автослесарное дело. Учебное пособие издание второе, дополненное рекомендовано Министерством общего и профессионального
 Скачать 6.72 Mb.
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Изложить понятие абразивного износа и его механизм. 2. Каково состояние поверхности при абразивном износе? 3. Какие детали автомобиля работают в условиях абразив- ного изнашивания? 4. Указать мероприятия по снижению действия абразивного износа. 301 ЭРОЗИОННОЕ ИЗНАШИВАНИЕ Эрозионным называется механическое изнашивание по- верхности в результате воздействия высокоскоростного по- тока жидкости и (или) газа, соответственно различают гид- роэрозионное и газоэрозионное изнашивание. Механизм данных процессов представляется следующим образом. При движении с большой скоростью поток жидкости или газа, соприкасаясь с поверхностью, расшатывает и вымыва- ет неровности после механической обработки. В зависимос- ти от свойств материала возможны даже вырывы отдель- ных объемов с неблагоприятной ориентацией по отношению к направлению потока. С появлением пораженных участков процесс изнашива- ния усиливается, и на поверхностях появляются промывы с высокой степенью чистоты. На интенсивность процесса ока- зывает существенное влияние температура газа или жидко- сти, которая снижает прочность и твердость металла дета- лей. Данный вид изнашивания наиболее характерен для пар трения цилиндр — поршневое кольцо, клапан — седло кла- пана в двигателях автомобиля. При открытии клапана в начальный момент горячие газы с большой скоростью вырываются через образовавшуюся щель. Скорость потока такова, что происходит вырывание частиц металла с поверхностей как клапана, так и седла. Пораженные участки ослабляют поверхностный слой, и про- цесс изнашивания усиливается, в результате на поверхности появляются глубокие промывы, мощность двигателя умень- шается и требуется его остановка на ремонт. Повышение долговечности клапанов достигается более точной притиркой и высокой чистотой обработки при вы- полнении ремонтных работ. Материал клапана должен со- хранять твердость и прочность при высокой температуре. 302 Достигается это условие легированием металла клапана хро- мом, молибденом, вольфрамом. Подобный механизм изнашивания наблюдается при ра- боте пары трения цилиндр — поршневое кольцо. В первона- чальный момент потеря размеров деталей происходит по причине абразивного изнашивания. Далее с увеличением зазора между кольцом и цилиндром в местах глубоких ри- сок происходит прорыв газов, при котором частицы металла отрываются с поверхности и уносятся потоком газов, в этих местах образуются раковины в виде промывов, мощность двигателя падает, что и служит основанием остановки ма- шины на ремонт. В целом механизм износа пары трения цилиндр — пор- шневое кольцо представляется как абразивное изнашивание с переходом в газоэрозионное, совместным действием кото- рых и определяется срок их службы. Повышение долговечности данной пары трения достига- ется увеличением твердости металлов трущихся поверхнос- тей и качеством их приработки. Процесс эрозионного изнашивания усиливается при на- личии в потоке газов или жидкости абразивных частиц. Та- кой вид изнашивания называется газо-, гидроабразивным. Механизм изнашивания, характер его протекания, состоя- ние поверхностей подобны эрозионному. Может иметь мес- то в топливной аппаратуре дизельных двигателей при рабо- те в запыленных условиях. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Показать сущность механизмов разрушения поверхностей при эрозионном изнашивании. 2. Указать пары трения узлов автомобиля, подвергающиеся эрозионному изнашиванию. 3. Каково состояние поверхностей износа? 4. Привести меры по снижению эрозионного износа. 303 КАВИТАЦИОННОЕ ИЗНАШИВАНИЕ В движущемся потоке жидкости всегда имеются пузырь- ки воздуха, газа или паров жидкости. При изменении усло- вий движения потока жидкости, например в местах суже- ния, кранах и т. д., меняются давление в потоке и его сплош- ность, что приводит к «захлопыванию» пузырьков. В обра- зовавшиеся пустоты с большой скоростью устремляются частицы, происходит гидравлический удар. Это явление на- зывается кавитацией. Если пузырьки газа располагаются на поверхности дета- ли, то при их захлопывании жидкость с огромнейшей силой ударяется о поверхность детали. Энергия удара настолько ве- лика, что вызывает разрушение металла. Важно заметить, что захлопывание пузырьков и удары жидкости происходят в од- ном и том же месте. При многократном воздействии в одном и том же месте в детали появляются каверны, вплоть до сквоз- ного отверстия. Механизм разрушения приводится на рис. 141. Рис. 141. Схема кавитационного разрушения поверхности: 1 — захлопывающийся пузырек; 2 — основной металл; 3 — наклепанный слой 304 В месте удара жидкости о поверхность энергия удара та- кова, что вызывает наклеп металла. Наклепанный слой ха- рактеризуется повышенной хрупкостью и при повторном ударе разрушается, при этом образуется каверна (рис. 141, а). Процесс повторяется (рис. 141, б, в) до появления сквозного отверстия (рис. 141, г), изделие останавливается на ремонт. Данному виду изнашивания подвергаются лопасти цент- робежных насосов, наружная поверхность гильз двигателей (рис. 142) и др. Рис. 142. Гильза дизеля, изношенная кавитацией (С.П.Козырев) Износ наружной поверхности гильзы при кавитации в несколько раз выше износа внутренней поверхности от дей- ствия поршневых колец, и он определяет срок службы гиль- зы. Известны некоторые пути снижения износа от действия кавитации. Один из них — введение в охлаждающую жид- кость веществ — эмульгаторов, уменьшающих кавитацион- ное действие. Повысить стойкость против кавитации возможно за счет увеличения твердости поверхности различными способами: 305 закалкой ТВЧ, химико-термической обработкой, наплавкой твердыми сплавами и т.д. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какова сущность навигационного изнашивания? 2. Каково состояние поверхности после кавитационного изна- шивания ? 3. Какие детали автомобиля подвергаются данному виду из- носа ? 4. Какие существуют способы снижения действия кавитации? УСТАЛОСТНОЕ ИЗНАШИВАНИЕ Усталостным называют механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при многократном цик- лическом деформировании микрообъемов металла поверх- ностного слоя. Данный вид изнашивания имеет место в основном в под- шипниках качения и зубчатых передачах. Механизм процесса изнашивания поясним на примере работы подшипников качения. Внутренние поверхности обойм подшипника воспринимают значительные по величи- не циклические удельные нагрузки. Под действием этих на- грузок в поверхностном слое на отдельных участках появля- ется сетка усталостных трещин, которые, объединяясь, об- разуют питтинги (рис. 143). Такие питтинги обычно хорошо видны на беговых до- рожках подшипников качения, рабочих участках зубьев зуб- чатых передач, отработавших длительное время. При выполнении ремонтных работ на автомобиле изно- шенные подшипники и зубчатые колеса подлежат замене на новые. Необходимость замены подшипников устанавлива- ется по появлению стуков в узлах машины, повышению уров- ня шума и вибрации. Дальнейшая эксплуатация изношен- 306 ных подшипников и зубчатых колес недопустима, так как это ведет к поломке деталей (например, зуба шестерни). Долговечность подшипников в значительной мере зави- сит от правильного выполнения посадок обойм на вал и в корпус, что весьма важно иметь в виду при назначении ре- монтных работ. При циркуляционном нагружении (вращается вал) посад- ка на вал внутренней обоймы осуществляется с натягом, а в корпус — по переходной посадке. При местном нагружении (например, при посадке под- шипника на переднюю неподвижную ось) посадка на ось должна выполняться по переходной посадке, обеспечиваю- щей возможное проворачивание внутренней обоймы на оси и равномерный ее износ по всему сечению. Невыполнение этого условия приведет к усталостному износу внутренней обоймы только в нижней нагруженной зоне и преждевре- менному выходу подшипников из строя. Рис. 143. Схема усталостного изнашивания 307 Посадка наружной обоймы в ступицу колеса выполняет- ся с натягом. Своевременная и качественная смазка подшипников и зубчатых передач при техническом обслуживании обеспечи- вает длительную работу в условиях усталостного изнашива- ния. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Описать сущность процесса усталостного изнашивания. 2. Какие детали автомобиля имеют данный вид изнашива- ния ? 3. По каким признакам устанавливается наличие усталост- ного изнашивания ? 4. Выбор посадок подшипников качения на вал и в корпус. ИЗНАШИВАНИЕ ПРИ ЗАЕДАНИИ Изнашиванием при заедании называют процесс разру- шения поверхностей в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности на другую. Данному виду изнашивания подвергаются узлы и сопря- жения деталей, работающие в условиях трения скольжения. Сюда относятся пары трения скольжения цилиндр — порш- невое кольцо, шейка коленчатого вала — вкладыш, шарнир- ные соединения и многие др. Механизм изнашивания при заедании представляется следующим образом. В реальных условиях контакт двух поверхностей в определенный момент времени происходит не по всей поверхности, а по отдельным точкам. Практичес- ки реальная площадь контакта в 10... 100 раз меньше расчет- ной, соответственно в это же количество раз увеличивается удельная нагрузка (рис.144). 308 Высокие значения удельных давлений в отдельных точ- ках вызывают диффузию атомов одного металла в другой с образованием атомно-молекулярных металлических связей (т. 1 рис. 144). Так как поверхности при работе перемещают- ся друг относительно друга, то происходит разрыв образо- вавшихся металлических связей (т. 2 рис. 144). В результате на одной поверхности возникают раковины, а на другой — наросты. Далее при относительном перемещении деталей наросты царапают ответные поверхности с образованием на них пластически деформированных рисок, сами же наросты сминаются под действием высоких температур, возникаю- щих в процессе трения. Таким образом, на поверхностях тре- ния будут визуально видны раковины со следами вырыва металла, пластически деформированные риски и смятые наросты металла. Приведенный выше механизм изнашивания при заеда- нии имеет место в условиях сухого или граничного трения, а также при недостаточной смазке при малых скоростях сколь- жения. Заедание поверхностей характеризует аварийное со- стояние сопряжения и в процессе эксплуатации машин дол- жно быть исключено. При больших скоростях процесс схватывания приводит к расплавлению отдельных участков деталей и их сварива- нию. Примером этого служит заклинивание поршня в ци- линдре при недостаточной смазке. При выполнении ремонтных работ на автомобиле необ- ходимо иметь в виду следующее. Рис. 144. Схема формирования участка схватывания 309 Диффузия наиболее интенсивно проявляется в парах тре- ния с однородными металлами. Поэтому в сопряжениях вал — втулка необходимо применять разнородные металлы: сталь — бронза, сталь — чугун и др. Снижению схватывания трущихся поверхностей способ- ствует смазка. Работа подшипников скольжения, качения, зубчатых передач без смазки недопустима. Большое значе- ние имеет правильный выбор смазочного материала с уче- том его противозадирных свойств. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Пояснить сущность процесса изнашивания при заедании. 2. Какие детали автомобиля воспринимают данный вид из- нашивания ? 3. Описать состояние поверхности при изнашивании, при зае- дании. 4. Пути снижения износа при заедании. ВОДОРОДНОЕ ИЗНАШИВАНИЕ Водородное изнашивание представляет собой разруше- ние поверхностного слоя вследствие поглощения металлом водорода. Попадает водород в трущиеся поверхности из воз- духа, смазочных масел, влаги, топлива, пластмасс и др. при работе в условиях повышенных температур. Водород имеет одну особенность. Находясь в атомарном состоянии, он просачивается в пространственные дефекты металла поверхностного слоя. Скапливаясь в дефектах, во- дород из атомарного состояния превращается в молекуляр- ное, увеличивается в размерах, при этом внутри дефекта со- здается область сверхвысоких давлений. Под действием дав- ления в поверхностях дефектов появляются микротрещины, которые, сливаясь, приводят к отслоению части металла (рис. 145). 310 Рис. 145. Схема водородного изнашивания Отслоившиеся чешуйки чаше всего уносятся из зоны контакта, а иногда налипают на поверхность ответной дета- ли. Данный вид изнашивания встречается практически во всех узлах трения, вследствие водородного изнашивания часто выходят из строя коленчатые валы двигателей и др. Однако наиболее характерно проявляется водородное изнашивание в тормозных парах тормозной барабан — фрикционная на- кладка. Основными поставщиками водорода служат смазка и пластмасса, которая входит в состав фрикционных накла- док. В процессе работы на поверхности тормозных барабанов появляются углубления от отслоившихся частиц, а на по- верхности накладки — следы намазанного металла тормоз- ного барабана. Для предупреждения и уменьшения водородного изна- шивания необходимо проведение следующих мероприятий: • исключить из материала тормозных накладок пласт- массы, склонные при нагреве к интенсивному выде- лению водорода; • в состав фрикционных накладок вводятся наполните- ли в виде кусочков латунной проволоки или закиси меди, снижающие выделение водорода; • при выполнении ремонтных работ перед окончатель- ной операцией обработки тормозных барабанов пред- лагается полирование. При полировании верхние слои металла нагреваются и из них выходит водород. 311 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Пояснить сущность водородного изнашивания. 2. В каких деталях автомобиля встречается водородное из- нашивание? 3. Как выглядят поверхности трущихся деталей, работаю- щих в условиях водородного изнашивания? 4. Указать пути снижения водородного изнашивания. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ИЗНАШИВАНИЕ Окислительным называется изнашивание, при котором потеря размера происходит только за счет разрушения окис- лительных пленок и их удаления из зоны контакта. Образо- вание пленок происходит при контакте металла поверхност- ного слоя с кислородом из воздуха, смазки и др. Процесс окислительного изнашивания имеет место, если образование пленок происходит быстрее, чем ее разрушение. Механизм и характер данного процесса определяется со- отношением твердости и прочности окисных пленок и ме- талла рабочих поверхностей. В тех случаях, когда окисные пленки рыхлы и непрочны, они способствуют уменьшению величины износа. Располагаясь между трущимися поверх- ностями, окислы выполняют роль твердой смазки и снижа- ют возможность возникновения заедания металлов поверх- ностных слоев. Если твердость и прочность пленок выше у основного металла, то такие окислы вызывают абразивное изнашива- ние. На процесс окислительного изнашивания влияет также и механизм разрушения пленок, который носит в основном механический характер. Наименьшую величину износа имеют пары трения, ра- ботающие в условиях жидкостного трения (рис. 146). 312 Рис. 146. Схема жидкостного трения Разрушение пленки осуществляется движущимся масля- ным слоем. Чаще всего жидкостное трение имеет место в подшип- никах скольжения. В состоянии покоя (рис. 146, а) вал находится в нижнем положении. При вращении вала, со- гласно гидродинамической теории, смазка затягивается под вал, образуя масляный клин, и приподнимает его на вы- соту h (рис. 146, б). Чем выше скорость вращения вала, тем больше усилие подъема вала. Для обеспечения жидкостного трения высота h должна быть больше суммы высот неровностей вала и втулки: h > Rz вала + Rz втулки При соблюдении этого условия в паре трения вал — втул- ка будут отсутствовать металлический контакт и, соответ- ственно, заедание металла двух поверхностей, т.е. будет иметь место окислительное изнашивание. Из всех видов окислительное изнашивание имеет наи- меньшую величину износа и, как следствие, характеризует нормальную работу пары трения. В автомобиле данный вид износа имеет место в паре тре- ния шейка коленчатого вала — вкладыш. При нормальной 313 работе поверхности трения сохраняют низкую шероховатость со следами окисных пленок с различными цветовыми от- тенками. Высокая долговечность пар трения при окислительном изнашивании достигается за счет многих факторов. Наиболее важными из них являются высокая твердость поверхностных слоев, качественное и количественное обеспечение процесса смазкой, использование явления избирательного переноса. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Выявить сущность процесса окислительного изнашивания. 2. Описать механизм процесса. 3. Определить условия существования жидкостного трения. 4. В каких узлах автомобиля имеет место окислительное из- нашивание? 5. Каково состояние поверхностей износа при отбраковке де- талей ? 6. Назвать пути повышения долговечности при окислитель- ном изнашивании. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС Эффект избирательного переноса был обнаружен впер- вые советскими учеными Д.Н. Гаркуновым и И.В. Крагель- ским. Сущность эффекта состоит в следующем: при трении стали по бронзе в присутствии глицерина происходит раство- рение поверхности бронзы и на ней образуется чисто мед- ный пористый слой (сервовитная пленка). При контакте со стальной поверхностью часть медного пористого слоя пере- носится на сталь, постепенно образуя и на ней сплошную медную пленку. Процесс избирательного переноса происхо- дит до тех пор пока обе поверхности не будут покрыты сер- вовитной пленкой толщиной 2...3 мкм. Материал сервовит- ной (медной) пленки не способен к наклепу, имеет малые 314 усилия сдвига, пленка пориста, способна к схватыванию, при трении ее частицы переходят с одной поверхности на дру- гую без образования повреждений и увеличения сил трения. Сервовитная пленка может образовываться и в паре сталь — сталь при применении смазочных материалов, со- держащих мелкие частицы меди, бронзы, а также свинца или серебра. В процессе работы частицы из смазочного слоя переносятся на обе поверхности, образуя сервовитную плен- ку. Пленка сглаживает неровности поверхности, при этом практическая площадь контакта приближается к расчетной и давление равномерно распределяется по всей рабочей повер- хности. Рыхлая структура сервовитной пленки обеспечивает про- текание процесса трения без деформации металла поверхно- стных слоев; коэффициент трения приближается к трению со смазочными материалами. Таким образом, избирательный перенос обеспечивает практически безызносную работу сопряжения вследствие эффекта автокомпенсации износа, который заключается в том, что частицы износа не уходят из зоны трения, а, взаи- модействуя со смазочным материалом, образуют медную пленку, покрывающую рабочую поверхность. Для создания условий избирательного переноса в узлах трения применяют соответствующие жидкие и пластичные смазочные материалы, обеспечивающие возникновение сер- вовитных пленок; металлоплакирующие пластичные смазоч- ные материалы для пары сталь — сталь; латунирование од- ного из элементов сопряжения. При выполнении ремонтных работ для повышения дол- говечности отдельных узлов автомобиля за счет избиратель- ного переноса можно рекомендовать некоторые мероприя- тия: • применение финишной антифрикционной безабразив- ной обработки (ФАБО) цилиндров двигателей; • для шарнирных соединений предлагается использовать 315 смазки с добавкой до 15% порошков меди, бронзы, свинца; • более широкое использование подшипников качения с бронзовыми сепараторами. При обработке внутренней поверхности цилиндров дви- гателей окончательной операцией является хонингование, после выполнения которой поверхность насыщается абразив- ными частицами, в процессе работы пары цилиндр — пор- шень абразивные частицы вымываются смазкой и усиливают процесс изнашивания. Для устранения этого недостатка предлагается ФАБО. Сущность процесса состоит в том, что на внутреннюю поверхность цилиндра (1) (рис. 147) с помо- щью латунных, медных или бронзовых стержней (2) нати- рают слой в среде глицерина. Толщина слоя, равная 1...2 мкм, позволяет обеспечить избирательный перенос и увеличить срок службы цилиндра двигателя. |