Определей потребностей в текущем ремонте автомобиля. Страница 1

шивания с параметрами режима работы (скорость, давление, тем­
О     2,6 5,2  7,8     ц м/с
пература).
Из параметров режима работы
Рис. 1. Зависимость интенсивности изнашивания а и температуры / на поверхности трения от скорости скольжения v: — интенсивность изнашивания а; — температура i поверхности трения скорость относительного переме­щения имеет значение только в том случае, если она влияет на изменение давления или темпе­ратуры на поверхности трения. О влиянии скорости относитель-
ного перемещения на интенсив­ность изнашивания можно су­дить по зависимости температуры от скорости относительного пе­ремещения деталей и аналогичной зависимости интенсивности изна­шивания от скорости относитель­ного перемещения (рис. 1). Имен­но повышение температуры масла является причиной роста интен­ 150 Ь°С сивности изнашивания деталей
Рис. 2. Изменение диаметра пятна контакта Ad в зависимости от тем­пературы t масла (рис. 2). Особенно резко возра­стает интенсивность изнашивания при повышении температуры вы­ше критической. Поэтому анализ влияния условий работы на интенсивность изнашивания нужно начинать с установления зависимости интенсивности изнашива­ния от температуры на поверхности трения. Влияние скорости относительного перемещения на температуру поверхности можно показать аналитически на примере шатунных подшипников двигателей внутреннего сгорания. Пусть частота вращения коленчатого вала увеличится с п0 до п на An. При этом изменится кинетическая энергия удара на Д7\ Выделяемое при ударе тепло идет главным образом на нагрев детали, частично на разрушение поверхности, т. е. на износ. Можно допустить, что на нагрев детали израсходована часть кинетической энергии ДГ: СдД/ = йД7\ где Сд — теплоемкость детали; Д? — повышение температуры детали; Такой характер зависимости температуры поверхности и масла от скорости относительного перемещения имеет место, если коли­чество подаваемого масла за один оборот вала не зависит от вяз­кости масла, например при смазке подшипников разбрызгива­нием. В соответствии со сделанным допущением о распределении энергии на нагрев и разрушение Аа = kCL At. Принятое допущение о линейной зависимости изменения ин­тенсивности изнашивания от температуры в зоне до критического состояния масла хорошо подтверждают данные Б. И. Костецкого ПО] и Р. М. Матвеевского [13]. Исходя из этих данных можно утверждать, что закономерность изменения интенсивности изнашивания от изменения вращения будет тоже параболической: Да = kt An + kj An2. Эта зависимость справедлива без учета влияния прокачивае-мости масла и производительности масляного насоса, например, для зубьев шестерен заднего моста. По мере прогрева двигателя со смазкой под давлением интен­сивность изнашивания уменьшается по зависимости, аналогичной изменению вязкости от температуры масла. Такой характер за­висимости можно объяснить повышением производительности масляного насоса и, следовательно, снижением температуры на поверхности детали и более надежным разделением трущихся по­верхностей маслом. При критической температуре масло, по дан­ным Р. М. Матвеевского, теряет смазочные свойства, интенсив­ность изнашивания деталей должна увеличиваться по степенной зависимости (см. рис. 2). Таким образом, для сопряжений, смазка которых зависит от производительности масляного насоса и от вязкости масла, должна быть подобрана оптимальная температура масла, при ко­торой интенсивность изнашивания минимальная. Практически определить зависимость интенсивностии изна­шивания от температуры масла в картере весьма сложно. Аналити- чески эту зависимость можно записать в виде полинома второго порядка а = а0 + b£t -f bltt2, где а0, b^t — положительны, a b( < 0. Поскольку зависимость температуры от изменения давле­ния Ар на поверхности трения по экспериментальным данным можно принять практически линейной t = b0p -\-bpAp (где bo > 0, b? > 0), то из-за влияния температуры интенсивность изнашивания имеет степенную зависимость от изменения давления на поверхности трения а = а0 -j- с Ар -f- сг Ар2, где все коэффи­циенты положительны при температуре масла на поверхности трения выше оптимальной. Поэтому, если не учитывать влияние температуры, то по экс­периментальным данным можно прийти к выводу, что интенсив­ность изнашивания и давление на поверхности трения имеют сте­пенную зависимость а = срт. Если увеличение нагрузки повышает температуру масла, величина которой ниже оптимальной, то интенсивность изнаши­вания детали уменьшается. При дальнейшем повышении нагрузки, которое сопровождается повышением температуры поверхности трения выше оптимальной, интенсивность изнашивания увеличи­вается; в конечном счете зависимость интенсивности изнашивания от нагрузки будет аналогичной изменению интенсивности изна­шивания от температуры масла. Отсутствие линейной зависимости между интенсивностью из­нашивания и давлением на поверхности трения в процессе экс­плуатации нельзя объяснить влиянием только температуры на поверхности трения. Это может быть следствием действия другого, более важного фактора — изменения количества и размера абразивных частиц на поверхности трения. В этом убеждают и результаты испытаний двигателей на износ в три этапа. На первом этапе абразивные частицы поступали в двигатель с воздухом, на втором этапе в двигатель подавался воздух без пыли, на третьем этапе двигатель работал с чистым воздухом и маслом. Во все три этапа испытаний интенсивность изнашивания и изменения геометрической формы цилиндров были разные. Максимальную интенсивность изнашивания цилиндров в первом поясе в начале испытаний (запыленный воздух) можно объяснить совместным действием абразивных частиц, попавших на стенку цилиндра вместе с воздухом, и абразивных частиц, ко­торые снова вернулись на стенку цилиндра с маслом, загрязнен­ным абразивными частицами воздуха из системы питания двига­телей. Подача чистого воздуха вместо загрязненного абразивными частицами позволила снизить интенсивность изнашивания ци- лиидра в первом поясе в два раза. После удаления абразивных частиц из масла, куда они попали вместе с воздухом, интенсив­ность изнашивания цилиндра в первом поясе измерения снизи­лась еще в 5,5 раза, а в последнем поясе — в 19 раз. По сравне­нию с первым этапом при подаче чистого воздуха в систему пита­ния двигателя и после замены картерного масла интенсивность изнашивания в нервом поясе уменьшилась в 11 с лишним раз, а в последнем поясе — в 26 раз, т. е. попавшие в систему смазки из системы питания двигателя абразивные частицы повышают интенсивность изнашивания, прежде всего, в нижнем поясе. Влияние изменения содержания абразивных частиц на поверх­ности трения больше, чем изменения температуры. При испыта­нии двигателя ЗИЛ в стендовых условиях при разнице в темпера­туре воздуха на входе в карбюратор 30—36° С и неизменном количестве абразивных частиц на поверхности трения интенсив­ность изнашивания цилиндров при подаче холодного воздуха в 1,31 раза больше. Итак, зависимость интенсивности изнашивания при устано­вившихся условиях работы (при постоянном количестве абразив­ных частиц на поверхности трения) определяется влиянием тем­пературы; между интенсивностью изнашивания и давлением за­висимость линейная. В эксплуатационных условиях интенсив­ность изнашивания зависит главным образом от количества аб­разивных частиц на поверхности трения. И второй вывод. Так как аварийный износ подшипников ко­ленчатого вала приводит к более тяжким последствиям (разру­шает шейки коленчатого вала и даже стенки блока цилиндров), то режим работы двигателя должен быть оптимальным для под­шипников коленчатого вала. Поэтому в процессе эксплуатации автомобиля следует при любой частоте вращения коленчатого вала работать по возможности при максимальной мощности и как можно позже переходить на понижающую передачу. Такой режим эксплуатации позволит снизить расходы на ремонт двигателя. По практическим данным, износ подшипников двигателя увеличи­вается по сравнению с оптимальными условиями работы в зави­симости от температуры воды, масла в 1,6—5 раз, частоты вра­щения коленчатого вала — в 3,6—5 раз. Как видно из приведенного, изменение режима работы (ско­ростного и нагрузочного) оказывает влияние на изменение ин­тенсивности изнашивания деталей. Но это влияние гораздо меньше, чем влияние изменения температуры масла и особенно нали­чия абразивных частиц в масле на поверхности трения. Об этом свидетельствуют результаты специальных исследований и наблюде­ний в процессе эксплуатации. При разработке конструкции авто­мобиля, его двигателя, в первую очередь стараются обеспечить тщательную очистку воздуха, топлива, масла от абразивных ча­стиц за счет совершенствования конструкции фильтров, в част­ности, введения полнопоточиой очистки масла. О преобладаю- щем влиянии абразивного изнашивания цилиндров современных автомобильных двигателей свидетельствуют данные НАМИ о том, что при низкой температуре (зимой) износ в два раза меньше, чем при более благоприятных температурных условиях летом. По современным данным, аварийный период работы сопряже­ний является следствием аварийного режима работы, прежде всего, накопления абразивных частиц на поверхностях трения. Раньше причиной аварийного износа сопряжения считали предельную величину износа. Совершенно очевидно, что аварийные условия в работе сопряжения могут быть при любой величине износа. Но их может и не быть, если исключить повышенное увеличение количества абразивных частиц на поверхности трения. Поэтому необходимо, в первую очередь, обращать внимание на состояние фильтров очистки воздуха, масла, проверять наличие абразив­ных частиц в масле. При определенной величине частоты вращения коэффициент трения и интенсивность изнашивания резко возрастают, иногда в 500—600 раз. Исследователи отмечали, что это происходит в результате возникновения критического состояния поверх­ности или смазки, если она была на поверхности. В присутствии смазки критическое увеличение интенсивности изнашивания на­ступает в результате потери маслом смазывающей способности. Поэтому, чтобы исключить аварийный износ в процессе эксплуа­тации при хорошем состоянии фильтров очистки масла (и филь­тров очистки воздуха и топлива, из-за плохого состояния которых загрязняется масло), необходимо обеспечить работу двигателя при оптимальном температурном режиме, без перегрева и недо-грева. В перспективе для этой цели необходимо иметь регуляторы температуры масла на поверхностях трения. Что же касается режима работы, то он должен изменяться в допустимых пределах, определяемых по температуре на поверхностях трения. Таким образом, оптимальная температура (а вернее, вязкость) масла при заданном скоростном и нагрузочном режиме обуслов­ливает оптимальную интенсивность изнашивания. Но основную опасность представляют абразивные частицы. Нарушение тем­пературного режима работы и увеличение содержания абразив­ных частиц в масле являются главной причиной аварийного из­носа и отказа любого сопряжения. Изменение интенсивности изнашивания сопряжения в процессе эксплуатации при установившихся условиях и режиме работы В процессе эксплуатации при установившемся режиме работы (скорость движения, нагрузка, количество абразивных частиц и т. д.) работоспособность сопряжений может измениться только из-за износа деталей. При установившемся режиме работы авто- мобиля по мере износа его деталей изменяется удельное давление на поверхностях трения, а следовательно, и интенсивность из­нашивания. Зависимость интенсивности изнашивания деталей от износа сопряжений. В некоторых частных случаях сухого трения по М. М. Хрущову наблюдается прямая пропорциональность между интенсивностью изнашивания и удельным давлением; такая зависимость установлена при трении металлов об абразивную поверхность dS Коэффициент с зависит, прежде всего, от механических свойств испытуемого материала и от «абразивных» свойств истирающей поверхности. При введении на поверхность трения смазки коэф­фициент с будет также зависеть от свойств этой смазки. Таким образом, в этой работе признается пропорциональность величины интенсивности изнашивания удельному давлению и в присутствии смазки. В настоящее время все исследователи признают влияние на интенсивность изнашивания давления на поверхности трения в период приработки, но не все учитывают влияние износа на из­менение давления после окончания приработки. Некоторые ис­следователи считают, что после окончания приработки давление по мере износа, а следовательно, и интенсивность изнашивания для всех типов сопряжений остаются постоянными; закономер­ность износа в зависимости от пробега принимают единой (ли­нейной или возрастающей или убывающей) для всех типов сопря­жений. Впервые разнообразие кривых износа отметил А. С. Про-ников и это вполне можно обосновать. При установившихся условиях трения и малой величине изменения давления Ар па поверхности трения можно принять линейной зависимость интенсивности изнашивания а: а = а0 -f V Ар, где а0 — интенсивность изнашивания при Др = 0. Приведенная закономерность справедлива для многих видов износа, в том числе и абразивного, который для многих машин является ведущим. Под этим видом износа подразумевают в на­стоящее время разрушение материала под воздействием твердых частиц, занесенных извне в контакт или образовавшихся в про­цессе износа (накопление частицы износа). Однако эти твердые частицы могут производить совершенно различное механическое действие, начиная от микрорезания и кончая упругим деформи­рованием материала. Микрорезание при абразивном износе наступает, когда кон­тактные напряжения или деформации достигают разрушающих вначений. Этот вид износа условно можно рассматривать как частный случай усталостного процесса, когда число механических воздействий, приводящее к разрушению деформированного микро­объема поверхности, равно единице. Таким образом, интенсивность изнашивания сопряжений при полужидкостном трении изменяется пропорционально изменению давления на поверхности трения. Закономерность изменения ин­тенсивности изнашивания от износа можно определить аналити­чески, так, в частном случае при линейной зависимости давления на поверхности трения от износа изменение интенсивности изна­шивания в зависимости от износа подчиняется следующей ли­нейной закономерности: Да = b AS. Следовательно, зависимость износа от пробега не может быть универсальной, так как у разных типов сопряжений износ дета­лей по-разному влияет на изменение давления на поверхность трения- Этот вывод является основным для прогнозирования изменения затрат на поддержание работоспособности автомобиля в заданных условиях эксплуатации и оценки оптимальной вели­чины пробега с начала эксплуатации до текущего или капиталь­ного ремонта. Уже в самом начале эксплуатации сопряжения размеры участка соприкосновения деталей увеличиваются. Период работы со­пряженных деталей, когда у них увеличивается площадь контакта, называется периодом приработки. Если после окончания при­работки сила прижатия одной детали к другой постоянная, то износ детали увеличивается пропорционально пробегу. В боль­шинстве сопряжений и при установившемся режиме работы авто­мобиля сила прижатия одной детали к другой изменяется по мере износа сопряжения после окончания приработки, поэтому из­меняется интенсивность изнашивания. Закономерность изменения интенсивности изнашивания в зависимости от износа можно показать на примере двух типов сопряжений: динамически на­груженных и сопряжений тина цилиндр — поршневое кольцо. Изменение интенсивности изнашивания деталей от износа динамически нагруженных сопряжений. Подавляющее боль­шинство сопряжений автомобиля являются динамически нагру­женными. Динамически нагруженными сопряжениями называются такие, у которых возникают дополнительные нагрузки из-за взаимного ускоренного движения деталей перпендикулярно по­верхности трения. К таким сопряжениям относятся зубчатые передачи, шатунно-кривошипные механизмы и т. д. В динамически нагруженных сопряжениях по мере износа со­пряжений возникает дополнительная инерционная нагрузка. В качестве примера рассмотрим сопряжения шатунно-кривошип-ной группы деталей двигателя: шатунных подшипников и со­пряжения втулка верхней головки шатуна—поршневой палец. На сопряжение втулка верхней головки шатуна — поршневой палец действуют две силы: сила давления газов Pz и возвратно-поступательная сила J. Сила давления газов почти не изменяется по мере износа сопряжения цилиндр—поршневое кольцо. Вели­чина возвратно-поступательной силы зависит от массы т поршня с кольцами и пальцем и ускорения ап их диаметрального пере­мещения относительно втулки верхней головки шатуна: J = таи. В шатунных подшипниках, кроме силы давления газов, дей­ствуют силы инерции: возвратно-поступательные, центробежные силы и силы инерции при наличии зазора в сопряжении. Силы инерции, которые появляются при наличии зазора в сопряжении, вызывают удары. При наличии зазора в сопряжении возникает работа удара при радиальном перемещении одной детали (под­шипника) относительно второй (шатунной шейки); величина ра­боты удара Т при прочих равных условиях пропорциональна величине зазора в сопряжении T = man (S0 + AS), где т — масса поступательно движущейся части шатуна, поршня с кольцами и пальцем; ап — ускорение поступательного перемещения этой массы; Sq — зазор в сопряжении в конце приработки; AS — увеличение зазора после окончания приработки. Следовательно, в процессе эксплуатации двигателя интенсив­ность изнашивания сопряжения (шатунных подшипников) должна непрерывно увеличиваться пропорционально изменению зазора в сопряжении = oto + Ь AS, где ct0 — интенсивность изнашивания в конце приработки; b — параметр, характеризующий изменение интенсивности изнашивания на единицу износа. Так как интенсивность изнашивания в динамически нагружен­ных сопряжениях после окончания приработки увеличивается пропорционально износу, то и закономерность износа сопряже­ния в зависимости от пробега не будет линейной: S = S0ebl. Закономерность изменения интенсивности изнашивания в за­висимости от пробега а = а0ем свидетельствует о непрерывном росте после окончания приработки. При экспериментальной проверке влияния зазора на интенсив­ность изнашивания сопряжения сравнена интенсивность изнаши­вания подшипников с различной величиной зазора в условиях одного двигателя и при возможно меньшем действии всех факто­ров, кроме величины зазора. Например, чтобы исключить или хотя бы ослабить действие технологических факторов, интенсив­ность изнашивания шеек этих подшипников сравнена за послед­ний этап испытаний. По приведенной методике было исследовано несколько моделей двигателей в стендовых и эксплуатационных условиях. При всех испытаниях интенсивность изнашивания со­пряжения увеличивалась пропорционально износу шатунных шеек подшипников (рис. 3). Аналогичные результаты получены и при экспериментальной проверке влияния зазора в сопряжении на износ втулок верхней головки шатуна и поршневых пальцев, зубчатых передач и др. Итак, с увеличением зазора в сопряжениях шатунно-кривошипной группы пропорционально увеличивается интенсивность изнашивания сопряжений (деталей). Таким образом, в соответствии с приведенными результатами в процессе эксплуатации автомобиля наблюдается два этапа ра­боты сопряжения: приработка и естественный износ. У боль­шинства сопряжений с динамической нагрузкой в период есте­ственного износа интенсивность изнашивания увеличивается по сложной закономерности в зависимости от пробега. Это под­твердили практические наблюдения. Кривая износа шатунных подшипников Dn в процессе эксплуатации (рис. 4) отличается от общепринятой типовой кривой К- Интенсивность изна­шивания (рис. 5) реального подшипника после окончания при­работки непрерывно растет. В соответствии с типовой кривой после окончания приработки интенсивность изнашивания ак остается постоянной до наступления периода аварийного из­носа. Изменение интенсивности изнашивания сопряжения цилиндр-поршневое кольцо в процессе эксплуатации автомобиля. Износ цилиндров и поршневых колец при одинаковых внешних условиях работы зависит от действия двух основных сил: давления газов и упругости поршневых колец. Работами НАМИ и многих других научно-исследовательских учреждений установлено, что давление газов на кольцо по мере износа сопряжения изменяется, хотя и мало (мощность двигателя в процессе эксплуатации уменьшается на 4—5%). Падение мощности двигателя происходит из-за умень­шения уплотняющей способности поршневых колец, герметич­ности камеры сгорания.
<<< Предыдущая страница  1  2  3  4  5  6  7    Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я