1.3.3. Характерные повреждения деталей в процессе
эксплуатации

Повреждения  деталей машин можно разделить  на три группы: износы, механические повреждения и микротепловые повреждения.

Износы деталей машин определяются:  давлением  и 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 ходовой части мобильных машин, 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 шату­нов) – 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».

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

Трещины – экстремальный дефект, представляющий собой области с полностью нарушенными межатомными связями (берега трещин) и частично нарушенными межатомными связями (вершина трещины), в результате внешних воздействий.

Пробоины – пробитое насквозь отверстие, пролом в результате силовых механических воздействий.

Риски и надиры – дефекты, возникающие в результате абразивного воздействия.

Выкрашивание – усталостные разрушения при повреждении детали в результате нарушения структуры металла и вследствие выпадения частиц металла.

Поломки и обломы – воздействие внешних сил, в результате которого детали выходят из строя.

Изгибы и вмятины – деформация в виде вмятины, характеризующаяся искривлением оси или искривлением поверхности детали под воздействием внешних сил

Скручивание – вид деформации детали, образующейся в результате смещения пластов материала относительно оси.

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

Коробление – искажение формы металлоизделия вследствие действия внутренних напряжений, вызываемых равномерным нагревом или охлаждением, деформацией или фазовыми превращениями металла.

Коррозия – разрушение металлов и сплавов вследствие химического и электрохимического взаимодействия их с внешней средой. При этом металл или компоненты сплава переходят в ионное (окисленное) состояние.

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

Известны также следующие виды износа: раковины, нагар, накипь они подробно рассмотрены в литературе [4].

Существуют также повреждения, связанные со снижением тех или иных эксплуатационных свойств деталей. Например, пружины, рессоры, торсионные валы, порш­невые кольца вследствие динамических нагрузок и теп­лового воздействия без видимых внешних повреждений утрачивают упругость, нарушая тем самым нормальную работу агрегатов, и часто вызывают полную потерю работоспособности машин.

Эксплуатационными свойствами автомобиля являются: динамические и тормозные свойства, управляемость, устойчивость, проводимость, плавность хода, топливная экономичность, надежность, долговечность и приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту.
Вследствие выхода из строя одной из деталей машины эксплуатационные свойства будут потеряны.

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 протяжённости, 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, 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.

Таким образом, зная закономерность нарастания износа детали или увеличения зазора сопряжения, можно легко определить предельные и допускаемые износы деталей или  зазоры сопряжения.

Предельный износ – износ, при котором дальнейшая работа детали, сборочной единицы изделия становится технически ненадежной и экономически нецелесообразной.

Допускаемым износом называют износ, при котором не нарушается нормальная работа в соединении и продолжительность работ будет не менее одного 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 независимо от других неисправностей детали. Они носят случайный характер и при эксплуатации деталей могут и не появиться.

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

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