МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС)

Interstate council for standardization, metrology and certification
(ISC)

Обеспечение износостойкости изделий

ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ

Принципы обеспечения. Общие положения

Москва Стандартинформ
2005

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1. РАЗРАБОТАН Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации и сертификации в машиностроении (ВНИИНМАШ) Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

2. ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК128 «Испытания и расчеты на прочность и ресурс»

3. ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 23 от 22 мая 2003 г.)

За принятие стандарта проголосовали:

4. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 июля 2005 г. № 184-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 30858-2003 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2006 г.

5. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе «Национальные стандарты», а текст изменений - в информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты»

Содержание

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Дата введения - 2006-01-01

1. Область применения

Настоящий стандарт устанавливает принципы обеспечения триботехнических требований и показателей изделий и их составных частей (далее - изделий), работающих в условиях трения и износа, при их проектировании, изготовлении и эксплуатации.

Установленные настоящим стандартом триботехнические требования и показатели, от которых зависит безопасность изделий для жизни и здоровья населения, окружающей среды, обязательны для применения.

2. Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующий межгосударственный стандарт и классификатор:

ГОСТ 27674-88 Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения

МК (ИСО 3166) 004-97 Межгосударственный классификатор стран мира

Примечание. При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных документов по указателю «Национальные стандарты», составленному по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3. Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 27674.

4. Триботехнические свойства изделий

4.1. Триботехнические свойства изделий характеризуют контактное взаимодействие твердых тел при их относительном перемещении и зависят от триботехнических свойств конструкционных и смазочных материалов.

4.2. К триботехническим свойствам материалов относят:

а) износостойкость - способность материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения;

б) совместимость при трении для сопряженных материалов - допустимые значения силы трения, интенсивности изнашивания и вероятности заедания*;

в) прилегаемость при трении - способность материала увеличивать поверхность трения за счет упругого и пластического деформирования поверхностного слоя;

г) способность к поглощению твердых частиц - свойство материала поглощать в поверхностном слое твердые частицы под действием рабочих нагрузок**;

д) способность поверхностного слоя отводить тепло - теплофизические свойства материалов трибосопряжения, обеспечивающие отвод тепла, выделившегося вследствие фрикционного разогрева;

е) прирабатываемость - способность материалов пары трения уменьшать силу трения, темпера туру и интенсивность изнашивания в процессе приработки.

* - совместимые по триботехническим свойствам материалы предотвращают возможность схватывания при трении сопряженных поверхностей и обеспечивают стабильные значения силы трения.

** - способствует уменьшению царапающего или режущего действия твердых частиц.

4.3. К триботехническим свойствам смазочных материалов относят:

а) совместимость смазочных материалов - способность двух или нескольких смазочных материалов смешиваться между собой без ухудшения их эксплуатационных свойств и стабильности при хранении;

б) консистенцию смазочного материала - способность пластичных смазочных материалов оказывать сопротивление деформации при внешнем воздействии;

в) вязкость, определяющую возможность жидкого, полужидкого и полутвердого веществ оказывать сопротивление при трении;

г) способность смазочного материала снижать износ и силу трения независимо от его вязкости.

5. Триботехнические показатели изделий и их характеристики

5.1. Триботехнические показатели изделий зависят от триботехнических свойств материалов, конструкции изделий, технологии изготовления, режимов и условий эксплуатации, качества технического обслуживания и ремонта.

5.2. К триботехническим показателям относят:

- износостойкость;

- несущую способность при трении;

- антифрикционность;

- фрикционную термостойкость;

- прирабатываемость;

- геометрические, технические и физико-химические характеристики приповерхностного слоя;

- совместимость при трении;

- энергетические потери в трибосопряжении.

5.2.1. Износостойкость изделия определяют следующие показатели:

- износ - изменение массы изделий, их размеров, количества металла в масле или изменение параметров изделия, зависящих от износа поверхностей или сопряжений;

- скорость изнашивания - отношение значения износа к интервалу времени, в течение которого он возник (мгновенная - в определенный момент времени, средняя - за определенный интервал времени);

- интенсивность изнашивания (мгновенная, средняя) - отношение значения износа к обусловленному пути, на котором происходит изнашивание, или объему выполненной работы.

Примечание. В переходном режиме (до окончания приработки) износостойкость характеризуется максимальной интенсивностью изнашивания за время переходного процесса, средней интенсивностью изнашивания, отношением средней интенсивности изнашивания в стационарном режиме к средней интенсивности изнашивания в переходном режиме.

5.2.2. К показателям несущей способности при трении относят критические значения нагрузки (давления), грузоподъемность, скорость скольжения (качения), температуру внешнего разогрева, изменение которых приводит к заеданию или выходу за установленные пределы параметров работоспособности узла трения.

5.2.3. Показатели антифрикционности изделия характеризуют антифрикционность сочетания материалов, которую определяют коэффициент трения, мощность трения (работа сил трения в единицу времени), удельная мощность трения (мощность на единицу площади поверхности трения), работа сил трения за определенный период времени или на определенном пути трения.

Примечание. В переходном режиме антифрикционность определяют максимальный (средний) коэффициент трения и отношение мощности трения в стационарном режиме к средней мощности трения в переходном режиме.

5.2.4. К показателям фрикционной термостойкости относят температуру фрикционного разогрева в стационарном режиме, а также среднюю и максимальную температуры в переходном режиме. Можно использовать диапазон температур фрикционного разогрева при допустимых и стабильных интенсивности изнашивания и (или) коэффициентах трения.

5.2.5. Показатели прирабатываемости определяют для переходного режима приработки диапазоном и скоростью изменения показателей и характеристик и 5.2.2 - 5.2.4 .

5.2.6. Для определения геометрических, технических и физико-химических характеристик приповерхностного слоя измеряют твердость, микротвердость, плотность, теплофизические параметры, а также проверяют наличие и размеры визуально наблюдаемых повреждений поверхностей: царапин, вырывов, наволакиваний, задиров, сколов, следов отшелушивания и выкрашивания.

5.2.7. Показатели совместимости при трении зависят от характеристик, установленных в 4.2, перечисление б), и 4.3, перечисление а).

5.2.8. Энергетические потери в трибосопряжении - изменение доли энергии механических систем, затрачиваемой на трение.

6. Обеспечение триботехнических требований и показателей изделий

6.1. Обеспечение триботехнических требований и показателей определяется разработкой, нормированием и соблюдением комплекса взаимосвязанных правил, норм и требований к изделиям при их проектировании, изготовлении и эксплуатации с целью повышения их износостойкости и надежности, сбережения дефицитных материалов, экономии энергии, повышения уровня безопасности изделий, а также улучшения других триботехнических свойств и характеристик.

6.2. Установление предельных износов

6.2.1. При установлении предельных износов следует руководствоваться техническими и экономическими критериями.

Техническими критериями являются:

- начало резкого возрастания интенсивности изнашивания;

- предельно допустимое снижение прочности изнашиваемой детали вследствие изменения ее размеров;

- выходящее за пределы допустимого влияние износа отдельных деталей сопряжения на работоспособность других деталей;

- самовыключение изделия из работы;

- нарушение кинематического взаимодействия деталей;

- возникновение триботехнических отказов (уменьшение силы трения до уровня ниже допустимого, заедание, заклинивание механизмов, достижение предельного износа);

- изменение или невозможность выполнения изделием заданных функций.

Экономические критерии определяет минимум эксплуатационных затрат за установленный срок службы изделия.

6.2.2. Предельный износ должен назначаться с учетом установленных в нормативных документах или конструкторской документации допусков на предельные значения следующих параметров изделия:

- качество работы изделия;

- мощность;

- расход горючесмазочных материалов;

- герметичность (утечка через сальники и уплотнения);

- кинематическая точность;

- усталость и прочность;

- взаимодействие составных частей;

- нагрузка, удары, вибрация.

6.2.3. Предельный износ отдельных элементов многозвенных механизмов, у которых параметр (замыкающее звено) является лимитирующим нормальное функционирование изделия в заданных условиях, определяется суммой износов элементов изделия (составляющих звеньев).

Предельный износ детали, у которой изнашиваются несколько поверхностей, устанавливают по поверхности, ранее других достигшей предельного состояния.

6.3. Комплексная конструктивная отработка изделий по триботехническим показателям включает в себя:

- выявление узлов и поверхностей деталей изделий, работающих в условиях трения и износа;

- выбор вида трения в опорах (скольжения или качения);

- определение формы и размеров поверхностей трения с целью придания рабочим элементам деталей рациональной формы, обеспечивающей равномерное распределение напряжений в зоне контакта и постоянно возобновляемой в процессе изнашивания;

- установление норм точности сопрягаемых размеров деталей и требований к качеству поверхностей трения;

- выбор принципиальной схемы работы узлов трения и оценку их влияния на износостойкость и надежность машины в целом;

- выбор материалов и их сочетания в парах трения;

- разработку требований, обеспечивающих уменьшение общих и местных перегрузок;

- обеспечение нормального функционирования узлов трения в заданных условиях с помощью смазочной системы, защиты от загрязняющего действия среды, блуждающих токов и перегрева от посторонних источников тепла, воздействующих систематически или эпизодически на узел в процессе работы;

- обеспечение компенсации износа за счет периодического изменения взаимного положения сопряженных тел по мере износа и автоматического регулирования положения сопряженных тел, ликвидирующего возникающие зазоры или обеспечивающего заданное усилие в паре трения;

- определение необходимости введения в зонах предполагаемого износа вставок из износостойких материалов;

- обеспечение эксплуатационной технологичности конструкции при ремонте и замене изношенных деталей и узлов трения;

- защиту трущихся поверхностей деталей и узлов от возможных аварийных повреждений при эксплуатации, попадания абразива и прочих загрязнений;

- разработку средств диагностирования технического состояния узлов трения.

6.4. Выбор смазочных материалов

6.4.1. Смазочные масла и присадки к ним выбирают в зависимости от их функций, выполняемых в данном механизме (уменьшение сил трения, снижение износа, охлаждение деталей, защита от коррозии, обеспечение герметичности узла трения, непрерывная очистка поверхностей), с учетом критериев, определяющих качество изделий (снижение потерь при передаче энергии, уменьшение износа и повышение долговечности машин, уменьшение затрат на ремонт и техническое обслуживание).

6.4.2. Смазочные материалы должны соответствовать следующим требованиям:

- сохранять работоспособность в широком диапазоне температур, давлений и скоростей;

- легко заполнять впадины и микронеровности на рабочих поверхностях;

- создавать как можно большее сопротивление сдвигу в перпендикулярном и меньшее - в касательном направлениях к поверхностям трения;

- не вызывать взрывов и пожаров;

- не оказывать вредного влияния на материалы, из которых изготовлены детали машин;

- обеспечивать смазку при наименьшем расходе смазочных материалов;

- не изменять свойств при хранении и транспортировании; не образовывать вредных и опасных отложений; быть устойчивыми к радиационному облучению и химически агрессивным средам; не вспениваться и не образовывать эмульсий.

6.5. Формирование качества поверхности трения*

* - под поверхностью трения следует понимать наружный слой, который по строению и физическим свойствам отличается от внутренней части изделия.

6.5.1. Качество поверхности трения определяют геометрические характеристики поверхности (макроотклонения, волнистость, шероховатость), механические, физические и химические свойства тонких поверхностных слоев и напряжения в них.

6.5.2. При формировании качества поверхности трения следует учитывать:

- исходные характеристики конструкционного материала;

- внешние механические воздействия (скорость перемещения и нагрузка на трущиеся поверхности);

- деформации, возникающие при контактировании;

- физико-химическое воздействие среды, в которой работает узел трения;

- температурный режим работы узла трения.

6.5.2. Оптимальные значения показателей износостойкости должны быть достигнуты за счет образования на поверхностях упрочненных пленок и слоев вторичных структур, более износостойких, чем первичные структуры, получаемые при изготовлении изделий.

Примечание. Показатели износостойкости изделий зависят от рационального сочетания характеристик первичных структур поверхности, получаемых при изготовлении, и характеристик вторичных структур, возникающих и развивающихся непосредственно в процессе трения в условиях эксплуатации.

6.5.3. Для машин и механизмов, работающих в условиях сверхвысоких скоростей, высоких и низких температур, глубокого вакуума, химически агрессивных или химически инертных сред и невозможности в условиях эксплуатации перехода от характеристик первичных структур поверхностных слоев к вторичным упрочненным структурам, износостойкость поверхностей трения должна обеспечиваться конструктивными и технологическими разработками по созданию такой первичной структуры поверхностей трения, характеристики которой в сложных условиях работы существенно не изменяются.

Методы упрочнения поверхностей деталей и машин выбирают с учетом целевого назначения изделий и условий их эксплуатации.

6.6. Приработка изделий

6.6.1. Для приработки изделий, входящих в состав машин, используют технологический процесс обкатки с целью:

- подготовки машин к восприятию эксплуатационных нагрузок;

- исключения перегрева и заеданий изделий при их эксплуатации сведением к минимуму погрешностей сопрягаемых поверхностей и неточностей в их взаимном расположении, допущенных при изготовлении изделий.

6.6.2. В процессе обкатки устанавливают последовательность и длительность нагружения машин при соответствующих скоростных характеристиках, а также качество работы отдельных узлов трения при повышенных температурах, если это предусмотрено конструкцией машин.

Смазочные материалы (масло, смазочная паста и др.) при обкатке должны исключать заедание пар трения.

Для ускорения и повышения качества приработки узлов трения допускается добавлять в смазочный материал частицы абразива и полимерные присадки, вводить инактивные (графит, молибден), поверхностно-активные (олеиновые кислоты) и химически активные (ортооксихинолин и сульфосалициловая кислота) вещества, а также применять притирку и пришабровку поверхностей.

6.6.3. Окончание приработки определяют следующие критерии:

- переход на прямолинейный участок кривой изнашивания;

- достижение минимума мощности, требуемой на холостой ход машины;

- стабилизация момента трения и температуры;

- достижение наибольшей эффективной мощности двигателя при заданной скорости;

- достижение определенной степени прилегания контактирующих поверхностей и образование рабочего слоя не менее чем на 80 % контактирующей поверхности.

6.7. Использование эффекта избирательного переноса

6.7.1. При достижении эффекта избирательного переноса в результате трения в зоне контакта самопроизвольно образуется неокисляющаяся тонкая металлическая пленка с низким сопротивлением сдвигу, не способная наклёпываться.

6.7.2. Эффект избирательного переноса должен учитываться при выборе конструктивного исполнения изделий, смазочных и конструкционных материалов в следующих случаях:

- контактирование поверхностей происходит через мягкий слой металла, при этом основной металл испытывает пониженное давление;

- металлическая пленка при деформации не наклёпывается при трении и может многократно деформироваться без разрушения;

- трение происходит без окисления поверхностей;

- продукты износа переходят с одной трущейся поверхности на другую и обратно и удерживаются в зоне трения.

6.8. Установление и стандартизация триботехнических требований к изделиям

Триботехнические требования к изделиям следует определять на основании характеристик, норм и правил, установленных в разделах 4 - 6 .

Триботехнические требования должны устанавливаться в национальных стандартах на общие требования к качеству продукции, технических условиях на конкретные виды продукции, а также в конструкторской, технологической и эксплуатационной документации.