Стандартизація в області ТЕА
ПРОЦЕСИ І ЗАКОНОМІРНОСТІ ЗМІНИ технічного стану
АВТОМОБІЛІВ У ЕКСПЛУАТАЦІЇ
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ АБО ПРОЦЕСИ ЗМІНИ технічного стану АВТОМОБІЛІВ У ЕКСПЛУАТАЦІЇ
До процесів зміни параметрів ТС КЕ автомобіля, обумовлених їх роботою, відносяться:
зношування, пластичні деформації і міцності руйнування, залишкові деформації, втомні руйнування, корозія і старіння матеріалів. Знання процесів зміни ТС КЕ автомобіля важливо перш за все для вдосконалення їх конструкції, для нормування періодичності та структури технічних втручань в автомобіль в процесі експлуатації.
Зношування ПОВЕРХОНЬ ДЕТАЛЕЙ
3.1.1. Механізм і види зношування
Зношування - це процес руйнування або відділення матеріалу з поверхні деталі при терті.
Знос - результат зношування, що визначається у встановлених одиницях (наприклад, в мкм).
Зношування поверхонь деталей виникає під дією тертя і залежить від матеріалів деталей, якості обробки їх поверхонь, навантаження, швидкості відносного переміщення поверхонь, їх температур і, мабуть, найважливіше - якості і кількості мастильного матеріалу. Залежно від кількості і властивостей мастила між поверхнями, що труться розрізняють тертя сухе, граничне (напівсухе, полужідкостное) і рідинне [6].
При сухому терті мастильний матеріал між поверхнями, що труться практично відсутня. При цьому спостерігається механічне зачеплення мікронерівностей і молекулярне взаємодія поверхонь в зонах контакту. В цьому випадку сила тертя виражається законом Амонтона - Кулона:
де N - нормальна сила; f - коефіцієнт тертя ковзання.
Коефіцієнт f залежить від величини мікро- і макронеровностей поверхонь, швидкості відносного їх ковзання, фізичних властивостей, що труться матеріалів і температури. Величина коефіцієнта тертя f "чистих" металів для металевих пар лежить в межах від 0,06 до 0,20.
При граничному (напівсухому, напіврідинних) терті молекули масла адсорбуються кристалічною решіткою металу, утворюючи кілька шарів упорядкованих молекул, товщиною близько 0,1 мкм. Це дозволяє трохи знизити пластичні деформації металів і зменшувати таким чином вкрай негативні наслідки сухого тертя.
При рідинному терті контакт поверхонь замінюється тертям шарів мастила. Коефіцієнт тертя виражається співвідношенням:
де A - коефіцієнт пропорційності; # 109; - коефіцієнт динамічної в'язкості; V - швидкість відносного переміщення; N - нормальна сила.
При рідинному терті контакту поверхонь, що труться взагалі не повинно бути, так само як і їх зношування. Згідно гидростатической теорії мастила нехай навіть без безпосереднього контакту незначний знос поверхонь все ж спостерігається в результаті фізико-хімічних, в тому числі і електростатичних процесів, що виникають між поверхнями, що труться, і контакту їх з мастильним матеріалом.
Види зношування деталей автомобіля слід кваліфікувати згідно рис.3.1.
Рис.3.1. Види зношування деталей автомобілів 1.Механіческое зношування відбувається в результаті механічних впливів.
-
1.1 Абразивне зношування проявляється внаслідок попадання між поверхнями, що труться так званих абразивних частинок. Ці частинки мають велику твердість, ніж твердість поверхні тертя, пластично деформують поверхню тертя, утворюючи на них ризики і подряпини. Абразивні частинки потрапляють між поверхнями тертя деталей разом з атмосферним повітрям, паливом, мастильним матеріалом, технічними рідинами або утворюються з продуктів зношування. Абразивне зношування в автомобілі є домінуючим. Відбувається, наприклад, в поршневих вузлах, парах ковзання, шкворневих з'єднаннях і т.д.
1.2 Зношування при пластичній деформації супроводжується зміною макрогеометріческіе розмірів деталі без втрати маси під дією переданої навантаження і під впливом сил тертя, що супроводжується переміщенням металів в сторону ковзання. За пластичного механізму відбувається зношування різьбових з'єднань, вкладишів підшипників ковзання, різних втулок і т.д.
1.3 Зношування при крихкому руйнуванні полягає в тому, що поверхневий шар тертьових деталей в результаті тертя і деформування (частіше багатоциклового) піддається інтенсивному наклепу, стає крихким і руйнується. Цей вид зношування спочатку відбувається за механізмом попереднього виду зношування, але характерний більш високими навантаженнями в контакті тертя, що і призводить до утворення наклепу і подальшого руйнування поверхонь деталей вже з втратою маси. Найхарактерніший приклад - зношування бігових доріжок підшипників кочення.
1.4 Втомне зношування ( "піттінг") полягає в утворенні на поверхні тертя втомних тріщин під дією повторних знакозмінних сил. Згодом мікротріщини ростуть і фарбували. При цьому зростання тріщин і викришування в них матеріалів сприяє мастило, що працює за механізмом расклинивания. Цей вид зношування найбільш характерний для поверхонь, що труться газорозподільного механізму (ГРМ), зубчастих передач і т.д.
2. Молекулярно-механічне зношування відбувається в результаті молекулярного взаємодії поверхонь, що труться. Часто спостерігається при нестачі мастила, великих навантаженнях, температурах і швидкостях ковзання.
-
2.1 Зношування схоплюванням (схоплювання першого роду). Полягає в мікросваріваніі ділянок, що труться, після подальшого їх взаємного переміщення виникла зв'язок руйнується.
2.2 Адгезионное (теплове) зношування (схоплювання другого роду). Перші етапи ідентичні попередньому виду зношування, а далі схоплювання контактуючих поверхонь роз'єднується не в місці зварювання, а відбувається з перенесенням частини одного металу на поверхню іншого (адгезія металу). При більш жорстких умовах тертя труться сварилися метали взагалі можуть не роз'єднатися, що призводить до заклинювання або повної втрати рухливості контактуючих деталей. Результати цього виду зношування легко спостерігати, наприклад, на шиях колінчастого вала, дзеркалі циліндра і т.д. Часто заклинивают поршні в двигунах, колінчаті вали та ін.
3. Коррозионно-механічне зношування. Це механічне зношування, посилене явищами корозії.
-
3.1 Окислювальне зношування. Під дією хімічно агресивних середовищ (вода, неорганічні і органічні кислоти) на поверхнях, що труться утворюються оксиди металів. Суть корозійних явищ в автомобілях докладно розглянута в розділі 3.5. Зносостійкість оксидів істотно нижче зносостійкості основних металів. Після вироблення оксидів метали оголюються і знову окислюються. В результаті загальний знос поверхонь деталей інтенсифікується. Даний вид зношування спостерігається на всіх поверхнях, що труться деталей автомобіля, що контактують з агресивними середовищами - деталі ЦПГ двигуна, шарніри систем автомобіля і т.д.
3.2 Фреттинг-корозійне зношення характерно для поверхонь, що труться деталей, схильних до, крім окислення, вібрацій, тобто коливань з високою частотою і малою амплітудою. Частинки оксидних плівок при цьому не тільки стираються, а й відокремлюються (обсипаються) з поверхонь, таким чином збільшується знос металів. Продукти окислення до того ж є абразивними частинками, інтенсифікують абразивне зношування. Фреттинг-корозія спостерігається в з'єднаннях великих корпусних деталей, наприклад в місцях прилягання фланців блоку циліндрів і картера зчеплення. Інший типовий приклад - поверхні контакту вкладишів шийок колінчастого вала і ліжок в картері двигуна.
4. Ерозійне зношування полягає в виривання частинок матеріалів деталей з поверхонь, що омиваються газами з високою температурою і швидкістю. Приклади - поверхні деталей камер згоряння двигунів (в першу чергу поршнів і головок циліндрів), поверхні випускних клапанів. Підвидом ерозійного зношування є електроерозійне зношування. Полягає в виривання частинок металів з поверхонь в результаті впливу дуги електричного розряду. Приклади - в контактах системи запалювання.
5. Кавітаційна зношування відбувається при омивання твердого тіла рідиною. Обумовлено місцевими змінами тисків і температур. Наприклад, в двигунах цього виду зношування схильні зовнішні поверхні мокрих гільз циліндрів, лопатей водяного насоса і т.д.
Кожен з видів зношування рідко зустрічається в чистому вигляді, зазвичай вони виявляються комплексно. Наприклад, якщо лопаті водяного насоса схильні тільки кавітаційного зношування, то на дзеркалі циліндра спостерігається в більшій чи меншій мірі всі види зношування, крім кавитационного.