Допустимые и предельные значения износа деталей. Общие понятия и определения

Различают три группы дефектов деталей автомобилей: естественный износ деталей, механические повреждения (трещины, пробоины, риски и борозды, выкрашивания, поломки и обломы, изгибы и скручивания) и тепловые повреждения (деформации и раковины, происходящие в результате температурных воздействий).

Естественный износ происходит в результате трения между трущимися поверхностями и усталости поверхностного слоя материала и является основной причиной непригодности деталей для дальнейшей работы. Различают следующие виды естественного износа: механический, молекулярно-механический и коррозийно-механический.

К механическому износу относят абразивный износ и износ, возникающий вследствие пластического деформирования и хрупкого разрушения. К молекулярно-механическому относят износ, образующийся при схватывании частиц металла между собой с последующим разрушением возникшей связи. Под коррозийно-механическим понимают механический износ, усиленный явлениями коррозии.

Абразивный механический износ имеет место в цилиндро-поршневой группе за счет попадания в цилиндры пыли (абразива), продуктов износа и коррозии. Износ пластического течения наблюдается в баббитовой заливке подшипников коленчатого вала. Износ хрупкого разрушения возможен на рабочих поверхностях клапанов, на беговых дорожках шариковых подшипников и других деталях, подверженных ударным нагрузкам.

Молекулярно-механический износ может наблюдаться при приработке, а коррозионио-механический - в цилиндро-поршневой группе за счет коррозии.

Величина износа, а следовательно; и долговечность детали, зависит от конструкции механизма и условий работы деталей (характера нагрузки, величины удельного давления, температуры и т. д.), материала деталей, точности и чистоты обработки, зазоров и натягов в сопряжениях деталей, качества сборки и регулировки, наличия и качества смазки, своевременности и тщательности выполнения технического обслуживания, условий эксплуатации автомобиля и приемов вождения.

С увеличением пробега автомобиля величина износа и зазор между сопряженными деталями постепенно увеличиваются. Нарастание износа в различных сопряжениях неодинаково, так как неодинаковы износостойкость деталей и условия их работы. Если детали подвержены ударным и знакопеременным нагрузкам, то значительное отклонение от установленного зазора, например, в подшипниках коленчатого вала двигателя, приводит к резко возрастающим износам.

Постоянное наблюдение водителя за работой автомобиля и его агрегатов, правильные приемы вождения, тщательное техническое обслуживание и своевременное устранение всех обнаруженных неисправностей - таковы пути предотвращения перехода мелких дефектов в существенные неисправности и поломки.

Предельный и допустимый износы деталей.

Между естественным износом деталей и пробегом автомобиля существует зависимость, показанная в виде кривой ОАВ на рис. 166. Участок ОА соответствует периоду обкатки нового или капитально отремонтированного автомобиля. В течение этого периода происходит повышенный износ детали в связи с приработкой сопряженных поверхностей. Участок АВ соответствует периоду нормальной эксплуатации, когда износ увеличивается значительно медленнее.

Допустимым называется износ детали, при котором она может нормально работать до очередного ремонта. Предельным называется износ, при котором нарушаются нормальные условия работы сопряженных деталей и дальнейшая эксплуатация становится невозможной или неэкономичной. После пробега автомобиля, соответствующего предельному износу (точка В), деталь необходимо ремонтировать, так как ударные нагрузки, возникающие между сопряженными деталями вследствие большого зазора, приводят к резкому увеличению износа и могут вызывать поломку деталей.

Задача ремонта

Задачей ремонта является восстановление правильной формы деталей и первоначальных зазоров (натягов) между сопряженными деталями, нарушенных при износе. При ремонте автомобиля восстанавливают номинальные размеры деталей или обрабатывают их под ремонтные размеры.

Ремонтным размером называется размер детали, отличающийся от номинального на строго определенную величину (зависит от износа детали и припуска на обработку). Такие размеры устанавливают для основных и наиболее ответственных деталей автомобиля, причем ремонтные размеры сопряженных деталей увязаны между собой. Ремонтные размеры дают возможность использовать при ремонте автомобиля готовые запасные части. При этом размеры деталей увеличивают (например, диаметры цилиндров) или уменьшают (например, шейки валов) по сравнению с номинальными размерами. Очевидно, что изменение размеров деталей при ремонте не может быть беспредельным и ограничивается прочностью детали (например, толщиной стенки цилиндра), глубиной закаленного слоя и т. д.

В качестве примера укажем, что для гильз цилиндров двигателей ЯМЗ установлено два ремонтных размера с увеличением диаметра гильзы соответственно на 0,25 и 0,5 мм, для коренных и шатунных шеек коленчатого вала - шесть ремонтных размеров с уменьшением диаметра шейки на 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 и 1,5 мм.

Способы восстановления изношенных деталей.

Изношенные детали восстанавливают механической обработкой (с применением ремонтных размеров, добавочных деталей и замены части детали), наваркой, металлизацией, гальваническим наращиванием (хромирование, осталивание, омеднение), электроискровой обработкой, перезаливкой антифрикционными сплавами (баббитом, свинцовистой бронзой), способом давления (осадка, раздача и др.), когда свободный металл детали перемещается к изношенным ее местам. Детали, имеющие механические повреждения, можно восстанавливать металлизацией, пайкой, заваркой, правкой, слесарной (штифтовка, постановка заплат) или механической обработкой. Для восстановления деталей с химико-тепловыми повреждениями применяют заварку, припиловку, шабровку, фрезерование или шлифование (например, седел клапанов), притирку, механическую обработку.

Маховик автомобиля является важнейшей частью двигателя. На него возлагается много задач, которые он безупречно выполняет до поры до времени. Ничто не вечно, и деталь эта тоже имеет свой ресурс. Узнаем, каков допустимый износ маховика.

Про маховик и сцепление

ВНИМАНИЕ! Найден совершенно простой способ сократить расход топлива! Не верите? Автомеханик с 15-летним стажем тоже не верил, пока не попробовал. А теперь он экономит на бензине 35 000 рублей в год!

Как известно, исправный чугунный маховик гарантирует нормальное функционирование ДВС. Также элемент предназначен, как оплот муфты. И допустимые значения износа элемента должны вычисляться вкупе с другими элементами сцепления.

По этой причине, если мы говорим о маховике, то будем иметь в виду всю систему сцепления. Очевидно, что деталь эта непосредственно связана со сцеплением, является его опорой.

Рассмотрим функционирование и расположение элементов сцепления более подробно.

• По всей внешней границе маховика надет бывает металлический обруч, зубья которого входят в сцеп с деталью стартера при заводе мотора. Обруч бывает стальной, прочный. Для повышения прочностных свойств, венец подвергается закалке высоким напряжением. Надевается изначально на балансир кривошипного вала после предшествующего и равномерного прогрева до температуры 180 градусов.
• Сфера маховика, соприкасаемая с диском сцепления, подвергается большой нагрузке. Фиксируется деталь болтами на оконечность кривошипного вала, а болты обязательно контрятся особой шайбой, чтобы крепежи выдерживали такую нагрузку.

Внимание. Маховики должны проходить обязательный процесс статической балансировки (при этом дисбаланс не должен превышать более 0,1 Нм).

Важные моменты:

• маховик также регулируется после посадки на кривошипный вал в сборе;
• в процессе эксплуатации большей частью истиранию подвергается обратная плоскость маховика, которая соприкасается непосредственно с диском сцепления;
• наиболее чаще изнашивается металлический обруч-венец.

Если изнашивается задняя плоскость маховика, то она перешлифовывается на станке с соблюдением основных правил. Если изнашивается венец, то он подлежит замене. Осуществляется замена обруча так: венец выбивается с детали.

В некоторых случаях, если венец сидит очень крепко, следует сделать так. Просверлить в основании обруча несколько отверстий так, чтобы обруч раскололся. При этом надо постараться не повредить чугунный материал самого маховика.

Новый обруч устанавливается либо «на холодную», либо «на горячую». Оба способа имеют как свои плюсы, так и минусы. Поставленный «на холодную» венец прослужит гораздо дольше, однако такая установка бывает сложна. И напротив, гораздо легче поставить венец «на горячую», но делать это нужно с большой внимательностью, иначе прогрев будет неравномерный.

Итак, вот как расположен маховик и элементы сцепления на схеме (речь об однодисковом сцеплении):

• рычаг педали сцепления;
• вал, передающий энергию нажатия;
• вилка выключения муфты;
• нажимной диск;
• ведомый диск;
• демпферная система, состоящая из пружин ведущего диска;
• выжимной рычаг;
• подшипник упорного типа;
• феродо или накладки;
• первичный вал КПП.

Таблица заводских допустимых размеров и зазоров основных деталей муфты

Обозначение и наименование сопряженных деталей	Номинальный размер и допуск, мм	Зазор, мм	Предел допустимого износа, мм
2141-1701030 - первичный вал коробки передач	1,595+0,046+0,029 (высота зуба вала)	0,02 - 0,132	0,3
2141-1601142 - ступица ведомого диска	1,661+0,066+0,033 (впадина ступицы)
2141-1601036-10 - направляющая втулка	31-0,080-0,180(диаметр)	0,08 - 0,219	0,4
2141-1602055 - валик педалей	20-0,033 (диаметр)
2141-1601242 - вал выключения сцепления	20-0,033 (диаметр)	0,04 - 0,325	0,6
2141-1601222 - втулка вала большая	3,48-0,12 (толщина стенки)

Признаки износа маховика

Главным признаком износа детали является поддергивание педали сцепления при нажатии. «Рывки» машины – первый признак того, что с маховиком или сцеплением что-либо не в порядке.

Еще одним явным признаком износа являются видимые внешние повреждения. Но увидеть их без разбора машины невозможно. По этой причине опытные водители советуют: если проводится ремонт автомобиля, снимается коробка, обязательно проверьте состояние маховика и сцепления.

Второстепенными признаками износа принято считать затрудненное переключение скоростей, пробуксовку автомашины, резкий или чересчур медленный старт и т.п.

От признаков износа маховика отличаются признаки износа сцепления. В этом случае, если диск сцепления отжил свой ресурс, в салоне автомобиля и под капотом будет явно ощутим запах гари.

Еще одним признаком износа диска является неполное задействование механизма. Решением проблемы в этом случае станет замена детали или прокладки. Если этого не сделать вовремя, в дальнейшем владельца ждет капитальный и дорогостоящий ремонт.

Современные автомобили часто оснащаются не стандартными механическими коробками, а роботами. На таких КПП о необходимости ремонта сцепления будет свидетельствовать неожиданное включение защитной системы.

Также на роботе признаком выхода из строя сцепления является затрудненное переключение скоростей.

Как проводится проверка

Если работа маховика или диска сцепления попадает под сомнение, надо провести следующие диагностические приемы:

• диагностировать состояние плоскости маховика (зеркала) на наличие задиров, царапин или других следов износа;
• осуществить проверку на биение – оно не должно превосходить две десятые миллиметра (в случае повышенного биения принимаются неотложные меры, иначе произойдет износ ведомого диска, будут наблюдаться рывки и дерганья в процессе задействования сцепления);
• диагностируется искореживание диска муфты (НДС) и маховика (если наблюдается коробление, то оно устраняется путем шлифования).

Примечание. Самая малая дозволенная толщина НДС обязана быть не менее 20-21 мм. Тоньше этого диск быть не должен, иначе происходит ухудшение работы демпферной системы сцепления.

Вот еще, что следует проверить:

• диагностировать зеркало НДС на гладкость (при этом допустима вогнутость не более 0.08 мм, а выпуклости вообще быть не должно);
• проверяется чистота зеркала (должна быть не ниже 1.6 мкм);
• тщательно диагностировать первый вальный подшипник (не допускается никаких заеданий);
• отдельно проверять фрикционные накладки, которые обязательно надо менять при появлении на них трещин или значительном износе материала (головки фиксаторных заклепок не должны утопать относительно рабочей поверхности материала более 0.2 мм).

Зная допустимый износ маховика и элементов муфты, удастся предостеречь основные проблемы и сложности, несущие кардинальный характер.

Основные характеристики изнашивания

ИЗНАШИВАНИЕ ПАР ТРЕНИЯ

Относительные перемещения контактирующих поверхностей и их механические взаимодействия приводят не только к изменениям состояния и свойств материалов поверхностных слоев, но и к их разрушению.

Обычно разрушение происходит в форме отделения от поверхностей трения мелких частиц материала, что приводит с течением времени к изменению размеров и формы контактирующих деталей. Это явление называют изнашиванием. Изнашивание является сложным многоуровневым процессом.

Как отмечалось ранее, основные понятия, термины и определения в области изнашивания регламентированы ГОСТ 27674-88. В частности, по этому ГОСТу результат изнашивания определен термином износ . Величину износа определяют в единицах длины, объема, массы.

Износ деталей и узлов трения приводит к ухудшению функциональных показателей машины. В результате износа нарушается кинематическая точность механизмов, снижается производительность и коэффициент полезного действия, уменьшается прочность деталей, увеличиваются расходы на ремонт и обслуживание, увеличивается шум и вибрации.

Количественно изнашивание характеризуется скоростью изнашивания

γ= Dh/t , (4.1)

где Dh - величина износа, или толщина удаленного слоя, м;

t - время, ч.

Широко распространена другая характеристика изнашивания - интенсивность изнашивания:

I= Dh/L. (4.2)

где Dh - величина износа, м;

L - путь трения, м.

Различают мгновенную (в определенный момент времени) и среднюю скорость изнашивания (за определенный интервал времени).

Еще одной характеристикой изнашивания является износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях. Оценивается величиной обратной скорости или интенсивности изнашивания.

Значение износостойкости находится в пределах 10 3 …10 13 . Установлено десять классов износостойкости (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Классы износостойкости

Поскольку изнашивание в процессе эксплуатации машины неизбежно, очень важно определять степень износа детали и установить необходимость ее ремонта. Известно, что первоначальный износ появляется в период приработки двух деталей. Этот износ незначителен и зависит от зазоров и шероховатости поверхностей. В дальнейшем нарастание износа происходит за длительный период эксплуатации и, наконец, износ достигает величины, когда наступает значительное нарушение сопряжения деталей. Поэтому в технике приняты понятия о допустимом и предельном износе.

Допустимым износом называется износ, при котором изделие сохраняет свою работоспособность.

Предельный износ соответствует предельному состоянию изнашивающейся детали.

Установление предельных износов необходимо для выполнения регулировочных операций и выбраковки деталей в эксплуатации и при ремонте. Для определения предельных износов следует руководствоваться тремя критериями: техническим, функциональным и экономическим.

Согласно техническому критерию предельному значению износа соответствует:

Резкое возрастание интенсивности изнашивания;

Снижение прочности изнашиваемой детали вследствие изменения ее размеров;

Усиление влияния износа рабочего органа или деталей сопряжения на работоспособность других деталей;

Самовыключение механизма при работе.

Технический признак предельного износа можно использовать также для оценки изменения характера неподвижного сопряжения (соединения с натягом, шлицевое и шпоночное соединения) вследствие контактной коррозии, релаксации напряжений и макропластической деформации деталей.

Основанием для функционального критерия служит изменение по мере изнашивания качества функций, выполняемых узлом или машиной. Например, отклонения размеров профиля проката от номинального вследствие износа валков, погрешности формы обработанного на металлорежущем станке изделия, изменение подачи компрессора при заданном давлении на выходе.

Экономические показатели работы машины положены в основу третьего критерия предельного износа. Наименьшие затраты на единицу выработки при сохранении качества в заданных пределах являются экономическим критерием оптимального срока службы, межремонтного периода рабочего органа или узла машины.

Экономический критерий является наиболее общим. Технические и функциональные признаки являются основными в тех случаях, когда можно не считаться с рентабельностью работы машины.

Срок службы детали или узла определяется не только по предельным износам, в соответствии с критериями, но и другими факторами: контактная усталость, коррозия и др.

Срок службы пары или детали определяют по формуле

где U max –предельный износ, м;

U 0 – начальный износ (приработанный износ), м;

Скорость изнашивания, м/ч.

Для расчета необходимо установить предельный износ и знать скорость изнашивания.

Допустимые и предельные износы деталей

Для уяснения понятий о допустимом и предельном износе рассмотрим кривую наиболее общего случая естественного механического износа в результате работы сил трения (рис. 3). Кривая справедлива для большинства сопряженных подвижных деталей, работающих с установившимся режимом и имеет три особо выраженных участка. Начальный криволинейный участок I характеризует процесс приработки нового сопряжения; прямолинейный участок II, наибольший по протяженности, соответствует промежутку времени нормальной работы сопряжения (естественный износ); криволинейный участок III соответствует промежутку времени разрушения сопряжения вследствие износа его сверх допустимого предела (предельный износ).

В виде обобщающего примера рассмотрим, подвижное сопряжение вал - отверстие. В этом случае между деталями предусматривается некоторый зазор, величина которого определяется классом точности и посадкой. На графике (рис. 4) по вертикальной оси вверх от точки О, соответствующей номинальному размеру сопряжения, будем откладывать изменения в диаметре вала, вниз - изменения в диаметре отверстия, а по горизонтальной- время работы данного сопряжения.

Рис. 3. Типовая кривая износа деталей

Рис. 4. Нарастание зазора в сопряжении вал - отверстие

При решении вопроса о ремонте детали недостаточно знать только величину ее предельного износа, необходимо определить еще и степень ее годности, т. е. установить, требует ли деталь немедленного ремонта или она сможет проработать еще один межремонтный срок.

Для решения этой задачи необходимо лабораторными испытаниями или на основе практических данных установить закономерность нарастания износа. Зная закономерность для данного сопряжения, можно-определить, какой промежуток времени при имеющемся износе сможет проработать это сопряжение до предельного износа.

Если закономерность нарастания естественного износа известна и выражена в виде кривых (см. рис. 4), где в точке tB износ достигает предельной величины, то измерительным инструментом устанавливают абсолютные величины износов Mk\ вала и Mk2 отверстия и откладывают их по вертикальной оси, проектируя точки на кривые. Соединяют полученные точки К\ и Кг прямой линией. Если отрезок времени tKtB больше межремонтного промежутка, то деталь еще может работать без ремонта, если меньше, то ее необходимо ремонтировать.

Следовательно, можно считать, что первоначальный износ появляется в первый период приработки двух деталей. Он в значительной степени зависит от первоначального (конструктивного) зазора нагрузки и первоначальной чистоты (качества) рабочих поверхностей новых сопряженных деталей.

Лекция 4.

Предельные и допускаемые износы деталей

И механизмов машин.

Определение предельно-допустимых износов аналитическим и графическим методами.

Предельные износы основных базовых деталей и деталей механизмов передач.

Общие понятия и определения. Критерии предельного износа.

Предельный износ - износ, соответствующий предельному состоянию изнашиваемого изделия или его составной части.

Предельное состояние изделия - состояние изделия, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Допускаемый износ - максимальный износ элемента (сопряжения) изделия, при котором возможно его безопасное использование в течение последующего ремонтного цикла.

Допустимый износ - износ, при котором изделие соответствует нормативным требованиям безопасности.

Скорость изнашивания - отношение величины износа к интервалу времени, в течение которого он возник.

Интенсивность изнашивания - отношение величины износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы.

Предельный износ по параметрам безопасности должен устанавливаться для деталей или их сопряжений, подверженных износу при регламентированных в нормативной документации условиях эксплуатации и связанных непосредственно или функционально с параметрами или характеристиками безопасности изделий. Предельный износ по параметрам безопасности должен быть установлен в государственных стандартах и (или) конструкторских документах на размеры или сопряжения элементов изделия. В нормативной и (или) технической документации должны быть указаны мероприятия или действия, которые должны осуществлять эксплуатирующие или ремонтные организации при достижении предельных износов, а также методы и способы их определения. Значения предельного износа, являющиеся параметрами безопасности изделия, должны быть доведены до сведения потребителя и указаны в сопровождающей изделие документации.

В зависимости от вида и функционального назначения изделия за критерии предельного износа принимают:

Начало резкого возрастания интенсивности изнашивания элементов машин, связанных с безопасностью;

Самовыключение или самовключение изделия (например, из-за износа торцевой поверхности зубчатых колес коробок передач);

Предельно допустимое снижение прочности изнашиваемой детали (например, износ и обрыв проволок канатов грузоподъемных устройств, из-за изнашивания толщины зуба у основания зубчатого устройства);

Выходящее за пределы допустимого влияние износа отдельных деталей сопряжения на параметр безопасности изделия;

Износ элементов зубчатых, цепных и других передач, крепежных элементов, вызывающих шум и вибрацию на месте оператора;

Возникновение триботехнических отказов, связанное с уменьшением силы трения до уровня ниже допустимого, заедание, заклинивание механизмов (например, износ по толщине накладок фрикционных тормозов и муфт, приводящий к уменьшению силы трения, а, следовательно, и силы удерживания грузов или машины на уклонах и т.п.);

Нарушение кинематического взаимодействия деталей (например, чрезмерное увеличение динамических нагрузок на элемент или группу элементов вследствие износа подшипников и перекоса валов);

Изменение или невозможность выполнения изделием заданных приводящих к нарушению безопасности (например, схождение цепи со звездочки вследствие износа шарниров и вытяжка).

При установлении критериев предельного износа конкретного изделия следует учитывать следующее:

В результате износа может происходить скачкообразное изменение состояния изделия, приводящее его в опасное состояние для человека или окружающей среды (заклинивание механизма, поломка деталей и т.п.);

В процессе изнашивания имеется зона интенсивного возрастания износа, приводящего к росту вибраций, шума, выделению загрязняющих веществ;

Процесс износа за время эксплуатации не имеет экстремальных зон; опасные воздействия изнашивания проявляются после достижения предельного износа.

При установлении предельного износа составных частей изделия следует учитывать влияние изнашиваемого элемента:

на работоспособность самого элемента;

на параметр безопасности изделия в целом;

на работоспособное состояние других элементов, влияющих на параметр безопасности изделия.

Для деталей с поверхностным упрочнением предельный износ не должен превышать глубины упрочненного слоя.

Интенсивность нарастания износа деталей и изменение зазоров подвижных сопряжений в зависимости от продолжительности работы происходят с определенной закономерностью. Почти для всех деталей, подверженных изнашиванию, закон нарастания износа имеет вид кривой, представленной на рисунке 13. Типовая кривая износа, несет три явно выраженных участка.

Износ на участке I кривой ОА 1 характеризуется быстрым нарастанием износа ОК за сравнительно малый период работы ОА . Он выражает начальную работу сопряжения - период приработки деталей. Износ и степень интенсивности изнашивания в этот период во многом зависят от качества поверхности деталей, условий смазки и нагрузки. С увеличением шероховатости рабочей поверхности, а также с увеличением нагрузки в начальный период работы износ деталей значительно повышается. Участок II кривой А 1 В 1 , наибольший по протяженности, характеризует нормальную работу детали или сопряжения. За время нормальной эксплуатации АВ износ деталей нарастает постепенно, часто с небольшой равномерной интенсивностью, и увеличивается на небольшое значение КК 1 . Износ на этом участке носит название естественного износа. Его значение во многом зависит от условий эксплуатации, а также от своевременности и качества проводимого технического обслуживания. Участок Ш за точкой B 1 характеризуется интенсивным нарастанием износа деталей и резким увеличением зазоров в сопряжениях. Работа сопряжений с износами деталей, превышающими значение ОК 1 , как правило, сопровождается нарушением условий смазки, перегревом деталей, появлением шумов и стуков и часто заканчивается аварийным разрушением. Такие износы называют предельными. Детали с предельными износами требуется восстановить или заменить.

Зная закономерность (кривую) нарастания износа детали или увеличение зазора сопряжения, можно легко определить предельные и допускаемые износы деталей или зазоры сопряжения. Например, при измерении размера детали во время ремонта износ ее оказался равным ОМ Отложив это значение на оси ординат, из точки М проводят прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой износа в точке Б 1 , и опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Если отрезок времени БВ равен или больше межремонтного периода, то такой износ считают допускаемым.

При допускаемом износе данное сопряжение может нормально работать еще целый межремонтный срок. Значение допускаемого износа всегда будет расположено на участке А 1 В 1 , кривой износа.

В случае наступления предельного износа дальнейшая нормальная работа данного сопряжения в течение очередного межремонтного периода невозможна, иначе произойдет авария. Значение предельного износа также расположено на участке А 1 В 1 , кривой износа вблизи точки В 1 .