Механизмы и виды изнашивания при описании в экспертизе

Определение износа

Износом, или старением, называют постепенное снижение эксплуатационных характеристик изделий, узлов или оборудования в результате изменения их формы, размеров или физико-химических свойств. Эти изменения возникают постепенно и накапливаются в ходе эксплуатации. Существует много факторов, определяющих скорость старения. Негативно сказываются:

• трение;
• статические, импульсные или периодические механические нагрузки;
• температурный режим, особенно экстремальный.

Замедляют старение следующие факторы:

• конструктивные решения;
• применение современных и качественных смазочных материалов;
• соблюдение условий эксплуатации;
• своевременное техническое обслуживание, планово–предупредительные ремонты.

Вследствие снижения эксплуатационных характеристик снижается также и потребительская стоимость изделий.

Усталостное изнашивание и его характеристики

Виды изнашивания и нарушения геометрии весьма многообразны. Много проблем инженерам–конструкторам и инженерам-механикам доставляет усталостное выкрашивание поверхностей деталей. Этот «недуг» очень коварный. Явление усталостного выкрашивания возникает в деталях, которые работают на протяжении длительного времени в условиях знакопеременных нагрузок. Это характерная «болезнь» зубчатых соединений.

Этот вид изнашивания сопровождается зарождением трещин на поверхности и их проникновением вглубь изделия. На незначительной площади поверхности возникает целая сеть таких вот микротрещин. Под воздействием давлений и температур небольшие разрозненные кусочки металла отслаиваются от основного тела и отпадают. Немаловажную роль в этом процессе играет смазка (масло), которая проникает в микротрещины и содействует разрушению.

Виды износа

Скорость и степень изнашивания определяется условиями трения, нагрузками, свойствами материалов и конструктивными особенностями изделий.

В зависимости от характера внешних воздействий на материалы изделия различают следующие основные виды износа:

• абразивный вид — повреждение поверхности мелкими частицами других материалов;
• кавитационный, вызываемый взрывным схлопыванием газовых пузырьков в жидкой среде;
• адгезионный вид;
• окислительный вид, вызываемый химическими реакциями;
• тепловой вид;
• усталостный вид, вызванный изменениями структуры материала.

Некоторые виды старения разбиваются на подвиды, как, например, абразивный.

Износ в результате образования термических трещин

Данная проблема характерна для колес железнодорожных вагонов и локомотивов. В ходе движении состава машинисту приходится часто тормозить. Это приводит к проскальзыванию колес и их нагреву. При наборе скорости трущаяся поверхность довольно быстро остывает. Такое термоциклирование приводит к образованию множества трещин на поверхности колеса. Это существенно ускоряет износ изделия. В настоящее время для производства железнодорожных колес используют специальные легированные стали. А вот раньше применяли стали обыкновенного качества. Старые колеса и сегодня используются на многих поездах, поэтому эта проблема по-прежнему актуальна.

Абразивный

Заключается в разрушении поверхностного слоя материала в ходе контакта с более твердыми частицами других материалов. Характерен для механизмов, работающих в условиях запыленности:

• горное оборудование;
• транспорт, дорожно-строительные механизмы;
• сельскохозяйственные машины;
• строительство и производство стройматериалов.

Противодействовать ему можно, применяя специальные упрочненные покрытия для трущихся пар, а также своевременно меняя смазку.

Механизмы и виды изнашивания при описании в экспертизе

Конструкция автомобиля содержит достаточно большое количество пар трения, в которых одни детали совершают движение относительно других. Взаимодействующие поверхности данных деталей называются трущимися поверхностями. При работе данных поверхностей происходит их изнашивание, котороепроявляется в постепенном изменении размеров детали и (или) ее формы. За счет износа фактические размеры, форма детали и шероховатости поверхности изменяются. И при определенной степени изменения деталь уже перестает соответствовать требованиям документации и наступает ее неработоспособное состояние.

В ходе проведения судебных экспертиз в заключении очень часто отражается описательный характер износа. В качестве примера рассмотрим тормозную колодку. Накладка колодки и тормозной диск образуют пару трения. В результате трения накладка колодки изнашивается – снижается ее толщина. Процедура проверки фактического значения толщины накладки предусмотрена эксплуатационной документацией, где также указана минимально допустимая толщина. Если минимальная толщина достигнута – колодка подлежит замене на новую. Аналогичным образом процесс изнашивания протекает и для других поверхностей трения в конструкции автомобиля.

Общепринято выделять следующие виды изнашивания: абразивное, фреттинг, гидроабразивное, газоабразивное, усталостное выкрашивание, кавитационное, коррозионно-механическое.

Абразивное, сущность которого заключается в разрушения материала поверхности трения твердыми абразивными частицами. На рис. 1 показаны трущиеся тела – 1 и 2, между которыми находятся твердые абразивные частицы 3. При работе одно тело воздействует на другое определенной силой – тела прижимаются друг к другу. Находящиеся между поверхностями тел твердые абразивные частицы внедряются (вдавливаются) в каждое из тел на некоторую глубину. При последующем движении одного тела относительно другого внедрившиеся частицы будут вырывать с поверхности тела материал. Вырванный материал (продукты износа) при этом будут становится твердыми абразивными частицами.

Рисунок 1. Абразивное изнашивание в экспертизе

Рассмотрим частный случай абразивного изнашивания, схема которого показана на рис. 1б. Твердость тела 1 ниже твердости тела 2. При этом твердые абразивные частицы внедряются в поверхность тела 1 на значительно большую глубину. Данное явление получило название шаржирование. Глубина внедрения в поверхность тела 2 значительно меньше. При последующем движении одного тела относительно другого будет наблюдаться изнашивание только поверхности тела 2, так как в теле 1 частицы надежно удерживаются за счет большой глубины внедрения – частицы движутся совместно с телом 1. Подобное явление часто используется, например, при полировке. Когда полировочный диск из относительно мягкого материала надежно удерживает твердые частицы, срезающие материал с поверхности металлических деталей, лакокрасочного покрытия или даже стекла.

Аналогичным образом появляются задиры на поверхностях шеек коленчатого и распределительного (фото 1) валов. Данные поверхности имеют очень высокую твердость, полученную путем азотирования, либо закалки. Поэтому такое большое внимание уделяется чистоте системы смазки ДВС и моторного масла в части содержания твердых абразивных частиц.

Фото 1. Задиры на поверхности шейки распределительного вала в экспертизе

Абразивное изнашивание имеет место быть при работе всех пар трения, где наблюдается непосредственное взаимодействие поверхностей. Абразивное изнашивание будет происходить не только за счет твердых частиц, поступивших в зону взаимодействия из внешней среды, но и за счет частиц, являющихся продуктами износа. Казалось бы – если в паре трения нет твердых абразивных частиц, то и нет первоначальных условий для абразивного изнашивания. Однако в реальности дело обстоит несколько иначе. Рассмотрим взаимодействие поверхностей на микроуровне. На рис. 2 эскизно показан контакт реальных тел под значительным увеличением (на микроуровне).

Рисунок 2. Фрикционное взаимодействие тел на микроуровне в экспертизе

Поверхности реальных деталей не являются абсолютно ровными и гладкими – в любом случае будут иметь место отклонения формы, также будут присутствовать шероховатости. И чем больше увеличение, под которым рассматривается поверхности, тем более заметным будет отклонение. Как видно из рис. 2, при контактировании деталей вследствие волнистости их поверхностей контур контакта будет возникать преимущественно на вершинах неровностей (волн). Каждая такая область будет ограничена контуром ΔAc, который носит название контурной площади контакта. Эти контуры удалены один от другого на расстояние шага волны L. Общая контурная площадь будет Аc=ΣΔАc. Внутри контурной площади находятся фактические пятна контакта ΔAr. Площадь, определяемая исходя из размеров макрогеометрии поверхностей трения (для рис. 2а – линейных размеров a и b), носит название номинальной площади контакта ΔAa, данная площадь фигурирует в качестве основного геометрического параметра пары трения при производимых инженерных расчетах.

С точки зрения работы пары трения наибольший интерес представляет фактическая площадь контакта Ar=ΣΔAr – это площадь, на которой осуществляется контакт микронеровностей, образующих шероховатость поверхности. Именно в пределах данной площади имеет место быть фактическое взаимодействие поверхностей деталей. ФПК обычно мала и занимает не более 1…10% номинальной площади Аа.

Площадь фактического контакта Аr имеет очень важное значение во всех физических и химических процессах, которые могут протекать на границе раздела деталей машин. Трение и износ, электро- и теплопроводимость контактов, жесткость стыков, контактная химическая коррозия и прочность прессовых соединений – все эти явления в решающей мере зависят от площади фактического контакта твердых тел.

Помимо геометрических параметров зоны взаимодействия трущихся поверхностей необходимо также рассмотреть строение поверхностей трения, которое показано на рис. 2б. Внешней средой для большинства деталей, эксплуатирующихся в атмосфере Земли, является воздух. В воздухе содержится свободный кислород, которым мы дышим и который необходим для работы ДВС. Кислород взаимодействует с поверхностями деталей, в результате чего на них образуются слои оксидов, условно показанные на рис. 2б. Именно через оксидные пленки осуществляется непосредственный контакт поверхностей в зонах фактического контакта. Оксиды в большинстве своем являются твердыми и хрупкими. При взаимодействии трущихся поверхностей происходит скалывание оксидов с поверхности. И эти отколовшиеся фрагменты уже представляют собой твердые абразивные частицы. Почему алюминиевые сплавы характеризуются очень низкой износостойкостью? Потому что при малой твердости самих алюминиевых сплавов оксид алюминия имеет очень высокую твердость и прекрасно «грызет» основной металл.

Одним из основных способов снижения интенсивности абразивного изнашивания является применение смазочных материалов. В состав смазочного материала входят поверхностно-активные вещества, которые откладываются на поверхностях деталей (поверх пленки оксидов). За счет этого значительно снижаются контактные давления в зонах фактического контакта (рис. 2), снижается свободная поверхностная энергия. В итоге снижается коэффициент трения и интенсивность изнашивания.

Гидро- и газоабразивное изнашиваниеобразуется в результате механического воздействия на поверхность твердых частиц, перемещаемых потоком жидкости или газа. Схема гидроабразивного (и газоабразивного) воздействия показана на рис. 3.

Рисунок 3. Схема гидроабразивного воздействия в экспертизе

Твердая абразивная частица 1, которая движется совместно с потоком жидкости или газа (на рис. 3 условно не показаны), ударяется о поверхность тела 2. В момент взаимодействия частицы с поверхностью будет наблюдаться изнашивание. При этом будет происходить вырывание частицей материала с поверхности при ее внедрении и последующем перемещении (только в отличие от абразивного изнашивания внедрение и перемещение частицы будет происходить за счет кинетической энергии первоначального движения частицы). Также при гидроабразивном изнашивании будет наблюдаться усталостное выкрашивание поверхности.

Усталостное выкрашивание происходит в результате накопления в поверхностном слое детали повреждений, приводящих к разрушению поверхностного слоя. Для понимания механизма усталостного изнашивания необходимо разобраться в природе усталостного разрушения. Усталостное разрушение характерно для поверхностей, которые нагружаются многократно (например, циклически). На рис. 4 показана диаграмма Веллера, которая показывает зависимость максимального напряжения за цикл от количества циклов, которое может выдержать материал без разрушения. Для стали имеется такое значение напряжений, которое она способна выдерживать бесконечно долго не разрушаясь – кривая красного цвета после 107 циклов нагружения идет практически горизонтально.

Рисунок 4. Диаграмма Веллера в экспертизе

Трущиеся поверхности при воздействии друг на друга, либо твердые абразивные частицы (рис. 1) вызывают в материале поверхностного слоя сжимающие напряжения. Если величина действующих напряжений и количество циклов нагружения будут находится выше, чем кривая Веллера для соответствующего материала, то произойдет разрушение. Наибольшие напряжения при трении, либо гидроабразивном (газоабразивном) воздействии будут наблюдаться на некоторой глубине под поверхностью детали. Соответственно, разрушение будет представлять собой выкрашивание участка поверхности, под которым произошло усталостное разрушение материала. На фото 2 показана поверхность, поврежденная усталосным выкрашиванием.

Фото 2. Выкрашивание металла на поверхности качения кольца подшипника в экспертизе

Кавитационное разрушение наблюдается в ряде случаев на поверхностях деталей, контактирующих с подвижной жидкой средой. Для движущегося потока жидкости закон сохранения энергии может быть записан в виде уравнения Бернулли:

Сущность данного уравнения в следующем: сумма кинетической (зависящей от скорости движения) энергии движения жидкости () и потенциальной (зависящей от давления) энергии () всегда постоянна. Течение жидкости далеко не всегда равномерное. На рис. 5 условно показано ламинарное (а) и турбулентное течение жидкости в трубе. При ламинарном течении потоки жидкости движутся прямолинейно (для прямого участка трубы) с постоянной скоростью и не смешиваются. Скорость потоков в центре несколько ниже, чем у потоков по краям за счет внутреннего трения жидкости. При турбулентном течении направление и скорость потоков имеют достаточно хаотичный порядок, происходит активное перемешивание жидкости. В качестве турбулизаторов выступают различного рода местные сопротивления, например, указанные у стенки трубы на рис. 5 шероховатости.

Рисунок 5. Ламинарное (а) и турбулентное (б) течение жидкости при анализе в экспертизе

При турбулентном течении скорости потока жидкости в отдельных зонах могут быть достаточно высокими. И, в соответствии с рассмотренным ранее уравнением Беррнулли, в данных зонах будет наблюдаться снижение общего давления жидкости. Жидкости при определенных условиях кипят. Данное условие следующее – давление жидкости должно быть ниже давления насыщенных паров для данной температуры. Если при турбулентном течении жидкости давление в отдельных зонах снижается настолько, что жидкость начинает «кипеть», то образуются условия, необходимые для кавитационного изнашивания расположенной рядом поверхности.

Для пояснения процесса кавитационного изнашивания на рис. 6. показана схема поведения пузырька пара. При турбулентном течении жидкости за счет локального снижения давления образовался пузырек пара. При дальнейшем движении данной зоны (с пузырьком) скорость данной зоны снижается и происходит повышение в ней давления. Условия для существования вещества в газообразном состоянии уже не соблюдаются. Пузырек схлопывается. Схлопывание происходит следующим образом – потоки жидкости со всех сторон заполняют паровую полость. И в определенный момент потоки жидкости, направленные с разных сторон сталкиваются. В результате происходит удар – локальное, но весьма заметное повышение давления жидкости. Через жидкость данный удар передается рядом лежащей поверхности детали и нагружает ее. От многократного такого воздействия происходит усталостное выкрашивание поверхности.

Рисунок 6. Схема образования и схлопывания пузырька пара в экспертизе

Отметим, что кавитационное разрушение деталей автомобиля происходит крайне редко. Имели место быть разрушения деталей системы охлаждения из-за ошибок, допущенных при проектировании отдельных ДВС. Отметим, что описанный выше принцип кавитационного разрушения положен в основу работы различных ультразвуковых устройств, предназначенных для очистки деталей ДВС при техническом обслуживании и ремонте. Единственное отличие от описанного выше – локальное снижение давления происходит не за счет локального увеличения скорости, а за счет того, что в жидкости колеблется излучатель с ультразвуковой частотой – при колебаниях излучатель увлекает за собой жидкость, что создает в ней снижение давления.

Коррозионное разрушение вызывается химическим и физико-химическим взаимодействием поверхности детали с окружающей средой. Подобного рода взаимодействие, как правило, приводит к снижению основных эксплуатационных характеристик материала. Яркий пример – «преобразование» стали в ржавчину под воздействием воды и кислорода. С точки зрения работы пар трения особы интерес представляет корозионно-механическое разрушение, сущность которого в увеличении интенсивности изнашивания различных видов (абразивное, гидроабразивное, кавитационное и пр.) материала ослабленного в результате коррозии. Проиллюстрировать это можно следующим образом – сталь подвергается обработке только достаточно прочным и твердым инструментом, а ржавчина (продукт коррозионного разрушения стали) может быть разрушена даже ногтем.

Водородное изнашивание. Сущность водородного изнашивания следующая – если у поверхности детали присутствует ион водорода, то за счет малых размеров данный ион проникает вглубь материала. Как известно, сталь представляет собой сплав железа и углерода. Водород обладает большим сродством к углероду, чем сталь. Соответственно, водород «отнимает» у железа атом углерода и образует с ним молекулу метана (CH4). Данная молекула имеет сравнительно большие размеры и после своего образования начинает локально растягивать материал – то есть создает в нем напряжения. Также разрушению способствует то, что растягиваться металл начинает в обезуглероженной зоне (за счет чего прочность материала снижена). То есть водородный износ нельзя назвать износом в полной мере – это явление приводит лишь к интенсивности изнашивания других видов после того, как материал был разупрочнен из-за воздействия водорода.

В объеме данной статьи, надеемся, у Вас получится объективно понимать суждения по заключению экспертов. Возможно, данная информация будет интересно любому специалисту из области диагностики автомобильного транспорта. Эксперт, бесспорно, должен обладать данными знаниями, и использовать их в ходе исследования.

Специалист Александр

Газоабразивный

Данный подвид абразивного изнашивания отличается от него тем, что твердые абразивные частицы перемещаются в газовом потоке. Материал поверхности крошится, срезается, деформируется. Встречается в таком оборудовании, как:

• пневмопроводы;
• лопасти вентиляторов и насосов для перекачки загрязненных газов;
• узлы доменных установок;
• компоненты твердотопливных турбореактивных двигателей.

Зачастую газоабразивное воздействие сочетается с присутствием высоких температур и плазменных потоков.

Начало формы

Конец формы

Некоторые особенности эрозионного изнашивания

Рассматривая виды трения и изнашивания, нельзя упустить из виду так называемое эрозионное изнашивание. Говоря простым языком, это разрушение поверхностей под воздействием окружающей среды.

В инженерном деле под этим понятием понимается разрушение поверхностей деталей машин и узлов механизмов под воздействием факторов окружающей среды. К таким факторам влияния можно отнести потоки воздуха и жидкости, пар или разнообразные газы. Причиной износа является, как и прежде, трение. Только в этом случае на поверхность воздействуют не частицы абразива, а молекулы газа или жидкости.

В ходе этого процесса возникают микротрещины. Молекулы жидкости и пара под высоким давлением проникают в них и способствуют разрушению всех поверхностных слоев изделий.

Жидкость или пар могут содержать и абразивные частицы во взвешенном состоянии. В этом случае такая смесь будет вызывать абразивно-эрозионное разрушение и изнашивание.

Гидроабразивный

Воздействие аналогично предыдущему, но роль носителя абразива выполняет не газовая среда, а поток жидкости.

Такому воздействию подвержены:

• гидротранспортные системы;
• узлы турбин ГЭС;
• компоненты намывочного оборудования;
• горная техника, применяемая для промывки руды.

Иногда гидроабразивные процессы усугубляются воздействием агрессивной жидкой среды.

Кавитационный

Перепады давления в жидкостном потоке, обтекающем конструкции, приводят к возникновению газовых пузырьков в зоне относительного разрежения и их последующему взрывному схлопыванию с образование ударной волны. Эта ударная волна и является основным действующим фактором кавитационного разрушения поверхностей. Такое разрушение встречается на гребных винтах больших и малых судов, в гидротурбинном и технологическом оборудовании. Усложнять ситуацию могут воздействие агрессивной жидкой среды и наличие в ней абразивной взвеси.

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). []

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).

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 (рисунок 7.3). 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).

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 (рисунок 7.4). Дополнительно, о воздействии осевой силы можно судить по наличию засветлений на торцах роликов (рисунок 7.5).

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).

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 (рисунок 7.7). 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 (рисунок 7.8). Приводит к стуку, ударам при работе подшипника. При дальнейшем развитии может служить причиной зарождения усталостных трещин.

Если нагрузка неравномерно распределяется по длине ролика или между рядами тел качения двухрядного подшипника (рисунок 7.9), то долговечность подшипника значительно снижается. Причина – перекос корпуса подшипника

.

Осмотр внешних торцевых поверхностей колец подшипника позволяет подтвердить проворачивание колец

или определить
наличие контакта подшипника с рядом расположенной деталью
(рисунок 7.10).

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).

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

(рисунок 7.12а). Сколы бортов колец – результат динамических воздействий осевой силы (рисунок 7.12б).

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).

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).

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).

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).

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 (рисунок 7.17). 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.

Подшипники качения подлежат замене при наличии одного из следующих повреждений [4]:

• 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.

Адгезионный

При продолжительном трении, сопровождающимся пластическими деформациями участников трущейся пары, происходит периодическое сближение участков поверхности на расстояние, позволяющее силам межатомного взаимодействия проявить себя. Начинает взаимопроникновение атомов вещества одной детали в кристаллические структуры другой. Неоднократное возникновение адгезионных связей и их прерывание приводят к отделению поверхностных зон от детали. Адгезионному старению подвержены нагруженные трущиеся пары: подшипники, валы, оси, вкладыши скольжения.

Особенности окислительного изнашивания

Данный вид изнашивания возникает в том случае, когда на поверхности трущихся деталей возникает рыхлая пленка окислов, которая быстро удаляется с поверхности в результате трения. Большинство машиностроительных материалов склонны к окислению на воздухе при повышенных температурах. Поэтому такому виду изнашивания деталей подвержены механизмы, которые работают без смазки и без системы охлаждения.

Чем больше скорость разрушения окисной пленки и чем больше скорость ее образования, тем интенсивнее происходит износ поверхностей.

Такой вид изнашивания характерен для шарнирных и болтовых соединений, различных подвесных механизмов, да и вообще для всех узлов, работающих без смазки.

С увеличением скорости трения увеличивается температура трущихся поверхностей. Это приводит к интенсификации разрушительных процессов. Аналогичное воздействие оказывает и увеличение ударных нагрузок.

Тепловой

Тепловой вид старения заключается в разрушении поверхностного слоя материала или в изменении свойств глубинных его слоев под воздействием постоянного или периодического нагрева элементов конструкции до температуры пластичности. Повреждения выражаются в смятии, оплавлении и изменении формы детали. Характерен для высоконагруженных узлов тяжелого оборудования, валков прокатных станов, машин горячей штамповки. Может встречаться и в других механизмах при нарушении проектных условий смазки или охлаждения.

Изнашивание в результате выкрашивания

Представленная классификация видов изнашивания не будет полной, если упустить из виду так называемый износ в результате выкрашивания. Его сущность заключается в следующем. При тяжелых (возможно, даже экстремальных) условиях работы, поверхностные слои трущихся деталей претерпевают структурные и фазовые превращения. Причинами в разных случаях выступают повышенные температуры, условия нагрева и охлаждения, высокое давление и другие. Свойства полученных слоев значительно отличаются от свойств исходного материала. Как правило, эти фазы являются хрупкими и при нагрузках разрушаются.

Так, на стали и чугуне в процессе трения без смазки образуются характерные белые полоски. Эти участки невозможно вытравить даже раствором азотной или плавиковой кислот на спирту. Специалисты в области металловедения называют это образование белым слоем. Он имеет довольно большую твердость по Роквеллу и очень хрупкий. Одна лаборатория провела фазовый и структурный анализ белого слоя. Выяснилось, что он представляет собой механическую смесь из мартенсита и цементита. В нем также содержится незначительное количество феррита. Последнего в нем совсем мало и он не может уменьшить твердость.

Образование (синтез) этого вещества сопровождается возникновением вредных внутренних растягивающих и сжимающих сил. Когда векторы внутренних напряжений совпадают с внешними нагрузками на деталь, на ее поверхности в области белого слоя образуются незначительные трещины. Эти микротрещины являются концентраторами и накопителями напряжений, что приводит к хрупкому разрушению изделия в целом.

Типы износа

Классификация видов износа с точки зрения вызывающих его физических явлений в микромире, дополняется систематизацией по макроскопическим последствиям для экономики и ее субъектов.

В бухгалтерском учете и финансовой аналитике понятие износа, отражающее физическую сторону явлений, тесно связано с экономическим понятием амортизации оборудования. Амортизация означает как снижение стоимости оборудования по мере его старения, так и отнесение части этого снижения на стоимость производимой продукции. Это делается с целью аккумулирования на специальных амортизационных счетах средств для закупки нового оборудования или частичного усовершенствования его.

В зависимости от причин и последствий различают физический, функциональный и экономический.

Способы борьбы с термическими трещинами

Наиболее действенным мероприятием по борьбе с термическими трещинами будет обеспечение интенсивного охлаждения. Для этого могут использоваться специальные масла и смазки. В случае с колесами железнодорожных составов эта мера, по понятным причинам, не годится. В таком случае можно поиграть на химическом составе материала и подобрать более выгодную с этой точки зрения марку стали. Определенные марки легированных сталей имеют низкий коэффициент расширения. И это свойство можно выгодно использовать.

Физический износ

Здесь подразумевается непосредственная утрата проектных свойств и характеристик единицы оборудования в ходе ее использования. Такая утрата может быть либо полной, либо частичной. В случае частичного износа оборудование подвергается восстановительный ремонт, возвращающий свойства и характеристики единицы на первоначальный (или другой, заранее оговоренный) уровень. При полном износе оборудование подлежит списанию и демонтажу.

Кроме степени, физический износ также разделяется на рода:

• Первый. Оборудование изнашивается в ходе планового использования с соблюдением всех норм и правил, установленных изготовителем.
• Второй. Изменение свойств обусловлено неправильной эксплуатацией либо факторами непреодолимой силы.
• Аварийный. Скрытое изменение свойств приводит к внезапному аварийному выходу из строя.

Перечисленные разновидности применимы не только к оборудованию в целом, но и к отдельным его деталям и узлам

Абразивный износ твердыми частицами (зернами)

Такой вид механического изнашивания наступает при контакте абразивных зерен с металлом или другим материалом. Показатель твердости таких частиц значительно превышает значение показателя твердости самого металла. Это приводит к деформации материалов пар трения, возникновению усталостных напряжений, истиранию поверхности.

Если механизм работает в условиях частых знакопеременных нагрузок, то эффект вредного воздействия абразива усиливается. В этом случае частица абразива оставляет на поверхности металла не только риски, но и вмятины.

С увеличением фракции абразивного вещества увеличивается и абразивный износ. Частицы абразивов являются весьма твердыми, но в то же время и хрупкими. Поэтому крупные тела могут размалываться на более мелкие.

Функциональный износ

Данный тип является отражением процесса морального устаревания основных фондов. Этот процесс заключается в появлении на рынке однотипного, но более производительного, экономичного и безопасного оборудования. Станок или установка физически еще вполне исправна и может выпускать продукцию, но применение новых технологий или более совершенных моделей, появляющихся на рынке, делает использование устаревших экономически невыгодным. Функциональный износ может быть:

• Частичным. Станок невыгоден для законченного производственного цикла, но вполне пригоден для выполнения некоторого ограниченного набора операций.
• Полным. Любое использование приводит к причинению убытков. Единица подлежит списанию и демонтажу

Функциональный износ также подразделяют по вызвавшим его факторам:

• Моральный. Доступность технологически идентичных, но более совершенных моделей.
• Технологический. Разработка принципиально новых технологий для выпуска такого же вида продукции. Приводит к необходимости перестройки всей технологической цепочки с полным или частичным обновлением состава основных средств.

В случае появления новой технологии, как правило, состав оборудования сокращается, а трудоемкость падает.

Экономический износ

Кроме физических, временных и природных факторов на сохранность характеристик оборудования оказывают опосредованное влияние и экономические факторы:

• Падение спроса на выпускаемые товары.
• Инфляционные процессы. Цены на сырье, комплектующие и трудовые ресурсы растут, в то же время пропорционального роста цен на продукцию предприятия не происходит.
• Ценовое давление конкурентов.
• Рост стоимости кредитных услуг, используемых для операционной деятельности или для обновления основных фондов.
• Внеинфляционные колебания цен на рынках сырья.
• Законодательные ограничения на применение оборудования, не отвечающего стандартам по охране о

  
  кружающей среды.

Экономический износ

Экономическому старению и утрате потребительских качеств подвержена как недвижимость, так и производственные группы основных фондов. На каждом предприятии ведутся реестры основных фондов, в которых учитывается их износ и ход амортизационных накоплений.

Основные причины и способы как определить износ

Чтобы определить степень и причины износа, на каждом предприятии создается и действует комиссия по основным фондам. Износ оборудования определяется одним из следующих способов:

• Наблюдение. Включает в себя визуальный осмотр и комплексы измерений и испытаний.
• По сроку эксплуатации. Определяется как отношение фактического срока использования к нормативному. Значение этого отношения принимается за величину износа в процентном выражении.
• укрупненная оценка состояния объекта производится с помощью специальных метрик и шкал.
• Прямое измерение в деньгах. Сопоставляется стоимость приобретения новой аналогичной единицы основных средств и расходы на восстановительный ремонт.
• доходность дальнейшего использования. Оценивается снижение дохода с учетом всех издержек по восстановлению свойств по сравнению с теоретическим доходом.

Какую из методик применять в каждом конкретном случае — решает комиссия по основным средствам, руководствуясь нормативными документами и доступностью исходной информации.