Основні види руйнування автомобілів

Основними видами руйнувань, що призводять до граничних (непрацездат­них) станів деталей автотранспортних засобів, є статичне руйнування, втом­леність, корозія, спрацювання та старіння.

Статичне руйнування — процес руйнування деталі під дією переванта­ження, одноразового перевищення навантаження міцнісних властивостей еле­ментів автомобілів. Ознаками граничного стану є: крихке руйнування, крих­кий злам, сколювання торців. Статичного руйнування зазнають зварні з'єднан­ня, фасонні деталі, болти, валики, пальці та чавунні виливки.

Втомленість — процес руйнування деталі під впливом багаторазово по­вторюваних навантажень. Розрізняють втомленість мало- і багатоциклову.

Ознаки малоциклової втомленості — повзучість, в'язкий злам, заїдання. Ма-лоциклової втомленості зазнають корпусні деталі, зубчасті колеса, вали, осі, пружини, посудини, підшипники ковзання. Ознаки багатоциклової втомле­ності — руйнування від втомлення, злам від втомлення, викришування, каві­тація. Багатоциклової втомленості зазнають корпусні деталі, зубчасті колеса, підшипники кочення, вали, осі, пружини, шатуни, болти, зварні з'єднання.

Корозія — процес руйнування матеріалів внаслідок їх хімічної та електро­хімічної взаємодії з навколишнім середовищем. Ознаки граничного стану — ерозія (газова, рідинна), корозія (атмосферна, при терті, в електролітах). Ко­розії зазнають елементи трубопроводів, робочі камери, кабіни, кузови, деталі насосів, латунні, дюралюмінієві, магнієві сплави та ін.

Основним видом руйнування механізмів автомобіля є спрацьовування де­талей — процес відокремлення матеріалу з поверхні твердого тіла і (або) збільшення його залишкової деформації при терті, яке проявляється в посту­повій зміні розмірів і (або) форми тіла.

Спрацьовування крім порушень механічних зв'язків між деталями спричи­нює порушення термодинаміки згоряння у двигуні, запалювання в електро­устаткуванні, утворення суміші в системі живлення та ін. Спрацьовування дета­лей часто супроводжується деформаціями, нагромадженням напружень від втом­лення тощо. Спрацьовування супроводжується також механічними й фізико-хімічними явищами, які ускладнюються тим, що на них істотно впливають про­міжне середовище (мастильні матеріали, повітря) і фактори навколишнього се­редовища: температура, вологість і запиленість повітря, дія сонячного випромі­нювання та ін. Основною причиною спрацьовування деталей автомобіля є тертя.

Класифікація видів тертя наводиться нижче.

Ознака класифікації	Вид тертя
За наявністю відносного руху	Тертя спокою, руху
За характером відносного руху	Тертя ковзання, кочення, кочення з проковзуванням
За наявністю мастильного матеріалу	Тертя без мастильного матеріалу з мастильним матеріалом

Тертя спокою — тертя двох тіл при мікрозміщеннях, без макрозміщення.

Тертя руху — тертя двох тіл, що рухаються одне відносно одного.

Тертя ковзання — тертя руху, при якому швидкості тіл у точці стикання різні за значенням і (або) напрямом.

Тертя кочення — тертя руху, при якому швидкості стичних тіл однакові за значенням і напрямом принаймні в одній точці зони контакту.

Тертя кочення з проковзуванням — тертя руху двох стичних тіл при одно­часному терті кочення і ковзання в зоні контакту.

Тертя без мастильного матеріалу — тертя двох тіл, коли на поверхні тер­тя немає введеного мастильного матеріалу будь-якого виду.

Тертя з мастильним матеріалом — тертя двох тіл, коли на поверхні тертя є введений мастильний матеріал будь-якого виду.

Поверхні тертя мають мікронерівності, розміри яких залежать від точності обробки. При терті взаємодіють мікронерівності тертьових поверхонь між собою і з абразивними частинками, що потрапили в масло. Руйнування кількох піарів мікронерівностей призводить до макропошкоджень, тобто змін форми поверхні. Тертя ковзання в двигуні відбувається між поршневим кільцем і дзеркалом циліндра, між шийками колінчастого вала і підшипниками; тертя ко­чення — в шарико - і роликопідшипниках.

У механізмах автомобіля можуть спостерігатися одночасно кілька видів тер-т л. Наприклад, робота шестерень коробки передач супроводжується тертям ко­чення і ковзання. Залежно від умов та режиму тертя, від якості тертьових по­верхонь, мастильних матеріалів і дії зовнішнього середовища характер спра­цьовування деталей механізмів може бути різним.

Оцінюючи явища і процеси при терті і спрацьовуванні, застосовують такі терміни: стрибкоподібний рух при терті, схоплювання при терті, перенесення матеріалу, заїдання, задирка, дряпання, відшаровування, викришування, при-працювання.

Стрибкоподібний рух при терті — явище чергування відносного ковзання: відносного спокою або чергування збільшення і зменшення відносної швид­кості ковзання, яке виникає мимовільно при терті руху. Прикладом стрибко-п здібного руху може бути рух, що виникає внаслідок автоколивань при зни­женні коефіцієнта тертя зі збільшенням швидкості ковзання.

Схоплювання при терті — явище місцевого з'єднання двох твердих тіл, що настає внаслідок дії молекулярних сил при терті.

Перенесення матеріалу — явище при терті твердих тіл, яке полягає в тому, що матеріал одного тіла з'єднується з іншим і, відриваючись від першого, за­лишається на поверхні другого.

Заїдання — процес виникнення і розвитку пошкоджень поверхонь тертя з наслідок схоплювання і перенесення матеріалу. Заїдання може завершува-тись припиненням відносного руху.

Задирка — пошкодження поверхні тертя у вигляді широких і глибоких бо­розен у напрямі ковзання.

Дряпання — утворення заглиблень на поверхні тертя в напрямі ковзання при дії виступів твердого тіла або твердих частинок.

Відшаровування — відокремлення з поверхні тертя матеріалу у формі лу­сочок при спрацьовуванні від втомлення.

Викришування — утворення ямок на поверхні тертя в результаті відокрем­лення частинок матеріалу при спрацьовуванні від втомлення.

Припрацювання — процес зміни геометрії поверхонь тертя і фізико-хімічних властивостей поверхневих піарів матеріалу в початковий період тер­тя, який за постійних зовнішніх умов звичайно проявляється у зменшенні сили тертя, температури й інтенсивності спрацювання.

Спрацювання — результат спрацьовування, який визначається в уста­новлених одиницях. Значення спрацювання може виражатися в одиницях дов­жини, об'єму, маси та ін.

3 метою виявлення основного процесу руйнування поверхні й керування ним розроблено класифікацію видів спрацювання.

Ознаки спрацьовування	Види спрацьовування
Механічне спрацьовування	Абразивне, гідроабразивне (газо-абразивне), гідроерозійне (газо-ерозійне), кавітаційне, спрацьову­вання від втомлення, при фретинзі, спрацьовування при заїданні
Корозійне-механічне спрацьовування	Окислювальне, при фретинг-корозії
Спрацювання при дії електричного струму	Електроерозійне

Механічне — спрацьовування в результаті механічних дій. Воно виявл

яєть­ся у різанні, виламуванні частинок, пластичному деформуванні та ін.

Найпо­ширеніше механічне спрацьовування — абразивне.

Абразивне — механічне спрацьовування матеріалу в результаті різальної або дряпальної дії твердих тіл чи твердих частинок, які мають різну форму і по-різному орієнтовані своїми гострими ребрами відносно спрацьовуваної по­верхні. Одні з них мають різальну дію, інші пластично деформують м'який матеріал, залишаючи

орієнтовані своїми гострими ребрами відносно спрацьовуваної по­верхні. Одні з них мають різальну дію, інші пластично деформують м'який матеріал, залишаючи відбитки у вигляді видавлених рисок. У результаті бага­торазового переміщення частинок поверхневий шар деталі поступово руйнуєть­ся. Абразивні частинки можуть потрапляти на тертьові поверхні разом із по­вітрям, паливом, мастильними матеріалами тощо. Абразивного спрацьовуван­ня в поєднанні з іншими видами зазнають практично всі тертьові деталі авто­мобіля.

Гідроабразивне (газоабразивне) — абразивне спрацьовування в результаті дії твердих тіл або твердих частинок, захоплених потоком рідини (газу).

Гідроерозійне (газоерозійне) — спрацьовування поверхні в результаті дії по­току рідини (газу). Цей вид спрацьовування характерний для паливної апарату­ри дизельних двигунів, жиклерів карбюраторів, випускних клапанів двигуна.

Кавітаційне — механічне спрацьовування при русі твердого тіла відносно рідини, при якому пухирці газу лопаються поблизу поверхні, що створює місце­вий ударний тиск або високу температуру. Кавітаційне руйнування іноді бу­ває у водяних насосах, на зовнішніх поверхнях мокрих гільз циліндрів та в інших деталях автомобіля.

Спрацьовування від втомлення — механічне спрацьовування в результаті руйнування від втомлення при повторному деформуванні мікрооб'ємів мате­ріалу поверхневого шару. Спрацьовування від втомлення може відбуватись як при терті кочення, так і при терті ковзання.

Спрацьовування при фретинзі — механічне спрацьовування стичних тіл при коливальному відносному мікрозміщенні.

Спрацьовування при заїданні — спрацьовування в результаті схоплюван­ня, глибинного виривання матеріалу, перенесення його з однієї поверхні тертя на іншу та дії утворених нерівностей на спряжену поверхню. Схоплювання металу і перенесення його з однієї деталі на іншу, виривання частинок із по­верхні однієї деталі і налипання на інші, заїдання спряжених деталей внаслідок виникнення молекулярного зчеплення між тертьовими поверхнями бувають у підшипниках ковзання, втулках валів, поршнях та інших деталях, особ­ливо в процесі припрацювання механізмів. При інтенсивному схоплюванні металів відбувається процес наволікання шару менш міцного металу на по­верхню міцнішого.

Корозійно-механічне — спрацьовування в результаті механічної дії, що супроводжуєься хімічною та (або) електричною взаємодією матеріалу з середо­вищем (киснем, газами, кислотами, лугом). Взаємодія середовища з поверхне­вими шарами металу призводить до утворення нових хімічних сполук, які різко змінюють властивості тертьових активних шарів металу. При цьому тертьові поверхні спрацьовуються внаслідок періодичного утворення і руйнування менш міцного шару.

Корозійно-механічного спрацьовування зазнають циліндри дви­гуна, вкладиші підшипників, шийки колінчастого вала та інші деталі внаслі­док дії сірчаної, сірчистої та органічних кислот.

Окислювальне — корозійно-механічне спрацьовування, при якому перева­жає хімічна реакція матеріалу з киснем або окислювальним навколишнім се­редовищем.

Спрацьовування при фретинг-корозії — корозійно-механічне спрацьовуван­ня стичних тіл при малих коливальних відносних переміщеннях.

Електроерозійне — ерозійне спрацьовування поверхні в результаті дії роз­рядів при проходженні електричного струму.

Залежно від умов роботи одна й та сама деталь може зазнавати одночасно кількох видів спрацьовування. Наприклад, верхня частина циліндра двигуна зазнає водночас механічного і корозійно-механічного спрацьовування.

Процес наростання спрацьовування поверхневих шарів має певні законо­мірності (рис. 1.1). Спрацьовування s підвищується протягом усього пробігу L автомобіля до певного стану деталі, але інтенсивність спрацьовування різна на різних етапах роботи.

Рис. 1.1. Залежність спра­цювання та інтенсивності спра­цьовування деталей автомобі­ля від його пробігу (для сталих умов експлуатації)

У початковий період роботи ( припрацювання ) деталі спрацьовуються дуже інтенсивно (ділянка ОА ) до якогось значення, характерного для цих умов роботи, потім процес переходить у зону уста­леного спрацьовування

(ділянка АВ ), різко зростає і переходить в аварійне спрацьовування.

У міру припрацювання знижується інтенсивність спра­цьовування внаслідок збільшення площі поверхонь за рахунок спрацьовування, а також зміни мікро-геометрії тертьових поверхонь деталей і тиску.

Спрацьовування на ділянці АВ називається нор­мальним (природним). Воно характеризується ста­лістю умов роботи тертя і швидкості спрацьовуван­ня цього спряження. Після точки В спрацьовування різко зростає внаслідок збільшення зазору між тертьовими поверхнями, зро­стання динамічних навантажень, погіршення режиму мащення та ін. Отже, збільшення зазорів між деталями має бути обмеженим.

Якщо працююче спряження розібрати, то після складання інтенсивність спрацьовування збільшується порівняно з початковим за рахунок нового припрацювання його деталей. Таким чином, розбирати автомобіль і його елементи можна тільки в разі крайньої потреби.

Старіння — процес поступової і неперервної зміни експлуатаційних влас­тивостей, що спричиюяється дією механічних, електричних, теплових та інших навантажень, наявність яких визначається режимом роботи й умовами екс­плуатації автомобіля.

Ознаки граничного стану старіння — необоротна зміна фізико-хімічних властивостей матеріалів деталей (втрата пружності та ін.). Ста­ріння зазнають елементи і деталі з металів, полімери, гумотехнічні вироби, ущільнення, напівпровідники.

Дата добавления: 2014-01-04