Разработка технических требований на эксплуатацию и ремонт привода мостового крана

 

Рис.4 - Выкрашивание поверхности. Глубокие трещины и расслаивание

 

Выкрашивание поверхности схоже с усталостью поверхности, но отличается от него более сильной степенью повреждения подшипника и может указывать на то, что подшипник исчерпал ресурс усталости. Рисунок 4 показывает, что растрескивание и сколы поверхностей характеризуются глубокими трещинами и расслаиванием. Это происходит, когда под поверхностные трещины, возникающие в местах дислокации неметаллических включений в стали подшипника, доходят до поверхности. Преждевременное растрескивание часто вызывается плохой посадкой вала, искривлениями корпуса и неправильной установкой, т.е. условиями, вызывающими слишком высокие циклические напряжения.

 

Рис.5 - Абразивный износ. Повреждение поверхности элементов качения

 

Абразивное изнашивание  возникает при давлении абразивных частиц (подвижных и неподвижно закрепленных) на материал под воздействием внешних сил и характеризуется высокой интенсивностью изнашивания.

Абразивное истирание  металла, показанное на рис.4, разрушает  поверхности элементов подшипника. В зависимости от типа абразивного  износа, поверхность приобретает  или тусклый серый металлический  цвет или же зеркально полируется. Иногда подшипник вследствие изменения  его геометрии из-за износа резко  выходит из строя. Мелкая абразивная пыль является обычной причиной такого отказа; эта пыль может попасть  в подшипник при установке, через  плохие уплотнения или с грязной  смазкой. Поэтому при монтаже  подшипника рекомендуется протирать  каждый элемент чистой тканью перед  смазкой и содержать в чистоте рабочие поверхности. Хорошие уплотнения, промываемые уплотнения и чистые смазочные материалы помогут предотвратить загрязнение после установки подшипника.

При абразивном изнашивании  неподвижно закрепленными абразивными  частицами износостойкость узла трения зависит от соотношения твердостей абразива Н_э и металла Н_м.

Если Н_м<(0.8...0,6)Н_а, то износ не зависит от разности твердостей абразива и металла.

Если Н_м=(0,8...1,5)Н_а, износостойкость возрастает с ростом твердости металла.

Износостойкость существенно  повышается при Н_м>=1,6Н_а.

При наличии свободных  абразивных частиц износостойкость И пропорциональна разности твердостей трущихся тел

И=К (НгН₂).

Следовательно, для повышения  износостойкости узлов трения в  условиях абразивного изнашивания  необходимо применение сталей, подвергнутых упрочняющей закалке.

Для данных материалов выбираем закалку с нагревом газовым пламенем, твёрдость обработанной поверхности HRC 40-70.

 

2.7 Выбор вида и марки смазочного материала

 

Исходя из условий технической  эксплуатации подшипниковых узлов наиболее предпочтительным является применение в них ПСМ.

Для радиальных шариковых однорядных подшипников 36210 ГОСТ 8338-75 наиболее подходящим смазочным материалом при вязкости 170 Па*с является Солидол – Ж ГОСТ 1033-79, работающий в температурном диапазоне

-30…+70 °С.

 

 

2.8 Диагностика и технические требования на дефектацию и ремонт

Для оценки технического состояния и диагностики подшипников  качения в настоящее время  широко используются следующие методы: ПИК-фактор, по спектру вибросигнала, по спектру огибающей, по методу ударных импульсов.

Метод ПИК-фактора. Для контроля за техническим состоянием подшипников по этому методу необходимо иметь простой виброметр, позволяющий измерять два параметра вибросигнала:

среднеквадратичное  значение уровня (СКЗ) вибрации, т.е. энергии  вибрации;

пиковую амплитуду (ПИК) вибрации (положительную, отрицательную  или полный размах - значения не имеет). Отношение двух этих параметров ПИК/СКЗ  называется ПИК - фактором.

Достоинство метода ПИК - фактора - простота. Для реализации нужен обычный виброметр общего уровня. Недостатки - слабая помехозащищенность метода и необходимость проводить  многократные измерения в процессе эксплуатации. Установить датчик непосредственно  на наружной обойме подшипника практически  невозможно, поэтому сигнал вибрации характеризует не только подшипник, но и другие узлы механизма, что в  данном случае рассматривается как  помехи. Чем дальше установлен датчик от подшипника и сложнее кинематика самого механизма, тем меньше достоверность  метода. Получить оценку состояния  по одному замеру невозможно.

По спектру  вибросигнала.

Для контроля за техническим состоянием подшипников по данному методу необходим анализатор спектра вибрации. Метод базируется на анализе спектра вибрации - выявлении периодичности появления амплитудным виброанализатором и по частотному составу спектра, можно идентифицировать возникновение и развитие дефектов подшипника. Каждому дефекту на элементах подшипника соответствуют свои частоты, которые зависят от кинематики подшипника и скорости его вращения. Наличие той или иной частотной составляющей в спектре сигнала говорит о возникновении соответствующего дефекта, а амплитуда этой составляющей - о глубине дефекта.

Достоинства метода:

высокая помехозащищенность;

высокая информативность. Возможна оценка состояния элементов  подшипника, поскольку они генерируют разные частотные ряды в спектре.

Недостатки:

метод дорогостоящий, если виброанализатор использовать только для контроля подшипников;

метод малочувствителен к зарождающимся и слабым дефектам в связи с тем, что подшипники в большинстве случаев являются маломощными источниками вибрации. Небольшой скол на шарике или дорожке  не в состоянии заметно качнуть  механизм, чтобы мы увидели эту  частотную составляющую в спектре.

Метод спектра  огибающей.

Для контроля за техническим состоянием подшипников по этому методу необходим анализатор спектра вибрации с функцией анализа спектра огибающей высокочастотной вибрации. Метод базируется на анализе высокочастотной составляющей вибрации и выявлении модулирующих ее низкочастотных сигналов.

Высокочастотная часть сигнала изменяет свою амплитуду  во времени, т.е. она модулируется каким-то более низкочастотным сигналом. Выделение и обработка этой информации и составляют основу метода.

Спектр огибающей  при отсутствии дефектов представляет собой почти горизонтальную, волнистую  линию. При появлении дефектов над  уровнем линии сплошного фона начинают возвышаться дискретные составляющие, частоты которых однозначно просчитываются по кинематике и оборотам подшипника. Частотный состав спектра огибающей позволяет идентифицировать наличие дефектов, а превышение соответствующих составляющих над фоном однозначно характеризует глубину каждого дефекта.

Достоинства метода - высокая чувствительность, информативность  и помехозащищенность.

Недостаток - высокая  стоимость, необходим анализатор спектра  вибрации с функцией анализа спектра  огибающей высокочастотной вибрации.

Метод ударных  импульсов основан на измерении и регистрации механических ударных волн, вызванных столкновением двух тел. Ускорение частиц материала в точке удара вызывает волну сжатия, которая распределяется в виде ультразвуковых колебаний. Ускорение частиц материала в начальной фазе удара зависит только от скорости столкновения и не зависит от соотношения размеров тел. Период времени мал, и заметной деформации не происходит. Величина фронта волны является мерой скорости столкновения (удара) двух тел. Во второй фазе удара поверхности двух тел деформируются, энергия движения отклонит тело и вызовет в нем колебания.

Для измерения  ударных импульсов используется пьезоэлектрический датчик, на который  не оказывает влияние фон вибрации и шум. Вызванная механическим ударом фронтальная волна сжатия возбуждает затухающие колебания в датчике.

Достоинства - высокая  чувствительность, информативность  и помехозащищенность. Метод прост  и дешев в реализации, существуют простые, портативные приборы.

Недостаток - существует одно ограничение, связанное с конструктивным исполнением механизма.

 

9. Сборка подшипникового узла

 

Основные требования, предъявляемые  к собираемым узлам:

- тщательная промывка;

- точная сборка и регулировка радиальных зазоров.

От качества выполнения посадки  подшипников на вал или в корпус зависят долговечность и надежность работы машины. Сборка подшипниковых  узлов может осуществляться различными способами:

-  с помощью ручных, пневматических или гидравлических прессов;

- подогревом подшипников в горячем минеральном масле;

- охлаждением вала с применением твердой углекислоты;

- индукционным нагревом.

Регулировка осевых зазоров  подшипников в узлах металлургических машин, как правило, осуществляется подбором необходимого комплекта прокладок, обеспечивающих заданный осевой зазор. Порядок регулировки следующий:

- установка торцевой крышки до упора в торец наружного кольца подшипника и закрепление ее равномерно винтами так, чтобы выбрать осевой зазор в подшипнике (туго проворачивается вал);

- измерение щупом зазора в нескольких местах по окружности между торцевыми поверхностями крышки и корпуса;

-  определение толщины комплекта регулировочных прокладок;

-  установка рассчитанного комплекта регулировочных прокладок, затягивание винтов и проверка вращения вала.

 

 

4. Анализ работы открытой и закрытой цилиндрической зубчатой передачи

3.1 Расчет наиболее нормального контактного напряжения

 

 

Рис. 6 - Схема цилиндрической зубчатой передачи

 

 

Наиболее нормальное контактное напряжение для цилиндрических прямозубых зацеплений:

= ;

= 4.43 = 42.110⁴ = 4.2110⁵;

= 649 МПа,

где u – передаточное число;

А - межцентровое расстояние, м;

b - ширина зубчатого венца, м;

к - коэффициент, равный 1,3...1,5 (меньшие значения следует выбирать при расположении колес на валах, близком к симметричному; большие значения - при несимметричном расположении колеса);

М_к - крутящий момент на колесе, МН м.

 

Наиболее нормальное контактное напряжение для цилиндрических косозубых зацеплений:

= ;

= 8.28 = 62.110⁴ = 6.2110⁵;

= 788 МПа,

где u – передаточное число;

А - межцентровое расстояние, м;

b - ширина зубчатого венца, м;

к - коэффициент, равный 1,3...1,5 (меньшие значения следует выбирать при расположении колес на валах, близком к симметричному; большие значения - при несимметричном расположении колеса);

М_к - крутящий момент на колесе, МН м.

 

 

 

3.2 Скорость скольжения трущихся поверхностей

  

По ранее приведенной  таблице 3 определим скорость скольжения для открытой зубчатой передачи.

В нашем случае для пары трения сталь – сталь при малой  скорости и при шероховатости  1,6 мкм скорость скольжения составляет 0,09.

По ранее приведенной  таблице 3 определим скорость скольжения для открытой зубчатой передачи.

В нашем случае для пары трения сталь – сталь при большой скорости и при шероховатости 1,6 мкм скорость скольжения составляет 2,2.

 

4. Вид изнашивания и вид упрочняющей обработки материалов

 

В зубчатых передачах наблюдаются  такие определяющие виды поверхностного разрушения рабочих профилей зубьев как уcталостное выкрашивание и изнашивание. Наряду с процессом уcталостного выкрашивания зубьев в разной мере всегда выступает их изнашивание, интенсивность которого зависит от ряда рабочих факторов и условий эксплуатации передачи. Изнашивание зубьев ведет к изменению их исходного профиля, вследствие чего снижается их изгибная прочность, возрастает динамичность работы передачи и увеличивается шум. В конечном результате оно является причиной того, что после достижения определенного предельного изнашивания зубьев приходится отказываться от дальнейшей эксплуатации передачи.

 

Рис. 7 - Профили изношенных зубьев

 

Таблица 4

Механические характеристики материалов зубчатой передачи

Материал увеличивает  твердость с помощью термической  обработки

 приблизительно до 302 НВ.