Причины износа деталей автомобиля

Виды, методы и системы ремонта автомобилей

При эксплуатации автомобили подвергаются различным внешним воздействиям, под влиянием которых их надежность снижается из-за появления неисправностей. В результате этого рабочие процессы в автомобиле либо нарушаются, либо становятся невозможными.

Характеристика вредных процессов, вызывающих потерю работоспособности автомобиля

При эксплуатации автомобилей процессы, вызывающие повреждения и разрушения деталей, именуют вредными. Повреждение детали – это частичная потеря ею служебных свойств. Разрушение – это всякий протекающий в материале или на его поверхности процесс, приводящий невозможности выполнения деталью заданных функций. К вредным процессам относятся: изнашивание рабочих поверхностей деталей вследствие трения, разрушение повреждение деталей под действием различных нагрузок (пластическое деформирование, излом, усталость металла, тепловое и электроэрозионное разрушение), под действием химически активных сред (химическая и электрохимическая коррозия потеря сообщенных детали служебных свойств (размагничивание и др.), полностью ликвидировать вредные процессы нельзя. Замедлить их протекание можно путем проведения технического обслуживания и текущих ремонтов.

Виды изнашивания деталей автомобиля

Изнашивание – это процесс постепенного изменения размеров и формы. тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности материала и в его остаточной деформации. Износ обычно выражается в линейных единицах, а иногда – в единицах массы.

Виды трения

Сухое трение. Это трение движения двух твердых тел без смазки на соприкасающихся поверхностях. Оно может быть получено в чистом виде в условиях абсолютного вакуума, т.е. при отсутствии воздействия окружающей среды. В практике к условиям сухого трения несколько приближается работа звеньев гусениц на песчаном сухом грунте.

Граничное трение – это. трение .движения двух твердых тел, имеющих на своих поверхностях незначительный слой смазочного материала (порядка 0,1 мкм), обладающего свойствами, отличающимися от объемных свойств жидкостей при жидкостном трении.

Жидкостное трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя трущимися телами, разделёнными слоем смазочного материала, в котором проявляются его объемные свойства.

Виды изнашивания

Изнашивание подразделяется на три основные группы:

Механическое изнашивание подразделяют на абразивное и усталостное.

Абразивное изнашивание – это процесс, при котором трущиеся поверхности разрушаются в результате царапающего или режущего действия твердых тел или частиц. Разновидностью абразивного изнашивания является гидро- и газоабразивное изнашивание, когда износ происходит в результате воздействия твердых частиц, увлекаемых соответственно потоком жидкости или газа. Разновидность механического изнашивания – кавитационное изнашивание поверхности при относительном движении твердого тела в жидкости в условиях кавитации. Гидравлический удар образует каверны диаметром 0,1 – 1,2 мм.

Усталостное изнашивание поверхности трения или отдельных ee участков является следствием многократного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и от делению с поверхностного слоя частиц материала. Основной показатель усталостного изнашивания – глубина деформируемого слоя на поверхности трения. Усталостное изнашивание возможно как при трении качения, так и при трении скольжения и зависит от удельного давления в сопряжении, свойств материала детали и частоты циклов нагрузки.

Молекулярно-механическое изнашивание подразделяют на адгозионное и избирательный перенос.

Адгезионное изнашивание происходит в связи с возникновением на отдельных участках контактирующих поверхностей молекулярных (адгезионных) взаимодействий, силы которых превосходят прочность связей поверхностного слоя материала с основным материалом детали. К адгезионному изнашиванию склонны пары с металлическими поверхностями. Адгезионное изнашивание выражается в глубинном вырывании материала и переносе его с одной поверхности на другую, что приводит, как правило, к заеданию деталей.

Изнашивание в условиях избирательного переноса также характеризуется атомарными явлениями в зоне контакта и наблюдается, например, при трении металлополимерных пар, когда полимер переносится на поверхность металла, образуя на ней мономолекулярный слой. Образование в данном случае прослойки благоприятно сказывается на фрикционных характеристиках пары и приводит к резкому уменьшению интенсивности изнашивания.

Коррозионно-механическое изнашивание подразделяют на окислительное и изнашивание при фреттинг-коррозии.

Окислительное изнашивание возникает при наличии на поверхности трения защитных пленок, образовавшихся в результате взаимодействия материала детали с кислородом. Возникновение оксидных пленок не исключает, а ускоряет усталостное разрушение материала, так как в результате взаимодействия кислорода и металла образуются слои с повышенной хрупкостью, ускоряющей разрушение материала.

Изнашивание при фреттинг-коррозии происходит в процессе малых колебательных относительных перемещений контактирующих металлических поверхностей в результате периодических деформаций или вибраций элементов конструкции. Этот вид изнашивания характерен для поверхностей деталей в неподвижных соединениях, воспринимающих вибрационные нагрузки (например, наружные поверхности наружных колец шарико- и роликоподшипников, поверхности отверстий в корпусах подшипников, в заклепочных соединениях, работающих при вибрационной нагрузке и др.).

Основные характеристики изнашивания деталей автомобиля

Линейный износ U – это изменение размера детали (образца) в результате изнашивания в направлении, перпендикулярном поверхности трения.

Скорость изнашивания g=dU/dt – отношение износа к времени изнашивания. По скорости изнашивания можно судить о долговечности детали.

Интенсивность изнашивания j = dU/dS отношение износа к пути трения, на котором происходило изнашивание, или к объёму выполненной работы, например, к наработке машины в кубических метрах вынутого грунта (если это экскаватор).

Износостойкость – свойство оказывать сопротивление изнашиванию при определенных условиях трения. Износостойкость оказывался величиной, обратной скорости или интенсивности изнашивания.

Относительная стойкость – отношений износостойкости данного материала и материала, принятого за эталон, при их изнашивании в одинаковых условиях.

Виды и причины износа деталей.

Износ деталей в ходе эксплуатации — процесс естественный. Сложные условия работы ТПС вызывают ускоренное появление у его деталей износов различного вида, которые приводят к изменению геометрических параметров деталей, увеличению между ними зазоров, появлению местных вырывов металла, изменению его поверхностной или внутренней структуры. Наиболее характерны износ от сил трения (механический), а также термический, электроэрозионный и коррозионный износы. Отдельные детали могут одновременно подвергаться нескольким видам износа.

Механический износ может возникать вследствие молекулярного схватывания, а также проявляться в виде окислительного, теплового, абразивного и осповидного износов.

1. Абразивный износ — это результат срезания металла попавшими на его поверхность твердыми частицами. Он характерен для смазываемых, но не защищенных от внешних воздействий поверхностей.

2. Тепловой износ происходит при трении скольжения с большими скоростями и высоком давлении. При таких условиях в поверхностных слоях трущихся деталей быстро повышается температура, происходят схватывание и отрыв частиц металла с меньшей прочностью.

3. Молекулярное схватывание происходит при трении скольжения с малыми скоростями или при давлении, превышающем предел текучести. Такие условия возникают в опорах кузовов и деталях межтележечного сочленения, хвостовиков автосцепного устройства.

4. Осповидный износ возникает при трении качения и напряжениях, превышающих предел текучести металла и вызывающих усталостные повреждения. Такой износ характерен, например, для поверхностей роликов и колец подшипников.

5. Окислительный износ появляется в результате разрушения окислов металла на поверхностях двух взаимно перемещающихся деталей, особенно в условиях переменных нагрузок.

С увеличением продолжительности работы деталей их износ возрастает непрерывно, но с различной интенсивностью (рис. 1.1). В зоне I происходит приработка поверхностей, и износ растет быстро. После приработки рост износа замедляется (зона II — нормальной эксплуатации). В конце зоны II наступает предельный износ, который при дальнейшей эксплуатации резко возрастает (зона III), что недопустимо. В целях продления срока службы деталей следует максимально облегчать условия их работы в период приработки, применяя качественную смазку и часто ее заменяя.

Рис. 1.1. Зависимость механического износа деталей от продолжительности их работы

Термический износ возникает в результате превышения допустимой для данной детали температуры. При этом снижается механическая прочность токоведущих элементов, отжигается медь, выплавляется олово, обгорает изоляция проводов. Повышение температуры сверх допустимых значений вредно сказывается на диэлектрических свойствах изоляции. Снижение диэлектрических свойств изоляции (ее старение) объясняется изменением молекулярной структуры изоляционного материала в результате часто повторяющихся или длительных воздействий на него высоких температур. Снижение механической прочности токоведущих частей обусловлено тем, что повышение температуры в контактных соединениях ускоряет процесс окисления их рабочих поверхностей. Переходное сопротивление в местах контакта при этом повышается, возрастает проходящий через контакт ток, что, в свою очередь, приводит к более интенсивному возрастанию температуры и, как следствие, к еще большей активности процесса окисления. Кроме того, повышенные температуры могут вызвать появление сколов, трещин и обгорание глазури на поверхностях из керамических материалов.

Электроэрозионный износ обусловлен уносом металла с рабочей поверхности электрической дугой, возникающей в момент разрыва находящихся под током контактов. Мощность и продолжительность этой дуги зависят в первую очередь от значений разрываемого тока, разности потенциалов между контактами в начале и в конце процесса, типа и состояния дугогасительных устройств. Этому виду износа подвержены коллекторы электрических машин, контактные провода и полозы токоприемников, контакты ряда аппаратов защиты силовых цепей и др.

Коррозионный износ возникает в результате коррозии металлических (в основном стальных) деталей. Этот процесс ускоряется с увеличением влажности и агрессивности внешней среды. У таких металлов как медь и алюминий образующаяся пленка окислов хотя непосредственно не вызывает износа, но приводит к снижению электрической проводимости, что активизирует окислительный процесс и развитие электроэрозии.

Методы снижения износов. Износ деталей и узлов может быть снижен конструкторскими, технологическими и эксплуатационными методами.

Конструкторские методы снижения износов имеют два основных направления. Первое из них — замена быстроизнашивающихся узлов или деталей узлами или деталями иной конструкции, обеспечивающей их работу с меньшим износом, например, внедрение новых опор кузова или буксовых поводков с резиновыми шарнирными узлами, не требующими смазки, замена подшипников скольжения в буксах колесных пар на подшипники качения, внедрение резинокордовых муфт тягового привода электропоездов, применение в силовых аппаратах двух пар контактов или шунтирование их высокоомным резистором для снижения плотности тока и т.д. Второе направление характеризуется применением материалов, снижающих механические усилия, например, резиновых прокладок, прокладок и втулок из полимерных материалов. Снизить износ можно также повышением прочности деталей путем дополнительной обработки их поверхностей (накатка, закаливание и др.), применением износостойких материалов (например, марганцовистой стали, коллекторной меди с присадками кадмия и серебра), покрытием металлов полимерными пленками, а изоляционных материалов — термореактивными пленками.

Технологические методы снижения износа сводятся к повышению точности обработки поверхностей деталей, применению накатки поверхностей роликами, наклепа дробью, цементации, нитроцементации и др., внедрению более жестких норм допусков на основные размеры и на отклонения характеристик машин и аппаратов от паспортных данных, совершенствованию системы контроля за состоянием деталей и узлов.

Эксплуатационные методы, как и конструкторские, имеют два направления. Первое — обеспечение рациональных режимов вождения поездов, снижающих вероятность возникновения повышенных износов. При ведении поезда следует избегать резких изменений тяговых и тормозных усилий, не допускать боксования, резких бросков тока или длительного протекания тока, близкого к предельному.

Второе направление — улучшение качества смазочных материалов, правильное их применение и хранение. Смазку следует наносить предварительно очищенными от грязи и протертыми лопаточками, масленками, гидропультами, нагнетателями, протирку выполнять концами, смоченными керосином. Смазываемые поверхности должны быть очищены от грязи, старой краски и ржавчины. Смешивать смазки и масла разных сортов запрещается. Хранить смазочные материалы надо в закрытых сосудах.

Повреждения деталей. В отличие от износа — явления неизбежного, но контролируемого и предсказуемого — повреждение является непредсказуемым, но его можно избежать.

Механические повреждения могут возникать в результате отклонений от установленной технологии изготовления и обработки деталей, неправильного монтажа, слабого их закрепления. Причинами повреждений могут быть наличие на деталях задиров и рисок, попадание в узлы посторонних предметов, скрытые раковины в материале деталей, местные перенапряжения в них.

Повреждения в электрических цепях возникают чаще всего от токовых перегрузок. Они вызывают пересыхание изоляции и чрезмерный нагрев мест со единения, загрязнение или увлажнение поверхности изоляции, нарушение надежности контактного соединения, перенапряжения в отдельных точках электрической цепи и нарушение прочности проводов, кабелей, их наконечников и изоляторов.

Возникновение повреждений предупреждают проведением планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта в соответствующие сроки, совершенствованием методов ремонта и эксплуатации ТПС, улучшением конструкций деталей и узлов.