Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния проблемы и выбор направления исследований
1.1 Анализ конструкций основных типов рольгангов прокатных цехов 10
1.2 Обзор патентной и научной информации 24
1.3 Постановка цели и задачи исследований 32
1.4 Выводы по главе 1 34
2 Разработка конструкции унифицированного рольганга
2.1 Обоснование объектов унификации 35
2.2 Структурный анализ конструкций рольгангов 39
2.3 Разработка конструкции унифицированного рольганга повышенной ремонтопригодности
2.3.1 Конструкция унифицированного рольганга 48
2.3.2 Конструкция унифицированного ролика 49
2.3.3 Конструкция унифицированных модульных опор 52
2.3.4 Конструкция унифицированной рамы рольганга 57
2.3.5 Конструкция унифицированного привода 58
2.4 Выводы по главе 2 63
3 Экспериментальное исследование фрикционных свойств конического соединения
3.1 Постановка задачи 64
3.2 Методика проведения эксперимента 70
3.3 Математическое планирование эксперимента
3.3.1 Определение числа опытов 76
3.3.2 Планирование эксперимента 78
3.3.3 Выбор факторов 79
3.3.4 Полный факторный эксперимент 81
3.4 Обработка результатов эксперимента 86
3.5 Выводы по главе 3 90
4 Методика расчета конического соединения ролика транспортного рольганга с подшипниковыми опорами
4.1 Фрикционное взаимодействие твердых тел 91
4.2 Основные закономерности изнашивания материалов 103
4.3 Методика расчета конического соединения на износ с использованием условия касания поверхностей НО
4.4 Расчет конического соединения ролика транспортного рольганга с подшипниковым узлом 113
4.5 Выводы по главе 4 118
5 Алгоритм конструирования и автоматизированный расчет транспортных рольгангов
5.1 Адаптация системы автоматизированного проектирования КОМПАС-3D к расчету и конструированию транспортных рольгангов 120
5.2 Алгоритмы автоматизированного расчета массовых и инерционных характеристик роликов рольганга 124
5.3 Разработка и практическое использование алгоритма расчета унифицированного транспортного рольганга 133
5.4 Выводы по главе 5 139
Заключение 141
Список использованных источников
- Обзор патентной и научной информации
- Разработка конструкции унифицированного рольганга повышенной ремонтопригодности
- Математическое планирование эксперимента
- Основные закономерности изнашивания материалов
Введение к работе
Диктуемые мировым рынком сбыта металлопроката экономические условия могут быть выполнены с созданием в металлургии и металлургическом машиностроении экономичных, высокопроизводительных машин и агрегатов с высокой степеныо надежности. Затраты на поддержание оборудования в работоспособном состоянии во многом зависят от его надежности, одним из которой является ремонтопригодность. Анализ надежности металлургических машин показывает их низкую ремонтопригодность. Так, например, для демонтажа 1 тонны отказавшего оборудования требуется предварительно демонтировать 20 тонн исправного оборудования /1, 2, 3/.
Металлургические производства характеризуются поточным технологическим процессом обработки металла. Поэтому простои прокатных станов из-за низких показателей ремонтопригодности (среднего времени восстановления, средней трудоемкости восстановления и др.) входящих в их состав технологических агрегатов, являются одним из факторов, существенно снижающих производительность всего производства в целом.
Для обеспечения необходимой степени надежности ремонтопригодность должна быть доведена до уровня обеспечения эффективного использования современных технологий технического обслуживания и ремонтов (ТОиР) машин и агрегатов металлургического производства. Одним из перспективных направлений ТОиР является технология централизованных ремонтов, при которой почти все операции по техническому обслуживанию и ремонтам машин выполняются на специализированных технологических линиях машиностроительных производств, а на рабочих площадках эксплуатации машин выполняются лишь рассоединительные и присоединительные операции унифицированных и стандартизированных агрегатов и узлов полной заводской готовности. Монтаж и демонтаж агрегатов в этом случае производится только по присоединительным поверхностям. Операции, связанные с разгерметизацией и герметизацией кинематических соединений (зубчатых зацеплений, подшипниковых опор и т. п.), в данном случае на рабочих площадках цеха не проводятся /4, 5/.
Наилучшие показатели централизованных систем ТОиР достигаются при переходе на массовое или крупносерийное производство, организация которого возможна лишь на основе унификации и стандартизации всех элементов обслуживаемых металлургических машин и агрегатов. Одним из решающих факторов, обеспечивающих высокий уровень ремонтопригодности и соответственно прогрессивный уровень технологии ТОиР, является взаимозаменяемость. Взаимозаменяемость позволяет не только лучше организовать производство изделий, но и сократить сроки и повысить качество их ремонта в процессе эксплуатации /6, 7, 8/. Обеспечение взаимозаменяемости в заводском изготовлении дешевле, чем при монтаже в условиях производственных цехов; в эксплуатации бывает дешевле заменить, чем ремонтировать. Взаимозаменяемость предполагает с большей стоимостью изготовления деталей достичь наименьшей стоимости сборки и монтажа, снижая общие затраты на производство изделий. Взаимозаменяемость изделий обеспечивается при реализации блочно-модульного построения/9,10,11/.
Высокий уровень ремонтопригодности машины важно обеспечить уже на стадии проектирования. На этой стадии разработки и постановки машины на производство важно выбрать такой принцип действия и такую конструкцию машины, которые позволили бы применять, в процессе производства технического обслуживания и ремонтов, самые совершенные технологии.
Актуальность работы. Одной из основных проблем, связанных с эксплуатацией транспортных рольгангов прокатных цехов, является большое разнообразие их конструкций. Например, на Орско-Халиловском металлургическом комбинате (ОХМК) эксплуатируется 287 рольгангов 133 разновидностей, каждый из которых имеет оригинальную конструкцию. Уровень агрегатирования рольгангов не выходит за рамки использования серийно выпускаемых элементов: редукторов, электродвигателей, муфт и др. Коэффициент агрегатирования эксплуатируемых рольгангов равен 0,1, а коэффициент стандартизации -0,25. Производство всех деталей рольгангов единичное или в лучшем случае мелкосерийное. Низкий уровень унификации, стандартизации и блочно-модульного исполнения существующих рольгангов существенно снижает показатели их ремонтопригодности и безотказности. Так, во втором листопрокатном цехе (ЛПЦ-2) ОХМК из 53 эксплуатационных отказов металлургического оборудования в 2003 году 10 пришлось на транспортные рольганги. Продолжительность простоя узкополосного стана "800" ЛПЦ-2 по этой причине составила 19%, а толстолистового стана "2800" первого листопрокатного цеха (ЛПЦ-1) ОХМК - 7% от общего времени простоев по вине механического оборудования. Кроме того, из-за особенностей конструкций рольгангов обеспечение полной и даже частичной централизации технического обслуживания и ремонтов вызывает определенные трудности.
Таким образом, разработка конструкции унифицированного рольганга повышенной ремонтопригодности, основанной на принципах взаимозаменяемости деталей, узлов и агрегатов, является актуальной задачей металлургического машиностроения.
Цель работы. Разработка и исследование унифицированного транспортного рольганга блочно-модульной конструкции повышенной ремонтопригодности с индивидуальным приводом.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1 Анализ конструкций, надежности, условий работы и особенностей эксплуатации существующих рольгангов прокатных цехов.
2 Определение качественных показателей ремонтопригодности транспортных рольгангов прокатных цехов. 3 Разработка унифицированного транспортного рольганга повышенной ремонтопригодности блочно-модульной конструкции с индивидуальным приводом.
4 Исследование влияния шероховатости поверхности, видов механической обработки стали и температуры нагрева на фрикционные характеристики конического соединения.
5 Разработка методики расчета на износ конического соединения ролика транспортного рольганга с подшипниковым узлом.
6 Адаптация системы автоматизированного проектирования КОМПАС 3D для расчета и конструирования транспортных рольгангов прокатных цехов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1 Теоретически и технологически обоснована необходимость и возможность создания унифицированного транспортного рольганга с индивидуальным приводом повышенной ремонтопригодности.
2 Определены качественные показатели ремонтопригодности унифицированного рольганга и доказано улучшение этих показателей в сравнении с аналогами.
3 Получена регрессионная зависимость коэффициента сцепления пары "сталь-сталь" от качества и вида механической обработки поверхности, а также от температуры нагрева фрикционного материала.
4 Разработана методика расчета на износ конического соединения, которая обеспечивает получение рациональных конструктивных параметров модульных элементов унифицированного транспортного рольганга.
5 Разработан алгоритм расчета и проектирования транспортного рольганга. Практическая значимость работы состоит в том, что:
1 Предложена новая блочно-модульная конструкция унифицированного транспортного рольганга повышенной ремонтопригодности.
2 Разработаны рекомендаций по расчету, проектированию и эксплуатации конических фрикционных соединений в транспортных рольгангах.
3 Разработаны подсистемы системы автоматизированного проектирования транспортных рольгангов, применение которой обеспечивает создание рациональной конструкции транспортного рольганга.
4 Проведены опытно-промышленные испытания секции унифицированных роликов в ЛПЦ-2 ОХМК, которые показали эффективность их применения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и обсуждены на следующих научных конференциях и семинарах: Международном научно-практическом форуме "Инновации - 2002", г. Оренбург (2002 г.); Ш Всероссийской научно-технической конференции "Прочность и разрушение материалов и конструкций", г. Орск (2002 г.); II Всероссийской научно-практической конференции "Инновации в машиностроении", г. Пенза (2002 г.); Международном симпозиуме "Надежность и качество", г. Пенза (2004 г.); Международной научной конференции "Образование, наука и производство", г. Старый Оскол (2004 г.); Международной научно-технической конференции "Теория и технология процессов пластической деформации - 2004", г. Москва (2004 г.); научной конференции "Наука и производство Урала", г. Новотроицк (2005 г.); I Международной научно-методической конференции "Применение программных продуктов САПР KOMnAC-3D в высшем образовании", г. Тула (2005 г.); II Международной научно-практической конференции «Образование и наука без границ -2005», г. Белгород (2005 г.); научных семинарах кафедры МАМП МИСиС, г. Москва (2004, 2005 гг.); научном семинаре кафедры МОМЗ МГТУ им. Г.И.Носова, г. Магнитогорск (2006 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, заключения, списка литературы из 82 наименований. Она изложена на 148 страницах, включает 43 рисунка и 7 таблиц.
Положения, выносимые на защиту:
1 Анализ конструкций транспортных рольгангов прокатных цехов на основе предложенных качественных показателей ремонтопригодности рольгангов.
2 Унифицированная блочно-модульная конструкция транспортного рольганга повышенной ремонтопригодности с индивидуальным приводом мощностью до 7 кВт.
3 Результаты экспериментальных исследований по определению зависимости коэффициента сцепления от вида механической обработки и температуры нагрева сопрягаемых поверхностей фрикционной пары "сталь - сталь".
4 Методика расчета на износ конического соединения ролика унифицированного транспортного рольганга с подшипниковым узлом.
5 Алгоритм расчета и автоматизированного проектирования транспортных рольгангов.
Работа выполнена в Новотроицком филиале и на кафедре машин и агрегатов металлургических предприятий Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета).
Обзор патентной и научной информации
Обзор патентной и научной информации в области применения транспортных рольгангов позволяет объединить предлагаемые конструктивные разработки и научные исследования в три основные направления, ориентированные на решение следующих основных задач: снижение шума при транспортировке проката; увеличение сроков службы роликов, подшипниковых узлов и других конструктивных элементов; равномерное охлаждение роликов рольганга.
В области снижения шума предложены следующие решения. Тригубчук В.Н., Биллер В.В., Грицук Н.Ф. /23/ предлагают составной ролик рольганга, состоящий из вала и бочки, образованных набором закрепленных на валу плоских элементов. С целью снижения шума при транспортировке проката и уменьшения металлоемкости, плоские элементы выполнены Z-образной формы и последовательно развернуты на оси вала один относительно другого. При этом угол а разворота каждого элемента относительно соседнего составляет 360/сс Ф п, где п=1,2,3.,.-натуральный ряд чисел,
В качестве меры по снижению шума рольгангов в цехе толстолистовой прокатки на металлургическом заводе фирмы «Син Ниппон сэйтэцу» в г. Нагоя /24/ применили «бесшумные ролики» наборной конструкции: на металлическую гильзу надеты кольца из резины и органической смолы. Шумы, возникающие при движении относительно тонких широких листов, гасятся резиновыми кольцами. Кольца из органической смолы воспринимают нагрузку от тяжелых толстых листов, что снижает износ поверхности роликов, и одновременно гасят шумы. Применение этих роликов в рольгангах линии резки проката снизило максимальный уровень шума с 109 дБ до 82,3 дБ.
Для уменьшения шума и вибраций может быть использован ролик рольганга, предложенный Бринзой В.Н., Векшиным B.C., Груздевым А.А. и др. /25/. Данное предложение заключается в следующем: на валу на опорных элементах установлен корпус в виде U-образной втулки. Вал выполнен с разъемом между элементами, каждый из которых расположен между внутренней конической поверхностью втулки и валом. Покрытие корпуса и опорных элементов выполнено многослойным, с чередованием слоев проволоки и упругого материала, с крайними слоями из проволоки. Транспортируемый прокат, двигаясь по рольгангу и набегая на ролик, ударяет по нему. Покрытие поглощает звуковые колебания и интенсивность ударного воздействия.
На увеличение сроков службы роликов рольганга (повышение износостойкости, сопротивления трещинообразованию, долговечности) направлена следующая группа технических решений /26, 27, 28/. Накадзима Тацуо, Мацуи Сэйдзи /26/ предложен ролик рольганга с керамической бочкой. На бочке ролика установлена по посадке с натягом цилиндрическая труба из износостойкого керамического материала. Бочка ролика выполнена составной из четырёх перемещающихся в радиальном направлении секторов и гидроцилиндров их перемещения в радиальном направлении, оси с каналами для подвода рабочей жидкости к гидроцилиндрам. С помощью гидроцилиндров происходит поджим секторов к внутренней поверхности керамической трубы, благодаря чему предотвращено образование трещин в трубе.
Ряд исследований, направленных на увеличение срока службы роликов, связано с применением новых конструкционных материалов. Например, для повышения износостойкости при транспортировке горячих заготовок Касаи Сатоси /27/ предложен ролик, отличающийся высокими значениями сопротивления трещинообразованию и долговечности. Ролик состоит из стального цилиндрического сердечника и поверхностного слоя поверхностного толщиной 2-20 мм из жаростойкого и теплоизоляционного материала, например: Zr02, А1203, Si02, Ti02, Cr203, MgO, CaO, Y203, ZrSi04, Al203 Zr02, MgO-Al203 и др., или композиционного материала, в состав которого входят перечисленные окислы и неоксидная керамика или металл. Поверхностный слой может быть нанесен, например, плазменным напылением. Для надежного удержания поверхностного слоя к поверхности сердечника приваривается большое количество равномерно распределенных арматурных штифтов или других элементов, при этом обеспечивается хорошая вязкость и устойчивость против отпуска
Износостойкие ролики рольганга предложены также Muller Karin, Eibisch Ortrun, Jacob Bernd, Vollbrecht Ernst-Karl /28/. Для значительного увеличения стойкости в тяжелых условиях эксплуатации предлагается наваривать на ролики, изготовленные из низколегированной литой стали, износостойкий слой толщиной до 5 мм из стали следующего химического состава (в %): С 0,18-0,22; W 1,5-4,5; Сг 2,45-3,0; Мп 1,0-1,25; Ni 0,8; Mo 0,5; V 0,15-0,5; Si 0,55-0,75, с последующей механической обработкой до заданных размеров. При этом достигнута твердость поверхности -45 HRC и без последующей термообработки обеспечена хорошая вязкость и устойчивость против отпуска.
Разработка конструкции унифицированного рольганга повышенной ремонтопригодности
Многообразие условий применения и функциональных особенностей приводит к расширению номенклатуры рольгангов. Поэтому возникает необходимость провести систематизацию и анализ их конструкций, для чего следует рассмотреть принципы построения структурных схем рольгангов. В работах /47, 48/ для анализа гидроимпульсных систем предложено использовать два вида связей между элементами любого устройства: кинематической или конструктивной. На наш взгляд, применение таких терминов не совсем корректно, более правильно говорить о модульном (блочном или индивидуальном) и немодульном (совмещенном или встроенном) исполнении.
При анализе структурных схем рольгангов целесообразно рассматривать два вида исполнения рольгангов.
Исполнение 1 - модульное исполнение, при котором все элементы рольганга выполнены в виде самостоятельных блоков-модулей, что осуществляется сочетанием технологически согласованных и сохранивших свою индивидуальность элементов и узлов устройств. Примером модульного исполнения является шлицевое соединение электродвигателя с раздаточным или понижающим редуктором рольганга. В этом случае двигатель и редуктор сохраняют свою индивидуальность и являются отдельными агрегатами.
Исполнение 2 — совмещенное исполнение отдельных элементов или устройства в целом. Такое исполнение предопределяет полную потерю обособленности элементов рольганга, обычно оно выполняется путем соединения элементов и узлов машин в едином корпусе. Примером совмещенного исполнения может быть используемое для передачи крутящего момента у рольгангов с групповым приводом зубчатое зацепление конических шестерен трансмиссионного вала с коническими колесами, насаженными на шейки роликов. Все элементы зубчатых передач размещены в общей масляной ванне рамы рольганга, которая одновременно является корпусом редуктора и представляет собой один трудно собираемый агрегат. Это предопределяет потерю обособленности входящих в состав рольганга деталей и узлов. В данном случае возникает необходимость предварительного снятия определенного количества исправных элементов для доступа к месту отказа.
Для удобства дальнейшего изложения исполнение 1 будем также называть модульной связью, а исполнение 2 - совмещенной связью.
Пусть устройство имеет 3 элемента, обозначенные буквами А, В и С. Если все элементы имеют модульное исполнение (модульные связи), то структурная формула этого устройства будет иметь вид: А + В + С, (1) где знак "+" обозначает модульное исполнение элементов устройства.
Если между всеми элементами имеются только совмещенные связи (немодульное исполнение), то структурная формула устройства принимает вид: А В»С, (2) где знак " " обозначает совмещенное исполнение элементов устройства.
При комбинированном исполнении, когда часть элементов имеют модульные связи, а часть совмещенные связи, структурная формула будет иметь вид: А +В »С или А В + С или А С+В (3)
Таким образом, транспортные рольганги прокатных цехов можно представить рядом функциональных элементов, имеющих модульные и (или) совмещенные связи. Применяя указанные признаки можно реализовать структурные схемы рольгангов и выполнить анализ их конструкций, например, с целью определения показателей ремонтопригодности.
Ремонтопригодность, как свойство любого механизма, устройства и агрегата закладывается при конструировании. Уже на стадии конструирования в проектируемый объект должно быть заложено, наряду с возможностями по обнаружению и предупреждению отказов, обеспечение возможности минимальных затрат времени и трудовых ресурсов на восстановление его работоспособности. Основными оценками ремонтопригодности являются время и затраты на восстановление работоспособного состояния.
Ремонтопригодность характеризуется как единичными, так и комплексными показателями /1, 2, 21, 49/. Единичные показатели: среднее время восстановления работоспособного состояния, средняя трудоёмкость восстановления машины или агрегата и т. д. Комплексные показатели: коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности и т. д. Кроме того, при оценке ремонтопригодности конструкций машин используется также качественная или экспертная оценка. При экспертной оценке ремонтопригодности выделяют параметры, определяющие трудоемкость и длительность восстановления. Такими параметрами могут являться /2/: количество сборочных единиц; количество предварительно снимаемых элементов для доступа к месту отказа; технологичность процесса сборки; эргономические показатели; возможность использования средств механизации; организация технического обслуживания и ремонтов.
Математическое планирование эксперимента
Определение числа опытов, наряду с выбором условий их проведения, является необходимой процедурой для решения поставленной экспериментальной задачи с требуемой точностью.
В связи с тем, что исследуемые характеристики получаются путём испытаний ограниченного числа образцов, они будут отличаться от так называемых генеральных характеристик, которые могут быть найдены по результатам испытаний бесконечно большого числа образцов /61, 62, 63/. Проведённые испытания можно считать выборкой, на основании которой оцениваются с определённой точностью значения генеральных характеристик. Будем считать, что справедлива гипотеза о нормальном законе распределения результатов измерений, разброс которых обусловлен погрешностью выбранного экспериментального метода.
При проведении эксперимента получен набор значений угла клина Уі /2 — Уп С учетом того, что число испытаний небольшое (п 20), вычисление величины выборочного среднеквадратичного отклонения Sn без больших погрешностей можно осуществить по формуле: s.=w;, (14) где №я=(уй-у{)- размах варьирования, равный разности крайних значений измеряемой величины /,.; d„- коэффициент, значение которого зависит от числа измерений п (определяется по справочным данным).
Выборочное среднеарифметическое значение набора измеряемых величин определяется по формуле: J І (15) где у.- значение измеряемой величины для ( - того образца; и- число испытаний, т.е. объём выборки.
Ширина доверительного интервала &у для математического ожидания определяется числом измерений п и выборочными значениями заданной доверительной вероятности X, величины выборочного среднеквадратичного отклонения (среднеквадратичной ошибки) S и определяется по формуле: ДГ = 4-/, (16) где /- коэффициент Стьюдента, величина которого зависит от объёма выборки и и значения X. Для проводимых испытаний, учитывая то, что они являются обычными, можно ограничиться доверительной вероятностью 0,95 /61, 62, 65, 66/.
Для оценки степени разброса результатов эксперимента необходимо провести предварительные эксперименты с меньшим числом измерений т. Так как проводимый эксперимент является массовым однотипным испытанием, увеличение количества предварительных опытов будет оправдано.
При оценке точности экспериментального метода по формулам (14) и (15) необходимое количество планируемых экспериментов будет следующим:
При проведении эксперимента проведены пять предварительных испытаний пары образцов стали 45 с шероховатостью Дц=0,8. При этом был получен набор значений угла клина 2Г, 24", 26", 22", 25". Следовательно, размах варьирования Ws=5", а среднеквадратичное отклонение для этой выборки, определённая по формуле (14) 55=3,01", где 4, = 2,326. Ширина доверительного интервала Ау = 3,74", при ts - 2,78.
Таким образом, необходимое количество планируемых измерений угла клина с учётом формулы (17) « = 14. Это количество опытов на основании проведенных расчётов позволяет с требуемой вероятностью X = 0,95 и предварительным числом испытаний т 5 обеспечить получение достоверных результатов эксперимента.
Применение гипотезы о нормальном законе распределения результатов измерений позволило получить экспериментальные сведения о значении угла клина у фрикционной пары "сталь-сталь" с требуемой точностью при минимальных затратах средств и времени.
При математическом планировании эксперимента предполагается, что существует определённая аналитическая связь между факторами и выходным параметром (откликом процесса). Необходимо найти приближённую зависимость выходного параметра от факторов, т.е. построить математическую модель процесса. Математическая задача планирование эксперимента состоит в том, чтобы найти уравнение поверхности отклика: 7J = p(xl,X2,...,Xn), (18) где г)- выход процесса, для проводимого эксперимента это угол клина у (arctgy = /, где / - коэффициент сцепления); xs - факторы, которые варьируются при проведении эксперимента
Так как для решаемой задачи точный вид поверхности отклика заранее неизвестен, при экспериментальном поиске оптимальных условий функцию TJ можно представить в виде степенного ряда: 9 = А + 5 Л + ХА + 2X-W + - (19)
В связи с тем, что поверхность отклика изучается в сравнительно узком интервале варьирования факторов, то без большой погрешности можно отбросить члены высших порядков. Коэффициенты смешанного ряда р (коэффициенты регрессии) можно оценить с помощью выборочных коэффициентов регрессии Ь, которые определяются по результатам конечного числа опытов. Тогда уравнение регрессии, получаемое на основании результатов экспериментов, будет иметь вид: У-Ьг+ Y,bixi + Yubaxixi + Ebtf W + " С20) где у - выборочная оценка функции отклика.
Основные закономерности изнашивания материалов
Изнашивание - процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела. Износ - результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Величина износа может измеряться в единицах длины, площади, объема, массы и др.
Основными показателями, которые используются при расчете узлов трения на износ, являются следующие.
Линейный износ U, мкм - изменение размера поверхности при её износе, измеренное в направлении, перпендикулярном к поверхности трения.
Скорость изнашивания у = dU/dt, мкм/с - отношение величины износа ко времени, в течение которого он происходил.
Интенсивность изнашивания j = dUidl — отношение величины износа к пути трения, на котором происходило изнашивания.
Скорость и интенсивность изнашивания связаны соотношением у -j-Vact где VCK - скорость относительного скольжения поверхностей трения. Скорость изнашивания является более универсальной характеристикой, и поэтому она применяется чаще.
Установлено, что на изнашивание оказывают влияние следующие факторы: силовые и кинематические параметры работы сопряжения - давление на поверхности трения р и скорость относительного скольжения трущихся поверхностей VCK; физико-механические свойства материалов пары - твердость НВ (HRC, HV), модуль упругости Е\ коэффициент Пуассона ju, предел текучести стг и др.; характеристики поверхностного слоя - шероховатость поверхности Ra (Rz, Rmax, Лшер и др.), показатели опорной кривой b и V, способ обработки и др.; внешние условия - характеристики смазочного слоя, температура, вибрация, вакуум и др.
При этом следует иметь в виду, что процесс износа протекает во времени.
В связи со сложностью получения расчетных формул на основе фундаментальных положений физики и химии, на практике для описания основных закономерностей изнашивания широко используют эмпирические зависимости, которые справедливы для выбранного сочетания материалов и при определенных условиях его протекания.
Если отложить по оси абсцисс время t работы пары трения, а по оси ординат износ U, то получим кривую изнашивания сопряжения во времени (рисунок 25а). Тангенс угла наклона Д образованного осью абсцисс и касательной к кривой в произвольной точке, определяет скорость изнашивания в данный момент времени (рисунок 256).
Функции изменения величины износа и скорости изнашивания во времени имеют две характерные точки 1 и 2, и поэтому кривую изнашивания можно разбить на три участка /49/.
Участок I соответствует периоду начальной эксплуатации, в котором происходит приработка трущихся поверхностей деталей. В этот период должна формироваться оптимальная шероховатость контактирующих поверхностей, что схематично показано на рисунке 26: микровыступы технологического рельефа деформируются при нагружении через сопряженную поверхность и в сочетании с воздействием температуры и других факторов приобретают рельеф, характерный для данных условий работы. В этот период скорость изнашивания монотонно убывает до значения / = const. Необходимо отметить, что для реализации нормальной приработки должны быть созданы определенные условия, так как в противном случае величина износа достигнет предельного значения [U] раньше (точка 1"), чем будет сформирована оптимальная поверхность.