соединений;
- период установившегося износа – наблюдается медленное, постепенное изнашивание;

Период быстрого, нарастающего износа – вызываемый значительным повышением зазоров и изменением геометрических форм деталей.

Для повышения срока службы деталей необходимо:

Сократить максимально первый период, путем очень точной и чистой обработки деталей;

Повысить максимально второй период;

Предотвратить третий период.

3. Смазка.

Слой смазки, вводимой между трущимися деталями попадая, заполняет все шероховатости и неровности и уменьшает трение и износ во много раз.

4. Скорость движения деталей и удельное давление.

На основании опытных данных установлено, что при нормальных удельных нагрузках и скоростях движения от 0,05 до 0,7 разрыва масляного слоя не происходит и деталь работает долго. Если повысить нагрузку, то износ детали возрастет многократно.

5. Нарушение жесткости в неподвижных деталях.

6. Нарушение посадок.

7. Нарушение взаиморасположения деталей в сопряжениях.