Автор работы: Пользователь скрыл имя, 18 Ноября 2015 в 11:31, доклад
Трение поверхностей сопровождается изнашиванием. В зависимости от условий и режимов трения, физико-механических свойств применяемых материалов, микрорельефа поверхностей и других параметров, определяющих характер изнашивания, при трении двух сопряжённых поверхностей происходят сложные процессы, которые приводят к их износу.
Изнашивание
Пластические деформации и разрушения
Усталостные разрушения
Коррозия
Старение
Доклад:
Трение и изнашивание, основные причины изменения технического состояния автомобиля
Содержание
Изнашивание
Трение поверхностей сопровождается изнашиванием. В зависимости от условий и режимов трения, физико-механических свойств применяемых материалов, микрорельефа поверхностей и других параметров, определяющих характер изнашивания, при трении двух сопряжённых поверхностей происходят сложные процессы, которые приводят к их износу.
Под износом понимается результат изнашивания, проявляющийся в виде отделения или остаточной деформации материала. Износы могут быть естественные, ускоренные и аварийные. В процессе эксплуатации автомобилей происходит естественное изнашивание деталей. Графически процесс изнашивания двух сопряжённых деталей обычно изображают следующим образом.
Рис. Характер протекания процесса изнашивания сопряженных деталей: 1 — при установившейся скорости изнашивания; 2 — при снижении скорости изнашивания; 3 — при уменьшении зазора в конце приработки
По вертикальной оси прямоугольной системы координат откладывают в выбранном масштабе величину износа деталей, по горизонтальной — пробег автомобиля. Точки соединяют плавными линиями. Полученные кривые показывают характер нарастания износа каждой детали по мере увеличения пробега автомобиля. Расстояние между кривыми свидетельствует о характере изменения зазора в сопряжении. Зазор SH устанавливается между деталями при сборке.
На идеализированной схеме можно выделить три этапа процесса изнашивания:
Каждый из этих этапов отражает е состояние сопряженной пары. Переход от одного этапа к другому определяется количественным накоплением отдельных повреждений. На этапе приработки скорость изнашивания повышенная. Новые или отремонтированные детали прирабатываются. С трущихся поверхностей удаляются заусенцы, уменьшается их шероховатость, в отдельных случаях материал дает усадку. На этапе установившегося изнашивания (при работе в обычных условиях эксплуатации) скорость изменения изнашивания (tgα) почти постоянна. Этап установившегося изнашивания составляет наибольшую часть ресурса сопряжённой пары. При увеличении зазора до предельно допустимого S2 скорость изнашивания деталей интенсивно возрастает, заканчивается период нормальной работы деталей и наступает аварийное изнашивание. При этом на скорость изнашивания начинают влиять новые факторы: ударные нагрузки, биение, изменение теплового режима и условий смазки. Детали могут выйти из строя, что ведет к аварии.
Многие детали не имеют отчетливо выраженных этапов приработки, установившегося и аварийного изнашивания деталей. Бывает, что скорость изнашивания почти постоянная, износ деталей меняется линейно с течением времени. В ряде случаев детали имеют четко выделяющиеся периоды приработки и естественного износа, или наоборот, скорость их изнашивания в процессе приработки и нормальной эксплуатации практически одинакова, но зато резко выделяется аварийный этап работы.
Из рисунке видны возможности увеличения этапа установившегося изнашивания при номинальном зазоре Sн и заданной величине предельно допустимого зазора S2: во-первых, за счет уменьшения зазора конца приработки S1 и, во-вторых, за счет снижения скорости изнашивания деталей сопряжения (уменьшения tgα). Согласно рисунку, уменьшение зазора конца приработки с S1 до S1′ повышает ресурс работы сопряжения на величину ∆l’2. Уменьшение скорости изнашивания, выраженное уменьшением угла наклона кривой износа от α1 до α2 повышает ресурс работы сопряжения на ∆l2″.
Выделяют три группы изнашивания:
Каждая из групп изнашивания делится на виды.
Абразивное изнашивание возникает при трении скольжения и наличии между трущимися поверхностями мелкораздробленной твердой среды (например, песка), вызывающей выкрашивание частиц, металла из поверхности деталей. При этом процесс изнашивания не зависит от попадания абразивных частиц на поверхности трения.
Необходимо отметить, что размеры абразивных частиц с увеличением длительности работы их в масле уменьшаются, поэтому их агрессивность постепенно снижается до нуля.
Изменение размеров деталей при абразивном изнашивании зависит от ряда факторов:
Примером может служить изнашивание цилиндро-поршневой группы двигателя в результате попадания в цилиндры с воздухом пыли, зубьев шестерен и подшипников агрегатов трансмиссии, открытых сопряжений деталей ходовой части. По результатам исследований абразивный износ деталей агрегатов трансмиссии автомобилей составляет от 2 до 11 мкм на 1000 км пробега.
Гидроабразивное изнашивание возникает в результате действия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости. Гидроабразивное изнашивание деталейтопливных, масляных и водяных насосов, гидроприводов тормозов, гидроусилителей нередко проявляется совместно с эрозионным изнашиванием, возникающим в результате действия потока жидкости (газа). Трение потока жидкости о металл приводит к разрушению оксидной пленки, образующейся на поверхности детали, и сопутствует коррозионному разрушению материала, особенно под действием абразивных частиц и микроударов в случае возникновения кавитации.
Кавитационное изнашивание — это гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, когда пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное повышение давления или температуры.
Газоабразивное изнашивание происходит в результате воздействия твердых частиц, увлекаемых потоком газа и перемещающихся относительно изнашивающейся поверхности.
Усталостное изнашивание поверхности трения или отдельных ее участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц, происходит при качении и скольжении. Износ обусловливается микропластическими деформациями и упрочнением поверхностных слоев трущихся деталей. При этом имеют место напряженное состояние активных объемов металла у поверхности трения и особые явления усталости при знакопеременных нагрузках, вызывающих трение металла в поверхностных слоях и как следствие их разрушение. Пульсирующие нагрузки резко усиливают темпы осповидного износа.
Разрушение при таком износе характеризуется появлением микро- и макротрещин, расположенных под небольшими углами к поверхности трения, с последующим развитием их в осповидные углубления в впадины. В результате износа частицы поверхностного слоя откалываются, поверхность становится неровной и приобретает матовый вид.
Усталостное изнашивание наиболее характерно для рабочих поверхностей подшипников качения и поверхностей зубьев шестерен.
Изнашивание при фреттинге происходит в результате механического изнашивания соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях.
Изнашивание при заедании возникает в результате схватывания, глубокого вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность. Этот вид изнашивания имеет место в зубчатых зацеплениях агрегатов трансмиссии при использовании несоответствующего сорта масла или при его малом уровне.
Коррозионно-механическое изнашивание происходит при трении материалов, вступивших в химическое взаимодействие со средой. К коррозионно-механическим видам изнашивания относятся окислительное и изнашивание при фреттинг-коррозии.
Окислительное изнашивание возникает при наличии на поверхностях трения защитных пленок, образовавшихся в результате взаимодействия материала с кислородом. Окислительное изнашивание характеризуется протеканием одновременно двух процессов — пластической деформации микроскопических объемов металла поверхностных слоев деталей и диффузии кислорода воздуха в деформируемые слои.
На первой стадии износа окисление происходит в небольших объемах металла, расположенных у плоскостей скольжения при трении. На второй стадии окисление захватывает большие объемы поверхностных слоев и глубина его соответствует глубине пластической деформации.
На первой стадии износа на поверхности трущихся деталей образуются пленки твердых растворов кислорода, на второй — химические соединения кислорода с металлом. Процесс окислительного изнашивания происходит в тонких поверхностных слоях и условно может быть разделен на три этапа: деформирование и активизация, образование вторичных структур и их разрушение.
На первом этапе происходит особый вид пластической деформации — текстурирование и резкая активизация металла. На втором этапе благодаря наличию в зоне трения агрессивных компонентов среды происходит физико-химическое взаимодействие их с активизированным слоем — образование вторичных структур. На третьем этапе в результате многократного нагружения и внутренних напряжений в пленках вторичных структур происходит образование и развитие микротрещин, ослабление связей на поверхности раздела и отслаивание пленки.
Последующее механическое воздействие приводит к разрушению и износу пленки. На обнаженных участках процесс повторяется вновь. Окислительному износу подвергаются шейки коленчатого вала, гильзы цилиндров, поршневые пальцы, зубчатые зацепления и другие детали, работающие при трении скольжения.
Изнашивание при фриттинг-коррозии — это коррозионно-механическое изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных перемещениях. В случае динамического нагружения и наличия вибрации и ударов окисление трущихся поверхностей происходит особенно интенсивно вследствие резкой активизации пластически деформируемого металла. Динамический характер нагружения приводит к резкому повышению градиента деформации и температур, к окислению и схватыванию. Фриттинг-процесс возникает при трении скольжения с очень малыми возвратно-поступательными перемещениями в условиях динамической нагрузки.
Этот процесс можно считать пограничным между процессами химической коррозии и эрозии, поскольку интенсивность фриттинг-коррозии повышается с увеличением доступа кислорода, но уменьшается при увлажнении воздуха.
При фриттинг-коррозии наблюдается изнашивание посадочных поверхностей подшипников поворотных цапф, шестерен, болтовых и заклепочных соединений рам и других деталей.
Изнашивание при действии электрического тока (эрозионное изнашивание) поверхностей происходит в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока.
Работа агрегатов и узлов автомобилей сопровождается одновременно несколькими видами изнашивания. В чистом виде ни один из видов изнашивания не наблюдается. Как правило, в каждом работающем сопряжении деталей имеется вид изнашивания, определяющий износостойкость деталей. Остальные виды изнашивания в большей или меньшей мере ему сопутствуют. Определяющий вид изнашивания зависит от условий эксплуатации, нагрузок и других причин и лимитирует время безотказной работы сопряжения.
Определяющим видом изнашивания металлических деталей автомобилей при их эксплуатации является механическое изнашивание. Правильное определение вида изнашивания, знание приемов уменьшения интенсивности того или иного изнашивания позволят в значительной степени увеличить срок службы деталей автомобилей.
Пластические деформации и разрушения
Такие повреждения связаны с достижением или превышением пределов текучести или прочности соответственно у вязких (сталь) или хрупких (чугун) материалов. Обычно этот вид разрушений является следствием либо ошибок при расчетах, либо нарушений правил эксплуатации (перегрузки, неправильное управление автомобилем, дорожно-транспортные происшествия и т. п.). Иногда пластическим деформациям или разрушениям предшествует механическое изнашивание, приводящее к изменению геометрических размеров и сокращению запасов прочности детали.
Усталостные разрушения
Этот вид разрушений возникает при циклическом приложении нагрузок, превышающих предел выносливости металла детали. При этом происходят постепенное накопление и рост усталостных трещин, приводящие при определенном числе циклов нагружения к усталостному разрушению деталей. Совершенствование методов расчета и технологии изготовления автомобилей (повышение качества металла и точности изготовления, исключение концентраторов напряжения) привело к значительному сокращению случаев усталостного разрушения деталей. Как правило, оно наблюдается в экстремальных условиях эксплуатации (длительные перегрузки, низкие или высокие температуры) у рессор, полуосей, рамы.