§ 3. Изнашивание деталей автомобиля

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

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_H — 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 S пр.

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.

Границей между зонами равномерного и прогрессирующего изнашивания является предельно-допустимый износ

(S пд) -

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

Двигатель

—Пробег, км, или Upeni сабогпы " aflmowcfiu/i?

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

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. 3).

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 чежду поршневыми канавками и кольцами и зазор в замке.

Рис. 2. Износ цилиндра автомо­бильного двигателя по образую­щим:

/ — в плоскости, параллельной оси коленчатого вала; 2— в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала

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.

Износ и разрушение тонкостенных вкладышей выражается незначительным увеличением внутреннего диаметра и в боль­шей степени в выкрашивании, задирах и коррозии (свинцо-

Располвжте впускных кмпано§

Рис. 3. Эпюра радиальны* износов цилиндров автомобиль­ного двигателя после пробега 30 тыс. км: /— V7 — номера цилиндров

висто-бронзовые вкладыши) поверхности, залитой антифрик­ционным сплавом.

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 ве­домых 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 оси 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.

Изнашивание деталей ходовой части вносит изменения в первоначальные значения углов установки передних колес.

| 4. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

АВТОМОБИЛЯ

Наибольшее влияние на изменение технического состояния автомобиля оказывают: его конструкция, качество материалов и технология производства, качество топливо-смазочных мате­риалов, условия эксплуатации автомобиля и качество техниче­ского обслуживания.

Конструкция автомобиля

Усовершенствованием конструкции автомобиля и его от­дельных агрегатов, заключающемся в создании более рацио­нальных конструктивных схем механизмов и систем, можно значительно повысить надежность и долговечность авто­мобиля.

Так, например, установка воздушного фильтра на двигате­ле обеспечивает задержание до 98 — 99% пыли и увеличивает срок его службы в два раза.

Установка центробежных фильтров в двигателях взамен бу­мажных щелевых снижает износ цилиндров в 1,5 и шеек колен­чатого вала в 2,5 — 3 раза.

Введение системы вентиляции картера двигателя уменьшает разжижение масла топливом и износ его деталей.

Установка термостата, жалюзи перед радиатором в системе охлаждения двигателя и масляного радиатора способствует поддержанию теплового режима двигателя, снижает его износ и повышает топливную экономичность. При наличии термоста­та время разогрева двигателя до рабочей температуры сокра­щается в 3 — 4 раза и более (в зависимости от начальной и ко­нечной температур ), а общий его износ за это время уменьша­ется в 7 — 8 раз.

Для уменьшения интенсивности изнашивания деталей ци- линдро-поршневой группы применяют поршни с овальной юб­кой, специальные износостойкие вставки (из чугуна) в поршне из алюминиевого сплава в зоне размещения верхнего компрес­сионного кольца, компрессионные поршневые кольца с опти­мальным отношением их толщины к радиальной толщине, уменьшающем потерю упругости и вибрацию колец.

Применение тонкостенных вкладышей для шатунных и ко­ренных подшипников коленчатого вала повышает срок их службы. В целях уменьшения износа карбюраторного двигате­ля применяют: карбюраторы с переменным сечением диффузо­ра (улучшающие распыление топлива при частичных нагруз­ках), подогрев впускного трубопровода горячими газами или горячей водой, жалюзи с управлением от термостата, вентиля­тор с биметаллическими лопастями, изменяющими угол атаки в зависимости от окружающей температуры, и др.

Применение в коробке передач шестерен постоянного зацеп­ления и синхронизаторов, уравнивающих скорости вращения выключаемых шестерен, уменьшает износ и поломку зубьев шестерен. 16

Приведенные примеры показывают, что конструктивными мероприятиями можно снизить изнашивание деталей автомоби­ля и количество возникающих неисправностей.

Качество материала и технология производства

Качество материала, его механическая и термическая обра­ботка оказывают влияние на уменьшение износа, повышение срока службы и надежности механизмов автомобиля.

Для повышения износостойкости цилиндров двигателей применяют короткие вставные гильзы из легированного чугуна, обладающего высокой коррозийной стойкостью, что позволяет сократить износ цилиндров в 2— 2,5 раза.

Для шестерен коробок передач главной передачи и диффе­ренциалов широкое применение получили легированные (хро- моникелевые, хромистые, хромомарганцовистые и др.) стали, обладающие не только высокой износостойкостью, но и высо­ким пределом усталости и сопротивляемости динамическим на­грузкам.

Износостойкость сопряженной пары иногда повышают за счет применения разнородных материалов с различным хими­ческим составом и механическими свойствами. Например, стальной кованый коленчатый вал двигателя и его баббитовый подшипник.

Долговечность подшипников коленчатого вала обеспечива­ется применением биметаллических и триметаллических тонко­стенных вкладышей. С целью повышения износостойкости деталей автомобиля широко применяется электролитическое (канальчатое или пористое) хромирование трущихся поверх­ностей.

Покрытие пористым хромом верхних компрессионных колец поршней уменьшает их износ в 3 — 4 раза.

Решающее значение для повышения износостойкости дета­лей имеет качество механической обработки. На поверхности детали в результате механической обработки инструментами остаются неровности в виде гребешков и впадин (микро­рельеф).

Чем грубее обработка трущихся поверхностей, чем больше величина их шероховатости, тем в большей степени будет про­являться процесс молекулярно-механического изнашивания.

Чистота поверхности оказывает также влияние на срок службы неподвижных сопряжений, характеризуемых величиной натяга при данной посадке. При более грубой обработке дета­лей выступающие на поверхности детали неровности подверга­ются под влиянием действующих нагрузок пластической де­формации и срезаются, что приводит к уменьшению натяга и быстрому нарушению прочности посадки.

Влияние качества топливо-смазочных материалов

Качество топлива оценивается совокупностью физико- химических показателей, характеризующих его эксплуатацион­ные свойства, которые должны соответствовать ГОСТу. Приме­нение топлива, не отвечающего техническим условиям, приво­дит к повышенному его расходу, снижению мощности и про­грессивному изнашиванию двигателя. Основными показателями бензинов являются фракционный состав, детонационная стой­кость и коррозионная агрессив­ность дизельного топлива — вязкость, цетановое число, кор­розийная агрессивность, а также температура кристаллизации и механические примеси.

50 ео 70 80 Октанодое /тело

Рис. 5. Зависимость изменения мощ­ности двигателя и расхода бензина от октанового числа при наивыгод­нейших углах опережения зажигания.

1 — расход бензина; 2 — мощность двигателя

Фракционный состав бензина, а следовательно, его испаря-

емость влияют на надежность пуска, длительность прогрева двигателя, его экономичность и изнашивание. При недостаточ­ной испаряемости бензина ухудшается пуск двигателя и увели­чивается расход топлива. Кроме того, частицы неиспарившего- ся жидкого бензина (конденсат) смывают со стенок цилиндра смазку, проникают в картер и, разжижая масло, понижают его вязкость и смазывающие качества, чем и способствуют повы­шенному износу двигателя (рис. 4). Чрезмерное понижение 10-процентной точки бензина может привести к образованию паровых пробок в топливопроводах, ухудшить подачу бензина в карбюратор и вызвать перебои в работе двигателя.