1.3.3. Основні причини зміни технічного стану автомобілів
Найважливішими процесами фізичного старіння деталей автомобіля є втома, корозія і зношування. Старіння автомобіля — це процес поступової і безперервної зміни экс властивостей, що викликається дією механічних, електричних, теплових і інших навантажень. Наявність таких навантажень визначається режимом роботи і умовами експлуатації автомобіля.
Втома — процес руйнування деталі під впливом багатократних навантажень, що повторюються. Руйнування пов'язане з виникненням втомних тріщин, розвиток яких пропорційно кількості циклів вантаження. Втомною міцністю в основному визначається довговічність рам, ресор, картерів мостів і інших деталей автомобіля.
Корозія — процес руйнування матеріалів унаслідок їх хімічної і електрохімічної взаємодії із зовнішнім середовищем. Корозійні поразки деталей завжди починаються з поверхні. Корозійною стійкістю багато в чому визначається довговічність кузова автобуса і легкового автомобіля.
Основною причиною зміни технічного стану механізмів автомобіля є зношування деталей — процес поступової зміни розмірів, форми і стани поверхні деталі, що відбувається при терті. Зношування, крім порушень механічних зв'язків між деталями, спричиняє за собою порушення термодинаміки згорання в двигуні, запалення в електроустаткуванні, сумішоутворення в системі живлення і тому подібне. Зношуванню деталей часто супроводять деформації, накопичення втомної напруги і тому подібне.
Зношування супроводжується як механічними, так і фізико-хімічними явищами, що ускладнюються тим, що на них істотний вплив робить проміжне середовище (мастило, повітря) і чинники навколишнього середовища: температура, вологість і запилена повітря, дія сонячних променів і так далі. Основна причина зношування деталей автомобіля— тертя ковзання і кочення. Поверхні тертя мають мікронерівності, розміри яких залежать від точності обробки. При терті взаємодіють мікронерівності поверхонь, що труться, між собою і з абразивними частинками, що потрапили в масло. Руйнування декількох шарів мікронерівностей приводить до макропошкоджень, тобто змінам форми поверхні. Тертя ковзання в двигуні відбувається між поршневим кільцем і дзеркалом циліндра, між шийками, колінчастого валу і підшипниками; тертя кочення — в шарико - і роликопідшипниках.
У механізмах автомобіля можуть бути одночасно два види тертя. Наприклад, робота шестерень коробки передач супроводжується тертям кочення і ковзання. Залежно від умов і режиму тертя, від якості поверхонь, що труться, змащувальних матеріалів і дії зовнішнього середовища характер зношування деталей механізмів автомобіля може бути різним.
Знос — результат зношування, що виявляється у вигляді зраді шиї розмірів, форми і стану поверхні деталі. З метою виявлення основного процесу руйнування поверхні і управління їм розроблені класифікації видів ізносу. По ГОСТ 27674-88 «Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения.» розрізняють механічне, корозійномеханічне і зношування під дією електричного струму. Стандарт встановлює терміни та означення основних понять, що застосовуються у науці, техніки та виробництві в області тертя, зношування та мащення.
Механічне зношування визначається різанням, виламуванням частинок, пластичною деформацією і тому подібне. Найбільш поширений вид механічного зношування — абразивне зношування.
Абразивним називається зношування поверхні деталі у результаті дряпання твердих частинок, які мають різну форму і по-різному орієнтовані своїми гострими ребрами до поверхні, що зношується. Одні з них надають ріжучу дію, а інші пластично деформують м'якший матеріал, залишаючи сліди у вигляді видавлених рисок. В результаті багатократного переміщення частинок відбувається поступове руйнування поверхневого шару деталі. Абразивні частинки можуть потрапляти на поверхні, що труться, разом з повітрям, паливом, мастилом і тому подібне. До абразивного зношування у поєднанні з іншими видами схильні практично всі деталі автомобіля, що труться.
Зношування унаслідок пластичної деформації характеризується тим, що при підвищених навантаженнях і температурах деталь інтенсивно деформується з утворенням пластично видавлених рисок або із зняттям стружки (пластичне різання) Поверхностні шари металу поступово переміщаються під дією сил тертя у напрямі ковзання. В цьому випадку зношування може відбуватися без втрати ваги, але при зміні розмірів. Цей вид зношування характерний для підшипників ковзання, втулок шатуна, бобишек поршня і інших деталей.
Зношування при крихкому руйнуванні характеризується тим, що поверхневий шар одного з металів, що труться, в результаті тертя і супутніх йому пластичних деформацій інтенсивно наклепує і стає крихким. Порушення зв'язків поверхневого шару з основною масою металу приводить до його руйнування з утворенням сколовши. Зносу при крихкому руйнуванні піддаються кільця кулькових і роликових підшипників, зуби шестерень і інші деталі.
Схоплювання металу і перенесення його з однієї деталі на іншу, вирівнювання частинок з поверхні однієї деталі і налипання або на кивання на іншу, заїдання зв'язаних деталей унаслідок виникнення молекулярного зчеплення між поверхнями, що труться є в підшипниках ковзання, втулках валів, поршнях та інших деталях, особливо в процесі приработки механізмів. При інтенсивному зчеплені металів здійснюється процес наволакливання шару менш міцного металу на поверхню більш міцного.
До механічного також відносяться і ерозійне і кавітація зношування, які викликаються взаємодією потоків рідин або газів з поверхнями деталей.
Ерозія— процес вимивання і вирива окремих частинок матеріалу унаслідок тертя потоку рідини або газу і їх ударів об поверхню. Прикладом ерозії може бути зношування паливної апаратури дизельних двигунів, жиклерів карбюраторів, випускних клапанів двигуна.
Кавітація — це утворення, а потім і поглинання парогазових бульбашок в рухомій на поверхні деталі рідині при певних співвідношеннях тиску і температур в змінних перетинах потоку. Руйнування бульбашок кавітацій супроводжується гідравлічними ударами по поверхні деталі і утворенням каверн (порожнин). Руйнування кавітації іноді спостерігається у водяних насосах, на зовнішніх поверхнях мокрих гільз циліндрів двигуна і в інших деталях автомобіля.
Корозійно-механічне зношування супроводжується явищами хімічної дії середовища (кисню, газів, кислот, лугів) з матеріалом деталей, що труться. Взаємодія середовища з поверхневими шарами металу приводить до утворення нових хімічних з’єднань, які різко змінюють властивості активних шарів металу, що труться. При цьому поверхні, що труться, зношуються унаслідок періодичного утворення і руйнування менш міцного шару. Корозійномеханічному зношуванню піддаються циліндри двигуна, вкладиші підшипників, шийки колінчастого валу та інші деталі унаслідок дії сірної, сірчистої і органічної кислот.
Зношування під дією електричного струму (електроерозійне зношування) поверхні виникає в результаті дії розрядів при проходженні електричного струму.
Залежно від умов роботи одна і та ж деталь може піддаватися одночасно дії декількох видів зношування. Наприклад, верхня частина циліндра двигуна піддається одночасно механічному і корозійно-механічному зношуванню.
Інтенсивність зношування поверхневих шарів має певні закономірності (рис. 1.2.). Величина зносу підвищується протягом всього пробігу Е автомобіля до граничного стану деталі, але інтенсивність зношування різна на різних етапах роботи.
Рис.1.2 Залежність зносу та інтенсивності зношування деталей автомобіля від вибігу
У початковий період роботи (прироблення) зношування деталей протікає вельми інтенсивно (ділянка ОА) до деякого значення. Потім переходить в зону сталого зношування (ділянка АБ), різко зростає і переходить в аварійне зношування. У міру прироблення знижується інтенсивність зношування унаслідок збільшення площі поверхонь за рахунок зносу, а також зміни мікрогеометрії поверхонь деталей і питомого тиску, що труться.
Зношування на ділянці АБ називається нормальним (природним). Воно характеризується постійністю умов роботи тертя і швидкості зношування даного сполучення. Після крапки Б зношування різко збільшується за рахунок збільшення зазору між поверхнями, що труться, зростання динамічних навантажень, погіршення мастила і ін. Отже, збільшення зазорів між деталями повинне бути обмежене.
Якщо працююче сполучення розібрати, то після збірки інтенсивність зношування збільшиться в порівнянні з первинною за рахунок нового прироблення його деталей. Таким чином, розбирання автомобіля і його елементів повинне проводитися тільки у разі крайньої необхідності.