Методы повышения долговечности деталей машин

Долговечность машины зависит от совокупности влияния самых разнообразных факторов, которые проявляются на всех этапах ее создания и эксплуатации, при этом долговечность отдельных деталей может существенно отличаться от долговечности машины в целом.

В процессе разработки конструкции машины, станка, агрегата закладываются фундаментальные основы долговечности и надежности отдельных узлов и деталей машины. Ошибка конструктора на этой стадии создания машины может привести к тому, что машина из-за недостаточной долговечности отдельных деталей окажется неэкономичной или вовсе неработоспособной.

При изготовлении машины большое влияние на качество и долговечность деталей оказывают различные технологические факторы. От правильности выбора метода изготовления, назначения соответствующей упрочняющей обработки металла, качества сборки, во многом зависит надежность и долговечность наиболее нагруженных сопряженных деталей, рабочих органов машины. И, наконец, в эксплуатации надежность и долговечность машины, созданной конструкторами и технологами, попадает в зависимость от индивидуальных особенностей машиниста, оператора или техника, которые в процессе эксплуатации машины могут оказать значительное влияние на срок службы ее деталей и механизмов. Таким образом, при создании машины и последующей эксплуатации используются разнообразные приемы повышения срока службы ее деталей и узлов.

Методы повышения долговечности деталей машины можно разделить на три основных группы:

1) конструктивные;

2) технологические;

3) эксплуатационные.

Конструктивные методы повышения долговечности деталей машин включают в себя комплекс мероприятий, связанных с созданием рациональной конструкции машины. Среди них наиболее важными являются: правильный выбор конструктивного решения, от которого зависит работоспособность сопряженных деталей в эксплуатации, экономичность и эффективность агрегата, а также правильный выбор конструктором материалов и обеспечение равнопрочности деталей и узлов. Практика показывает, что неудачную конструкцию можно значительно улучшить путем правильного подбора материалов для ее деталей; но нельзя успешно эксплуатировать самую «разумную» по замыслу машину, если материал деталей и их свойства выбраны заведомо неверно. Чтобы обеспечить длительную эксплуатацию узлов машины, конструктор обязан предусмотреть простоту их обслуживания и ремонта.

Особым, перспективным направлением в совершенствовании конструкции машины является создание саморегулирующихся и самовосстанавливающихся узлов и устройств. Сущность подобных конструктивных решений заключается в том, что система или устройство автоматически подналаживается или регулируется, при этом соблюдается постоянство основных геометрических параметров сопряженного узла в процессе эксплуатации.

К технологическим методам повышения долговечности деталей машин относятся мероприятия по улучшению свойств материалов, применяемых в данной конструкции. Свойства детали начинают формироваться в процессе отливки, сварки, обработки давлением и механической обработки. При выполнении указанных операций закладываются прочностные характеристики и другие показатели долговечности будущих деталей машины. Все последующие операции изготовления детали сводятся к улучшению свойств материала заготовки. Поэтому прежде чем назначать улучшающую обработку, необходимо убедиться в правильности выбора материала и метода получения заготовки детали.

Некоторые механические характеристики стального литья, проката и поковок после нормализации могут повышаться на 50 – 100%, в зависимости от условий выплавки или обработки стали давлением. Особенно велико влияние способа получения заготовки на динамическую прочность материала. Еще более значительно можно изменить свойства деталей, применив новые методы получения заготовок и новые материалы типа металлокерамики, пластических масс или композиционных веществ.

Дальнейшее повышение долговечности деталей машин при их изготовлении осуществляется путем применения различных методов термической и химико-термической обработки. Эти виды обработки позволяют значительно повысить прочность и износостойкость деталей. Так, после обычной закалки и соответствующего отпуска прочность углеродистой стали можно повысить в 1,5 – 2 раза, легированной стали в 2 – 3 раза. В результате химико-термической обработки представляется возможным в гораздо больших масштабах, чем при термической обработке, увеличить твердость поверхностных слоев изделий до 1200 – 2200 кГ/мм². Поверхностное химико-термическое упрочнение деталей машин позволяет повысить их износостойкость во много раз. Например, износостойкое борирование и хромирование увеличивают срок службы деталей, работающих в контакте с абразивной средой, в 8 – 10 раз, цементация и нитроцементация шестерен из средне-углеродистой стали повышают их износостойкость в 1,5 – 2 раза по сравнению с объемной закалкой.

Большое распространение получили также методы нанесения износостойких материалов на поверхности трения путем наплавки, напыления плакирования. В качестве мероприятий, повышающих коррозионную стойкость деталей, широко используются методы нанесения гальванических, лакокрасочных, пластмассовых и эмалевых покрытий. Процесс нанесения защитных покрытий, как правило, является заключительным в технологическом комплексе операций по созданию деталей и узлов машины, и от качества его выполнения во многом зависит долговечность изделия.

Машина, созданная конструкторами, технологами и заводскими рабочими, сдается в эксплуатацию, в которой проявляются новые факторы долговечности и надежности. Как бы хорошо ни была сконструирована и изготовлена машина, ее эффективное использование окажется возможным только при нормальном уходе за ней и нормальном режиме работы. Практика показывает, что полный ресурс локомотивов, станков, автомобилей, сельскохозяйственных и других машин в зависимости от условий эксплуатации значительно изменяется. При неудовлетворительном уходе имеют место случаи выхода из строя новых машин в самом начале эксплуатации. Поэтому эксплуатационные методы являются составной частью комплекса мероприятий по увеличению долговечности машин.

К ним в первую очередь относятся организационные мероприятия, способствующие реализации установленных графиков планово-предупредительного ремонта, осуществление систематического контроля за износом сопряженных деталей. Большое влияние на интенсивность износа ответственных деталей машины оказывает качество ухода за машиной в эксплуатации, особенно своевременная смазка трущихся частей, предохранение их от загрязнения. И, наконец, весьма эффективным методом продления срока службы машины или станка является применение наиболее рациональных режимов эксплуатации, исключающих недозволенную перегрузку двигателя и рабочих элементов машины.