Жиркин Ю.В. Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин. Учебник. Часть 2

Подождите немного. Документ загружается.

поверхность бочки ролика обработана по 6-му классу чис-

тоты обработки;

скорость транспортировки 10 м/с.

Решение.

Допустимую величину износа находим из зависимости (4.25).

[]

)(12,3

)101()104,10(

)109,7(1020)15,05,1(025,0

)(025,0

325,03625,06

5,013375,0

325,0625,0

5,0375,0

мм

rRl

⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅

∆⋅⋅⋅⋅

−

−−

Определяем значение упругой постоянной

∑

25 2 5 6

1 0 3 10 2 110 1 0 3 1 5 10 10 4 10

p м

вп()/E()/E

( , )/ ,· ( , )/ , ,

Па .

θθθ µ µ

∑

−

=+=− +− =

=− + +− ⋅ = ⋅

Значение радиуса микронеровностей r и комплексной харак-

теристики шероховатости находим из табл. 4.2.

r = 20 мкм,

7910,.

∆

−

=⋅

То есть при диаметре бочки ролика транспортного рольган-

га, превышающем средний диаметр роликов, находящихся в кон-

такте с транспортируемым металлом, более чем на 6 мм, происхо-

дит проскальзывание поверхности роликов относительно транс-

портируемого металла.

В этом случае достигается максимальный расход энергии на

преодоление сил трения, величину которых найдем из зависимости

0 246 0 246 1 0 246T,N, , кН==⋅=

Тогда необходимая мощность на преодоление трения одним

роликом

0 246 10 2 46NT , , кВт.

=⋅= ⋅ =

А суточные затраты в рублях при коэффициенте загрузки

рольганга К=0,5 составят:

Q = N ·t ·C = 2,46 ·24 ·0,5 · 0,4 = 11,808 руб.,

где С – стоимость 1 кВт ·ч.

При разнице в диаметрах бочки ролика по отношению к

среднему диаметру в 1 мм сила трения находится из зависимости

(4.30)

222

032 2 1 157 1 1

0 32 1 0 3 2 0 323 1 0 323 1 57 1 0 323 1 0 323

012

T , N f ( k /( k ) , arcsin( k )/( k ))

, ,(,/(,),arcsin(,)/(,))

, кН .

=⋅⋅ ++− − +=

=⋅⋅ ⋅ + +− − +

025 25

11 11136150166 0323

(Ua/R()) ( / ,) ,

=− − ⋅ =− −⋅ ⋅ =

Находим а из зависимости (4.14)

12 5 3 12

025 2 1 2 025 05

1128 1128 1 04 10 0 15 1 10 1 5

03610 036

21 1 141

11 66 1000 2 1 0 3 1 1 41 20 0 79 1 66

,/, ,

a,( rN/l) ,(, , /,)

, м , мкм.

[] (Pc/HB) ((( f) ) ), r

(, / ) ((( , ) ) ), , ,

км.

δ∆

−−

∑

−

=⋅⋅= ⋅⋅⋅⋅ =

⋅=

=+−⋅⋅⋅=

Контурное давление

находим из зависимости (4.18)

12 3 5 12

0 564 0 564 1 10 1 04 10 0 15 1 5

11 66

p , ( N /( r l )) , ( /( , , , ))

, МПа.

−−

∑

=⋅⋅=⋅⋅⋅⋅

Тогда затраты в сутки на преодоление сил трения при про-

скальзывании 1 ролика составят:

Q = К ·T ·

·t ·C = 0,5 ·0,12 ·10 ·24 ·0,4= 5,76 руб.

Если, например, из 220 роликов у 50 диаметры будут мень-

ше на 1 мм средней величины диаметра роликов рольганга, то пе-

рерасход затрат на электроэнергию за год составит:

Q = 0,5 ·7000 ·0,12 ·10 ·0,4 ·50 = 8400 руб.

4.5. Предельные износы, определяемые толщиной

упрочненного слоя

В ряде случаев в узлах трения, контактирующие поверхности

которых подвергнуты упрочняющей обработке, предельно

допус-

тимая величина износа может лимитироваться глубиной упроч-

ненного слоя. Методы упрочняющей поверхностной обработки

рассмотрены в работах [7,8]. Толщина упрочненного слоя, дости-

гаемая методами упрочняющей поверхностной обработки, приве-

дена в табл. 4.4.

Таблица 4.4

Технологические возможности методов

упрочняющей поверхностной обработки

Толщина

упрочненного

или

нанесенного

слоя, мм

Методы

упрочения

Класс

шерохова-

тости

поверхности

Твердость

обработанной

поверхности

мин. макс.

Накатывание

роликами

1,0 10,0

Вибрационное

накатывание

7-11

1,0 15,0

Накатывание

шариками

0,3 5,0

Поверхностное

накатывание

9-11

Увеличивается на

20-50%

0,3 5,0

Упрочнение ре-

занием

3-5

Увеличивается на

20-30%

0,05 0,5

Виброударная

обработка

4-7

Увеличивается на

20-40%

0,1 0,7

Ультрозвуковая

упрочняющая

обработка

Увеличива-

ется на 2-4

класса

Увеличивается на

50-90%

0,1 0,9

Алмазное

сглаживание

8-11

Увеличивает-ся на

30-60%

0,01 0,2

Цементация

Снижается

на 1-2 класса

НРС 60-70 0,5 2,0

Азотирование Н 650-1200 0,05 0,6

Цианирование НРС 60-75 0,01 2,5

Алитирование

Снижается

на 1-2 класса

- 0,05 0,5

Хромирование

Микротвердость

1600-2000

0,02 0,3

Силицирование

Снижается

на 1-2 класса

- 0,02 0,03

Сульфидиро-

вание

Не изменяется 0,05 1,0

Закалка с нагре-

вом газовым

пламенем

Снижение на

один класс

0,5 10,0

Закалка с нагре-

вом ТВЧ

Не изменя-

ется

НРС 40-70

0,2 10,0

Окончание табл.4.4

Толщина

упрочненного

или

нанесенного

слоя, мм

Методы

упрочения

Класс

шерохова-

тости

поверхности

Твердость

обработанной

поверхности

мин. макс.

Ручная газовая

наплавка

0,5

Ручная электро-

дуговая наплавка

НВ 200 - 400

2,0

Электродуговая

биметаллизация

1,0 3-5

Механизирован-

ная наплавка под

слоем флюса

НВ 250-450

1,5

Электрошлако-

вая наплавка

2,0 40

Вибродуговая

наплавка

Грубая

поверхность

НВ 500-650

0,3 3,0

Газовая метал-

лизация

0,3 15,0

Электрометалли-

зация

Грубая

поверхность

НВ 120-420

1,3 15,0

Плазменная ме-

таллизация

Грубая по-

верхность

НВ 500-2000 0,3 20-30

Хромирование НВ 500-1200 0,01 1,0

Твердое никели-

рование

6-8 НВ 550-650 0,05 2,0

НВ 120-600 0,2 5,0

Осталивание 3-5

Н 2200 0,1 0,3

Борирование 4-7 НВ 40 -120 0,05 2,0

Глубокое оксиди-

рование

Микротвердость

400 -450

0,01

0,2 -

0,3

Никелирование

хромирование,

покрытие кобаль-

том и никель-

кобальтом

6-10

Микротвердость

800 -950

0,01 0,3

Если допустимая величина износа детали может лимитиро-

ваться несколькими факторами (прочность детали, прочность по-

верхностного слоя, режим жидкостной смазки и т.д.), то за допус-

тимую величину принимается меньшая из возможных. Так, напри-

мер, исходя из условий динамического нагружения, допустимая

величина износа зуба в зубчатом зацеплении равна 3 мм, а тол-

щина упрочненного слоя (цианирование) не превышает 2 мм, ве-

личина 2 мм принимается за предельно допустимую величину из-

носа, так как в противном случае возможны аварийные ситуации,

связанные с заеданием в зубчатом зацеплении.

4.6. Расчет допустимой величины износа детали,

работающей в паре трения с быстроизнашиваемой деталью

Работоспособность ряда сопряжений (зубчатые зацепления,

подшипник

скольжения, универсальные шпиндели) лимитируется

допустимой величиной зазора в соединении.

Как правило, в начале эксплуатации таких соединений пер-

воначальный зазор возрастает и достигает предельно допустимой

величины зазора

[

]

U за счет величины износа быстро изнаши-

ваемой детали U

. В этом случае восстановление работоспособ-

ности соединения осуществляется путем замены быстроизнаши-

ваемой детали.

Но с течением времени с ростом величины износа сопря-

женной малоизнашиваемой детали U

сокращаются периоды за-

мен

∆

быстроизнашиваемой детали.

Т.е. достижение предельно допустимой величины износа

обеспечивается износом обеих деталей:

[

]

[]

UUU

, (4.32)

где

- первоначальный зазор в соединении.

В функции времени зависимость (4.35) примет вид:

[]

itit

tJtJU

⋅

∆

, (4.33)

где

- скорость изнашивания быстроизнашиваемой детали;

J - скорость изнашивания малоизнашиваемой детали.

В соответствии с рис 4.3 и зависимостью (4.33) период вре-

мени каждой последующей замены с начала эксплуатации t

ра-

вен:

[

]

(

)

()

;

m1m

1m1

−

+⋅

−+

⋅

−

(4.34)

где

;

;JJJ

n – количество замен быстроизнашиваемой детали.

][

∑

tt ∆=

∆

tI ∆

tI *

Рис. 4.3. Схема функционирования пары трения

Период между заменами быстроизнашиваемой детали

∆

постоянно сокращается и начиная с момента времени t

удельные

затраты на замену быстроизнашиваемой детали

∆

будут пре-

вышать удельные затраты на замену малоизнашиваемой детали

∆

= ;

∆

;

В момент t

равенства удельных затрат

n2in

∆

имеем

∆

(4.35)

На рис.4.4 представлены графики изменения удельных за-

трат для быстроизнашиваемой детали и сопряженной с ней мало-

изнашиваемой деталью.

Q∆

∆

Рис. 4.4. Схема изменения удельных затрат

при восстановлении работоспособности пары трения

Для значения

1nnn

ttt

−

∆

получим

[

]

()

;

⋅

−

∆

(4.36)

Подставляя в зависимости (4.38) выражения (4.37), (4.38)

получаем

(

)

()

ln m

;

]

(4.37)

Зная номер цикла n находим момент времени с начала экс-

плуатации, когда необходима замена соединений в сборе по зави-

симости (4.37)

Допустимая величина износа малоизнашиваемой детали

может быть найдена из зависимости

[

[]

nt2

tJU

⋅

Тогда, подставляя значение t

из формулы (4.38) получим

[][]

()

(

)

()

;

1m1

−+

⋅−=

(4.38)

Пример 4.7. Максимально допустимый зазор в шарнире уни-

версального шпинделя линии привода валков составляет 10 мм.

Определить допустимую величину износа трущейся поверхности

вилки головки шпинделя. Известно, что скорость изнашивания

вилки шпинделя составляет 0,01 интенсивности изнашивания

вкладыша. Первоначальный зазор в шпинделе 1 мм. Затраты на

замену комплекта вкладышей составляют 300 условных единиц.

Затраты на восстановление работоспособности

шпинделя:

- путем замены на новый шпиндель составляют 12000 усл.

единиц;

- путем перешлифовки головки шпинделя на новый ремонт-

ный размер составляют 1200 усл. единиц;

- путем наплавки изношенной поверхности головки шпинде-

ля 3000 усл. единиц.

Решение.

Обозначим соотношение затрат на восстановление работо-

способности шпинделя для первого случая через с

, для второго –

, для третьего - с

= 12000 / 300 = 40; с

= 1200 / 300 = 4; с

= 3000 / 300 = 10.

Определим допустимые величины износа головки шпинделя:

в первом случае

(

)

()

.335,33

01,01ln

01,01

40101,01

n ≈=

[][ ]

(

)

()

мм55,2

01,01

101,01

110U

−+

⋅−= ;

во втором случае

(

)

()

.49,3

01,01ln

01,01

4101,01

n ≈=

[][ ]

(

)

()

мм35,0

01,01

101,01

110U

−+

⋅−=

;

в третьем случае

(

)

()

105,9

01,01ln

01,01

10101,01

n ≈=

[][ ]

(

)

()

мм85,0

01,01

101,01

110U

−+

⋅−= .

Анализируя полученные результаты, приходим к следующим

выводам.

Восстановление работоспособности шпиндельного соедине-

ния целесообразно осуществлять путем перешлифовки головки

шпинделя при износе контактирующей с вкладышем цилиндриче-

ской поверхности на величину 0,35 мм.

Если позволяет прочность вилки головки шпинделя, то про-

извести шестикратную перешлифовку.

После шестикратной перешлифовки осуществить наплавку

изношенной поверхности. Дальнейшую эксплуатацию

шпиндельно-

го соединения прекратить при достижении величины износа, рав-

ной 2,5 мм.

4.7. Обеспечение работоспособности соединения с натягом

Соединения с натягом (посадка подшипников качения на вал

или в корпус, посадка полумуфт, ступиц зубчатых колес и т.п.)

должны гарантировать фиксацию контактирующих поверхностей,

предотвращающих относительное проскальзывание. Это реализу-

ется за счет назначения соответствующих натягов. Однако в про-

цессе сборки таких соединений методом запрессовки эти

натяги

уменьшаются (табл. 4.5).

Таблица 4.5

Уменьшение натяга при прессовой сборке

Параметр шероховатости

Ra, мкм

Уменьшение натяга,

мкм

2,5 -1,25 12

1,25-0,63 8

0,63 - 0,32 4

Более надежными являются соединения, выполненные ме-

тодом тепловой сборки. При сборке соединений с натягом, как

правило, реализуется между контактирующими поверхностями ли-

бо пластический ненасыщенный контакт, если

24 5

14 5

−

>⋅⋅⋅⋅ ⋅

,d QHBC,

∆∆

(4.39)

где d - диаметр вала, мм;

– комплексная характеристика шероховатости; ∆

- упругая постоянная, м

E/)1(Q

µ−=

/МН;

E - модуль упругости, МПа;

µ - коэффициент Пуассона;

НВ - твердость более мягкой поверхности, МПа;

−

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

(4.40)

где

= ,

- наружный диаметр ступицы,

либо пластический насыщенный контакт, если

0124

,HBd

∆α

⋅⋅⋅ (4.41)

где

= 0,5 - при прессовой сборке; α

= 1 – при тепловой сборке. α