Лекция 2 Причины изменения технического состояния транспортных средств в эксплуатации
В результате воздействия внешних сил и сил циклических и динамических нагрузок в процессе работы транспортных средств происходит изменение их технического состояния. Основными постоянно действующими факторами, ухудшающими техническое состояние транспортных средств, являются: изнашивание, пластические разрушения и деформации, усталостные разрушения, коррозия и старение материалов. Важно знать закономерности протекания этих процессов в транспортных средствах, так как эта информация важна как для совершенствования конструкции автомобиля, так и для разработки эффективных мероприятий по предупреждению неисправностей в эксплуатации.
2.1 Изнашивание
Изнашивание (Wear process) – это процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела. Результатом изнашивания является износ.
Износ (Wear) – результат изнашивания, определяемый в установленных единицах (например, в мкм).
2.1.1 Теория изнашивания, объясняющая механизм механического истирания
Для объяснения природы трения и изнашивания существуют три теории, дополняющие и уточняющие друг друга. Их исходные положения сводятся в основном к механическому, молекулярному и молекулярно–механическому взаимодействиям между трущимися поверхностями. Отсюда и эти теории называют механической, молекулярной и молекулярно-механической.
Механическая теория. Изнашивание представляет собой процесс деформации и разрушения поверхностных слоев, происходящий в результате механического взаимодействия микронеровностей при скольжении тел.
Важно отметить,
что трущиеся детали соприкасаются не
всей видимой поверхностью, а лишь
микровыступами, пятнами касания. В силу
этого удельные нагрузки на отдельные
микровыступы достигают больших значений.
При таком давлении в контактных точках
возникают температурные вспышки
локального характера (
1000°С)
и происходит сваривание микровыступов
с мгновенным разрывом мостиков сварки.
Процесс образования мостиков сварки и последующего их разрушения схематично показан на рисунке 2.1.
Показанный характер износов подтверждается на практике в виде задиров и наплывов на трущихся поверхностях. С течением времени фактическая площадь касания увеличивается. Идет процесс приработки.
Значительная часть работы трения (70–80 %) переходит в теплоту, поэтому температура на поверхностях трения резко возрастает (I период на кривой изнашивания, рисунок 2.2). При установившемся трении тепловой баланс стабилизируется, и соединение приобретает некоторую среднюю температуру, соответствующую II периоду нормального изнашивания.
В период приработки (рисунок 2.2) происходит “перемалывание” старых микронеровностей, полученных при механической обработке, с образованием новых.
Разделяя процесс изнашивания на два основных периода (первоначальной приработки и нормального изнашивания), механическая теория получила довольно стройный вид. Однако, находясь на позициях механической теории, невозможно объяснить некоторые явления, происходящие при изнашивании материалов. Так, если считать, что изнашивание — следствие лишь процессов деформации и разрушения поверхностных слоев при механическом взаимодействии микронеровностей, то как объяснить тот факт, что чисто обработанные поверхности в процессе трения и изнашивания приобретают определенную шероховатость? Не представляется возможным объяснить и то, что поверхности с высокими механическими свойствами при трении о мягкие поверхности изнашиваются.
Для объяснения указанных явлений профессором Б.В.Дерягиным выдвинута молекулярная теория трения и изнашивания.
Молекулярная теория. Эта теория исходит из допущения существования молекулярных сил взаимодействия между контактирующими микровыступами. Факт существования молекулярной адгезии можно увидеть из эмпирической формулы Кулона, полученной им в 1799 г.
(2.1)
где F — сила трения;
А — молекулярная составляющая силы трения;
µ — коэффициент трения;
N — нормальная нагрузка.
Из этой формулы следует, что при N = О поверхности трения все-таки взаимодействуют, так как сила трения при этом F > О (F = А).
В соответствии с молекулярной теорией трения и изнашивания, на отдельных участках трущихся поверхностей молекулы настолько сближаются, что начинает проявляться взаимодействие молекулярных сил, аналогичное притяжению разноименных зарядов. Результат молекулярного взаимодействия между трущимися телами — износ чисто обработанных поверхностей.
Более полно физическую сущность явлений трения и изнашивания отражает молекулярно–механическая теория, предложенная И.В.Крагельским.
Молекулярно–механическая теория. Эта теория исходит из предположения, что трение имеет двойственную природу и обусловлено как взаимным внедрением микровыступов трущихся поверхностей, так и силами молекулярного взаимодействия. Молекулярное взаимодействие поверхностей трения невозможно без их тесного сближения. При этом неизбежны внедрение и разрушение микровыступов.
Эта теория с учетом влияния на процесс изнашивания вида трения является общепризнанной.