Условия работы и виды изнашивания

Классификация видов изнашивания и их характеристика

Причины изменения технического состояния автомобилей

В процессе эксплуатации автомобиля в результате воздейст­вия на него целого ряда факторов (нагрузок, вибраций, влаги, воздушных потоков, абразивных частиц, температуры) происхо­дит необратимое ухудшение его технического состояния, связан­ное с изнашиванием и повреждением его деталей, а также изме­нением ряда их свойств (упругости, пластичности и др.).

Изменения технического состояния автомобиля обусловлены работой его узлов и механизмов, воздействием внешней среды, факторов, связанных с условиями работы и хранения автомоби­ля, а также случайных факторов, к которым относятся скрытые дефекты деталей автомобиля, перегрузки и т. п.

Основными постоянными причинами изменения техниче­ского состояния автомобиля при его эксплуатации являются из­нашивание, пластические деформации, усталостные разруше­ния, коррозия деталей, а так же физико-химические изменения материала деталей (их старение).

Изнашивание— процесс разрушения и отделения материала с поверхностей деталей и (или) накопление в них остаточных де­формаций, проявляющихся в постепенном изменении размеров и (или) формы деталей.

Износ— результат процесса изнашивания деталей, выражаю­щийся в изменении их размера, формы, объема и массы. Причи­ной изнашивания деталей является трение. Различают два ос­новных вида трения: трение без смазочного материала и жидко­стное трение. В первом случае трущиеся поверхности деталей взаимодействуют непосредственно друг с другом (например, тре­ние тормозных колодок о тормозные барабаны или диски, тре­ние ведомого диска сцепления о маховик). Данный вид трения сопровождается повышенным изнашиванием трущихся поверх­ностей деталей. При жидкостном (или гидродинамическом) тре­нии между трущимися поверхностями деталей создается масля­ный слой, толщина которого превышает микронеровности по­верхностей и не допускает их непосредственного контакта (например, подшипники коленчатого вала в период установив­шегося режима работы), что значительно снижает изнашивание деталей. При работе большинства механизмов автомобиля эти виды трения постоянно чередуются.

Классификация видов изнашивания и их характеристика

Изнашивание может быть абразивное, окислительное, уста­лостное, эрозионное, а также изнашивание при заедании.

Абразивное изнашивание является следствием режущего или царапающего воздействия попавших между трущимися поверх­ностями сопряженных деталей твердых абразивных частиц (пыль, песок). Попадая между трущимися деталями открытых узлов (например, между тормозными колодками и дисками или барабанами, между листами рессор и т. п.), твердые абразивные частицы резко увеличивают их изнашивание. В закрытых меха­низмах (например, в кривошипно-шатунном механизме двигате­ля) данный вид трения наблюдается значительно реже и являет­ся следствием попадания в смазочные материалы абразивных частиц и накопления в них продуктов изнашивания (например, при несвоевременной замене масляного фильтра и масла в дви­гателе, поврежденных защитных чехлов и смазочного материала в шарнирных соединениях).

Окислительное изнашивание происходит в результате воздей­ствия на трущиеся поверхности сопряженных деталей агрессив ной среды, под действием которой на них образуются непроч­ные пленки окислов, которые снимаются с поверхности в ре­зультате трения, обнажающиеся поверхности также окисляются и т. д. Данный вид изнашивания наблюдается на деталях цилин-дропоршневой группы деталей двигателя, цилиндров гидропри­вода тормозных механизмов и сцепления.

Усталостное изнашивание заключается в том, что твердый по­верхностный слой материала детали в результате трения и цик­лических нагрузок становится хрупким и разрушается (выкра­шивается), обнажая лежащий под ним менее твердый слой. Дан­ный вид изнашивания возникает на беговых дорожках колец подшипников качения, зубьях зубчатых колес.

Эрозионное изнашивание возникает в результате воздействия на поверхности деталей движущихся с большой скоростью пото­ков жидкости и (или) газа, с содержащимися в них абразивными частицами, а также электрических разрядов. В зависимости от характера процесса эрозии и преобладающего воздействия на де­тали тех или иных частиц (газа, жидкости, абразива и т. д.) раз­личают газовую, кавитационную, абразивную, электрическую эрозию и т. д.

Газовая эрозия представляет собой разрушение материала де­тали под действием механических и тепловых воздействий моле­кул газа и наблюдается на клапанах, поршневых кольцах и зер­кале цилиндров двигателя, а также на деталях системы выпуска отработавших газов.

Кавитационная эрозия деталей происходит при нарушении сплошности потока жидкости, когда образуются воздушные пузырьки, которые, разрываясь вблизи поверхности детали, приводят к многочисленным гидравлическим ударам жидкости о поверхность металла. Такому изнашиванию подвержены де­тали двигателя, контактирующие с охлаждающей жидкостью: внутренние полости рубашки охлаждения блока цилиндров, наружные поверхности гильз цилиндров, патрубки системы ох­лаждения.

Электроэрозионное изнашиваниезаключается в эрозионном изнашивании поверхностей деталей в результате воздействия электрических разрядов, возникающих, например, между элек­тродами свечей зажигания или контактами прерывателя.

Абразивная эрозия возникает при механическом воздействии на поверхности деталей абразивных частиц, содержащихся в жидкостях (гидроабразивная эрозия) и (или) газе (газо-абразивпая эрозия). Наиболее часто она наблюдается на наружных дета­лях кузова автомобиля (арки колес, днище и т. п.).

Изнашивание при заедании происходит в результате схватыва­ния, глубинного вырывания материала деталей и переноса его с одной поверхности на другую, что приводит к появлению на ра­бочих поверхностях деталей задиров, и становится причиной за­клинивания и разрушения деталей. Такое изнашивание происхо­дит при возникновении местных контактов между трущимися поверхностями, на которых вследствие чрезмерных нагрузок и скорости движения, а также недостатка смазочного материала происходит разрыв масляной пленки, сильный нагрев и «свари­вание» частиц металла. В результате этого, например, происхо­дит заклинивание коленчатого вала и проворот вкладышей при нарушении работы смазочной системы двигателя.

Изнашивание при фретинге — механическое изнашивание со­прикасающихся поверхностей деталей при малых колебательных движениях. Если при этом под воздействием агрессивной среды на поверхностях сопряженных деталей возникают окислитель­ные процессы, то происходит коррозия. Данный вид изнашива­ния может происходить, например, в местах контакта вклады­шей шеек коленчатого вала и их постелей в блоке цилиндров и крышках подшипников.

Пластическая деформация — остаточная деформация без мак­роскопических нарушений сплошности материала, образующая­ся в результате воздействия силовых факторов. Пластическая де­формация — остаточная деформация после снятия нагрузок.

Усталостное разрушение возникает при циклических нагруз­ках, превышающих предел выносливости материала: возникают макроскопические нарушения сплошности материала, образуют­ся трещины, приводящие к разрушению детали. Усталостное разрушение наблюдается у рессор и полуосей при длительной эксплуатации автомобиля в экстремальных условиях (продолжи­тельные перегрузки, экстремальные температуры окружающей среды).

Коррозияявляется результатом химического или электрохи­мического воздействия агрессивной средой на поверхность дета­ли, приводящего к окислению металла. Причиной коррозии де­талей автомобилей являются соли, используемые на дорогах в зимнее время года, отработавшие газы, содержащие большое ко­личество вредных веществ, влата, скапливающаяся в скрытых полостях и нишах.

Старение— изменение физико-химических свойств материа­лов под действием кислорода, света, теплоты, радиации и других факторов. Так, в результате старения резинотехнические изделия теряют эластичность и растрескиваются. Топлива, смазочные и другие эксплуатационные материалы окисляются, в результате чего изменяется их химический состав и ухудшаются эксплуата­ционные свойства.

На техническое состояние автомобиля существенное влия­ние оказывают следующие факторы:

• дорожные условия (категория дороги, величина уклонов, число и радиусы поворотов);

• условия движения (интенсивность движения, скорость);

• климатические условия (температура окружающей среды, влажность, ветра, солнечная радиация);

• окружающая среда (морской воздух, антигололедные по­крытия дорог);

• условия эксплуатации (загруженность).

Мероприятиями, уменьшающими изнашивание деталей ав­томобиля, являются:

• своевременная смена защитных чехлов и фильтров;

• проверка крепежных соединений и своевременное выпол­нение регулировочных работ (регулировка клапанов и на­тяжения цепей, установки колес, подшипников ступиц ко­лес и т. п.);

• смазочные работы (замена и доливка масла);

• восстановление защитного покрытия днища кузова.

Для уменьшения коррозии кузова автомобиля необходимо поддерживать чистоту и следить за состоянием лакокрасочного покрытия, своевременно восстанавливать его и выполнять про­тивокоррозионную обработку скрытых полостей.

Для предотвращения усталостных разрушений и пластиче­ских деформаций следует строго соблюдать правила эксплуата­ции автомобиля, не допускать его работы на предельных режи­мах и перегрузок.

В процессе эксплуатации автомобиль может быть:

2.Изнашивание и его виды

Изнашивание – это процесс разрушения и отделения материала с поверхностей деталей и (или) накопление остаточных деформаций при их трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы взаимодействующих деталей.

Износ – это результат процесса изнашивания деталей, выражающийся в изменении их размера, формы, объема и массы.

Различают сухое и жидкостное трение.

При сухом трении трущиеся поверхности деталей взаимодействуют непосредственно друг с другом (например, трение тормозных колодок о тормозные барабаны или диски, или трение ведомого диска сцепления о маховик). Данный вид трения сопровождается повышенным износом трущихся поверхностей деталей. При жидкостном (или гидродинамическом) трении между трущимися поверхностями деталей создается масляный слой, превышающий микронеровности их поверхностей и не допускающий их непосредственного контакта (например, подшипники коленчатого вала в период установившегося режима работы), что резко сокращает износ деталей. Практически при работе большинства механизмов автомобиля вышеуказанные основные виды трения постоянно чередуются и переходят друг в друга, образуя промежуточные виды.

Выделяют три группы изнашивания:

изнашивание в результате действия электрического тока.

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:

механических свойств деталей;

режущих свойств абразивных частиц;

удельного давления при трении;

скорости скольжения при трении.

Примером может служить изнашивание цилиндропоршневой 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.

Абразивный износ вала

Гидроабразивное изнашивание возникает в результате действия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости. Гидроаб­разивное изнашивание деталей топливных, 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.

Кавитационный износ из-за смеси сернистой солярки с тосолом (образуется серная кислота).

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 и 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.

Усталостное разрушения фланца втулки

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.

Износ. Виды износа

При работе любого производственного оборудования происходят процессы, связанные с постепенным снижением его рабочих характеристик и изменением свойств деталей и узлов. Накапливаясь, они могут привести к полной остановке и серьезной поломке. Чтобы избежать негативных экономических последствий, предприятия организуют у себя процесс управления износом и своевременного обновления основных фондов.

Определение износа

Износом, или старением, называют постепенное снижение эксплуатационных характеристик изделий, узлов или оборудования в результате изменения их формы, размеров или физико-химических свойств. Эти изменения возникают постепенно и накапливаются в ходе эксплуатации. Существует много факторов, определяющих скорость старения. Негативно сказываются:

  • трение;
  • статические, импульсные или периодические механические нагрузки;
  • температурный режим, особенно экстремальный.

Замедляют старение следующие факторы:

  • конструктивные решения;
  • применение современных и качественных смазочных материалов;
  • соблюдение условий эксплуатации;
  • своевременное техническое обслуживание, планово–предупредительные ремонты.

Вследствие снижения эксплуатационных характеристик снижается также и потребительская стоимость изделий.

Виды износа

Скорость и степень изнашивания определяется условиями трения, нагрузками, свойствами материалов и конструктивными особенностями изделий.

Классификация видов износа

В зависимости от характера внешних воздействий на материалы изделия различают следующие основные виды износа:

  • абразивный вид — повреждение поверхности мелкими частицами других материалов;
  • кавитационный, вызываемый взрывным схлопыванием газовых пузырьков в жидкой среде;
  • адгезионный вид;
  • окислительный вид, вызываемый химическими реакциями;
  • тепловой вид;
  • усталостный вид, вызванный изменениями структуры материала.

Некоторые виды старения разбиваются на подвиды, как, например, абразивный.

Абразивный

Заключается в разрушении поверхностного слоя материала в ходе контакта с более твердыми частицами других материалов. Характерен для механизмов, работающих в условиях запыленности:

  • горное оборудование;
  • транспорт, дорожно-строительные механизмы;
  • сельскохозяйственные машины;
  • строительство и производство стройматериалов.
Читайте также:  Установка турбокомпрессора

Абразивный вид износа

Противодействовать ему можно, применяя специальные упрочненные покрытия для трущихся пар, а также своевременно меняя смазку.

Газоабразивный

Данный подвид абразивного изнашивания отличается от него тем, что твердые абразивные частицы перемещаются в газовом потоке. Материал поверхности крошится, срезается, деформируется. Встречается в таком оборудовании, как:

  • пневмопроводы;
  • лопасти вентиляторов и насосов для перекачки загрязненных газов;
  • узлы доменных установок;
  • компоненты твердотопливных турбореактивных двигателей.

Зачастую газоабразивное воздействие сочетается с присутствием высоких температур и плазменных потоков.

Гидроабразивный

Воздействие аналогично предыдущему, но роль носителя абразива выполняет не газовая среда, а поток жидкости.

Гидроабразивный вид износа

Такому воздействию подвержены:

  • гидротранспортные системы;
  • узлы турбин ГЭС;
  • компоненты намывочного оборудования;
  • горная техника, применяемая для промывки руды.

Иногда гидроабразивные процессы усугубляются воздействием агрессивной жидкой среды.

Кавитационный

Перепады давления в жидкостном потоке, обтекающем конструкции, приводят к возникновению газовых пузырьков в зоне относительного разрежения и их последующему взрывному схлопыванию с образование ударной волны. Эта ударная волна и является основным действующим фактором кавитационного разрушения поверхностей. Такое разрушение встречается на гребных винтах больших и малых судов, в гидротурбинном и технологическом оборудовании. Усложнять ситуацию могут воздействие агрессивной жидкой среды и наличие в ней абразивной взвеси.

Кавитационный вид износа

Адгезионный

При продолжительном трении, сопровождающимся пластическими деформациями участников трущейся пары, происходит периодическое сближение участков поверхности на расстояние, позволяющее силам межатомного взаимодействия проявить себя. Начинает взаимопроникновение атомов вещества одной детали в кристаллические структуры другой. Неоднократное возникновение адгезионных связей и их прерывание приводят к отделению поверхностных зон от детали. Адгезионному старению подвержены нагруженные трущиеся пары: подшипники, валы, оси, вкладыши скольжения.

Адгезионный вид износа

Тепловой

Тепловой вид старения заключается в разрушении поверхностного слоя материала или в изменении свойств глубинных его слоев под воздействием постоянного или периодического нагрева элементов конструкции до температуры пластичности. Повреждения выражаются в смятии, оплавлении и изменении формы детали. Характерен для высоконагруженных узлов тяжелого оборудования, валков прокатных станов, машин горячей штамповки. Может встречаться и в других механизмах при нарушении проектных условий смазки или охлаждения.

Усталостный

Связан с явлением усталости металла под переменными или статическими механическими нагрузками. Напряжения сдвигового типа приводят к развитию в материалах деталей трещин, вызывающих снижение прочности. Трещины приповерхностного слоя растут, объединяются и пресекаются друг с другом. Это приводит к эрозии мелких чешуеобразным фрагментов. Со временем такой износ может привести к разрушению детали. Встречается в узлах транспортных систем, рельсах, колесных парах, горных машинах, строительных конструкциях и т.п.

Фреттинговый

Фреттинг — явление микроразрушения деталей, находящихся в тесном контакте в условиях вибрации малой амплитуды — от сотых долей микрона. Такие нагрузки характерны для заклепок, резьбовых соединений, шпонок, шлицев и штифтов, соединяющих детали механизмов. По мере нарастания фреттингового старения и отслоения частичек металла последние выступают в роли абразива, усугубляя процесс.

Существуют и другие, менее распространенные специфические виды старения.

Типы износа

Классификация видов износа с точки зрения вызывающих его физических явлений в микромире, дополняется систематизацией по макроскопическим последствиям для экономики и ее субъектов.

В бухгалтерском учете и финансовой аналитике понятие износа, отражающее физическую сторону явлений, тесно связано с экономическим понятием амортизации оборудования. Амортизация означает как снижение стоимости оборудования по мере его старения, так и отнесение части этого снижения на стоимость производимой продукции. Это делается с целью аккумулирования на специальных амортизационных счетах средств для закупки нового оборудования или частичного усовершенствования его.

В зависимости от причин и последствий различают физический, функциональный и экономический.

Физический износ

Здесь подразумевается непосредственная утрата проектных свойств и характеристик единицы оборудования в ходе ее использования. Такая утрата может быть либо полной, либо частичной. В случае частичного износа оборудование подвергается восстановительный ремонт, возвращающий свойства и характеристики единицы на первоначальный (или другой, заранее оговоренный) уровень. При полном износе оборудование подлежит списанию и демонтажу.

Кроме степени, физический износ также разделяется на рода:

  • Первый. Оборудование изнашивается в ходе планового использования с соблюдением всех норм и правил, установленных изготовителем.
  • Второй. Изменение свойств обусловлено неправильной эксплуатацией либо факторами непреодолимой силы.
  • Аварийный. Скрытое изменение свойств приводит к внезапному аварийному выходу из строя.

Перечисленные разновидности применимы не только к оборудованию в целом, но и к отдельным его деталям и узлам

Функциональный износ

Данный тип является отражением процесса морального устаревания основных фондов. Этот процесс заключается в появлении на рынке однотипного, но более производительного, экономичного и безопасного оборудования. Станок или установка физически еще вполне исправна и может выпускать продукцию, но применение новых технологий или более совершенных моделей, появляющихся на рынке, делает использование устаревших экономически невыгодным. Функциональный износ может быть:

  • Частичным. Станок невыгоден для законченного производственного цикла, но вполне пригоден для выполнения некоторого ограниченного набора операций.
  • Полным. Любое использование приводит к причинению убытков. Единица подлежит списанию и демонтажу

Функциональный износ также подразделяют по вызвавшим его факторам:

  • Моральный. Доступность технологически идентичных, но более совершенных моделей.
  • Технологический. Разработка принципиально новых технологий для выпуска такого же вида продукции. Приводит к необходимости перестройки всей технологической цепочки с полным или частичным обновлением состава основных средств.

В случае появления новой технологии, как правило, состав оборудования сокращается, а трудоемкость падает.

Экономический износ

Кроме физических, временных и природных факторов на сохранность характеристик оборудования оказывают опосредованное влияние и экономические факторы:

  • Падение спроса на выпускаемые товары.
  • Инфляционные процессы. Цены на сырье, комплектующие и трудовые ресурсы растут, в то же время пропорционального роста цен на продукцию предприятия не происходит.
  • Ценовое давление конкурентов.
  • Рост стоимости кредитных услуг, используемых для операционной деятельности или для обновления основных фондов.
  • Внеинфляционные колебания цен на рынках сырья.
  • Законодательные ограничения на применение оборудования, не отвечающего стандартам по охране окружающей среды.

Экономическому старению и утрате потребительских качеств подвержена как недвижимость, так и производственные группы основных фондов. На каждом предприятии ведутся реестры основных фондов, в которых учитывается их износ и ход амортизационных накоплений.

Основные причины и способы как определить износ

Чтобы определить степень и причины износа, на каждом предприятии создается и действует комиссия по основным фондам. Износ оборудования определяется одним из следующих способов:

  • Наблюдение. Включает в себя визуальный осмотр и комплексы измерений и испытаний.
  • По сроку эксплуатации. Определяется как отношение фактического срока использования к нормативному. Значение этого отношения принимается за величину износа в процентном выражении.
  • укрупненная оценка состояния объекта производится с помощью специальных метрик и шкал.
  • Прямое измерение в деньгах. Сопоставляется стоимость приобретения новой аналогичной единицы основных средств и расходы на восстановительный ремонт.
  • доходность дальнейшего использования. Оценивается снижение дохода с учетом всех издержек по восстановлению свойств по сравнению с теоретическим доходом.

Какую из методик применять в каждом конкретном случае — решает комиссия по основным средствам, руководствуясь нормативными документами и доступностью исходной информации.

Способы учета

Амортизационные отчисления, призванные компенсировать процессы старения оборудования, также допустимо определять по нескольким методикам:

  • линейный, или пропорциональный расчет;
  • способ уменьшаемого остатка;
  • по суммарному сроку производственного применения;
  • в соответствии с объемом выпущенной продукции.

Выбор методики осуществляется при создании или глубокой реорганизации предприятия и закрепляется в его учетной политике.

Эксплуатация оборудования в соответствии с правилами и нормативами, своевременные и достаточные отчисления в амортизационные фонды позволяют предприятиям сохранять технологическую и экономическую эффективность на конкурентоспособном уровне и радовать своих потребителей качественными товарами по разумным ценам.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗНОСА И ВИДЫ ИЗНАШИВАНИЯ

Износостойкость — свойство материала оказывать в определенных условиях трения сопротивление изнашиванию.

Изнашивание — процесс постепенного разрушения поверхностных слоев материала путем отделения его частиц под влиянием сил трения. Результат изнашивания называют износом. Его определяют по изменению размеров (линейный износ), уменьшению объема или массы (объемный или массовый износ).

В результате изнашивания изме­няются размеры детали, увеличиваются зазоры между трущи­мися поверхностями, вызывающие биение и стук. Все это вызывает отказ машин.

Изнашивание является сложным физико-химическим процес­сом и нередко сопровождается коррозией. Реальные поверх­ности имеют сложный рельеф, характеризующийся шерохова­тостью и волнистостью. При трении существует дискретное каса­ние шероховатых тел и, как следствие этого, возникают отдельные фрикционные связи, определяющие процесс изнашивания. Износ может возникнуть вследствие фрикционной усталости, хрупкого и вязкого разрушения, микрорезания при начальном взаимодей­ствии, разрушения (в том числе усталостного) оксидных пленок, глубинного вырывания металла и т. д.

Износостойкость материала оценивают величиной, обратной скорости vh или интенсивности Jh изнашивания. Скорость и интенсивность изнашивания представляют собой отношение износа соответственно к времени или пути трения.

Интенсивность линейного изнашивания

Чем меньше значение скорости изнашивания при заданном износе Δh, тем выше ресурс работы t узла трения:

Скорость изнашивания и износ зависят от времени.

Интенсивность изнашивания Jh изменяется от 10 -3 до 10 -13 . В зависимости от величины интен­сивности изнашивания введено 10 классов износостойкости от 0 до 9.

По виду контактного взаимодействия поверхностей трения классы 0—5 соответствуют упругому деформированию (Jh =10 -13 – 10 -7 ); классы 6 и 7 — упруго пластическому деформи­рованию (Jh = 10 -7 – 10 -5 ); классы 8- 9 – микрорезанию (Jh =10 -5 – 10 -3 ). Так, интенсивность изнашивания гильз цилиндра, поршневых колец, шатунных и коренных шеек коленчатых валов составляет 10 -11 — 10 -12 , режущего инструмента – 10 -5 —10 -8 , зубьев ковшей экскаваторов — 10 -3 —10 -4 .

Классы износостойкости позволяют применять расчетные ме­тоды определения срока службы трущейся пары.

Существуют три периода износа (рис. 1).

Обеспечение износостойкости связано с предупреждением катастро­фического износа, уменьшением скоростей начального и установившегося изнашивания. Эта задача решается рациональным выбором материала трущихся пар и способа его обработки. При выборе материала необходимо учитывать, что критерии его износостойкости зависят не только от свойств поверхностного слоя материала, но в сильной степени от условий его работы. Условия работы отличаются таким большим разнообразием, что не существует универсального износостойкого материала. Материал, устойчивый к изнашиванию в одних условиях, может катастрофически быстро разрушаться в других. Износостойкость материала при заданных условиях трения, как правило, определяют экспериментальным путем.

Рис.26. Изменение износа Δh во времени (схема)

I — начальный, или период приработки, когда изнашивание протекает с постоянно замедляющейся скоростью; II — период установившегося (нормального) износа, для которого характерна небольшая и постоянная скорость изнашивания; III – период катастрофического износа.

Работоспособность материалов в условиях трения зависит от трех групп факторов:

1) внутренних, определяемых свойствами материалов;

2) внешних, характеризующих вид трения (скольжение, качение) и режим работы (скорость относительного перемещения, нагрузка, характер ее приложения, температура);

3) рабочей среды и смазочного материала.

Совокупность этих факторов обусловливает различные виды изнашивания (ГОСТ 27674—88) различают следующие виды изнашивания: механическое, коррозионно-механическое и электроэрозионное (изнашивание при действии электрического тока).

К механическому изнашиванию относят абразивное, гидроаб­разивное, газоабразивное, эрозионное, кавитационное, усталост­ное, изнашивание при фреттинге и изнашивание при заедании.

Абразивное изнашивание материала происходит в результате режущего или царапающего действия твердых тел и (или) абра­зивных частиц. Эти частицы попадают между контактирующими поверхностями со смазочным материалом или из воздуха, а также могут появиться в результате развития других видов изнашива­ния (схватывания, выкрашивания, окисления). Абразивное изна­шивание может иметь место с преобладанием процессов окисления (окисление и последующее разрушение оксидных пленок) и с преобладанием механического разрушения (внедрения абразивных частиц) и разрушения поверхности. При окислительной форме абразивного изнашивания коэффициент трения 0,05—0,30 и тол­щина разрушающегося слоя до 0,1 мм. Абразивное изнашивание является типичным для многих деталей горных, буровых, строи­тельных, дорожных, сельскохозяйственных и других машин, ра­ботающих в технологических средах, содержащих абразивные частицы (грунт, разбуриваемые породы и т. д.).

Изнашивание, происходящее в результате воздействия час­тиц, увлекаемых потоком жидкости, называют гидроабразивным изнашиванием. Оно имеет место, например, в мешалках и про­пеллерах реакторов, в колесах и корпусах насосов, в шнеках и т. д.

Если абразивные частицы увлекаются потоком газа (напри­мер, в дымоходах и воздуходувках), то вызываемое ими изнаши­вание называется газоабразивным изнашиванием.

Под кавитационным изнашиванием понимают изнашивание по­верхности при относительном движении твердого тела в жидкости. В условиях кавитации работают гребные винты, гидротурбины, детали машин, подвергающиеся принудительному водяному ох­лаждению, трубопроводы.

Усталостное изнашивание (контактная усталость) происходит в результате накопления повреждений и разрушений поверх­ности под влиянием циклических контактных нагрузок, вызываю­щих появление «ямок» выкрашивания. Усталостное изнашивание проявляется при трении, качении или реже качении с проскаль­зыванием, когда контакт деталей является сосредоточенным.

Так, контактную усталость можно наблюдать в тяжелонагруженных зубчатых и червячных передачах, подшипниках качения, рельсах и бандажах подвижного состава железнодорожного тран­спорта и т. д.

Изнашивание при фреттинг-коррозии происходит в болтовых и заклепочных соединениях, посадочных поверхностях подшип­ников качения, шестерен, муфт и других деталей, находящихся в подвижном контакте. Достаточны для образования фреттинг-коррозии даже весьма малые относительные перемещения с амп­литудой 0,025 мкм.

Причиной изнашивания является непрерывное разрушение защитной оксидной пленки в точках подвижного контакта.

Изнашивание при заедании, при котором имеет место задир, что приводит к катастрофическим видам износа. При этом про­исходит разрушение поверхности, и трущиеся детали выходят из строя.

Электроэрозионное изнашивание происходит в результате воз­действия разрядов при прохождении электрического тока.

Допустимые виды изнашивания: окислительное и окислитель­ная форма абразивного изнашивания. Недопустимые разрушения при трении: схватывание I и II рода, фреттинг-процесс, резание и царапание (механическая форма абразивного изнашивания), усталость при качении и другие виды повреждения (коррозия, кавитация, эрозия и др.).

Детали, подвергающиеся изнашиванию, подразделяют на две группы: детали, образующие пары трения (подшипники скольжения и качения, зубчатые передачи и т.п.), и детали, изнашивание которых вызывает рабочая среда (жидкость, газ и т.п.).

Характерные виды изнашивания деталей первой группы — абразивное (твердыми частицами, попадающими в зону контакта), адгезионное, окислительное, усталостное, фреттинг-процесс (фреттинг-коррозия). Для деталей второй группы типично абразивное изнашивание (например, истирание почвой), гидро- и газоабразивное (твердыми частицами, перемешиваемыми жидкостью или газом), эрозионное, гидро- и газоэрозионное (потоком жидкости или газа), кавитационное (от гидравлических ударов жидкости).

Различные виды изнашивания по закономерностям протекания весьма разнообразны.

10.1. Закономерности изнашивания деталей, образующих пары трения, и пути уменьшения их износа

Причина изнашивания сопряженных деталей – работа сил трения. Под действием этих сил происходит многократное деформирование участков контактной поверхности, их упрочнение и разупрочнение, выделение теплоты, изменение структуры, развитие процессов усталости, окисления и др.

Сложность процессов, протекающих в зоне контакта, обусловила воз­никновение различных теорий внешнего трения. Наиболее полно силовое взаимодействие твердых тел объясняет молекулярно-механическая (адгезионно-деформационная) теория трения, которая исходит из дискретности контакта трущихся поверхностей. Из-за шероховатостей соприкосновение поверхностей возникает в отдельных пятнах касания, образующихся от взаимного внедрения микронеровностей или их пластического смятия. Взаимодействие скользящих поверхностей в этих пятнах согласно теории имеет двойственную природу — деформационную и адгезионную. Деформационное взаимодействие обусловлено многократным деформированием микрообъемов поверхностного слоя внедрившимися неровностями. Сопротивление этому деформированию называют деформационной составляющей силы трения FД. Адгезионное взаимодействие связано с образованием на участках контакта адгезионных мостиков сварки Сопротивление срезу этих мостиков и формирование новых определяет адгезионную составляющую силы трения FАД Таким образом, сила трения так же, как и другая важная фрикционная характеристика — коэффициент трения f, по определению равный отношению силы трения к нормальной нагрузке N: f = F/N, определяются как сумма двух составляющих:

Деформационная составляющая трения растет пропорционально от­носительному внедрению неровностей h/R (h — глубина внедрения, R – радиус внедрившейся неровности). Отношение h/R и соответственно FД и fД и растут с увеличением шероховатости поверхности, нагрузки и снижаются с повышением твердости и модуля упругости материала. Различают три вида механического взаимодействия (рис. 27, а-в):

1) упругое контактирование;

2) пластическое деформирование;

Рис. 27. Виды взаимодействия поверхностей тре­ния:

а – упругое контактирование; б– пластическое деформирова­ние; в – микрорезание; г – схватывание и разрушение поверх­ностны;» пленок; д – схватывание и глубинное вырывание

Читайте также:  Устройство задней подвески автомобиля

Интенсивность износа минимальна при упругом контактировании. При пластическом деформировании она увеличивается на несколько порядков. Это обусловлено тем, что участки поверхности под влиянием пластической деформации интенсивно упрочняются и по исчерпании запаса пластичности хрупко разрушаются. Этому же способствует и усиление адгезионного взаимодействия. Микрорезание относится к недопустимым механизмам изнашивания, так как вызывает интенсивное разрушение поверхностного слоя. Микрорезание возможно не только внедрившимися неровностями, но и посторонними твердыми частицами. Такой вид разрушения поверхности называют абразивным изнашиванием.

Адгезионная составляющая трения пропорциональна безразмерному параметру τ/НВ (τ— прочность на срез адгезионной связи). Возможны два вида адгезионного взаимодействия (рис. 27, г, д):

1) схватывание и разрушение поверхностных пленок;

2) схватывание металлических поверхностей, сопровождающееся заеданием, т.е. глубинным вырыванием.

При первом виде взаимодействия срез адгезионных связей происходит по оксидным или адсорбированным пленкам, которыми всегда покрыты трущиеся поверхности. Скорость образования оксидных пленок обычно высока, чему способствуют высокие температуры, развивающиеся на поверхностях трения. Разрушение поверхности путем среза оксидных пленок называется окислительным изнашиванием. Это наиболее благоприятный вид изнашивания, при котором процессы разрушения локализуются в тончайших поверхностных слоях.

Схватывание металлических поверхностей возникает между чистыми от пленок (ювенильными) поверхностями трения, например, в условиях вакуума или при разрушении пленок пластической деформацией в местах контакта. В зависимости от условий трения, при которых пластическая деформация разрушает оксидные пленки, различают две разновидности схватывания: холодное (I рода) и тепловое (II рода). Различают схватывание 1 рода (холодный задир) и II рода (горячий задир). Холодный задир происходит при трении с не­большими скоростями относительного перемещения (до 0,5— 0,6 м/с) и удельными нагрузками, превышающими σT при от­сутствии смазочного материала и защитной пленки оксидов. Го­рячий задир, наоборот, имеет место при трении скольжения с большими скоростями (>0,6 м/с) и нагрузками, когда в зоне контакта температура резко повышается (до 500—1500 °С). При схватывании I рода коэффициент трения 0,5—4,0 и толщина раз­рушающегося слоя до 3—4 мм, а при схватывании II рода соот­ветственно 0,10—1,0 и до 1,0 мм.

Разрушение поверхностей трения при схватывании (заедании) называют адгезионным изнашиванием. Это наиболее опасный и быстротечный вид изнашивания, который служит главной причиной отказа в работе многих узлов трения.

Молекулярно-механическая теория трения определяет два основных пути повышения износостойкости материала:

1) увеличение твердости трущейся поверхности;

2) снижение прочности адгезионной связи.

Повышение твердости направлено на то, чтобы затруднить пластическую деформацию и исключить микрорезание поверхностей трения, обеспечив по возможности упругое деформирование участков контакта.

Снижение прочности адгезионной связи необходимо для предупреждения схватывания металлических поверхностей. Наиболее эффективно эта цель достигается разделением поверхностей трения жидким, твердым (иногда газовым) смазочным материалом. При использовании жидкостной смазки, когда поверхности деталей разделены несущим гидродинамическим слоем, коэффициент трения минимален (0,005 – 0,01), а износ практически отсутствует.

Твердая смазка обеспечивает более высокий коэффициент трения (0,02 -0,15). Она незаменима для узлов трения, способных работать в вакууме, при высоких температурах и других экстремальных условиях. Из твердых смазочных материалов наиболее широко применяют графит, дисульфид молибдена MoS2, имеющие слоистое строение.

Использование смазочных материалов, однако, не гарантирует от схватывания. Твердые смазочные материалы постепенно изнашиваются. Условия жидкостной смазки нарушаются из-за неблагоприятных режимов работы механизмов (периоды приработки, а также пуска и остановок машин). В этих случаях возникает граничное трение, при котором поверхности разделяются лишь тонкой масляной пленкой. Контактные напряжения и нагрев способны разрушать эту пленку и вызывать схватывание.

Рис. 28. Влияние нагрузки Р на интенсивность изнашивания Jh различных материалов (контакт из одноименных материалов) :

I– окислительное изнашивание; II– схватывание I рода

В этих условиях решающее значение приобретает обеспечение совместимости трущейся пары. Под совместимостью понимают свойство материалов предотвращать схватывание при работе без смазочного материала или в условиях нарушения сплошности масляного слоя. Совместимость достигается несколькими способами.

1. Использование защитных свойств оксидных пленок. Защитные свойства оксидных пленок зависят от их состава, толщины, а также от свойств металлической подложки (увеличиваются с ростом ее твердости). Если оксид тверд и прочен, а нижележащий металл мягок, то пленка легко разрушается, и схватывание развивается при малой нагрузке.

Примером этому служат алюминий, свинец (рис. 28) и большинство пластичных металлов, в том числе и титан. Аномально высокие коэффициент трения и износ титана обусловлены не только разрушением пленки, но и ее способностью растворяться в металле. Если титан подвергнуть азотированию, то оксидная пленка формируется на твердой основе, которая препятствует ее растворению. Титан становится износостойким.

Тонкие прочные пленки, способные деформироваться вместе с металлом при большой нагрузке, образуют хром, сталь, а также медь, хотя допустимая нагрузка (Р

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 8896 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Изнашивание и износ. Виды изнашивания

ОТЧЁТ

«Практика по получению первичных профессиональных умений и навыков, в том числе первичных умений и навыков научно-исследовательской деятельности»

Разработал студент гр. ПТЗ-50314 __________________ / Попов И.В. /

Руководитель практики от университета

канд. техн. наук, доцент _______________ / Жаров С.П./

Отчёт защищён с оценкой «________________» «___»__________20__г.

Члены комиссии ______________________ /____________________/

Содержание

1 Изнашивание и износ. Виды изнашивания 3

1.1 Понятие изнашивания и износа 3

1.2 Виды изнашивания 4

1.3 Зависимость износа от времени изнашивания 9

1.4 Изменение зазора в сопряжении деталей в результате изнашивания 11

2 Диагностическое оборудование. Назначение, классификация,

техническое обслуживание 14

2.1 Назначение диагностического оборудования 14

2.2 Классификация диагностического оборудования 15

2.3 Оборудование для диагностики двигателей автомобилей 17

2.4 Влияние обеспеченности авторемонтных предприятий

средствами механизации на эффективность их деятельности 24

Список используемых источников 27

Изнашивание и износ. Виды изнашивания

1.1 Понятие изнашивания и износа

Процесс трения всегда сопровождается износом, который постепенно приводит механическую систему в состояние непригодности. Многие детали машин и механизмов подвергаются интенсивному износу. Увеличение срока службы быстроизнашивающихся деталей различного назначения – важнейшая проблема современного машиностроения и других отраслей техники, в решении которой ведущую роль играют металлургия и литейное производство. Для классификации видов изнашивания прежде всего необходимо рассмотреть понятия «износ», «износостойкость», «изнашивание» и «интенсивность изнашивания», которые приняты и используются в повседневной практике.

В соответствии с ГОСТ 27674-88 изнашивание – это процесс разрушения и отделения материала с поверхностей деталей и (или) накопление остаточных деформаций при их трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы взаимодействующих деталей.

Износ – это результат процесса изнашивания деталей, выражающийся в изменении их размера, формы, объема и массы.

Износостойкость (износоустойчивость) — сопротивление материалов деталей машин и других трущихся частей износу. Износостойкость оценивается, например, уменьшением массы литой детали за время работы, ее линейных размеров или изменением объема детали.

Следует отметить, что изнашивание — это прежде всего процесс взаимодействия поверхностей, который сопровождается не только их микрорезанием, деформированием и нагреванием, но также и изменением механических свойств, структуры, фазового состава и химической активности поверхностных слоев.

В процессе длительного воздействия на поверхность детали микро- и макроскопических абразивных частиц происходит износ, оцениваемый по уменьшению размеров, объема, массы деталей в абсолютных или относительных единицах. Износ, отнесенный к пути трения, объему выполненной работы, работе трения и т.д., является показателем интенсивности изнашивания.

Износ и интенсивность изнашивания определяют и по другим косвенным признакам. Чаще всего под износом принято понимать постоянное срабатывание поверхности деталей в результате процесса трения. Износ, отнесенный к промежутку времени процесса трения, определяет скорость изнашивания.

Практика эксплуатации машин и другого оборудования показывает, что большая его часть теряет работоспособность не вследствие поломок, а в результате износа отдельных деталей.

Различают сухое и жидкостное трение.

При сухом трении трущиеся поверхности деталей взаимодействуют непосредственно друг с другом (например, трение тормозных колодок о тормозные барабаны или диски, или трение ведомого диска сцепления о маховик). Данный вид трения сопровождается повышенным износом трущихся поверхностей деталей.

При жидкостном (или гидродинамическом) трении между трущимися поверхностями деталей создается масляный слой, превышающий микронеровности их поверхностей и не допускающий их непосредственного контакта (например, подшипники коленчатого вала в период установившегося режима работы), что резко сокращает износ деталей. Практически при работе большинства механизмов автомобиля вышеуказанные основные виды трения постоянно чередуются и переходят друг в друга, образуя промежуточные виды.

1.2 Виды изнашивания

Выделяют три группы изнашивания:

– изнашивание в результате действия электрического тока.

Каждая из групп изнашивания делится на виды (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Виды изнашивания

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:

– механических свойств деталей;

– режущих свойств абразивных частиц;

– удельного давления при трении;

– скорости скольжения при трении.

Примером может служить изнашивание цилиндропоршневой 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 деталей топливных, 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.

Кавитационный износ из-за смеси сернистой солярки с тосолом (образуется серная кислота).

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 и 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.

1.3 Зависимость износа от времени изнашивания

Износостойкость — это свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости или интенсивности изнашивания. Если отложить по оси абсцисс время Т работы пары трения, а по оси ординат износ И, то получим классическую кривую изнашивания детали по времени (Рисунок 2).

В общем случае процесс изнашивания деталей машин при постоянных условиях проходит три стадии. На стадии I (до точки А) осуществляется процесс приработки, т.е. изменения геометрии поверхности трения. В процессе приработки, который характеризуется достаточно высокой скоростью изнашивания и существенной величиной накопленного износа, устанавливается определенная для данной трибосистемы шероховатость, зависящая не от величины и характера первоначальной шероховатости, полученной в результате технологической обработки, а от трущихся и смазочных материалов, а также от условий изнашивания (нагрузки, скорости, температуры, условий смазывания и т.д.).

После завершения образования равновесной шероховатости и оптимальных для данного сопряжения структур поверхностных слоев трущихся тел начинается процесс установившегося изнашивания (Рисунок 2, стадия II). При этом интенсивность изнашивания постоянна и достаточно невелика. Тем не менее, постепенное накопление износа через определенный период приводит к столь значительному изменению размеров и формы деталей, что условия работы узла трения значительно ухудшаются. Так, увеличение зазоров в сопряжениях вследствие износа составляющих их элементов приводит к росту динамических нагрузок. Наступает переход к стадии III изнашивания — аварийному изнашиванию (Рисунок 2, стадия III за точкой С). Скорость изнашивания резко возрастает, существенно увеличивается накопленный износ.

Рисунок 2 – Зависимость износа И трущихся тел, скорости изнашивания ии и интенсивности X отказов от продолжительности изнашивания Т: I – стадия приработки; II – стадия установившегося изнашивания; III – стадия катастрофического изнашивания

Читайте также:  Устройство гидромеханической коробки передач

1.4 Изменение зазора в сопряжении деталей в результате изнашивания

Изменения размеров и формы рабочих поверхностей при изнашивании в большинстве случаев ухудшают функционирование деталей, приводят к снижению их работоспособности. Предельный уровень работоспособности деталей и рабочих органов определяется прочностными, агротехническими или технико-экономическими показателями, пользуясь которыми устанавливают предельные допустимые значения износа, а через них и долговечность деталей.

На работоспособность подвижных сопряжений решающее влияние оказывают зазоры между деталями, которые, как отмечалось выше, увеличиваются в процессе работы вследствие изнашивания деталей. Как правило, в сопряжение входят детали, различной стоимости и сложности, с различной интенсивностью изнашивания. В автомобилях такими сопряжениями являются: коленчатый вал и подшипники; распределительный вал и подшипники; цилиндры и поршневые кольца двигателя; тормозные барабаны и накладки колодок и. т.д.

Схема типичного случая изменения зазора S в течение пробега Lp автомобиля до предельного износа Итах деталей сопряжения представлена на рисунке 3, где видны основные закономерности изменения зазора в сопряжении деталей:

– изнашивание деталей А и Б в периоды I, II увеличивает зазор от номинального SH, полученного при сборке, до приработочного Stt и предельного Snp, соответствующего предельному износу Итах быстроизнашивающейся детали;

– интенсивность изнашивания деталей сопряжения, как правило, различна (р>а), поэтому быстро изнашиваемую деталь Б сопряжения заменяют па запасную часть Б ‘, стремясь восстановить зазор примерно до номинального SH;

– при значительном износе детали А на пробеге автомобиля до замены детали Б для восстановления зазора S’H целесообразно установить запасную часть Б ‘ не с номинальным, а с ремонтным размером; при этом, если деталь типа «вал» (поршень, поршневое кольцо), ремонтный размер должен быть больше номинального, а если типа «отверстие» (шатунные и коренные вкладыши) – меньше номинального;

– периоды процесса изнашивания после восстановления зазора повторяются – I’, II’ – до предельного износа ИтахА, однако вследствие накопления повреждений не замененной деталью А интенсивность изнашивания деталей может несколько возрастать; наработка до замены запасной части Б’, как правило, меньше ресурса детали Б из-за возрастания интенсивности изнашивания и несовпадения ресурсов деталей.

Рисунок 3 – Схема изменения зазора в сопряжении деталей

В течение длительной эксплуатации автомобиля на процесс изнашивания каждого сопряжения оказывает влияние большое количество переменных факторов, связанных с особенностями изготовления и условиями эксплуатации. Рассмотренная природа изнашивания показывает, что на интенсивность процессов влияют молекулярная структура и другие свойства материалов, точность выполнения деталей, наличие и качество масла, его чистота; нагрузочный, скоростной и тепловой режимы работы, агрессивность среды, конструкция узла. Поэтому при конкретных реализациях изнашивания деталей неизбежны существенные отклонения от рассмотренной схемы (Рисунок 3) изнашивания: изменение количества замен деталей, изменение длительности периодов (I, I’, II, II’), изменение величин зазоров (SН, Sп, Sпр), и, как следствие, ресурсов деталей. Вместе с тем общие закономерности процессов изнашивания, усталости и коррозии деталей выявляют основные направления повышения их ресурсов и в целом обеспечения надежности автомобильных конструкций при изготовлении и эксплуатации.

Основными мероприятиями, уменьшающими темпы износа деталей при эксплуатации автомобиля являются: своевременные контроль и замена защитных чехлов, а также замена или очистка фильтров (воздушных, масляных, топливных), препятствующих попаданию на трущиеся поверхности деталей абразивных частиц; своевременное и качественное выполнение крепежных, регулировочных (регулировка клапанов и натяжения цепи двигателя, углов установки колес, подшипников ступиц колес и т. п.) и смазочных (замена и доливка масла в двигателе, коробке передач, заднем мосту, замена и добавка масла в ступицы колес и т. п.) работ; своевременное восстановление защитного покрытия днища кузова, а также установка подкрылков, защищающих арки колес.

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.

Виды изнашивания деталей машин

1. Основные понятия, термины и показатели изнашивания

Проектирование машин, удовлетворяющих высоким требованиям надежности, долговечности и безопасности эксплуатации, невозможно без решения задач, связанных с созданием условий и обеспечением режимов оптимального взаимодействия поверхностей пар трения, т. е. задач, стоящих перед трибологией и триботехникой.

Трибология – наука о трении и процессах, сопровождающих трение. Триботехника – наука о контактном взаимодействии тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазывания машин. Основополагающие законы триботехники нашли практическое применение в области разработки, создания, эксплуатации и ремонта разнообразных объектов и технических средств.

Технологу трибология и триботехника дают возможность выбрать наиболее эффективные методы обработки и упрочнения материалов, а специалисту, занимающемуся эксплуатацией, – обеспечить надлежащий режим эксплуатации и обслуживания машин.

Трение возникает при относительном перемещении рабочих поверхностей деталей и сопровождается их изнашиванием.

Изнашивание – это процессы разрушения, отделения частиц материала с поверхности твердого тела и накопления остаточной деформации при трении. Изнашивание проявляется в постепенном изменении размеров и формы тела, а также в изменении взаимного расположения поверхностей детали. Оно приводит к ухудшению функциональных показателей работы машины и определяет ее долговечность. В результате изнашивания нарушается кинематическая точность механизмов, изменяется характер нагружения, появляются дополнительные нагрузки, вибрации и шумы. В основе изнашивания лежат следующие процессы.

1. Многократное механическое и термическое воздействие на поверхность детали. Многократное механическое воздействие, при котором контактные напряжения превышают предел текучести, вызывает пластическую деформацию материала и приводит к накоплению остаточных деформаций. В результате этого может происходить разупрочнение и разрушение материала, а также коробление изделия. Нагрев поверхности детали при трении до высокой температуры приводит к тепловому изнашиванию, при котором происходит разрушение «сварившихся» неровностей поверхности. Возникновение высоких локальных температур на участках микроконтактов приводит к образованию «мостиков сварки», которые вызывают вырывание частиц материала при относительном перемещении деталей. Циклическое воздействие на металл детали механических и термических напряжений вызывает образование микротрещин в глубине поверхностного слоя с последующим выкрашиванием частиц металла.
2. Химико-термические воздействия среды на поверхность детали приводят к изменению физико-механических свойств материала, образованию адсорбированных и окисных пленок.
3. Наличие смазки в зоне контакта кроме положительного эффекта может оказывать расклинивающее действие в микротрещинах и способствовать разрушению поверхностного слоя. Так, при расклинивающем действии противоизносной присадки, попавшей при работе газораспределительного механизма в поверхностную трещину, может произойти излом распределительного вала (рис. 1). Вид излома распредвала носит явно однородный характер и не имеет двух зон, характерных для усталостного излома.

Рис. 1. Излом вала, возникший при расклинивающем действии присадки

4. Молекулярно-механическое взаимодействие контактирующих поверхностей сопровождается возникновением и разрушением фрикционных связей, в результате которых осуществляется перенос материала с одной поверхности на другую.

Износ – это некая величина, с помощью которой количественно оценивается изменение размеров, объема и массы деталей, произошедшее в результате изнашивания. Кроме этого, изнашивание характеризуется скоростью, т. е. отношением величины износа к интервалу времени, в течение которого он возник, или интенсивностью изнашивания – отношением величины износа к пути, на котором произошло изнашивание, или к величине выполненной работы.

Повреждаемость – это процесс резко выраженного, недопустимого изменения геометрических параметров и свойств материала деталей в процессе эксплуатации. К повреждениям относятся усталостные трещины и выкрашивание материала, пробоины, коррозия, остаточные деформации (коробление) и др.

Таким образом, все виды дефектов, возникающих в процессе эксплуатации деталей, подразделяются на допустимые (например, износ) и недопустимые (например, повреждения).

2. Характеристики основных видов изнашивания

Процессы, вызывающие изнашивание и повреждаемость деталей, работающих при различных условиях и режимах, протекают по-разному и зависят от многих факторов. Поэтому для снижения интенсивности изнашивания и повышения долговечности изделий большое значение приобретает классификация видов изнашивания, позволяющая выделить доминирующие процессы. Классификация (рис. 2) предусматривает три основных вида изнашивания: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание – утрата первоначальной геометрии и свойств материала детали в результате абразивного, циклического, кавитационного, деформационного и других воздействий на изделие. Оно возникает при контакте и взаимном перемещении сопряженных поверхностей, а также при перемещении твердых частиц (абразива), потоков жидкости и газа относительно поверхности детали.

Рис. 2. Классификация видов изнашивания

Молекулярно-механическое изнашивание проявляется в схватывании металлов, т. е. образовании металлической связи, которая при относительном перемещении деталей приводит к вырыванию частиц металла с одной из поверхностей и переносу их на другую, как правило, более твердую. При малой скорости скольжения деталей размягчение металла частицы не происходит и она, находясь в твердом состоянии, будет оказывать царапающее действие на сопряженную поверхность. При больших скоростях металл частицы легко пластифицируется и размазывается по поверхности.

Коррозионно-механическое изнашивание – результат механического воздействия сопряженных поверхностей, которое сопровождается химическим или электрохимическим взаимодействием материала детали с агрессивной средой.

Далее приводится краткая характеристика видов изнашивания.

Абразивное изнашивание – механическое изнашивание материала, которое происходит в основном в результате режущего или царапающего действия твердых частиц (абразива), находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Этот вид изнашивания характерен для рабочих органов дорожных машин.

Изнашивание деталей машин при воздействии частиц абразива или иных твердых тел по своей природе является механическим и сводится к съему металла с рабочих поверхностей. При изнашивании поверхности под действием абразива постепенно изменяются геометрическая форма и размеры детали, но разрушение на макроуровне, например в виде изломов, не происходит. Эту категорию разрушения из-за малых объемов отделяющихся частиц выделяют в особый вид, называемый истиранием. Истирание происходит при различных условиях контактного взаимодействия сопряженных поверхностей. В этой связи различают трение без смазочного материала (трение ювенальных, т. е. обнаженных поверхностей), при котором коэффициент трения достигает 6…7, и трение со смазочным материалом, при котором коэффициент трения составляет 0,03…0,5. Трение со смазочным материалом в зависимости от вида смазки, условий трения, геометрии трущихся поверхностей бывает сухое, полусухое, жидкостное и граничное. Для сухого и полусухого трения характерны частичные зоны контакта поверхностей трения, на которые действует только смазка, адсорбируемая из окружающей среды, и окисные пленки, на остальной поверхности сосредоточена жидкая смазка; для жидкостного трения характерно полное разделение трущихся поверхностей.

Гидро и газоабразивное виды изнашивания возникают при действии твердых частиц, взвешенных в жидкости или газе, которые перемещаются относительно изнашиваемой поверхности.

Деформационное изнашивание – процесс образования остаточных деформаций, которые проявляются в отклонении оси от прямолинейности или какой-либо другой формы, а также в нарушении взаимного расположения поверхностей деталей. Деформационное изнашивание происходит в результате неравномерной релаксации напряжений в процессе эксплуатации под действием рабочих механических нагрузок и температур. Усталостное изнашивание – утрата механических свойств и разрушение металлических деталей под действием циклических нагрузок.

Оно происходит в результате зарождения, развития и распространения усталостных трещин в детали. Этот вид разрушения характерен для деталей, работающих в условиях трения качения и качения с проскальзыванием, таких как подшипники качения, опоры качения, катки, кулачки, зубчатые колеса и др. Трещины зарождаются либо на поверхности в местах концентраторов напряжений, либо в глубине поверхностного слоя в местах максимальных контактных напряжений. Развитие усталостных трещин приводит к выкрашиванию частиц металла, в результате чего поверхность покрывается осповидными впадинами. При знакопеременном нагружении развитие трещин приводит к усталостному излому, например, первичных валов коробки передач или коленчатых валов (рис. 3).

Кавитационное изнашивание – процесс механического разрушения материала детали от соприкосновения его с движущейся жидкостью, в которой нарушается сплошность ее объема из-за образования и исчезновения полостей, в зоне которых при повышенных давлениях, конденсации паров и растворении газов создаются условия для интенсивных гидравлических микроударов, разрушающих деталь. Этому виду изнашивания подвержены лопатки гидротурбинных установок, гребные винты и др.

Рис. 3. Вид усталостного излома коленчатого вала

Изнашивание при фреттинге (англ. fretting, от fret – разъедать, подтачивать) имеет место при малых многократных колебательных перемещениях одной сопряженной поверхности относительно другой (различают возвратно-поступательные и возвратно-вращательные перемещения).

Изнашивание при схватывании возникает при разрыве масляной пленки, обнажении и взаимодействии ювенальных поверхностей сопряженных деталей. Под действием молекулярных сил происходит твердофазная сварка локальных поверхностных контактов, которая при относительном перемещении деталей вызывает глубинное вырывание материала с одной поверхности, перенос его на другую поверхность и абразивное воздействие образовавшихся неровностей на сопряженные поверхности, т. е. задир (рис. 4).

Рис. 4. Шейка и вкладыш коленчатого вала со следами задира

Рис. 5. Шатун, деформированный при схватывании поршня

Схватывание также может вызывать заедание узла трения. При этом действующие движущие силы могут привести к значительным деформациям деталей механизма. Так, заклинивание поршня приводит к изгибу шатуна в направлении вращения шейки коленчатого вала (рис. 5).

Окислительное изнашивание представляет собой вид коррозионно-механического изнашивания, при котором основную роль играют химические реакции металлов пары трения с кислородом или окислительной средой. При трении в условиях смазки металлические поверхности вступают в реакцию c кислородом, растворенным в масле или кислородсодержащих элементах. В результате происходит образование окисных пленок. Тонкие окисные пленки (вторичные структуры) на поверхностях трения защищают материал от схватывания. С течением времени они утолщаются и становятся хрупкими, а под действием деформаций постепенно разрушаются и уносятся смазочным материалом. На их месте образуются новые окисные пленки. Скорость их образования зависит от режимов работы узла трения.

Изнашивание при фреттинг-коррозии представляет собой коррозионно-механическое изнашивание при вибрациях, т. е. в условиях малых относительных перемещений. При этом виде изнашивания одновременно развиваются два процесса: фреттинг-износ и усталостное разрушение. Первый связан с образованием продуктов окисления, которые при механическом срезании представляют собой абразив. Усталостное изнашивание обусловлено действием циклических нагрузок. Причем развитие усталостных трещин происходит неизменно перпендикулярно направлению фреттинга.

Эрозионное изнашивание – изменение размеров и шероховатости твердого тела в результате механического воздействия на него потока жидкости или газа в отсутствии абразивных частиц. Интенсивность эрозии во многом зависит от агрессивности и температуры среды. В автомобиле эрозии часто подвергаются клапаны газораспределительного механизма (рис. 6), жиклеры карбюратора, детали амортизаторов.

Электроэрозионное изнашивание возникает в результате воздействия на поверхность детали разрядов при прохождении электрического тока через контакт пары трения.

Рис. 6. Вид эрозионных повреждений клапана

В общем случае изнашивание деталей является следствием ряда причин: механическое разрушение зацепляющихся неровностей при взаимодействии контактирующих поверхностей; усталостное разрушение неровностей от многократно повторяющихся воздействий неровностей сопряженной поверхности или переменного давления смазки; отслаивание пленок окислов, образующихся при трении, и др. Так, кольцо торцового уплотнения коробки передач с гидроуправляемыми фрикционами подвергается эрозионно-механическому изнашиванию (рис. 7), когда в процессе разрушения детали одновременно участвуют струи масла и механическое истирание.

Рис. 7. Вид эрозионно-механического износа торцового уплотнения

В случае сложного во внешних проявлениях изнашивания целесообразно различать его ведущий и сопутствующий виды.

Интенсивность изнашивания зависит от многих факторов, основными из которых являются:

  1. характер и периодичность действующих нагрузок, скорость перемещения, удельное давление и температура в зоне контакта, т. е. все то, что определяет вид изнашивания;
  2. конструкция машин и узлов, определяющая условия нагружения, соответствие конструктивной прочности деталей приложенным нагрузкам, а также технологичность и ремонтопригодность конструкции в отношении технического обслуживания и ремонта;
  3. физические параметры, такие как температура, твердость поверхностей деталей и др.;
  4. технологические параметры, такие как точность изготовления размеров и формы детали, шероховатость и волнистость её поверхности;
  5. промежуточная среда – качество и способ подвода смазки, наличие в зоне контакта вторичных структур и абразива (размеры, форма и твердость абразивных частиц);
  6. условия технического обслуживания и ремонта: качество применяемых горюче-смазочных материалов, квалификация обслуживающего персонала, своевременность и качество выполнения технического обслуживания и ремонта;

рабочая (окружающая) среда – температура и скорость движения среды, химический состав, обусловливающий ее агрессивность.

Ссылка на основную публикацию