1.3.2 Процессы, снижающие работоспособность машины
Различные виды энергии, действуя на машину, вызывают в ее узлах и деталях процессы, снижающие её начальные параметры. Эти процессы связаны, как правило, со сложными физико-химическими явлениями и приводят к деформации, износу, поломке, коррозии и другим видам повреждений .
Это, в свою очередь, влечет за собой изменение выходных параметров машины, что может привести к отказу.
Эти взаимосвязи упрощенно можно выразить следующей схемой:
Следует подчеркнуть, что процессы, приводящие к изменению начальных свойств машины, протекают в материалах, из которых она изготовлена, включая не только детали машины, но и смазку, топливо и все то, что участвует в её рабочем процессе.
Вот примеры данных взаимосвязей. Механическая энергия, действующая в звеньях металлорежущего станка, приводит к возникновению процесса износа его звеньев. Это вызывает искажение начальной формы сопряжений (т. е. их повреждение), что приводит к потере станком точности, которая является основным выходным параметром станка. При достижении определенной погрешности обработки возникает отказ.
Химическая энергия вызывает процессы коррозии в резервуарах и трубопроводах агрегатов химической промышленности. Повреждение стенок резервуаров может привести вначале к ухудшению выходных параметров агрегата (загрязнение химических веществ, изменение пропускных сечений трубопроводов), а затем при разрушении стенок к полному выходу из строя машины.
Сочетание механических воздействий, в том числе высокочастотных колебаний, а также влияние температурных и химических факторов на элементы конструкции самолетов приводит к тому, что в них могут возникать усталостные разрушения (трещины). Они снижают несущую способность системы, что при определенной величине повреждения приводит к разрушению элемента конструкции и может закончиться аварией.
Следует иметь в виду, что процесс, возникающий в результате действия того или иного вида энергии, может не сразу привести к повреждению машины. Часто существует период «накопления воздействий» прежде чем начнется период внешнего проявления процесса, т. е. повреждение машины. Например, для начала развития усталостной трещины необходимо определенное число циклов переменных напряжений. Типичные кривые протекания процессов во времени рассмотрены ниже.
Повреждение конструкционного материала машины — это отклонение его контролируемых свойств от их начальных значений. Это отклонение связано с выходными параметрами машины определенной зависимостью. Не всякое повреждение влияет на выходные параметры машины. Также и определенная степень этого повреждения может не повлиять на показатели работоспособности.
Из схемы, приведенной выше, видно, что между воздействием энергии на машину и возникновением отказа имеет место последовательная цепочка взаимосвязей, которая рассмотрена ниже.
Следует иметь в виду, что часть процессов, происходящих в машине и влияющих на ее технические характеристики, являются обратимыми.
Обратимые процессы временно изменяют параметры деталей, узлов и всей системы в некоторых пределах, без тенденции прогрессивного ухудшения. Наиболее характерный пример таких процессов — упругая деформация узлов и деталей машин.
Необратимые процессы приводят к прогрессивному ухудшению технических характеристик машины с течением времени. Наиболее характерными необратимыми процессами в машинах являются изнашивание, коррозия, усталость, перераспределение внутренних напряжений и коробление деталей с течением времени.
