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

Подождите немного. Документ загружается.

Момент, не вызывающий изменения прочности соединения с

натягом в условиях ненасыщенного пластического контакта:

;

21,0

25,1

25,0

5,0

dсHBcd

НHм

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

∆∆⋅

⋅

∆⋅

(4.42)

в условиях насыщенного пластического контакта:

;

9,0

5,1

5,0

dсHBcd

Hм

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

∆

∆⋅

⋅

∆⋅

(4.43)

где

- молекулярная составляющая коэффициента трения, при-

нимается равной 0,12.

Минимально допустимая величина натяга [

∆

] находится из

(4.42), (4.43) при приравнивании в них значений моментов М соот-

ветствующим значениям технологических моментов сопротивле-

ния. Минимально допустимую величину натяга [

∆

] можно найти

из зависимости:

H пр

fdl

∆∆

⋅

≈−

⋅⋅⋅

(4.44)

где

- уменьшение натяга при прессовой сборке из табл. 4.5.

пр

∆

Для подшипников качения моменты сопротивления можно

найти из зависимости:

MM,

(4.45)

где

- момент трения, зависящий от типа подшипника, Н ·мм;

- момент трения, зависящий от нагрузки на подшипник,

Н ·мм:

при

2000n

⋅≥

723

110

/ 3

f( n) D;

−

=⋅ ⋅ ⋅ ⋅

(4.46)

при

2000n

⋅<

16 10

,fD

−

=⋅ ⋅⋅,

(4.47)

где n - частота вращения, об/мин;

ν - кинематическая вязкость смазочного масла (при пластич-

ном смазочном материале вязкость базового масла),

/с;

мм

- средний диаметр подшипника;

;2/)(

DdD

≈

- коэффициент, зависящий от типа подшипника и условий

смазывания (табл. 4.6)

111 0

fqpD

⋅⋅⋅

(4.48)

где

и – из табл. 4.7.

qp⋅

Пусковой момент равен удвоенному значению опреде-

ленному по формуле (4.48).

Таблица 4.6

Значение коэффициента

Вид смазывания

В масляной ванне

Тип подшипника

Масляным

туманом

Горизон-

тальный вал

Вертикаль-

ный вал

Шариковый одно-

рядный и двухряд-

ный сферический

0,7 – 1 1,5 - 2 3 - 4

1 2 4

Шариковый ради-

ально-упорный

однорядный

двухрядный

2 4 8

1 –1,5 2 – 3 4 – 6

3 – 6 6 – 12 12 – 24

6 – 10 12 – 20 24 – 40

Роликовый

радиальный:

с цилиндрически-

ми роликами

игольчатый:

однорядный

двухрядный

сферический

2 – 3 4 – 6 8 – 12

Роликовый ради-

ально-упорный

1,5 – 2 3 – 4 6 – 8

Шариковый

упорный

0,7 – 1 1,5 –2 3 – 4

- 2 4 Роликовый упорный

с цилиндрическими

роликами

сферический

– 3 – 4 6 – 8

Меньшие значения для более легких серий

Таблица 4.7

Значения коэффициентов

⋅

Тип подшипника

⋅

910

()

−

⋅

()Fa

,Fr

−

⋅−

−

Шариковый

радиальный однорядный

двухрядный сферический

310

()

−

⋅

,YFa

,Fr

⋅

−

13 10

()

−

⋅

FrFa 1,0

−

Шариковый радиально-упорный

однорядный

двухрядный

110

()

−

⋅

FrFa 1,04,1

−

25 310

−

−⋅

Роликовый радиальный

с цилиндрическими роликами,

игольчатый

двухрядный сферический

4510

**−

−⋅

1,2Y ·Fa

Роликовый радиально-упорный

конический

4510

**−

−⋅

2Y ·Fa

Шариковый упорный

1210

,()

−

⋅

18 10,

−

⋅

Роликовый упорный:

с цилиндрическими роликами

сферический

5610

**−

−⋅

Обозначения: - статическая грузоподъемность; Fr – радиальная

нагрузка ; Fa – осевая нагрузка; Y – коэффициент осевой нагрузки

(из характеристик подшипников по справочникам) при

eFrFa

Примечания: при

⋅

< Fr принимать

⋅

= Fr;

* меньшие значения в скобках при

≈

CFa

большие значения

при

;1,0

≈CFa

** меньшие значения

для более легких серий подшипников

Пример 4.8. Зубчатая полумуфта (M3Н7) установлена с по-

мощью пресса на вал диаметром 100 мм с посадкой

для

передачи крутящего момента [M] = 20 кН ·м. Диаметр обоймы по-

лумуфты

Длина посадочной поверхности l = 145 мм.

.мм170D

Комплексная характеристика шероховатости ∆=0,5. Твер-

дость поверхности вала НВ=2500 МПа. 6 класс чистоты обработки

посадочной поверхности. Проверить, обеспечит ли выбранная по-

садка передачу заданного крутящего момента.

Решение.

Определяем вид контакта для посадки

Из справоч-

ника находим нижнее и верхнее значения натягов

.мкм37

min

∆

. Определяем величину , характеризующую усло-

вие перехода к насыщенному пластическому контакту.

мкм94

max

=∆

∆

22 2 25

22 2 2

0 124 0 124 2500 0 5 0 1 0 5 10 7 8 10 7 8

1 1 1 1 17 1 1 17 2110 0510

170 100 1 7

,HBdC, ,,, ,

, мкм;

C[ (K )/( K)]/E[ (, )/( ,)]/, , ;

KD/d / ,.

∆α

−−

−

=⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅=⋅ =

=++− =++− ⋅=⋅

== =

Тo есть в соединении может реализоваться как ненасыщен-

ный, так и насыщенный пластический контакт.

При максимальной величине натяга 94 мкм крутящий момент

определяем из зависимости (4.46), подставляя

∆

= 94 – 12 = 84

мкм. Величина 12 мкм взята из табл. 4.5 для 6-го класса чистоты

обработки поверхности.

6505615

05 5 15 2 2

0 12 84 10 0 1 0 5 10 0 45 0 5 84 10

2500 0 5 10 0 1 0 145 2 4 7 10 47

M[, /, , (, , ( ))/

((,))],,/,

Нм кНм.

−− −

−−

=⋅⋅ ⋅⋅+⋅⋅⋅

⋅⋅ ⋅ ⋅ =⋅ ⋅= ⋅

Для минимальной величины натяга

∆

=37 – 12 = 25 мкм.

крутящий момент определяем из зависимости (4.42)

65056025

025 5 025 2 2

0 12 25 10 0 1 0 5 10 9 21 0 5 34 10

2500 0 5 10 0 1 0 145 2 1 37 10 13 7

M[, /,, (, , ( ) )/

((,))]п ,,/ , МН м , кН м,

−− −

−−

=⋅⋅ ⋅⋅+⋅⋅⋅

⋅⋅ ⋅⋅⋅ =⋅ ⋅= ⋅

т.е. минимальный допуск для данной посадки не обеспечивает пе-

редачу заданного крутящего момента. Необходимо либо перейти

на другой тип посадки

, либо установить минимально допус-

тимый натяг (

) из зависимости (4.44)

/ rH

∆

35 6

2 20 10 0 5 10 0 12 0 1 0 145 12 10 49

[] , /,п ,, мкм.

∆

−− −

=⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅ ⋅ + ⋅ =

Если осуществлять сборку соединения нагревом зубчатой

втулки полумуфты, то величина [

∆

] = 37 мкм, и передача задан-

ного крутящего момента будет обеспечена.

Глава 5. Техническая диагностика

5.1. Технология диагностирования

Неотъемлемой частью системы поддержания оборудования

в работоспособном состоянии является технология диагностиро-

вания. Технология диагностирования должна быть связана с про-

граммами надежности и технического обслуживания.

Технология диагностирования включает:

- знание технического состояния оборудования на текущий

момент (выявление причин отказов и неисправностей);

- прогнозирование будущего технического состояния обору-

дования.

Технология диагностирования предполагает использование

современных диагностических систем с компьютерным обеспече-

нием. Внедрению же систем диагностики должна предшествовать

работа по совершенствованию профилактического технического

обслуживания и выяснение эффективности диагностирования на

предприятии.

Для решения вопроса о применении систем диагностики не-

обходимо знать физику отказов и выяснить:

- частоту и условия возникновения отказов;

- существуют ли средства обнаружения отказов;

- возможно ли избежать отказа;

- какова величина ущерба в случае отказа и какова стои-

мость контрмер по предотвращению отказа;

- какие существуют методы анализа исследования причин

повреждений и неисправностей;

- каково состояние дел по контролю за сбором и накоплени-

ем информации о техническом состоянии оборудования и

данных, необходимых для диагностирования;

- как организована взаимосвязь между технологическим,

эксплутационным и ремонтным персоналом, какая су-

ществует система общения.

Технология диагностирования и технические средства

диагностики определяют понятие “техническая диагностика”.

Составной частью технической диагностики является разра-

ботка методов диагностики, которая включает:

- распознавание неисправности;

- оценку выявленной неисправности;

- принятие решения (воздействие).

Диагностирование можно

представить в виде следующей

схемы функции:

Воздействие

Осмотр

Функции

1,2,3,4

Контролирую-

щее устройства

1,2а,2б,2в

Контроли-

рующее уст-

ройство

3,4

Функции

5,6,7,8

Точная

диагностика

1 - контроль тенденции износа;

2 - раннее обнаружение отклонений от нормы;

3 - идентификация неисправностей;

4 - контроль тенденций изменения работоспособности;

5 - расчет, анализ и оценка нагруженности;

6 - обнаружение и оценка неисправности;

7 - анализ работоспособности оборудования;

8 - прогнозирование срока службы;

Контролирующие – устройства:

1 - передвижные или переносные;

2 - стационарные:

а – для

механического оборудования;

б – для гидравлических систем;

в – для смазочных систем;

3 - диагностическая система для вращающихся деталей;

4 - анализатор характеристик оборудования.

5.2. Методы диагностирования

В качестве методов контроля тенденции износа, раннего об-

наружения отклонений и поиска неисправностей могут служить:

- методы, включающие получение, обработку и накопление

данных в ЭВМ, характеризующих состояние узлов

трения;

- методы преобразования напряжений, вибрации, звуковых и

тепловых излучений в электрический сигнал;

- косвенные методы (наличие масляной пленки, изменение

давления, измерения расхода смазочного материала и

др.). Для контроля изменения работоспособности служит

аппаратура, регистрирующая параметры (температуру,

скорость, нагрузки и т.д.).

Для точной диагностики наибольшее распространение полу-

чают:

- вибродиагностика (подшипники качения, зубчатые

зацеп-

ления);

- виброакустическая диагностика (подшипники качения, под-

шипники скольжения, зубчатые зацепления, валы для передачи

энергии);

- акустическая эмиссия (металлоконструкции, вращающиеся

детали);

- тепловая диагностика (металлоконструкции).

5.2.1. Вибродиагностика

Это методика, основанная на распознавании вибросигналов,

являющихся следствием развития неисправностей.

Вибросигнал, улавливаемый вибродатчиками, поступает в

виде нерегулярных колебаний и поэтому его невозможно непо-

средственно использовать для оценки технического состояния

объекта.

Поэтому полезный сигнал выделяется с помощью фильтров

с некоторой полосой пропускания частот.

Если полезный вибросигнал “y ”, тогда

yA·cos(t ),

+ (5.1)

где А – амплитуда колебаний;

– частота колебаний;

– фаза

В качестве признака технического состояния объекта ис-

пользуют среднюю амплитуду А

Амплитуда вибрации характеризует деформации конструк-

ций и рекомендуется для диагностирования неисправностей, при-

водящих к изменению линейных и угловых размеров (зазоры, из-

гибы валов и т.д.)

Диагностическим признаком является и виброскорость

которая связана с уровнем напряжений

σ в теле детали соотноше-

нием:

⋅

(5.2)

где

α – коэффициент пропорциональности, зависящей от свойств

системы.

Виброскорость позволяет оценить напряженность конструк-

ции и характеризует процесс накопления повреждений и долговеч-

ность конструкции.

Наиболее чувствительным параметром к изменениям в кон-

струкции объекта является виброускорение а, которое связано с

виброскоростью соотношением:

.а

⋅

(5.3)

Контроль виброускорения наиболее эффективен для диаг-

ностики технического состояния роторов машин и зубчатых зацеп-

лений.

Средняя амплитуда вибросигнала, виброскорость и виброу-

скорение связаны между собой соотношением:

=А

(5.4)

Система вибродиагностики включает экран, на который воз-

можно выводить и регистрировать энергетический спектр, и его

целесообразно использовать как для диагностики системы в це-

лом, так и для различных ее частей, в которых возникает вибрация

с различными частотами и амплитудами.

5.2.2. Виброакустическая диагностика

Виброакустическая диагностика – это методика распознава-

ния акустических образов

, позволяющая выявлять не только уже

развившуюся неисправность, но и обнаруживать развивающийся

дефект на очень ранней стадии.

Виброакустический сигнал в режиме нормального функциони-

рования механизма определяет уровень помех при диагностирова-

нии. Отклонение виброакустического сигнала характеризует откло-

нения от нормы параметров технического состояния объектов.

Диагностическая система предполагает ее обучение, т.е. для

каждого уровня технического состояния формируются эталоны ди-

агностических признаков и их пороговые значения.

На основании сравнения текущих и эталонных диагностиче-

ских признаков, хранящихся в блоке долговременной памяти ЭВМ,

осуществляется принятие решения о принадлежности к тому или

иному классу состояний. Таким образом, работа диагностической

системы разбивается на 2 этапа - обучение и распознавание аку-

стического образа.

Виброакустический частотный диапазон разбивается на под-

диапазоны:

- низких частот 0…200 – 300 Гц;

- средних частот 200 –300…1 –2 кГц;

- высоких частот 1-2 кГц…10 –20 кГц;

- сверх высоких частот 10-20 кГц…100-200 кГц.

Низкочастотная вибрация носит преимущественно гармони-

ческий характер, так как ее причиной является неуравновешен-

ность вращающихся масс, отклонение от соосности валов, нару-

шение геометрии узлов, периодические силы, создаваемые рабо-

чим процессом.

Среднечастотный диапазон обусловлен:

- высшими гармониками сил неуравновешенности

ротора как

следствие наличия нелинейных элементов в системе;

- нарушением геометрии кинематических пар динамическим

взаимодействием элементов машин между собой и окру-

жающей средой.

Диапазон высоких частот характеризует упругие волны колеба-

ний машин, распространяющихся по неоднородным конструкциям.

Система виброакустического диагностирования включает:

- датчики колебаний различного типа (микрофон, акселеро-

метр, тензодатчики и др.);

- согласующие устройства;

- усилители-формирователи;

- нормализаторы с регистрацией полученной первичной ин-

формации в оперативном и долговременном запоминаю-

щих устройствах;

- ЭВМ, обрабатывающую полученную информацию.

5.2.3. Бесконтактная тепловая диагностика

Это диагностическая система, распознающая повреждения и

неисправности по тепловым признакам (тепловым полям).

Для фиксации температуры и тепловых полей служат пиро-

метры, радиометры

, тепловизоры. Тепловизоры – это сканирую-

щие пирометры, снабженные системой наблюдения тепловых по-

лей, с выведением их на экран.

Температурные поля условно подразделяют на низко- (до

423 К), средне- (423…1073 К) и высокотемпературные (выше

1073 К). Для контроля высокотемпературных полей применяют те-

левизионные системы; среднетемпературных полей – акустиче-

ские сканирующие пирометры с неохлаждающимися преобразова-

телями и телевизионные системы с охлаждающим

фотокатодом;

низкотемпературных полей – системы параллельного съема ин-

формации и оптикомеханические сканирующие параметры с охла-

ждающими преобразователями (тепловизоры).

Тепловизоры осуществляют поэлементную регистрацию об-

разующихся электрических сигналов в виде тепловых карт и пре-

образуют инфракрасное излучение нагретых тел в видимое изо-

бражение.

Тепловая диагностика позволяет обнаруживать изменение

усталостных свойств деталей, определять состояние

защитных

покрытий и прогнозировать ресурс деталей. Выявление усталост-

ных изменений основано на следующем эффекте.

При монотонном увеличении нагрузки и при напряжениях, не

превышающих предела выносливости, единственной причиной

рассеивания энергии являются упругие деформации. При появле-

нии пластических деформаций рассеивание энергии резко возрас-

тает. При испытаниях регистрируется зависимость температуры

саморазогрева рабочей зоны

образца от напряжений в материале

в условиях монотонно возрастающей нагрузки. Точка перегиба по-

лученной кривой при соответствующей нагрузке, определяет пре-

дел выносливости испытуемого образца.

Термограммы позволяют выявить зоны внутренней концен-

трации напряжений.