Стадия малой трещины 5 страница

Наряду с нарушением и образованием связей, обусловленных молеку-лярным взаимодействием, скольжение сопровождается деформированием поверхностных слоев в зонах фактического касания. Сопротивление сколь-жению, обусловленное этим процессом, называют деформационной состав-ляющей сил внешнего трения. Как правило, деформирование поверхност-ных слоев происходит путем внедрения более жестких микронеровностей одного тела в более мягкую поверхность другого.

16.2. Износ твердых тел

Все подвижные сопряжения и рабочие органы машин в процессе экс-плуатации как правило изнашиваются. Существует несколько видов износа. Наиболее типичными являются адсорбционно-коррозионно-усталостный, абразивный, молекулярный (адгезионный), аэро- и гидроабразивный, корро-зионный.

Адсорбционно-коррозионно-усталостный износ имеет место в подвиж-ных сопряжениях, защищенных от проникновения в них абразива. Меха-низм этого типа износа состоит в том, что при скольжении микронеровно-сти более жесткого тела внедряются в поверхностные слои менее жесткого и деформируют их. Деформирование поверхностных слоев приводит к зарождению полос скольжения, которые возникают в наиболее напряжен-ных областях поверхностных слоев. В местах пересечения полос скольже-ния происходит скопление дислокаций, разрыхление материала и образова-ние микропор. В дальнейшем микропоры, сливаясь, образуют микротрещи-ны, которые объединяются в макротрещины, которые затем растут под дей-ствием циклических нагрузок. Слияние трещин приводит к выкалыванию частиц материала.

Если соединение работает в среде, содержащей поверхностно-активные вещества (ПАВ) или коррозионно-активные вещества (КАВ), процесс изно-са резко ускоряется, так как ПАВ облегчают образование новой поверхно-сти и способствуют зарождению и росту трещин, а КАВ наводороживают материал в точках контакта, что приводит к его охрупчиванию и более быстрому разрушению.

При абразивном износе более жесткие микронеровности одного из тел, частицы из окружающей среды или продукты износа внедряются в поверх-ность менее жесткого из взаимодействующих тел, что приводит к износу. Если внедряются микронеровности более жесткого тела в поверхность менее жесткого, то деформируя последнюю, они могут вызвать образование стружки. Как правило в этом случае образование стружки одними микроне-ровностями и просто деформация другими идут параллельно.

При износе частицами окружающей среды происходит их внедрение в менее жесткое тело и затем износ этими частицами более жесткого.

Гидро- и аэроэррозионный износ происходит вследствие воздействия на поверхность материала твердых частиц, движущихся в потоке газа или жид-кости. В основном износ происходит в результате абразивного или уста-лостного действия, осложненного влиянием газовой среды или жидкости.

Молекулярный (адгезионный) износ заключается в разрушении связей, возникающих в результате межатомных (межмолекулярных) взаимодейст-вий. Эти связи образуются между пленками, покрывающими поверхности твердых тел. Износ происходит в тех случаях, когда фракционная связь на границах раздела оказывается прочнее, чем нижележащий материал. Этот вид износа является по существу микроглубинным вырыванием, сосредото-ченным в поверхностных слоях глубиной до 100 А.

Коррозионный износ распространен в средах (смазочной и рабочей), содержащих коррозионно-активные вещества. Поверхностные слои разру-шаются в результате механических воздействий и электродных процессов, ускоренных механическими воздействиями. Разновидность такого износа - коррозионно-механический и окислительный.

16.3. Износ деталей двигателя

16.3.1. Подшипники

Характерной причиной изнашивания деталей подшипников качения является контактная усталость материала тел качения (шариков, роликов) и беговых дорожек. На поверхности деталей, воспринимающих контактные нагрузки, металл деформируется. В результате циклического нагружения на поверхности происходит образование микротрещин, сливающихся затем в макротрещины.

Возможен износ вследствие схватывания материала тел качения и бего-вых дорожек. Как правило причиной преждевременного износа являются либо дефекты материала (поры, микротрещины), высокие растягивающие остаточные напряжения, либо излишне тяжелые условия работы: большие нагрузки, проскальзывания, перегрев, недостаток масла и т.д. Очень харак-терно для износившегося подшипника повышение температуры и уровня вибраций. Часто поэтому на наиболее ответственных подшипниках ставятся термопары и датчики вибраций.

16.3.2. Лопатки, диски и элементы проточной части

Типичными причинами изнашивания деталей ротора является фреттинг и абразивные повреждения. Фреттинг обусловлен динамичным характером нагружения деталей, а абразивные повреждения происходят вследствие заса-сывания твердых частиц при работе двигателя у земли.

Примером фреттинга является изнашивание сопряженных участков бан-дажных полок лопаток, которые в исходном состоянии устанавливают с натягом. Однако при некоторых режимах работы начинается их смещение друг относительно друга, износ, который портит поверхность и меняет ре-жимы работы лопаток, что может привести к их усталостному разрушению. Еще одним примером фреттинга может служить износ болтовых соедине-ний проточной части. Несмотря на начальную затяжку, в результате вибра-ционных микроперемещений деталей происходит многократное микро-схватывание, сопровождающееся вырывами и износом металла. Такое изна-шивание ослабляет затяжку, что усиливает перемещения. Процесс приобре-тает лавинный характер и оканчивается полным разрушением деталей.

Абразивный износ лопаток особенно характерен для вертолетных двига-телей. Абразивные повреждения могут явиться зародышами усталостных трещин.

Таким образом, возможными причинами изнашивания деталей воздуш-ного тракта двигателя являются:

1. Схватывание сопряженных поверхностей вследствие неблагоприят-

ного сочетания высокой скорости скольжения и дейст вующих на

детали контактных нагрузок.

2. Фреттинг (микросхватывания в сочетании с окислением), вызываемый

вибротрением как подвижных, так и номинально неподвижных дета-

лей при отсутствии смазывания.

3. Абразивное повреждение твердыми частицами в потоке воздуха или

газа.

16.3.3. Износ деталей насоса

Наиболее характерными деталями насосов являются плунжерные пары. Имеется два наиболее подверженных износу элемента - цилиндрическая поверхность плунжера и, соответственно, цилиндра и сферическая поверх-ность, контактирующая с плоской и конусной шайбой.

Основным видом изнашивания сферической поверхности является окис-лительный износ, механизм которого состоит в разрушении окисных пле-нок и вторичных структур, непрерывно восстанавливаемых в процессе скольжения. При высоких контактных нагрузках и неудовлетворительной смазке возможно схватывание, что приводит к быстрому изнашиванию плунжерных пар.

Интересно, что свойства материала, препятствующие окислительному износу и схватыванию, обратны. Если материал склонен к окислительному износу (скорость изнашивания 0,25 мм за 200 часов работы) он изнашива-ется быстрее, чем в него прорастают усталостные трещины, образующиеся от мест схватывания.

16.3.4. Износ деталей регулирующих устройств

В топливной, гидравлической и масляной аппаратуре имеются разнооб-разные регулирующие устройства, в которых чувствительными элементами являются золотниковые пары с деталями, совершающими сложные вибра-ционные возвратно-поступательные и вращательные движения. Увеличение зазоров вследствие изнашивания золотника приводит к изменению величины регулируемого параметра-перепада давлений.

Одним из вероятных отказов, происходящих из-за золотника, является его схватывание, иногда приводящее к заклиниванию.

Возможность схватывания определяется образованием ювенильных, ли-шенных окисных пленок, участков, сопряженных поверхностей. Необхо-димо также отсутствие в зазоре жидкости. Повышение твердости материала уменьшает площадь фактического контакта, облегчает проникновение жид-кости и предотвращает схватывание. Также работает увеличение шерохова-тости поверхности. Существуют также конструктивные способы улучшения смачиваемости.

Способствует схватыванию попадание абразивных частиц между трущи-мися поверхностями не только из-за уменьшения зазора, но и из-за локаль-ного нагрева металла вследствие царапания.

К мероприятиям по повышению надежности золотниковых пар относят: снижение максимальной скорости перемещения, увеличение диаметральных зазоров, улучшение фильтрации, исключение скалывания частиц материала деталей, устранение радиальных сил, повышение противозадирной стойкос-ти деталей, улучшение теплоотвода, повышением скорости циркуляции.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Диагностика авиационных деталей. В.Н.Лозовский и др. М.:

Машиностроение, 1988. 280 с.

2. Броек Д. Основы механики разрушения. М.: Высшая школа,

1980. 360 с.

3. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение,

1978. 240 с.

4. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. М.:

Наука, 1986. 560 с.

5. Неразрушающий контроль металлов и изделий: Справочник

/ Под ред. Г.С.Самойловича. М.:Машиностроение, 1979. 456 с.

6. Диагностирование и прогнозирование технического состояния

авиационного оборудования / Под ред. И.М.Синдеева. М.:

Транспорт, 1984. 192 с.

7. Серенсен С.Н. Сопротивление материалов хрупкому и цикли-

ческому разрушению. М.: Атомиздат, 1975.

8. Миллер К. Ползучесть и разрушение. М.: Металлургия, 1982.

9. Лозовский В.Н. Диагностика авиационных топливных и гид-

равлических агрегатов. М.: Транспорт, 1979. 259 с.

Дата добавления: 2015-11-14