Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

Подкрашенная жидкость, находящаяся в трещинах, впитывает­ ся частицами каолина, окрашивает их в красный цвет, и тем самым обнаруживается дефект. Цветной метод отличается от люминесцентного тем, что для него не требуется ультрафиоле­ тового излучения и затемнения помещения — изделие в этом случае рассматривают при нормальном дневном освещении.

Наиболее часто применяемые методы неразрушающего кон­ троля и степень эффективности их использования приведены в табл. 15.

Из рассмотренных основных физических методов неразруша­ ющего контроля изделий следует, что каждый из них имеет оп­ ределенные пределы применения, зависящие от физических ос­ нов метода и его чувствительности к выявлению тех или иных дефектов. Поэтому при выборе метода дефектоскопии следует особенно тщательно проанализировать характер отдельных де­ фектов и в соответствии с ним назначить тот или иной способ контроля. При этом надо стремиться к выбору достаточно эф­ фективного и экономичного метода. Контрольная аппаратура может быть и очень простой, как, найример, при методе магнит­ ного порошка, и очень сложной, как при просвечивании лучами Рентгена. Освоение и настройка дефектоскопов иногда сопря­ жены с целым рядом трудностей, поэтому период отладки де­ фектоскопа требует определенного времени и учета особенно­ стей производства.

Дефектоскопия имеет большое значение в тех отраслях ма­ шиностроения, где основным требованием является оптималь­ ная надежность конструкции при минимальном удельном весе.

Методы оценки эксплуатационных свойств деталей, соединений и сборочных единиц машин

Испытания деталей и сборочных единиц машин в процессе производства проводят на специальных стендах в условиях, близких к эксплуатационным, или в условиях учащенных и уве­ личенных нагрузок (ускоренные испытания).

Определение долговечности прессовых и горячих посадок при ударном кручении. Прочность и долговечность прессовых и го­ рячих посадок, работающих при ударном кручении, исследуют

передает удар на испытуемый узел. Маховик приводится в дви­ жение от электродвигателя постоянного тока. Вращающийся от электродвигателя 1 постоянного тока маховик 4 с помощью ку­ лачковой муфты 5 передает крутящий удар испытываемому узлу 6. Как только маховик 4 получит необходимую частоту

Рис. 80. Схема крутильного копра баллистического типа

вращения, нажимают специальную рукоятку, выключающую ку­ лачковую муфту 2 и кулачковую муфту 5. При соударении ку­ лачков маховика и муфты возникает ударный крутящий момент, который передается на испытуемое соединение, а затем через захват 9 на ось 8 баллистических маховиков 7. Маховик 7 полу­ чает небольшую угловую скорость и начинает медленно вра­ щаться.

Изменение скорости маховика 7 можно регистрировать элект­ роискровым способом. Точное измерение частоты вращения ма­ ховика 4 и его скорости в процессе удара производится импуль­ сным фотоэлектрическим способом, основанным на регистрации импульсов фотоэлемента 12 при попадании на него пучка света от осветителя 11 через отверстие диска 3, укрепленного на ма­ ховике 4.

Импульсы фотоэлемента усиливаются двухкаскадным уси­ лителем 13, после чего поступают на шлейф осциллографа и фиксируются на пленке. Одновременно с помощью отметчика времени, имеющего частоту 500 Гц, регистрируется время, а по времени и расстоянию между пиками фотоэлемента опреде­ ляется угловая скорость маховика 4.

Испытание производится под действием серии ударов с по­ стоянным или возрастающим запасом силы до появления де­ формации в сопряжении или до нарушения посадки. Для этого на образцы или испытуемые сборочные единицы наносят риски, позволяющие зафиксировать нарушение посадки и остаточную деформацию.

Для измерения динамических деформаций, а следовательно, и напряжений на деталях сопряжения с двух сторон под уг­ лом 45° к оси устанавливают датчики из константановой прово­ локи диаметром 0,02 мм, базой 10 мм и сопротивлением 120 Ом. Изменение напряжений регистрируется восьмишлейфовым ос­ циллографом 10 и электронным измерителем деформации 14 типа ИД-2, приспособленным для исследования динамических процессов и работающим на принципе несущей частоты.

На описанной установке можно производить определение прочности прессовых и горячих посадок, надежности их как при серийном изготовлении машин, так и при экспериментальной обработке новых конструкций деталей и сборочных единиц. На­ пример, проведенные исследования трех серий образцов прессо­ вой и горячей посадок в условиях ударного кручения показали (рис. 81), что несущая способность для горячих посадок значи­ тельно выше, чем для прессовых. При этом установлено, что при обычно назначаемых натягах 0,1% D (D — диаметр вала) рав­ нопрочная длина для горячих и прессовых посадок оказывается одинаковой.

Установлено также, что по условиям прочности и экономич­ ности целесообразно назначать большие натяги, соответствую­ щие упруго-пластическим деформациям в металле сопрягае­

мых деталей. Для обеспечения большой надежности на основа­ нии проведенных исследований рекомендуется натяг для прессовых посадок назначать около 250 мкм (0,60% D) и для горячих посадок 215 мкм (0,56% D) при статическом действии сил, а при ударном действии сил до 275 мкм (0,70% D) для прессовых посадок и 250 мкм (0,60% Д)для горячих.

Равнопрочная длина посадки при ударном нагружении для горячих посадок приблизительно на 40%, а для прессовых — на 35% больше, чем при статическом нагружении.

Натяг

в)

Рис. 81. Зависимость длины посадки I от натяга:

а — при ударном кручении; б — при статическом кручении; 7 — прессовая посадка; 2 —горячая посадка

Определение долговечности пружин. Особенно большое рас­ пространение в промышленности получили витые цилиндриче­ ские пружины растяжения и сжатия, которые по виду нагруже­ ния можно разделить на четыре группы: пружины сжатия, воспринимающие продольно-осевую сжимающую нагрузку; пружины растяжения, воспринимающие продольно-осевую рас­ тягивающую нагрузку; пружины кручения, воспринимающие на­ грузки, сводящиеся к паре сил, действующих в плоскостях, пер­ пендикулярных к оси пружины, и пружины, воспринимающие комбинированные нагрузки.

Конструктивно элементы пружины могут быть статического, ограниченно кратного, динамического и многократного дейст­

вия. Методы исследования долговечности пружин определяются видом и характером их нагружения и особенностью их эксплуа­ тации.

В процессе производства проверяют характеристики упругих элементов, величину нагрузки, угол закручивания или прогиба. Для определения характеристик пружин разработаны и приме­ няются специальные приспособления и методики; некоторые из них регламентированы ГОСТами (например, методика испыта­ ния тарельчатых пружин предусмотрена ГОСТом 3057—54).

Наряду с проверкой характеристик пружин и упругих эле­ ментов на практике проверяют прочность и выносливость пру­ жин путем заневоливания (обычно на 24—48 ч) при максималь­ но допустимой нагрузке и испытания многократными ударами на копре.

Для определения долговечности цилиндрических витых пру­ жин, работающих в условиях ограниченно кратного или много­ кратного динамического действия, в Ижевском механическом институте под руководством проф. В. П. Остроумова спроекти­ рована и изготовлена машина, которая позволяет воспроизво­ дить нагружения, при которых напряжения в испытуемой пру­ жине соответствуют по характеру и величине эксплуатацион­ ным. Статическая рабочая сила сжатия испытываемых пружин при мощности электродвигателя 4,5 кВт не превышает 90 кгс. К основным узлам машины относятся ударный и копирный ме­ ханизмы, приемник,вариатор.

Определение долговечности зубчатых колес. К основным ви­ дам разрушения зубчатых колес, как уже указывалось выше, относятся усталостный излом зубьев, происходящий обычно у основания ножки зуба, и усталостное разрушение рабочих по­ верхностей зубьев. В соответствии с этими видами разрушения зубчатых колес применяют два основных метода испытаний для определения их долговечности: усталостные испытания на изгиб зубьев и испытания на контактную выносливость рабочих по­ верхностей. При испытании на контактную выносливость в экс­ плуатационных условиях можно наблюдать и другие виды из­ носа.

Усталостные испытания зубьев на изгиб позволяют оценить влияние вида материала, характера термической обработки и упрочнения поверхности на предел выносливости и долговеч­ ность зубчатых колес. Эти испытания дают возможность также выявить влияние конструктивных особенностей на прочность и долговечность зубчатых колес и обнаружить причины прежде­ временных поломок.

При работе зубчатых передач в реальных условиях эксплуа­ тации нагрузка, испытываемая зубьями, в большинстве случаев изменяется по знакопостоянному циклу от нуля до максимума. Поэтому испытания на усталостный изгиб приходится выпол­