Основной вопрос этой статьи - а не приводит ли езда на низких оборотах к преждевременному износу мотора? И, какие режимы самые «износообразующие»...
Постановка экспертных испытаний, в целом, понятна. Двигатель – один и тот же: ВАЗовский «восьмиклапанник». Стенд, аппаратура, бензин и несколько канистр масла – каждый цикл испытаний требует его замены. Задача простая – надо «проехать» одно и тоже расстояние, с одной скоростью, но используя различные режимы работы двигателя. На разных передачах…
Как этого достичь? Ехать можно на одной и той же скорости, поддерживая обороты двигателя и 1500, и 2500, и даже 4000 об/мин. Чем выше обороты – тем ниже передача, важно, чтобы мощность, выдаваемая мотором, была бы одинакова. На стенде это сделать просто – крутящий момент измеряем по динамометру, обороты известны – следовательно, и мощность знаем. «Скорость» множим на моточасы, которые мы тоже фиксируем – вот вам и пробег.
С износом сложнее – придется каждый раз, после наработки двигателя на фиксированном режиме заданного времени, мотор разбирать и взвешивать основные детали, образующие узлы трения, это вкладыши подшипников и поршневые кольца. Плюс к тому – дополнительный промежуточный контроль, который будем проводить, определяя содержание продуктов износа в пробах масла. Нашли хром – стало быть, изнашиваются первые поршневые кольца; обнаружили железо – цилиндры и шейки вала; появилось олово – оно определит скорость износа вкладышей подшипников (поскольку входит в состав антифрикционного слоя); алюминий – следствие износа поршней и подшипников распределительного вала.
Двигатель отработал на заданных постоянных режимах с примерно одинаковой мощностью по 50 моточасов на каждом. Немного для ресурса, но мы получаем скорости износа, а дальше простой экстраполяцией оцениваем и примерный ресурс мотора. При этом обороты двигателя на циклах испытаний меняли от 1200 до 4000, то есть больше, чем в три раза. А потом нагрузку на мотор увеличили – и еще раз прогнали цикл. А потом – еще… Получилась объемистая таблица, где для каждой точки режима была записана своя скорость износа, причем разделенная по узлам – подшипникам и кольцам.
Так меняется средняя скорость износа первых поршневых колец двигателя при изменении режима работы
«Черные зоны» активного износа обнаружились сразу. Самые серьезные - когда на малые обороты накладывается большая нагрузка, и с высокой температурой масла. Скорость износа в таком режиме максимальна – как для подшипников, так и поршневых колец с цилиндрами. У двигателистов эта область называется зоной буксировочных режимов
.
С ростом оборотов зона износа сразу стала уменьшаться и где-то при 1800 об/мин – исчезла. Все узлы трения «всплыли» на масляные пленки, прямой контакт между поверхностями деталей исчез – и с ним и скорость износа обратилась практически в ноль. Но надо понимать, что ноль скорости износа на графиках, не означает, что его нет, просто износ на этих режимах меньше погрешности измерения. На практике, конечно, не совсем так. Микрочастицы пыли, продуктов износа, сажи, проскочившие масляный фильтр, дадут какой-то износ и здесь.
А так – вкладышей шатунных подшипников
С увеличением частоты вращения коленчатого вала, зона износа снова начинает появляться и расти. В нашем случае – уже где-то с режимов 3800 об/мин при большой нагрузке, и дальше – прогрессирует. Причем, здесь износ подшипников и поршневых колец с цилиндрами ведет себя по-разному. Быстрее всего высокие обороты начинают чувствовать подшипники коленчатого вала. Почему? Дело в том, что с ростом оборотов резко увеличиваются нагрузки на подшипники – давление инерционных сил от оборотов зависит в квадрате. А вот кольца свой износ снова получают с больших частот вращения – где-то с 4500 об/мин, и там это связано в основном с ростом температуры масла.
Где же наиболее благоприятная зона эксплуатации мотора? У испытанных нами вазовских «восьмерок» (неважно, карбюраторных или впрысковых, восьми- или шестнадцатиклапанных), зона оптимальных оборотов, при которых мотор способен воспринимать любые нагрузки без какого-либо ущерба для себя, составляет примерно 2000…3000 об/мин. Тут мы учитываем, что исходное состояние двигателя может быть разным, да и моторные масла – тоже…
Принцип простой – чем больше изношен двигатель, тем выше нижняя и тем ниже верхняя границы зон безызносной работы. Чем выше вязкость масла, тем с более низких оборотов можно безопасно грузить мотор. Но точных цифр нет – очень это индивидуально.
А как это соотнести с моторами другой размерности? Тут есть одна зацепка… В принципе, узлы трения мотора чувствуют не обороты, а линейные скорости перемещения поверхностей деталей. Есть такой параметр мотора – средняя скорость движения поршня
, это произведение хода поршня на частоту вращения коленчатого вала, деленное на тридцать. Тот диапазон, который мы получили, примерно соответствует средним скоростям поршня 5…7 м/с. Это значит, что для «длинноходовых» двигателей, которых ход поршня больше диаметра, зона оптимальных режимов сместится в область более низких оборотов. Отсюда – и их «эластичность». У «коротокоходных» зона оптимальных режимов сместится в область более высоких оборотов.
Кстати, именно этот диапазон изменения средних скоростей поршня обычно закладывают для определения основных зон эксплуатации двигателей с большими ресурсами. Судовых дизелей, дизель-генераторов и т.д.
Так что – берите свою размерность, выполните элементарные действия, и приблизительно получите свой диапазон безопасных оборотов. Но это так, приблизительно…
А в целом, вывод понятен. Мотору вредны как низкооборотные режимы с тяжелыми нагрузками, так и экстремальные обороты.
Александр Шабанов
Двигатель каждого автомобиля представляет собою достаточно сложное устройство, от работы которого зависит комфорт Вашего передвижения. Поэтому очень важно своевременно производить обслуживание мотора и качественно выявлять возникающие неисправности, делать профилактику. Необходимо знать, что целесообразно регулярно, согласно регламенту, производить замену масла и топливного фильтра, это уже является залогом успеха долговечности мотора. Если же сделать это не вовремя, то происходит повышенный износ двигателя, что значительно быстрее приведет к его выходу из строя. Это возникает потому, что масло уже не способно в полной мере проявлять свои моющие способности и полноценно смазывать трущиеся части, а значит, в отдельный момент появляется сухое трение, а это приводит к задирам и разрушению тех деталей, которые имеют наивысшую нагрузку. Также сработанное масло должно проходить требуемую фильтрацию, чего не сможет обеспечивать не замененный фильтр. Так мелкие металлические частицы, включения, будут «налипать» на детали, что также быстрее приведет к сухому трению. Любому маслу, которое отработало свой срок службы, свойственно отлагать смолистые вещества, которые способны достаточно легко закупоривать каналы для прохождения масла в двигателе. По этой причине смазка не сможет в полном объеме поступить к парам трения, а значит, этот факт вызовет ускоренный износ деталей и даже к вероятному клину мотора. Аналогичные последствия могут быть и для мотора, в котором залито масло по своему типу и классу не соответствует конкретному двигателю.
Текущий ремонт, регулировка двигателя, должны производиться своевременно и квалифицированно. Если данные работы выполнены не правильно, ускоренного износа мотора не избежать. Можно привести яркий пример со «стучащим» распредвалом. В данной ситуации, вследствие возникшей проблемы, будет происходить значительное засорение масла металлическими частицами, продуктами стука. Другой пример – не правильная работа системы охлаждения, что может привести к раннему перегреву мотора. Запустив эту проблему, можно получить деформацию головки блока цилиндра по причине его перегрева, что, как правило, приводит к образованию в ней микротрещин.
Опытные автолюбители знают, что на долговечность мотора влияет стиль езды. Так более агрессивный, скоростной, спортивный стиль приведет к значительным оборотам вращающихся частей, а значит и скорому их выходу из строя вследствие износа. Указанные режимы уменьшат долговечность мотора до 30%. В холодное время суток, запуск мотора может быть серьезно осложнен. Данный факт вызван изменением вязкости мотора так, что провернуть коленвал становится очень и очень трудно. На помощь придет Вам теплый гаражный бокс, либо специальные устройства, рассчитанные на дистанционное включение и прогрев мотора, масляного картера. Сравнить износ мотора при запуске на холодную ниже 20 градусов можно сравнить с пробегом автомобиля более 500 км.
Не рекомендуется эксплуатировать автомобиль в зимнее время года, если он Вам необходим только на передвижение по короткому расстоянию. Причиной этому является появление отложений в смазке и появление конденсата, который привозит к «поражению» поршневой группы двигателя коррозией.
Если Вы чувствуете, что мотор работает не стабильно и, вероятнее всего, требуется ремонт, как же определить его объем, потребуется ли капиталка?
Здесь важно предварительно произвести диагностику по нескольким направлениям. Обнаружение низкого давления системы смазки двигателя, ярко выраженный стук в кривошипно-шатунной системе, скажет о повышенном износе вкладышей и шейки коленвала, возможный выход из строя подшипников скольжения. В этом случае проводят замеры биения шеек коленвала и величину износа цилиндровой группы, после чего уже принимаются соответствующие меры по ремонту.
Капитального ремонта Вам гарантированно не избежать, если после эксплуатации мотора произошло заклинивание двигателя, обрыв шатуна, разрушение поршневой группы, колец. Зачастую при таких симптомах большие повреждения получают цилиндры и коленвал.
Основные причины ускоренного износа двигателя
Несвоевременная замена масла и масляного фильтра приводит к работе пар трения в неблагоприятных условиях.
Это связано с ухудшением эксплуатационных свойств моторного масла (меняется его вязкость, вырабатываются присадки, повышается склонность к образованию отложений на деталях и в каналах системы смазки и т.д.) и большим количеством продуктов износа в системе смазки (в предельно загрязненном масляном фильтре открывается перепускной клапан и масло проходит мимо фильтрующего элемента).
Использование некачественного масла
вызывает ускоренный износ и быстрый выход двигателя из строя. Масло, не обладающее всем комплексом свойств, необходимым для нормальной смазки пар трения, не предотвращает образование задиров и разрушение рабочих поверхностей высоконагруженных деталей (детали газораспределительного механизма, поршневые кольца, юбки поршней, вкладыши коленвала, подшипники турбокомпрессора и т.д.).
Повышенная склонность некачественных масел к образованию смолистых отложений может привести к закупориванию масляных каналов и оставить пары трения без смазки, что вызовет их ускоренный износ, образование задиров и заклинивание. Подобные эффекты возможны в случае применения масла, не соответствующего данному двигателю по классу качества (классификации API, ACEA и т. д.). Например, когда вместо рекомендованного масла по API класса SH/CD используется более дешевое SF/CC.
Неудовлетворительное состояние воздушного или топливного фильтра
(дефекты, механические повреждения), а также различные неплотности соединений впускной системы приводят к попаданию абразивных частиц (пыли) в двигатель и интенсивному износу, в первую очередь цилиндров и поршневых колец.
Несвоевременное устранение неисправностей в двигателе
или неправильные регулировки ускоряют износ деталей. Например, "стучащий" распределительный вал является источником непрерывного загрязнения системы смазки металлическими частицами. Неверная установка угла опережения зажигания, неисправности карбюратора или системы управления двигателем, применение не соответствующих двигателю свечей зажигания вызывают детонацию и калильное зажигание, грозящие разрушением поршней и поверхностей камер сгорания.
Перегрев двигателя из-за неисправностей в системе охлаждения может привести к деформации головки блока цилиндров (ГБЦ) и образованию в ней трещин. Пленка масла в парах трения при недостаточном охлаждении становится менее прочной, что приводит к интенсивному износу трущихся деталей. У дизелей прогары поршней и другие серьезные дефекты возникают в результате неисправностей топливной аппаратуры.
Режимы эксплуатации автомобиля
также влияют на скорость износа двигателя. Работа двигателя преимущественно на максимальных нагрузках и частотах вращения коленчатого вала может заметно снизить его ресурс (на 20-30% и более). Превышение допустимого числа оборотов приводит к разрушению деталей.
Около 70% износа двигателя приходится на режим пуска.
Особенно способствует снижению ресурса холодный пуск, если в двигатель залито масло с несоответствующей вязкостно-температурной характеристикой. При температуре -30oС он эквивалентен (по износу) пробегу в несколько сотен километров. Связано это, прежде всего, с высокой вязкостью масла при низкой температуре - для его поступления (прокачки) к парам трения требуется больше времени.
Короткие поездки на непрогретом двигателе зимой
способствуют появлению отложений в системе смазки и коррозионному износу поршней, их колец и цилиндров.
Несвоевременная замена масла и масляного фильтра приводит к работе пар трения в неблагоприятных условиях. Это связано с ухудшением свойств моторного масла (меняется его вязкость, вырабатываются присадки, повышается склонность к образованию отложений на деталях и в каналах системы смазки и т.д.) и большим количеством продуктов износа в смазочной системе (в загрязненном масляном фильтре открывается перепускной клапан и масло проходит мимо фильтрующего элемента).
Использование некачественного масла вызывает ускоренный износ и быстрый выход двигателя из строя. Масло, не обладающее всем комплексом свойств, необходимым для нормальной смазки пар трения, не предотвращает образование задиров и разрушение рабочих поверхностей высоконагруженных деталей (детали газораспределительного механизма, поршневые кольца, юбки поршней, вкладыши коленвала, подшипники турбокомпрессора и т.д.). Повышенная склонность некачественных масел к образованию смолистых отложений может привести к закупориванию масляных каналов и оставить пары трения без смазки, что вызовет их ускоренный износ, образование задиров и заклинивание. Подобные эффекты возможны в случае применения масла, не соответствующего данному двигателю по классу качества (классификации API, ACEA и т. д.). Например, когда вместо рекомендованного масла по API класса SH/CD используется более дешевое SF/CC.
Неудовлетворительное состояние воздушного или топливного фильтра (дефекты, механические повреждения), а также различные неплотности соединений впускной системы приводят к попаданию абразивных частиц (пыли) в двигатель и интенсивному износу, в первую очередь цилиндров и поршневых колец.
Несвоевременное устранение неисправностей в двигателе или неправильные регулировки ускоряют износ деталей. Например, “стучащий” распределительный вал является источником непрерывного загрязнения системы смазки металлическими частицами.
Неверная установка угла опережения зажигания, неисправности карбюратора или системы управления двигателем, применение не соответствующих двигателю свечей зажигания вызывают детонацию и калильное зажигание, грозящие разрушением поршней и поверхностей камер сгорания.
Перегрев двигателя из-за неисправностей в системе охлаждения может привести к деформации головки блока цилиндров (ГБЦ) и образованию в ней трещин.
Пленка масла в парах трения при недостаточном охлаждении становится менее прочной, что приводит к интенсивному износу трущихся деталей.
У дизелей прогары поршней и другие серьезные дефекты возникают в результате неисправностей топливной аппаратуры.
Режимы эксплуатации автомобиля также влияют на скорость износа двигателя. Работа двигателя преимущественно на максимальных нагрузках и частотах вращения коленчатого вала может заметно снизить его ресурс (на 20--30% и более). Превышение допустимого числа оборотов приводит к разрушению деталей. Около 70% износа двигателя приходится на режим пуска.
Особенно способствует снижению ресурса холодный пуск, если в двигатель залито масло с несоответствующей вязкостно-температурной характеристикой. При температуре -30градусов он эквивалентен (по износу) пробегу в несколько сотен километров. Связано это, прежде всего, с высокой вязкостью масла при низкой температуре -- для его поступления (прокачки) к парам трения требуется больше времени.
Короткие поездки на непрогретом двигателе зимой способствуют появлению отложений в системе смазки и коррозионному износу поршней, их колец и цилиндров.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
- Введение
- 1.1 Абразивное изнашивание
- 1.2 Усталостное изнашивание
- 1.3 Изнашивание при заедании
- Заключение
Введение
В процессе эксплуатации автомобиля в результате воздействия на него целого ряда факторов (воздействие нагрузок, вибраций, влаги, воздушных потоков, абразивных частиц при попадании на автомобиль пыли и грязи, температурных воздействий и т. п.) происходит необратимое ухудшение его технического состояния, связанное с изнашиванием и повреждением его деталей, а также изменением ряда их свойств (упругости, пластичности и др.). изнашивание гидроэрозионный абразивный
Изменение технического состояния автомобиля обусловлено работой его узлов и механизмов, воздействием внешних условий и хранения автомобиля, а также случайными факторами. К случайным факторам относятся скрытые дефекты деталей автомобиля, перегрузки конструкции и т. п.
Основными постоянно действующими причинами изменения технического состояния автомобиля при его эксплуатации являлся изнашивание, пластические деформации, усталостные разрушения, коррозия, а также физико-химические изменения материала деталей (старение).
1. Виды разрушения металлических поверхностей
Чтобы эффективно управлять процессами изменения технического состояния машин и обосновывать мероприятия, направленные на снижение интенсивности изнашивания деталей машин, следует в каждом конкретном случае определять вид изнашивания поверхностей. Для этого необходимо задать следующие характеристики: тип относительного перемещения поверхностей (схему фрикционного контакта); характер промежуточной среды (вид смазочного материала или рабочей жидкости); основной механизм изнашивания.
В сопряжениях машин существуют четыре типа относительного перемещения рабочих поверхностей деталей: скольжение, качение, удар, осцилляция (перемещение, имеющее характер относительных колебаний с амплитудой в среднем 0,02-0,05 мм).
По виду промежуточной среды различают изнашивание при трении без смазочного материала, при трении со смазочным материалом, при трении с абразивным материалом. В зависимости от свойств материалов деталей, смазочного или абразивного материала, а также от их количественного соотношения в сопряжениях в процессе работы возникают разрушения поверхностей различных видов.
Изнашивание разделяют на следующие виды: механическое (абразивное, гидро и газоабразивное, эрозионное, гидро и газоэрозионное, кавитационное, усталостное, изнашивание при заедании, изнашивание при фреттинге); коррозионно-механическое (окислительное, изнашивание при фреттинг-коррозии); изнашивание при действии электрического тока (электроэрозионное).
Механическое изнашивание возникает в результате механических воздействий на поверхность трения.
Коррозионно-механическое изнашивание является следствием механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим взаимодействием материала со средой.
Электроэрозионным называют эрозионное изнашивание поверхности в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока. В машинах этот вид изнашивания встречается в элементах электрооборудования в генераторах, электромоторах, а также в электромагнитных пускателях.
В реальных условиях работы сопряжений машин наблюдаются одновременно несколько видов изнашивания. Однако, как правило, удается установить ведущий вид изнашивания, лимитирующий долговечность деталей, и отделить его от остальных, сопутствующих видов разрушения поверхностей, которые незначительно влияют на работоспособность сопряжения.
Механизм основного вида изнашивания определяют путем изучения изношенных поверхностей. Наблюдая характер проявления износа поверхностей трения (наличие царапин, трещин, следов выкрашивания, разрушение пленки оксидов) и зная показатели свойств материалов деталей и смазочного материала, а также данные о наличии и характере абразива, интенсивности изнашивания и режиме работы сопряжения, можно достаточно полно обосновать заключение о виде изнашивания сопряжения и разработать мероприятия по повышению долговечности машины.
1.1 Абразивное изнашивание
Абразивным называют механическое изнашивание материала в результате в основном режущего или царапающего действия на него абразивных частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Абразивные частицы, обладая более высокой, чем металл, твердостью, разрушают поверхность деталей и резко увеличивают их износ. Этот вид изнашивания является одним из наиболее распространенных. В дорожных машинах более 60 % случаев износа имеют абразивный характер. Такое изнашивание встречается в деталях шкворневых соединений, открытых подшипниках скольжения, деталях рабочих органов дорожных машин, деталях ходовых частей и др.
Основным источником попадания абразивных частиц в сопряжения машин является окружающая среда. В 1 м3 воздуха содержится от 0,04 до 5 г пыли, на 60...80 % состоящей из взвешенных частиц минералов. Большинство частиц имеют размеры d = 5... 120 мкм, т.е. соизмеримы с зазорами в сопряжениях дорожных машин. Основные составляющие пыли: диоксид кремния SiО2, оксид железа Fe2О3, соединения Al, Са, Mg, Na и других элементов.
При определении вида изнашивания элементов машин необходимо отличать от гидро- и газоабразивного изнашивания эрозионное, гидрогазоэрозионное и кавитационное изнашивание.
Эрозионным называют механическое изнашивание поверхности в результате воздействия потока жидкости и (или) газа.
Гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание - это эрозионное изнашивание в результате воздействия потока жидкости (газа).
Кавитационным называется гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное повышение давления или температуры. Изнашивание этого вида наиболее часто встречается в элементах трубопроводов и в коллекторах при отсутствии абразивных частиц в рабочей жидкости или газе. Для дорожных и строительных машин эрозионные виды изнашивания не характерны.
1.2 Усталостное изнашивание
Усталостным называется механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. Такое изнашивание наблюдается в большинстве сопряжений дорожных машин в качестве сопутствующего вида изнашивания. Оно возникает как при трении качения, так и при трении скольжения.
Процесс усталостного изнашивания обычно связан с многократно повторяющимися циклами напряжений в контакте качения или скольжения. В процессе взаимодействия поверхностей в их верхних слоях возникают поля напряжений. Схема распределения напряжений при контакте цилиндра с плоскостью, рассчитанная методом конечных элементов. В процессе трения на рабочей поверхности деталей возникают максимальные напряжения сжатия, а по глубине материала детали распространяются направленные касательные напряжения т с максимумом на некотором расстоянии от точки контакта.
Интенсивность усталостного изнашивания определяется следующими факторами: наличие остаточных напряжений и поверхностных концентраторов напряжений (оксидов и других крупных включений, дислокаций); качество поверхности (микропрофиль, загрязнения, вмятины, царапины, задиры); распределение нагрузки в сопряжении (упругие деформации, перекос деталей, зазор); вид трения (качения, скольжения или качения с проскальзыванием); наличие и тип смазочного материала.
Существуют две модели процесса усталостного изнашивания материала. Большое распространение в настоящее время получила теория усталостного изнашивания, разработанная группой ученых под руководством И.В. Крагельского. Согласно этой теории частицы износа с поверхности трения могут отделяться и без внедрения микровыступов одной детали в поверхностные слои другой детали сопряжения. Изнашивание может происходить вследствие усталости микрообъемов материала, возникающей под действием многократных сжимающих и растягивающих усилий.
Усталостное изнашивание наиболее часто наблюдается в условиях высоких контактных нагрузок при одновременном качении и проскальзывании одной поверхности по другой. В таких условиях работают, например, зубчатые колеса, тяжело нагруженные шестерни и подшипники качения, зубчатые венцы. Усталостное изнашивание рабочих поверхностей деталей сопровождается повышением уровня шума и вибрации по мере увеличения износа.
Усталостное изнашивание материала может быть умеренным и прогрессирующим. Обычное умеренное изнашивание для большинства пар трения не является опасным, и детали, имеющие усталостные повреждения, могут использоваться длительное время. Прогрессирующее изнашивание возникает при высоких контактных напряжениях, сопровождается интенсивным разрушением поверхности и может привести к поломке деталей (например, зуба шестерни).
При интенсивном абразивном изнашивании рабочих поверхностей их разрушение происходит быстрее, чем образование усталостных трещин, поэтому, как правило, в таких случаях питтинг не наблюдается.
Усталостное изнашивание также проявляется и при взаимодействии деталей из эластомерных материалов. Упругие свойства этих материалов позволяют воспроизводить шероховатость противолежащей твердой поверхности в процессе скольжения, что, в свою очередь, приводит к многократному циклическому нагружению материала. Если выступы неровностей твердой поверхности имеют закругленную форму и не вызывают абразивного изнашивания, то повреждение может возникнуть в подповерхностных слоях эластомера под действием повторяющихся напряжений сжатия, растяжения и знакопеременных касательных напряжений. Этот усталостный механизм вызывает изнашивание относительно малой интенсивности, которая существенно возрастает при действии циклических напряжений в течение длительного времени.
1.3 Изнашивание при заедании
Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность. Изнашивание этого вида является одним из наиболее опасных и разрушительных. Оно сопровождается прочным соединением контактирующих участков поверхностей трения. В процессе трения относительное перемещение поверхностей приводит к вырыву частиц металла одной поверхности и наволакиванию их на другую более твердую поверхность.
В механизме изнашивания при заедании важную роль играет атомно-молекулярное взаимодействие материалов деталей, возникающее при сближении поверхностей. В отличие от изнашивания других видов, для которых требуется определенное время на развитие процесса и накопление разрушительных повреждений, при заедании разрушение поверхности наступает достаточно быстро и приводит к тяжелым формам повреждений (задиры и раковины).
Процесс образования металлических связей зависит от свойств сопряженных поверхностей (их природы, твердости), а также от методов их обработки. При наличии оксидных пленок на поверхности металлов процесс заедания зависит также от свойств этих оксидов. Защитные пленки, прочно соединяющиеся с основным металлом и способные быстро восстанавливаться при разрушении, препятствуют схватыванию металлов.
Изнашивание при заедании металлов происходит вследствие нарушения правила положительного градиента механических свойств по глубине в условиях трения без смазочного материала или при недостаточном его количестве. При трении качения в условиях граничной смазки также наблюдается изнашивание, вызванное схватыванием материалов и заеданием. Схватывание происходит при местном разрыве смазочной пленки и установлении металлического контакта. Это возможно не только при прекращении подачи смазочного материала, но и вследствие общей перегрузки сопряжения, резкого повышения температуры масла в поверхностных слоях, местных температурных вспышек и т.д.
Изнашивание при заедании чаще всего встречается в зубчатых зацеплениях. По способности противостоять заеданию в одних и тех же условиях нагружения зубчатые передачи всех типов можно расположить в следующем порядке: цилиндрические передачи с внутренним и внешним зацеплением; конические передачи с прямыми, косыми и спиральными зубьями; гипоидные и винтовые передачи, имеющие самую низкую противозадирную стойкость. Это объясняется тем, что у гипоидных и винтовых передач наибольшее скольжение зубьев отмечается в зацеплении. Изнашивание при заедании встречается также в шариковых и роликовых подшипниках, в тяжело нагруженных опорах качения.
1.4 Коррозионно-механическое изнашивание
Коррозионно-механическое изнашивание характеризуется процессом трения материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой. При этом на поверхности металла образуются новые, менее прочные химические соединения, которые в процессе работы сопряжения удаляются с продуктами изнашивания. К коррозионно-механическому изнашиванию относят окислительное изнашивание и изнашивание при фреттинг-коррозии.
Окислительным называют изнашивание, при котором основное влияние на разрушение поверхности оказывает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой. Оно возникает при трении качения со смазочным материалом или без него. Скорость окислительного изнашивания невелика и составляет 0,05...0,011 мкм/ч. Процесс активизируется с повышением температуры, особенно во влажной среде.
Изнашиванием при фреттинг-коррозии называется коррозионно-механическое изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях. Этот вид изнашивания отличается от изнашивания при фреттинге механического изнашивания соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях. Основное отличие заключается в том, что изнашивание при фреттинге происходит в отсутствие окисляющей окружающей среды без проявления химической реакции материалов деталей и продуктов изнашивания с кислородом. Учитывая это, нетрудно провести аналогию в механизмах развития изнашивания при фреттинге и фреттинг-коррозии.
Изнашивание при фреттинге и фреттинг-коррозии обычно происходит на сопряженных поверхностях валов с напрессованными на них дисками колес, муфтами и кольцами подшипников качения; на осях и ступицах колес; на опорных поверхностях пружин; на затянутых стыках, пригнанных поверхностях шпонок и пазов; на опорах двигателей и редукторов. Необходимым условием возникновения фреттинг-коррозии является относительное проскальзывание сопряженных поверхностей, которое может быть вызвано вибрацией, возвратно-поступательным перемещением, периодическим изгибом или скручиванием сопряженных деталей. Фреттинг-процесс сопровождается схватыванием, окислением, коррозией и усталостным разрушением микрообъемов.
В результате фреттинг-коррозии предел выносливости поверхности уменьшается в 3-6 раз. На поверхностях деталей в местах сопряжений образуются натиры, налипания металла, вырывы, раковины, а также поверхностные микротрещины. Отличительным признаком износа вследствие фреттинг-коррозии является наличие на поверхностях трения раковин, в которых сосредоточены спрессованные оксиды, имеющие специфическую окраску. В отличие от изнашивания других видов при фреттинг-коррозии продукты изнашивания в основной своей массе не могут выйти из зоны контакта рабочих поверхностей деталей.
Изнашивание при фреттинг-коррозии влечет за собой нарушение размерной точности соединения (если часть продуктов изнашивания находит выход из зоны контакта) либо заедание и заклинивание разъемных соединений (если продукты изнашивания остаются в зоне трения). Для фреттинг-коррозии характерны низкая скорость (около 3 мм/с) относительного перемещения поверхностей и путь (0,025 мм) трения, эквивалентный амплитуде колебаний, при частоте колебаний до 30 Гц и выше; локализация повреждений поверхности на площадках действительного контакта вследствие малых относительных смещений; активное окисление
При взаимодействии эластомерных материалов с металлическими деталями также наблюдается явление схватывания. Эластомер изнашивается, если коэффициент трения между ним и твердой поверхностью достаточно велик, а прочность эластомера на разрыв мала. Если поверхностные слои материала находятся в состоянии максимальной деформации, то в направлении, перпендикулярном к направлению скольжения, появляется царапина или небольшая трещина. Далее происходит постепенное вырывание части упругого материала эластомера, находящегося в состоянии схватывания с твердой поверхностью. При этом слой эластомера, отделяемый от поверхности, скручивается в ролик и образует частицу износа. Интенсивность изнашивания эластомера в этом случае существенно зависит от температуры, нагрузки и вида смазочного материала. Подбирая смазочный материал с учетом внешних условий и упругих свойств эластомера, можно полностью исключить этот вид изнашивания.
Процесс изнашивания при фреггинг-коррозии в условиях трения без смазочного материала можно разделить на три этапа.
Первый этап сопровождается разрушением выступов и оксидных пленок вследствие циклически повторяющихся колебательных относительных перемещений контактирующих поверхностей под действием высоких нагрузок. Происходят процессы упрочнения материалов и пластического деформирования выступов микронеровностей, вызывающие сближение поверхностей. Сближение поверхностей вызывает молекулярное взаимодействие и схватывание металла в отдельных точках контакта. Разрушение вследствие усталости выступов и узлов схватывания порождает продукты изнашивания, часть которых окисляется. Для этого этапа характерен повышенный износ с монотонно убывающей скоростью изнашивания.
На втором этапе в поверхностных слоях накапливаются усталостные повреждения. В зоне трения формируется коррозионно-активная среда под действием кислорода воздуха и влаги. Между поверхностями создается электролитическая среда, интенсифицирующая процесс окисления металлических поверхностей и их коррозионное разрушение. Для этого этапа характерны стабилизация процесса изнашивания, уменьшение скорости изнашивания по сравнению со скоростью изнашивания на первом этапе.
На третьем этапе вследствие усталостных коррозионных процессов разупрочненные поверхностные слои металлов начинают интенсивно разрушаться с постепенно возрастающей скоростью. Процесс имеет коррозионно-усталостный характер разрушения.
Интенсивность разрушения поверхностей при фретгинг-коррозии зависит от амплитуды и частоты колебаний, нагрузки, свойств материалов деталей и окружающей среды.
2. Основные причины износов и повреждений кузовов
Износ и повреждения кузовов могут быть вызваны различными причинами. В зависимости от причины возникновения неисправности делятся на эксплуатационные, конструктивные, технологические и возникающие из-за неправильного хранения и ухода за кузовом.
В процессе эксплуатации элементы и узлы кузова испытывают динамические нагрузки напряжениям от изгиба в вертикальной плоскости и скручивания, нагрузки от собственной массы, массы груза и пассажиров.
Износу кузова и его узлов способствуют также значительные напряжения, которые возникают в результате колебания кузова не только при движении его по неровностям и возможных толчков и ударов при наезде на эти неровности, но и вследствие работы двигателя и погрешностей в балансировке вращающихся узлов шасси автомобиля (в особенности карданных валов), а также в результате смещения центра тяжести в продольном и поперечном направлениях.
Нагрузки могут быть восприняты кузовом полностью, если автомобиль не имеет рамы шасси, или частично при установке кузова на раму.
Исследования показали, что переменные по величине напряжения действуют на элементы кузова в процессе эксплуатации автомобиля. Эти напряжения вызывают накопление усталости и приводят к усталостным разрушениям. Усталостные разрушения начинаются в районе накопления напряжений.
В кузовах автомобилей, поступающих в капитальный ремонт, встречаются две основные группы повреждений и неисправностей: повреждения, появляющиеся в результате нарастания изменений в состоянии кузова.
К ним относится естественный износ, возникающий в процессе нормальной технической эксплуатации автомобиля, вследствие постоянного или периодического воздействия на кузов таких факторов, как коррозия, трение, загнивание деревянных деталей, упругие и пластические деформации и др..; неисправности, появление которых связано с действием человека и являются следствием конструктивных недоработок, заводских недоделок, нарушения норм ухода за кузовом и правил технической эксплуатации (в том числе и аварийные), некачественного ремонта кузовов.
Кроме нормального физического износа, при эксплуатации автомобиля в тяжелых условиях или в результате нарушения норм ухода и профилактики может возникнуть ускоренный износ, а также разрушение отдельных частей кузова.
Характерными видами износа и повреждений кузова в процессе эксплуатации автомобиля являются коррозия металла, возникающая на поверхности корпуса под действием химических или электромеханических воздействий; нарушение плотности заклепочных и сварных соединений, трещины и разрывы; деформация (вмятины, перекосы, прогибы, коробление, выпучины).
Коррозия -- основной вид износа металлического корпуса кузова.
В металлических деталях кузова чаще всего встречается электрохимический тип коррозии, при котором происходит взаимодействие металла с раствором электролита, адсорбируемого из воздуха, и которая появляется в результате как прямого попадания влаги на незащищенные металлические поверхности кузова, так и в результате образования конденсата в его межобшивочном пространстве (между внутренними и наружными панелями дверей, бортов, крыши и т.д.). Особенно сильно развивается коррозия в местах, труднодоступных для осмотра и очистки в небольших зазорах, а также в отбортовках и загибах кромок, где периодически попадающая в них влага может сохраняться длительное время.
Так, в колесных нишах может собираться грязь, соль и влага, стимулирующие процесс развития коррозии; днище кузова недостаточно стойко к воздействию факторов, возбуждающих коррозию. На скорость коррозии большое влияние оказывает состав атмосферы, ее загрязненность различными примесями (выбросами промышленных предприятий, такими, как двуокись серы, образующаяся в результате сжигания топлива; хлористый аммоний, попадающий в атмосферу вследствие испарения морей и океанов; твердые частицы в виде пыли), а также температура окружающей среды и др. Твердые частицы, содержащиеся в атмосфере или попадающие на поверхность кузова с полотна дороги, вызывают также абразивный износ металлической поверхности кузова. С повышением температуры скорость коррозии возрастает (в особенности при наличии в атмосфере агрессивных примесей и содержания влаги).
Зимние покрытия дорог солью для удаления снега и льда, а также работа автомобиля на морских побережьях приводят к увеличению коррозии автомобиля.
Коррозионные разрушения в кузове встречаются также в результате контакта стальных деталей с деталями, изготовленными из некоторых других материалов (дюралюминия, каучуков, содержащих сернистые соединения, пластмассовыми на основе фенольных смол и другими, а также в результате контакта металла с деталями, изготовленными из очень влажного пиломатериала, содержащего заметное количество органических кислот (муравьиную и др.).
Так, исследования показали, что при контакте стали с поли-изобутиленом скорость коррозии металла в сутки составляет 20 мг/м2, а при контакте этой же стали с силиконовым каучуком -- 321 мг/м2 в сутки.
Этот вид коррозии наблюдается в местах постановки различных резиновых уплотнителей, в местах прилегания к кузову хромированных декоративных деталей (ободков фар и т. д.).
К появлению коррозии на поверхности деталей кузова приводит также контактное трение, имеющее место при одновременном воздействии коррозионной среды и трения, при колебательном перемещении двух поверхностей металла относительно друг друга в коррозионной среде. Этим видом коррозии подвержены двери по периметру, крылья в местах присоединения их к корпусу болтами и другие металлические части кузова.
При окраске автомобилей может иметь место загрязнение тщательно подготовленных к окраске поверхностей кузова влажными руками и загрязненным воздухом. Это при недостаточно качественном покрытии также приводит к коррозии кузова.
Процесс коррозии кузовов происходит либо равномерно на значительной площади (поверхностная коррозия представлена на рисунке 1), либо разъедание идет в толщу металла, образуя глубокие местные разрушения -- раковины, пятна в отдельных точках поверхности металла (точечная коррозия показана на рисунке 2).
Рисунок 1 - Поверхностная коррозия на крыле автомобиля.
Рисунок 2 - точечная коррозия на автомобиле.
Сплошная коррозия менее опасна, чем местная, которая приводит к разрушению металлических частей кузова, утрате ими прочности к резкому снижению предела коррозионной усталости и к коррозионной хрупкости, характерной для облицовки кузова.
В зависимости от условий работы, способствующих возникновению коррозии, детали и узлы кузова могут быть подразделены на имеющие открытые поверхности, обращенные к полотну дороги (низ пола, крылья, арки колеса, пороги дверей, низ облицовки радиатора), на имеющие поверхности, которые находятся в пределах объема кузова (каркас, багажник, верх пола), и на имеющие поверхности, которые образуют закрытый изолированный объем (скрытые части каркаса, низ наружной облицовки дверей и др.).
Трещины корпуса возникают при ударе вследствие нарушения технологии обработки металла корпуса (ударная многократная обработка стали в холодном состоянии), плохого качества сборки при изготовлении или ремонте кузова (значительные механические усилия при соединении деталей), в результате применения низкого качества стали, влияния усталости металла и коррозии с последующей механической нагрузкой, дефектов сборки узлов и деталей, а также недостаточно прочной конструкции узла.
Трещины могут образовываться в любой части или детали металлического корпуса, но наиболее часто -- в местах, подверженных вибрации.
На рисунке 3 показаны основные повреждения кузова на примере автомобиля ГАЗ - 24.
Рисунок 3 - Повреждения, встречающиеся в кузове автомобиля ГАЗ-24 «Волга»
1 -- трещины на брызговике; 2 -- нарушение сварного соединения распорки или брыз говика с лонжероном рамы; 3 -- трещины на распорке; 4 -- трещины на панели передка и брызговиках передних колес; 5 трещины на стойках ветрового окна; 6 -- глубокие вмятины на панели стойки ветрового окна; 7 -- перекос проема ветрового окна; 8 -- отрыв кронштейна переднего сиденья; 9 -- трещины на кожухе основания кузова; 10 -- нарушение сварных соединений деталей кузова; 11 -- погнутость водосточного желоба; 12 -- вмятины на наружных панелях, закрытых деталями с внутренней стороны, неровности оставшиеся после правки или рихтовки-13 -- местная коррозия в нижней части заднего окна; 14 -- отрыв стоек задка в местах крепления или трещины на стойках; 15 и 16 -- местные коррозии ручья крышки багажника; 17 -- отрыв кронштейна замка багажника; 18 -- местная коррозия в задней части основания кузова; 19 -- вмятины на нижней панели задка кузова в местах крепления задних фонарей; 20 -- местная коррозия в нижней части брызговика- 21 -- налет коррозии и другие мелкие механические повреждения; 22 -- местная коррозия арки колеса; 23 -- погнутость брызговика заднего крыла; 24 -- нарушение сварного.шва в соединении брызговика с аркой; 25, 32 -- трещины на основании в местах крепления сидений; 26 -- местная коррозия на стойке задней двери и на основании кузова. захватывающая усилитель заднего лонжерона; 27 -- трещины на основании кузова в местах крепления кронштейнов задних рессор и другие; 28 -- вмятины на панели стойки и погнутость центральной стойки; 29 -- отрыв держателей пластин фиксатора и петли двери кузова; 30 -- местная коррозия в нижней части средней стойки боковины; 31 -- местная коррозия и трещины лонжеронов основания кузова; 33 -- перекосы дверных проемов кузовов; 34 -- сплошная коррозия порогов основания; 35 -- вмятины на лонжеронах основания кузова (возможны разрывы); 36 -- срыв резьбы на пластинах крепления фиксатора и петель двери; 37 -- отрыв крышки фиксатора двери; 38 -- вмятины (возможно с разрывами) на панели боковины кузова; 39 -- местная коррозия в нижней части передней стойки; 40 -- нарушение антикоррозионного покрытия; 41 -- отрыв гай-кодержатслей; 42 --погнутость поперечины № 1; 43 -- трещины на щитке передка в местах крепления распорки; 44 -- отрыв кронштейна крепления передка буфера; 45 -- трещины на щитке радиатора; 46 -- местная коррозия на раскосе усилителя; 47 -- трещины в местах крепления лонжерона; 48 -- ослабление заклепочного соединения кронштейна; 49 -- выработка отверстий под палец серьги рессоры и переднего кронштейна крепления задней рессоры; 50 -- отрыв усилителя лонжерона основания кузова; 51 -- износ отверстия крепления амортизатора; 52 -- трещины в местах крепления кронштейнов топливного бака; 53 -- вмятины с острыми углами или разрывами на нижней панели; 54 -- сплошная коррозия на нижней панели задка; 55 -- трещины в местах крепления амортизаторов; 56 -- трещины на кожухе карданного вала
Разрушения сварных соединений в узлах, детали которых соединены точечной сваркой, а также в сплошных сварных швах кузова могут произойти из-за некачественной сварки или воздействия коррозии и внешних сил: вибрации корпуса под действием динамических нагрузок, неравномерного распределения грузов при погрузке и выгрузке кузовов.
Данные разрушения представлены на рисунке 4.
Рисунок 4 - Разрушение сварных соединений под воздействием коррозии
Износ в результате трения встречается в деталях арматуры, осях и отверстиях петель, обивке, в отверстиях заклепочных и болтовых соединений.
Вмятины и выпучины в панелях, а также прогибы и перекосы в кузове появляются вследствие остаточной деформации при ударе или некачественно выполненных работ (сборки, ремонта и т. п.).
Концентрация напряжений в соединениях отдельных элементов корпуса в проемах для дверей, окон, а также на стыках элементов большой и малой жесткости может служить причиной разрушения деталей, если они не усилены.
В конструкциях кузовов обычно предусматриваются необходимые жесткие связи, усиления отдельных участков дополнительными деталями, выдавливанием ребер жесткости.
Однако в процессе длительной эксплуатации кузова и в процессе его ремонта могут выявиться отдельные слабые звенья в корпусе кузова, которые требуют усиления или изменения конструкции узлов во избежание появления вторичных поломок.
Заключение
На изменение технического состояния автомобиля существенное влияние оказывают условия эксплуатации: дорожные условия (техническая категория дороги, вид и качество дорожного покрытия, уклоны, подъемы спуски, радиусы закруглений дорога), условия движения (интенсивное городское движение, движение по загородным дорогам), климатические условия (температура окружающего воздуха, влажность, ветровые нагрузки, солнечная радиация), сезонные условия (пыль летом, грязь и влага осенью и весной), агрессивность окружающей среды (морской воздух, соль на дороге в зимнее время, усиливающие коррозию), а также транспортные условия (загрузка автомобиля).
В результате выполнения реферата были изучены основные виды разрушений кузова автомобиля автомобиля.
К ним относятся такие разрушения как усталостное изнашивание и коррозионно- механическое изнашивание.
Для уменьшения коррозии деталей автомобиля и в первую очередь кузова необходимо поддерживать их чистоту, осуществлять своевременный уход за лакокрасочным покрытием и его восстановление, производить противокоррозионную обработку скрытых полостей кузова и других подверженных коррозии деталей.
Для предотвращения усталостных разрушений и пластических деформаций следует строго соблюдать правила эксплуатации автомобиля, избегая его работы на предельных режимах и с перегрузками.
Список использованных источников
1 Основы работоспособности технических систем учеб. для вузов В.А. Зорин Академия, 2009. - 206 с.
2 Надежность транспортных средств "Основы теории надежности и диагностики" / В. И. Рассоха. - Оренбург: Изд-во ОГУ, 2000. - 100 с.
3 Надежность мобильных машин / К.В. Щурин; М-во образования и науки Рос. Федерации.: ОГУ, 2010. - 586 с.
4 Повышение долговечности транспортных машин: учеб. пособие для вузов / В. А. Бондаренко [и др.]. - М. : Машиностроение, 1999. - 144 с.
5 Основы теории надежности автотранспортных средств: учеб.-метод. рук. для студентов заоч. формы обучения специальностей "150200, 230100" / В. И. Рассоха. - Оренбург: ОГУ, 2000. - 36 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Методы формирования системы технического осмотра (ТО) и ремонта. Износ и изнашивание сопряженных деталей. Классификация видов изнашивания. Коэффициент технической готовности как основной показатель работы службы АТП. Экономико-вероятностный метод ТО.
контрольная работа , добавлен 08.04.2010
Конструкция колесной пары. Типы колесных пар и их основные размеры. Анализ износов и повреждений колесных пар и причины их образования. Неисправности цельнокатаных колес. Производственный процесс ремонта. Участок приемки отремонтированных колесных пар.
курсовая работа , добавлен 10.04.2012
Производственная характеристика депо. Структура, состав, производственная характеристика ремонтного отделения или участка. Схема расположения оборудования ремонтного отделения. Детали и узлы электроподвижного состава. Устранение износов и повреждений.
отчет по практике , добавлен 07.01.2014
Теория изнашивания. Демонтаж и монтаж машин в условиях эксплуатации. Оборудование, применяемое при монтажно-демонтажных работах. Порядок регистрации тракторов при постановке на учёт и снятии с учёта. Составление годового плана техобслуживания и ремонта.
контрольная работа , добавлен 15.04.2009
Параметры рабочего тела и количество горючей смеси. Процесс впуска, сжатия и сгорания. Индикаторные параметры рабочего тела. Основные параметры и литраж двигателя автомобиля. Расчет поршневого кольца карбюраторного двигателя. Расчет поршневого пальца.
курсовая работа , добавлен 15.03.2012
Дефекты кузовов и кабин. Технологический процесс ремонта кузовов и кабин. Ремонт неметаллических деталей кузовов. Качество ремонта автомобилей. Незначительные прогибы на пологих лекальных поверхностях, видимые при боковом освещении. Вмятины.
курсовая работа , добавлен 04.05.2004
Износ поверхностного слоя, изменение свойств материала, формы, размеров и веса детали. Технологический процесс ремонта машин в сельском хозяйстве. Восстановление гильзы цилиндра двигателя автомобиля ЗИЛ-130, с применением передовых форм и методов ремонта.
курсовая работа , добавлен 24.03.2010
Формирование вариационного ряда значений износов вала сцепления трактора. Составление статистического ряда износов, определение опытной и накопленной вероятности. Построение графиков, гистограммы и полигона опытного распределения значений износа.
контрольная работа , добавлен 11.01.2014
Сведения об устройстве современных автомобильных кузовов. Кузова легковых автомобилей. Предназначение, строение и работа. Особенности эксплуатации. Структура технологического процесса ремонта кузовов. Основные неисправности. Элементы и приспособления.
дипломная работа , добавлен 31.07.2008
Принципы организации технического обслуживания и ремонта машин, технология их проведения, разработка мероприятий по совершенствованию. Технологический процесс приема и выдачи автомобиля УАЗ-469 и ЗМЗ-402, процесс разборки на узлы и детали данных машин.
