Однако на основании теоретических и экспериментальных исследований и обобщений данных практики разработаны эффективные методы повышения долговечности машин путем совершенствования их конструкции и технологии производства, а также путем рациональной эксплуатации.

Несмотря на многообразие форм и видов проявления изнашивания, каждая работающая деталь имеет четко выраженный ведущий вид износа (т. е. протекающий с наибольшей скоростью), которым и определяется срок ее службы. Для продления срока службы машин необходимо определить, какой вид изнашивания является ведущим для данного сопряжения, и применять наиболее эффективные способы его снижения.

В настоящее время еще нет общепринятой классификации видов износа машин, что затрудняет целеустремленную работу по повышению их долговечности.

М. М. Хрущев предложил классификацию видов износа сопряженных деталей на основании изучения типовых условий работы изнашивающихся деталей. Согласно этой классификации разные виды износа, группируются по признаку характера основных. явлений, обусловливающих эффект износа: механические, молекулярно-механические, коррозионно-механические.

К механическим видам изнашивания относятся: абразивный, изнашивание вследствие течения (пластического деформирования), изнашивание при хрупком разрушении.

Абразивное изнашивание характеризуется тем, что металл в тонких поверхностных слоях срезается или исцарапывается твердыми структурными элементами материала другой детали или посторонними абразивными частицами, имеющимися на поверхностях трения. Этот вид изнашивания довольно часто встречается во время работы машин и является наиболее простым видом разрушения поверхностей при трении.

Абразивные частицы могут попадать на трущиеся поверхности вместе с воздухом, топливом, смазкой или могут являться продуктами коррозионно-механического и другого вида износа.

В автомобилях абразивному износу подвергаются цилиндры, поршни и поршневые кольца двигателя, плунжерные пары, пальцы и втулки рессор, шкворни поворотных цапф и др.

Основным мероприятием по борьбе с абразивным изнашиванием является правильный подбор материалов пар трения с высокой твердостью, предохранение трущихся поверхностей от-попадания абразивных частиц, своевременное удаление продуктов износа с трущихся поверхностей.

Изнашивание вследствие течения (пластического формирования) происходит при повышенных нагрузках и температурах, когда деталь интенсивно деформируется и поверхностные слои металла постепенно перемещаются под действием сил трения в направлении скольжения. Изнашивание детали в этом случае может происходить без потери веса, но при существенном изменении ее размеров. Этот вид износа характерен для подшипников, залитых баббитами, втулок верхней головки шатуна, отверстий бобышек поршней и др.

Основные методы уменьшения этого вида изнашивания следующие: ограничение удельных давлений и температур на поверхностях трения, предварительное уплотнение трущихся поверхностей и рациональная смазка.

Изнашивание при хрупком разрушении характеризуется тем, что поверхностный слой одного из трущихся металлов в результате трения и сопутствующих ему пластических деформаций интенсивно наклёпывается и становится хрупким. Нарушение связей поверхностного слоя с основной массой металла приводит к его разрушениям (обнажается лежащий под ним менее хрупкий металл, затем это явление повторяется).

Износу при хрупком разрушении подвергаются кольца шариковых и роликовых подшипников, зубья шестерен, шатунные и коренные подшипники и другие детали.

Основными методами уменьшения этого вида изнашивания являются: правильный подбор пар трения, строгое соблюдение наивыгоднейшей величины зазора и оптимальной величины удельного давления, применение специальной обработки деталей (термохимической, предварительного наклепа деталей и др.).

Характерным видом молекулярно-механического изнашивания является износ схватыванием, при котором на мгновенной поверхности трения вследствие большой пластической деформации поверхностных слоев и разрушения окисных пленок возникают металлические связи между трущимися поверхностями. В результате того, что поверхности находятся в относительном движении, возникшие связи разрушаются. Разрушение связей может произойти по основному металлу или по металлу, образовавшемуся в поверхностных слоях трущихся деталей. При разрыве связей по основному металлу на его поверхности образуются углубления и выступы. При этом удельное давление на поверхности выступающей части достигает большой величины. При интенсивном схватывании металлов происходит процесс наволакивания слоя менее прочного металла на поверхность более прочного.

Износ схватыванием наблюдается в подшипниках, залитых баббитом или свинцовистой бронзой, во втулках валов, в поршнях, цилиндрах и других деталях.

Для эффективной борьбы со схватыванием применяют поверхностное упрочнение деталей или специальное покрытие, обильную смазку, правильно выбирают величины масляных зазоров, ограничивают удельные давления и сонращают время работы сопряжений при перегрузке с малой относительной скоростью перемещения трущихся поверхностей.

Коррозионно-механическое изнашивание характеризуется тем, что пластические деформации в процессе трения сопровождаются химическим или электрохимическим воздействием внешней среды. Взаимодействие кислот, щелочей или отработавших газов с поверхностными слоями металла приводит к образованию новых химических соединений, которые резко изменяют свойства трущихся активных слоев металла. Износ трущихся поверхностей при этом происходит вследствие периодического выкрашивания или быстрого истирания менее прочного слоя.

Коррозионно-механическому изнашиванию подвергаются цилиндры двигателя, вкладыши подшипников из свинцовистой бронзы, шейки коленчатого вала и др.

Для уменьшения этого изнашивания необходимо применять топлива и смазочные материалы, не содержащие щелочей и кислот, защищать поверхности деталей слоем смазки от насыщения их корродирующими веществами, применять антикоррозионные материалы, а также масла и топлива со специальными нейтрализующими присадками.

В зависимости от условий работы одна и та же деталь может подвергаться одновременно воздействию нескольких видов изнашивания, однако один из них будет ведущим, так как он протекает с максимальной скоростью на поверхностях трения. Это объясняется тем, что каждый установившийся вид изнашивания обусловливается определенными параметрами: скоростью перемещения трущихся поверхностей, смазкой, тепловыделением, явлениями диффузии и др. Например, верхняя часть цилиндра автомобильного двигателя подвергается одновременно молекулярно-механическому, абразивному и коррозионно-механическому видам изнашивания. При нормальных условиях работы автомобиля основным видом изнашивания верхней части цилиндра является коррозионно-механический, так как он протекает с максимальной скоростью. При работе двигателя в сильно запыленном воздухе ведущим износом верхней части цилиндра является абразивный, а при работе двигателя с перегрузками при малом числе оборотов коленчатого вала — износ схватыванием. Это указывает на необходимость комплексного решения проблемы повышения долговечности машин с учетом многообразия одновременно действующих факторов.

—

Большинство деталей механизмов автомобиля подвергается совокупному воздействию различных видов изнашивания, зависящих от конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов.

Рис. 1. График естественного изнашивания сопряженных деталей:
1 — деталь с меньшей долговечностью: 2 — деталь с большей долговечностью

Общая закономерность увеличения зазора между двумя сопряженными деталями вследствие изнашивания в зависимости от времени их работы или от величины пробега автомобиля, определяющая срок службы деталей, может быть представлена кривыми, показанными на рис. 1. Здесь s„ — номинальный зазор после сборки сопряженных деталей. Область А кривых износа соответствует периоду первоначального изнашивания или приработки деталей и характеризуется резким подъемом кривой нарастания износа. В конце процесса приработки между деталями устанавливается предельный зазор snp.

На следующих участках кривых (область Б) закономерность нарастания износа характеризуется прямыми линиями, представляющими период нормальной работы сопряжения или область допустимых износов. Следует указать, что сопряженные детали, как правило, изнашиваются с различной интенсивностью, например, компрессионное кольцо, поршня и цилиндр, вкладыш и шейка коленчатого вала. Поэтому наклон прямых износа в области Б неодинаков.

Конечные участки кривых характеризуют резкое нарастание износов и представляют период прогрессирующего изнашивания. В результате значительного увеличения зазоров между сопряженными деталями, ухудшения условий смазки, а также увеличения ударной нагрузки, изнашивание деталей резко увеличивается, приводя к частым их поломкам и исключая возможность дальнейшей работы деталей.

Уменьшение интенсивности изнашивания деталей в процессе эксплуатации может быть достигнуто соблюдением оптимальных режимов технической эксплуатации.

Двигатель

Срок службы двигателя ограничивается в первую очередь износом цилиндро-поршневой группы, коленчатого вала и подшипников.

На рис. 2 показан характер износов цилиндров двигателя, отлитых из серого чугуна, по образующим, лежащим в плоскостях параллельной и перпендикулярной оси коленчатого вала.

Наибольшая величина износа наблюдается в области, соответствующей примерно 8—10% хода поршня от в. м. т., выше которой располагается неизнашиваемая зона.

Износ цилиндра на конус в карбюраторных двигателях происходит под влиянием условий работы поршневых колец и коррозийного изнашивания. В период сгорания в начале такта расширения газы, развивая давление до 40 кГ/см2, проникают в канавки поршневых колец и резко повышают удельное давление колец на стенки цилиндров (под первым кольцом до 30 кГ/см2). По мере опускания поршня величина давления быстро падает. Высокое давление колец в верхней части цилиндров способствует выжиманию смазки из-под первого поршневого кольца, возникновению полусухого или граничного трения и повышенному изнашиванию стенок цилиндров в верхнем поясе.

Овализация цилиндров объясняется различными причинами: неодинаковой деформацией цилиндров, перекосом шатунно-поршневой группы и др. Однако основной причиной, наиболее сильно проявляющейся в верхней части цилиндров, является коррозирующее действие потока горючей смеси, поступающей через впускной клапан.

Наибольший радиальный износ наблюдается против впускного клапана.

Рис. 2. Износ цилиндра автомобильного двигателя по образующим:
1 — в плоскости, параллельной оси коленчатого вала; 2 — в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала

В поршне наибольшему изнашиванию подвергаются поршневые кольца и канавки поршня.

Канавки поршня и кольца изнашиваются по высоте, а кольца, кроме того, и по толщине. При этом изменяются первоначальная упругость колец, зазор между поршневыми канавками и кольцами и зазор в замке.

Шатуны изнашиваются в местах их сопряжения с поршневым пальцем и коленчатым валом.

При увеличении зазора между втулкой верхней головки шатуна и поршневым пальцем обычно возникают стуки.

В коленчатом вале двигателя изнашиваются коренные и шатунные шейки.

Шатунные шейки по окружности изнашиваются неравномерно, принимая эллиптическую форму, а по длине — на конус. Изнашивание шатунных шеек коленчатого вала происходит в среднем в 1,5 — 2 раза быстрее, чем коренных.

Изнашивание коренных шеек по окружности происходит также неравномерно, хотя износы их соответственно меньше, чем шатунных.

Рис. 3. Эпюра радиальных взносов цилиндров автомобильного двигателя после пробега 30 тыс. км:
I — VI — номера цилиндров

Быстрый износ и разрушение заливки вкладыша происходят преимущественно от абразивных частиц (металла, минеральной пыли и пр.), попадающих в масло, поступающее к подшипникам, при недостаточной его фильтрации.

В распределительном механизме изнашиваются опорные шейки и кулачки распределительного вала, клапаны и толкатели. В результате изнашивания кулачков меняется их профиль.

Изнашивание клапанов проявляется в обгорании и короблении головки клапана, в износе фаски, образовании раковин, появлении трещин и изменении размеров диаметра и длины стержня клапана. Вследствие уменьшения величины зазора между клапаном и толкателем нарушается герметичность посадки клапана, изменяются фазы распределения и в результате снижается мощность двигателя и увеличивается расход топлива.

В толкателе изнашиваются его цилиндрическая поверхность и торцы, а иногда регулировочные болты и их резьба.

Трансмиссия

В сцеплении изнашиваются фрикционные накладки ве-домых дисков, наблюдаются повреждения (задиры) поверхностей нажимного и ведущего дисков, коробление ведомых дисков и потеря упругости нажимных пружин.

Изнашивание зубьев шестерен коробок передач выражается в уменьшении толщины зубьев, их выкрашивании и износе шлицев.

У валов коробки передач изнашиваются опорные шейки под подшипник и шлицы.

В результате износа зубьев шестерен увеличивается зазор между ними, нарушается правильное зацепление и как следствие — шум при работе, возможна также поломка зубьев.

Механизмы управления и ходовая часть

Изнашивание деталей рулевого механизма выражается в уменьшении толщины зубьев, червяка и ролика (преимущественно в середине червяка), износе подшипников червяка, вала сошки и его втулок, что вызывает увеличение зазоров в сопряжениях и приводит к увеличению свободного хода рулевого колеса и прилагаемого к нему усилия.

В тормозном механизме в наибольшей степени изнашиваются тормозной барабан и тормозные колодки. Износ тормозного барабана выражается кольцевой выработкой рабочей поверхности на глубину 0,5 мм и более. Износ накладок обычно превосходит износ тормозных барабанов. Как правило, барабаны задних колес изнашиваются больше передних, а средний износ накладок нижних колодок больше, чем верхних.

В ходовой части автомобиля наибольшему изнашиванию подвергаются детали передней оси. В шкворневом соединении изнашиваются концевые части шкворня и втулки поворотных папф. Средняя часть шкворня и отверстие в бобышке балки передней осн изнашиваются на конус.

Наибольший износ рессорных пальцев наблюдается в вертикальной плоскости, параллельной задней оси автомобиля, со стороны рессоры.

В подшипниках ступиц колес изнашиваются ролики или шарики и беговые дорожки обойм.