Основные причины изменения конструктивных параметров и технического состояния:
— нагружение элементов;
— взаимное перемещение элементов;
— воздействие тепловой и электрической энергии;
— воздействие химически активных компонентов;
— воздействие внешней среды (влага, ветер, температура, солнечная радиация);
— воздействие оператора и др.
Последствия и формы изменения конструктивных параметров во времени:
изнашивание;
коррозия;
усталостные разрушения;
пластические деформации;
температурные разрушения и изменения;
старение и др.
Изнашивание.
Процесс изнашивания возникает под действием трения, зависящего от материала и качества обработки поверхностей, смазки, нагрузки, скорости относительного перемещения поверхностей и теплового режима работы сопряжения.
Изнашивание – это процесс разрушения и отделения материала с поверхности детали и (или) накопления ее остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы деталей.
Результат изнашивания, определяемый в установленных единицах, называется износом, который может быть линейным, объемным, массовым.
Интенсивность изнашивания – это относительные величины износа (отношение износа к пути трения или показателю, связанному с работой изделия, например километру пробега или часу работы автомобиля, числу циклов и т.д.).
Обычно в практике ТЭА выделяют:
абразивное;
усталостное;
коррозионно-эрозионное;
окислительное;
электроэрозионное изнашивание;
а также изнашивание при заедании, фреттинге и фреттинг-коррозии.
Изнашивание при фреттинге, абразивное, эрозионное и усталостное относятся к механическому виду изнашивания, а окислительное и при фретинг-коррозии – к коррозионно-механическому.
При преимущественно механическом разрушении поверхности, когда химические, тепловые и другие процессы не имеют решающего значения, интенсивность изнашивания определяется следующими группами обобщенных факторов (рисунок 1.3):
Ф см — определяет относительную толщину смазочного слоя;
Ф н — характеризует напряженное состояние контакта, площадь фактического контакта сопряженных пар трения;
Ф у — характеризует усталостную прочность трущихся поверхностей;
Ф ш — определяет влияние шероховатости на процесс изнашивания.
Абразивное изнашивание является следствием режущего или царапающего действия поверхностей трения и твердых частиц, находящихся между ними. Такие частицы, попадая извне в виде пыли и песка между трущимися деталями (например, тормозными накладками колодок и барабанами) или в смазочные материалы открытых узлов трения (шкворневое соединение, рессорные шарниры), резко увеличивают их износ. В ряде механизмов, например кривошипно-шатунном, в качестве абразивных частиц выступают также сами продукты изнашивания, отделившиеся от трущихся деталей.
1 — Ф см; 2 — Ф н; 3 — Ф у; 4 — Ф ш
Рисунок 1.3 – Зависимость интенсивности изнашивания J от обобщенных безразмерных факторов
Эрозионное изнашивание происходит в результате воздействия на поверхность потока жидкости, газа или твердых частиц. Такому изнашиванию на автомобиле подвержены в первую очередь рабочие поверхности тарелок выпускных клапанов двигателя, жиклеры карбюратора.
Эрозионное изнашивание близко к абразивному как по своей природе, так и по характеру воздействия. Происходит оно вследствие движения очищающе-охлаждающего промывочного или продувочного агента. Чем выше скорость его потока, чем больше в нем твердых абразивных фракций и чем дольше действие этого потока на данную поверхность, тем интенсивнее изнашивание и четче проявляется результат - эрозионный износ. Эрозионное изнашивание происходит в результате воздействия потока жидкости и (или) газа. Такому изнашиванию на автомобиле подвержены в первую очередь рабочие поверхности тарелок выпускных клапанов двигателя, жиклеры карбюратора.
Усталостное изнашивание состоит в том, что поверхностный слой материала в результате трения и циклической нагрузки становится хрупким и разрушается, обнажая лежащий под ним менее хрупкий материал, образуя трещины и ямки выкрашивания (питтинг). Такой вид изнашивания может наблюдаться на беговых дорожках подшипников, шестерен, зубьях.
Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность. Оно приводит к образованию глубоких борозд, наростов, оплавлений, задирам, заклиниванию и разрушению механизмов. Такое изнашивание обуславливается наличием местных контактов между трущимися поверхностями, на которых вследствие больших нагрузок и скоростей происходят разрыв масляной пленки, сильный нагрев и «сваривание» частиц металла. При дальнейшем относительном перемещении поверхностей происходит разрыв связей. Типичный пример – заклинивание коленчатого вала при недостаточной смазке.
Окислительное изнашивание происходит в результате сочетания механического изнашивания и агрессивного воздействия среды, под действием которой на поверхности трения образуются непрочные пленки окислов; при механическом трении они снимаются, а обнажающиеся поверхности опять окисляются. Такое изнашивание наблюдается на деталях цилиндропоршневой группы, гидроусилителей, тормозной системы с гидроприводом и др.
Рисунок 1.4 – Тенденции изменения местной (1) и общей (2) коррозии при старении легковых автомобилей
(А — количество автомобилей, подверженных коррозии)
Изнашивание при фретинге – это механическое изнашивание соприкасающихся деталей при возвратно-поступательных перемещениях с малыми амплитудами. Если при этом агрессивно воздействует среда, то происходит изнашивание при фретинг-коррозии. Такое изнашивание может происходить в местах контакта вкладыша шеек коленчатого вала и постели в картере и крышке, в заклепочных, болтовых, шлицевых и шпоночных соединениях, рессорах.
(фреттинг – тип износа, который встречается между плотно посаженными поверхностями, подвергающимися воздействию циклического относительного движения чрезвычайно маленькой амплитуды. Обычно истирание сопровождается коррозией, особенно самых маленьких обломков износа).
(фреттинг-коррозия: Физико-химический процесс, разновидность коррозии металла в местах контакта плотно сжатых или катящихся одна по другой деталей, если в результате деформации их поверхностей возникают микроскопические смещения сдвига в условиях воздействия коррозионной среды, например, воздуха).
Электроэрозионное изнашивание проявляется в эрозионном изнашивании поверхности в результате воздействия разряда при прохождении электрического тока, например между электродами свечи зажигания.