Причина износа деталей автомобиля

Виды и причины износа

Износы и дефекты деталей можно разделить на две основные группы.

Естественные износы появляются в результате механического износа деталей от трения, воздействия высоких температур и усталости металла при соблюдении всех нормальных условий эксплуатации и ухода за автомобилем.

Сущность трения заключается в том, что при перемещении трущихся поверхностей происходит смятие и отрыв мельчайших частиц верхнего слоя, вызывающие истирание поверхности и ее износ. Основными видами трения в механизмах автомобиля являются:

• а) сухое и полусухое трение, вызываемое полным или почти полным отсутствием смазки; оно характеризуется непосредственным соприкосновением поверхностей. Сухое трение наблюдается в дисках сцепления, между колодками и тормозным барабаном, в зубчатом венце маховика при пользовании стартером и др. Полусухое трение бывает в деталях переднего моста, рессорной подвески, рулевых тяг, тормозных валиков и др. и обусловлено конструкцией указанных деталей и узлов;
• б) полу жидкостное трение характеризуется тем, что между трущимися поверхностями имеется слой масла, не обеспечивающий, однако, полного разделения этих поверхностей, т. е. давление в масляном слое периодически бывает меньше давления одной поверхности на другую. Этот вид трения встречается в большинстве деталей автомобиля;
• в) жидкостное трение, когда трущиеся поверхности полностью разделяются масляным слоем и трение происходит только внутри смазывающей жидкости. При этом давление в масляном слое должно превышать силу давления на трущиеся поверхности. Создать такие условия смазки в механизмах автомобиля практически невозможно.

Помимо качества смазки при полужидкостном, полусухом и сухом трении, большое влияние на износ оказывает также твердость и качество обработки поверхностей. Повышенная твердость поверхности значительно повышает ее износостойкость, а чистота обработки способствует лучшему образованию масляной пленки и уменьшает трение.

Влияние высоких температур (особенно в деталях двигателя) на износ деталей выражается в изменении структуры металла, в снижении его механических свойств, а также в ухудшении смазки вследствие понижения ее вязкости. Усталость металла возникает в результате переменных нагрузок на деталь (рессоры, коленчатый вал, шатун и др.) и характеризуется появлением в металле мельчайших трещин, которые, постепенно увеличиваясь, вызывают поломку.

Аварийные износы и дефекты появляются вследствие недоброкачественности металла или несоблюдения технических условий при изготовлении деталей (раковины, волосяные трещины, неправильная термообработка), несвоевременного и некачественного технического обслуживания и нарушения нормальных условий эксплуатации (перегрузка, быстрая езда по плохим дорогам).

Источник статьи: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/to-i-tr/vidy-i-prichiny-iznosa/

Виды дефектов и износов деталей автомобиля

Как известно, ничего вечного нет, поэтому со временем разные детали автомобиля выходят из строя и их приходится менять. Причиной тому является износ деталей либо их дефекты.

Все дефекты автомобильных деталей можно разделить на три группы: конструктивные, производственные и эксплуатационные. К конструктивным дефектам относятся те, которые являются следствием ошибок, допущенных на этапе конструирования автомобиля. Производственные дефекты — это дефекты, возникшие в результате ошибок при изготовлении или ремонте транспортного средства. Что касается эксплуатационных дефектов, то они возникают либо по причине неправильного технического обслуживания, либо из-за естественного износа.

Причиной возникновения естественного износа деталей является постоянное трение между прилегающими поверхностями, а также усталость поверхностного слоя материалов. Естественный износ подразделяется на три вида: механический, молекулярно-механический и коррозионно-механический.

В свою очередь, механический износ включает в себя следующие группы износов.

Хрупкое разрушение.
Оно свойственно тем деталям, которые в процессе эксплуатации транспортного средства испытывают на себе ударные нагрузки. В частности, хрупкое разрушение свойственно рабочим поверхностям головок клапанов: они под воздействием мощных пружин ударяются часто и с большой силой.

Пластическая деформация.
Она возникает по причине воздействия существенных нагрузок на детали. Проявлением пластической деформации является то, что размер детали изменяется, но ее вес остается прежним. Чтобы было понятней, представьте себе знакомый с детства пластилин: когда вы его сминаете — происходит пластическая деформация. Что касается автомобиля, то пластической деформации подвергается, например, антифрикционный слой в подшипниках скольжения.

Абразивный износ.
Он появляется по причине царапающего или срезающего воздействия твердых посторонних частиц (пыли, грязи, продуктов износа — мельчайших опилок, стружки, и т.п.) между соприкасающимися и трущимися поверхностями. Наиболее характерный пример абразивного износа — это износ поршней, цилиндров, деталей поршневой группы.

Усталостный износ.
Многие знакомо такое физическое понятие, как «усталость металла». Данное явление возникает при длительной и сильной нагрузке на металл. Например, усталость металла можно наблюдать у железнодорожных рельсов, которые постоянно подвергаются мощному давлению со стороны проходящих поездов. Именно этим явлением и вызван усталостный износ деталей и механизмов в современных автомобилях. Например, он может возникнуть при трении качения; часто ему подвержены зубья шестерен, а также рабочие поверхности подшипников качения.

Что касается молекулярно-механического износа, то он возникает по причине молекулярного сцепления материалов, из которых изготовлены трущиеся поверхности соприкасающихся деталей. Например, вначале при относительном перемещении деталей их поверхности подвергаются пластическому износу, затем происходят местные контакты (на водительском сленге это называется «схватывание») на трущихся поверхностях. В результате происходит их разрушение, которое сопровождается отделением частиц металла либо их налипанием на трущиеся поверхности. Обычно молекулярно-механический износ возникает на этапе обкатки нового автомобиля. Следствием такого износа может являться заедание деталей и механизмов.

Название коррозионно-механического износа говорит само за себя: он подразумевает комбинацию механического износа и коррозии металла.

ПРИМЕЧАНИЕ
Коррозия — это разрушение металла, которое вызвано негативным воздействием химических или электрохимических процессов, протекающих во внешней среде. Всем хорошо известное ржавление металла является одним из распространенных видов коррозии.
Если с химической коррозией все более-менее понятно (та же ржавчина — результат химического взаимодействия воды и металла), то не все представляют себе, каким образом проявляется электрохимическая коррозия. В этой статье мы не будем вдаваться в научные подробности, а лишь приведем пример: атмосферная электрохимическая коррозия разрушительно воздействует на днище автомобиля, неокрашенные металлические детали, на внутренние поверхности крыльев, и др.
Проявлением коррозионно-механического износа является отслаивание поверхности металла, а также различные виды и степени его окисления.
Изнашиваться детали начинают сразу после начала эксплуатации нового автомобиля, поэтому уже через небольшой пробег они имеют какой-то износ. Однако это не значит, что их нужно сразу менять: периодичность замены изношенных деталей и допустимая степень износа регламентируется заводом-изготовителем. Износ деталей, который не требует их немедленной замены, называется допустимым.

СОВЕТ
Рекомендуется менять деталь не тогда, когда она достигла максимально допустимой степени износа, а немного раньше.
Если же деталь изношена настолько сильно, что нормальные условия работы узлов, агрегатов и механизмов автомобиля являются нарушенными, называется предельным. В этом случае эксплуатировать автомобиль запрещается до полной замены всех изношенных деталей. Игнорирование этого правила чревато не только потерей мощности двигателя, повышенным расходом топлива и иных расходных материалов, но и опасно с точки зрения безопасности движения. Известны случаи, когда, например, полностью разрушившийся подшипник ступицы являлся причиной того, что у автомобиля отваливалось колесо. Стоит ли говорить, какими катастрофическими последствиями может обернуться такая поломка во время движения автомобиля!

Источник статьи: http://www.gazu.ru/car/autoservice/10166/

Основные причины изменения технического состояния автомобиля

Изнашивание

Трение поверхностей сопровождается изнашиванием. В зависи­мости от условий и режимов трения, физико-механических свойств применяемых материалов, микрорельефа поверхностей и других параметров, определяющих характер изнашивания, при трении двух сопряжённых поверхностей происходят сложные процессы, которые приводят к их износу.

Под износом понимается результат изнашивания, проявляющийся в виде отделения или остаточной деформации материала. Износы могут быть естественные, ускоренные и аварийные. В процессе эксплуатации автомобилей происходит естественное изнашивание деталей. Графически процесс изнашивания двух сопряжённых де­талей обычно изображают следующим образом.

Рис. Характер протекания процесса изнашивания сопряженных деталей: 1 — при установившейся скорости изнашивания; 2 — при снижении скорости изнашивания; 3 — при уменьшении зазора в конце приработки

По вертикальной оси прямоугольной системы координат откладывают в выбранном масштабе величину износа деталей, по горизонталь­ной — пробег автомобиля. Точки соединяют плавными линиями. Полученные кривые показывают характер нарастания износа каждой детали по мере увеличения пробега автомобиля. Расстояние между кривыми свидетельствует о характере изменения зазора в сопряже­нии. Зазор SH устанавливается между деталями при сборке.

На идеализированной схеме можно выделить три этапа процесса изнашивания:

• приработка l1
• установившееся изнашивание l2
• аварийное изнашивание l3

Каждый из этих этапов отражает е состояние сопряженной пары. Переход от одного этапа к другому определяется количественным накоплением отдельных повреждений. На этапе приработки скорость изнашивания повы­шенная. Новые или отремонтированные детали прирабатываются. С трущихся поверхностей удаляются заусенцы, уменьшается их шероховатость, в отдельных случаях материал дает усадку. На этапе установившегося изнашивания (при работе в обычных условиях эксплуатации) скорость изменения изнашивания (tgα) почти посто­янна. Этап установившегося изнашивания составляет наибольшую часть ресурса сопряжённой пары. При увеличении зазора до пре­дельно допустимого S2 скорость изнашивания деталей интенсивно возрастает, заканчивается период нормальной работы деталей и наступает аварийное изнашивание. При этом на скорость изнаши­вания начинают влиять новые факторы: ударные нагрузки, биение, изменение теплового режима и условий смазки. Детали могут выйти из строя, что ведет к аварии.

Многие детали не имеют отчетливо выраженных этапов прира­ботки, установившегося и аварийного изнашивания деталей. Бывает, что скорость изнашивания почти постоянная, износ деталей меняется линейно с течением времени. В ряде случаев детали имеют четко выделяющиеся периоды приработки и естественного износа, или наоборот, скорость их изнашивания в процессе приработки и нор­мальной эксплуатации практически одинакова, но зато резко вы­деляется аварийный этап работы.

Из рисунке видны возможности увеличения этапа установившегося изнашивания при номинальном зазоре Sн и заданной величине предельно допустимого зазора S2: во-первых, за счет уменьшения зазора конца приработки S1 и, во-вторых, за счет снижения скорости изнашивания деталей сопряжения (уменьшения tgα). Согласно ри­сунку, уменьшение зазора конца приработки с S1 до S1′ повышает ресурс работы сопряжения на величину ∆l’2. Уменьшение скорости изнашивания, выраженное уменьшением угла наклона кривой износа от α1 до α2 повышает ресурс работы сопряжения на ∆l2″.

Выделяют три группы изнашивания:

• механическое
• коррозионно-механическое
• 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:

• материала деталей
• механических свойств деталей
• режущих свойств абразивных частиц
• удельного давления при трении
• скорости скольжения при трении

Примером может служить изнашивание цилиндро-поршневой группы двигателя в результате попадания в цилиндры с воздухом пыли, зубьев шестерен и подшипников агре­гатов трансмиссии, открытых сопряжений деталей ходовой части. По результатам исследований абразивный износ деталей агрегатов трансмиссии автомобилей составляет от 2 до 11 мкм на 1000 км пробега.

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

Газоабразивное изнашивание происходит в результате воздействия твердых частиц, увлекаемых потоком газа и перемещающихся относительно изнашивающейся поверхности.

Усталостное изнашивание поверхности трения или отдельных ее участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц, происходит при качении и скольжении. Износ обусловли­вается микропластическими деформациями и упрочнением поверх­ностных слоев трущихся деталей. При этом имеют место напряжен­ное состояние активных объемов металла у поверхности трения и особые явления усталости при знакопеременных нагрузках, вызы­вающих трение металла в поверхностных слоях и как следствие их разрушение. Пульсирующие нагрузки резко усиливают темпы осповидного износа.

Разрушение при таком износе характеризуется появлением мик­ро- и макротрещин, расположенных под небольшими углами к поверхности трения, с последующим развитием их в осповидные углубления в впадины. В результате износа частицы поверхностного слоя откалываются, поверхность становится неровной и приобретает матовый вид.

Усталостное изнашивание наиболее характерно для рабочих поверхностей подшипников качения и поверхностей зубьев шестерен.

Изнашивание при фреттинге происходит в результате механи­ческого изнашивания соприкасающихся тел при малых колебатель­ных относительных перемещениях.

Изнашивание при заедании возникает в результате схватывания, глубокого вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопря­женную поверхность. Этот вид изнашивания имеет место в зубчатых зацеплениях агрегатов трансмиссии при использовании несоответ­ствующего сорта масла или при его малом уровне.

Коррозионно-механическое изнашивание происходит при трении материалов, вступивших в химическое взаимодействие со средой. К коррозионно-механическим видам изнашивания относятся окис­лительное и изнашивание при фреттинг-коррозии.

Окислительное изнашивание возникает при наличии на повер­хностях трения защитных пленок, образовавшихся в результате взаимодействия материала с кислородом. Окислительное изнашива­ние характеризуется протеканием одновре­менно двух процессов — пластической деформации микроскопи­ческих объемов металла поверхностных слоев деталей и диффузии кислорода воздуха в деформируемые слои.

На первой стадии износа окисление происходит в небольших объемах металла, расположенных у плоскостей скольжения при трении. На второй стадии окисление захватывает большие объемы поверхностных слоев и глубина его соответствует глубине пласти­ческой деформации.

На первой стадии износа на поверхности трущихся деталей об­разуются пленки твердых растворов кислорода, на второй — хими­ческие соединения кислорода с металлом. Процесс окислительного изнашивания происходит в тонких поверхностных слоях и условно может быть разделен на три этапа: деформирование и активизация, образование вторичных структур и их разрушение.

На первом этапе происходит особый вид пластической деформа­ции — текстурирование и резкая активизация металла. На втором этапе благодаря наличию в зоне трения агрессивных компонентов среды происходит физико-химическое взаимодействие их с активи­зированным слоем — образование вторичных структур. На третьем этапе в результате многократного нагружения и внутренних напря­жений в пленках вторичных структур происходит образование и развитие микротрещин, ослабление связей на поверхности раздела и отслаивание пленки.

Последующее механическое воздействие приводит к разрушению и износу пленки. На обнаженных участках процесс повторяется вновь. Окислительному износу подвергаются шейки коленчатого вала, гильзы цилиндров, поршневые пальцы, зубчатые зацепления и другие детали, работающие при трении скольжения.

Изнашивание при фриттинг-коррозии — это коррозионно-механическое изнашивание соприкасающихся тел при малых колеба­тельных перемещениях. В случае динамического нагружения и наличия вибрации и ударов окисление трущихся поверхностей про­исходит особенно интенсивно вследствие резкой активизации пла­стически деформируемого металла. Динамический характер нагруже­ния приводит к резкому повышению градиента деформации и тем­ператур, к окислению и схватыванию. Фриттинг-процесс возникает при трении скольжения с очень малыми возвратно-поступательными перемещениями в условиях динамической нагрузки.

Этот процесс можно считать пограничным между процессами химической коррозии и эрозии, поскольку интенсивность фриттинг-коррозии повышается с увеличением доступа кислорода, но умень­шается при увлажнении воздуха.

При фриттинг-коррозии наблюдается изнашивание посадочных поверхностей подшипников поворотных цапф, шестерен, болтовых и заклепочных соединений рам и других деталей.

Изнашивание при действии электрического тока (эрозионное изнашивание) поверхностей происходит в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока.

Работа агрегатов и узлов автомобилей сопровождается одновре­менно несколькими видами изнашивания. В чистом виде ни один из видов изнашивания не наблюдается. Как правило, в каждом работающем сопряжении деталей имеется вид изнашивания, опре­деляющий износостойкость деталей. Остальные виды изнашивания в большей или меньшей мере ему сопутствуют. Определяющий вид изнашивания зависит от условий эксплуатации, нагрузок и других причин и лимитирует время безотказной работы сопряжения.

Определяющим видом изнашивания металлических деталей ав­томобилей при их эксплуатации является механическое изнашива­ние. Правильное определение вида изнашивания, знание приемов уменьшения интенсивности того или иного изнашивания позволят в значительной степени увеличить срок службы деталей автомобилей.

Пластические деформации и разрушения

Такие повреждения связаны с достижением или превышением пределов текучести или прочности соответственно у вязких (сталь) или хрупких (чугун) материалов. Обычно этот вид разрушений является следствием либо ошибок при расчетах, либо нарушений правил эксплуатации (перегрузки, неправильное управление автомобилем, дорожно-транспортные происшествия и т. п.). Иногда пластическим деформациям или разрушениям предшествует механическое изнашивание, приводящее к изменению геометрических размеров и сокращению запасов прочности детали.

Усталостные разрушения

Этот вид разрушений возникает при циклическом приложении нагрузок, превышающих предел выносливости металла детали. При этом происходят постепенное накопление и рост усталостных трещин, приводящие при определенном числе циклов нагружения к усталостному разрушению деталей. Совершенствование методов расчета и технологии изготовления автомобилей (повышение качества металла и точности изготовления, исключение концентраторов напряжения) привело к значительному сокращению случаев усталостного разрушения деталей. Как правило, оно наблюдается в экстремальных условиях эксплуатации (длительные перегрузки, низкие или высокие температуры) у рессор, полуосей, рамы.

Коррозия

Это явление происходит вследствие агрессивного воздействия среды на детали, приводящего к окислению (ржавению) металла и, как следствие, к уменьшению прочности и ухудшению внешнего вида. Основными активными агентами внешней среды, вызывающими коррозию, являются соль, которой посыпают дороги зимой, кислоты, содержащиеся в воде и почве, а также компоненты, входящие в состав отработавших газов автомобилей, и их химические соединения. Коррозия главным образом поражает детали кузова, кабины, рамы. Для деталей кузова, расположенных снизу, коррозия сопровождается абразивным изнашиванием в результате воздействия на поверхность при движении автомобиля абразивных частиц — песка, гравия. Сильно способствует коррозии сохранение влаги на металлических поверхностях, в том числе под слоем дорожной грязи, что особенно характерно для всякого рода скрытых полостей и ниш.

Коррозия способствует усталостному изнашиванию и разрушению, так как создает на поверхности металла концентраторы напряжения в виде коррозионных язв. Такой вид разрушений наблюдается, например, в местах сварки, крепления кронштейнов рессор.

Старение

Показатели технического состояния деталей и эксплуатационных материалов изменяются под действием внешней среды. Так, резинотехнические изделия теряют прочность и эластичность в результате окисления,термического воздействия (разогрев или охлаждение), химического воздействия масла, топлива и жидкостей, а также солнечной радиации и влажности.

В процессе эксплуатации свойства смазочных материалов и эксплуата­ционных жидкостей ухудшаются в результате накопления в них продуктов износа, изменения вязкости и потери свойств присадок. Детали и материалы изменяются не только при их использовании, но и при хранении:

• снижаются прочность и эластичность резинотехнических изделий
• у топлива, смазочных материалов и жидкостей наблюдаются процессы окисления, сопровождаемые выпадением осадков

Источник статьи: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/teoriya/osnovny-e-prichiny-izmeneniya-tehnicheskogo-sostoyaniya-avtomobilya/