Изнашивание деталей в двигателях внутреннего сгорания
Краткое сожержание материала:
Размещено на
Введение
В процессе эксплуатации механизмов их отдельные сборочные единицы (узлы трения) изнашиваются, т.е. теряют свои первоначальные свойства. Изнашивание происходит в результате механических воздействий при трении двух соприкасающихся поверхностей, например, в шестеренных передачах зубьев шестерен (трение зуб о зуб), в червячных передачах - поверхности червяка и червячного колеса, в подшипниковых соединениях - цапфы и втулки (подшипники скольжения).
Все трущиеся детали механизмов в соединениях имеют мельчайшие неровности, высота которых зависит от шероховатости поверхности. Высота этих неровностей достигает 6-10 мкм. Трущиеся поверхности изнашиваются вследствие соприкосновения этих неровностей. Интенсивность изнашивания трущихся поверхностей зависит также от свойств смазочного материала и степени герметизации соединений сборочных единиц.
При попадании на трущиеся поверхности абразивных веществ, например, песка, металлической стружки, механическое изнашивание прогрессирует, что вызывает увеличение зазора между трущимися поверхностями и в результате этого ударные нагрузки на них.
Большинство механизмов и элементов в процессе работы испытывает переменные нагрузки. Такие нагрузки со временем снижают прочность тех элементов, на которые они действуют. Изнашивание поверхности трения или отдельных ее участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц, называется усталостным изнашиванием. Усталостное изнашивание приводит к выкрашиванию трущихся поверхностей деталей, к появлению трещин в материале. Интенсивность усталостного изнашивания зависит от величины нагрузки, частоты циклов нагружения, формы нагружаемого элемента и места приложения нагрузки к элементу.
изнашивание деталь форма поверхность
В шарнирных и трущихся соединениях могут наблюдаться комбинации механического и усталостного изнашивания. Механическое и усталостное изнашивание неустранимы, однако профилактические меры, предусмотренные системой планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта, способствуют резкому снижению обоих видов изнашивания. Усталостное изнашивание - это процесс разрушение поверхностей деталей от внутренних напряжений, пластических деформаций, усталостных явлений, возникающих при больших давлениях и нагрузках. При этом изнашивании на поверхности трения образуются микротрещины, трещины, единичные и групповые впадины. Примером такого изнашивания может служить выкрашивание поверхностей зубьев, рабочих дорожек ходовых колес, образование ямок на рабочих канавках обойм шариковых и роликовых подшипников, поломка шеек валов.
Интенсивность усталостного изнашивания зависит от величины нагрузки, ее длительности и количества изменений направления этой нагрузки. Усталостное изнашивание не зависит от смазки, но зависит от чистоты обработки и главным образом от конфигурации детали.
Описание условий эксплуатации узла
ДВС - двигатель внутреннего сгорания, является одним из самых распространенных двигателей. Его устанавливают на автомобили, корабли, трактора и т.д. Существует два вида двигателей внутреннего сгорания - бензиновые и дизельные.
Бензиновые ДВС работают на жидком горючем (бензине, керосине и т.п.) или на горючем газе (сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах). Основная часть ДВС - один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда и название двигателя. Наибольшее распространение получил четырёхтактный двигатель.
Дизельные ДВС - другой тип двигателей внутреннего сгорания. Воспламенение в его цилиндрах происходит при впрыскивании топлива в воздух, предварительно, сжатый поршнем и, следовательно, нагретый до высокой температуры. Этим он отличается от бензинового топлива внутреннего сгорания, в котором используется особое устройство для воспламенения топлива (свеча).
В данной расчётно-графической работе для исследования были выбраны подшипники качения коленчатого вала, двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Для того чтобы понять как изнашивается данный узел трения нам необходимо установить в каких условиях работает данная пара трения и какие виды изнашивания происходят при этом. Срок службы подшипников качения зависит от условий производства, хранения подшипников, обслуживания, установки, нагрузки и условий работы.
В подшипниках качения будет действовать усталостное изнашивание, т.к. действуют большие знакопеременные нагрузки и вал вращается с большой частотой. Данный узел может работать с использованием смазки. В подшипники вместе со смазкой могут попадать различные инородные абразивные частицы которые будут ускорять процесс износа, вследствие этого будет реализоваться абразивное изнашивания.
При вступлении металла в химическую реакцию с окислителями окружающей среды, смазочным материалом или присадками смазочных масел содержащих коррозионно-активные вещества, будет происходить окисление металла, что вызовет окислительное изнашивание. Вибрация так же будет ускорять процесс изнашивания.
Схема контакта деталей
Подшипниковый узел составного коленчатого вала:
1 - подшипники скольжения;
2 - шатун;
3 - шатунная шейка;
4-подшипники коченея;
5 - коренная шейка;
6 - противовес.
Описание видов изнашивания и формы поверхностей деталей после изнашивания
Подшипник качения является стандартным узлом трения, применяемым во многих агрегатах транспортных средств. Это обуславливается высокой универсальностью данного сопряжения, способностью воспринимать значительные осевые и радиальные нагрузки при высоких скоростях вращения, низкими энергетическими потерями при его работе. В подшипниках качения может применятся смазка твёрдыми, жидкими и пластичными смазочными материалами. Различные условия эксплуатации опор качения стали причиной создания большого количества конструкционных видов подшипников.
Основными видами изнашивания подшипников качения, как правило, является: усталостное разрушение (в виде питтинга), адгезионное, абразивное, коррозионно-механическое изнашивания.
Одной из наиболее распространённых причин выхода из строя подшипника является контактная усталость в виде питтинга поверхностей беговых дорожек внутреннего и внешнего колец и тел качения. Изначально под воздействием многократных знакопеременных деформаций происходит образование дефектов чаще всего в области проскальзывания. С течением времени концентрация и размеры дефектов растут и происходит их слияние и образование микротрещин. При увеличении нагрузки микротрещины объединяются и происходит выкрашивание материала (питтинг). Рис.1.
Рис.1. Выкрашивание материала (питтинг)
При работе подшипника без смазки при высоких режимах нагружения в зоне его контакта будет возникать высокие температуры, которые являются причиной адгезионного изнашивания. Это изнашивание будет характеризоваться тем, что на поверхности трения будут появляться углубления произвольной формы в зоне наибольших давлений. Рис.2.
Рис.2. Адгезионное изнашивание
Малые абразивные частицы, например продукты изнашивания металлов, проникающие в подшипник, приводят к повреждению дорожек качения, тел качения и сепаратора. Поверхность качения становится матовой, в зависимости от размера и типа абразивных частиц. По мере изнашивания дорожек качения и сепаратора количество абразивных частиц возрастает. Этот процесс распространяется всё шире, до тех пор, пока детали подшипника ни изнашиваются настолько, что он становится непригодным к работе. Абразивные частицы проникают в подшипник извне, если уплотнения не соответствуют условиям работы. Частицы могут попадать в подшипники вместе с загрязнённой пластичной смазкой или во время сборки подшипникового узла. Рис.3.
Рис.3. Абразивный износ
Задиры на поверхности являются следствием абразивного износа и проявляются в виде глубоких царапин на дорожках и телах качения. Отдельные задиры поверхности создают точки концентрации напряжения, в которых возможно проявление усталостных явлений. Задиры поверхности вызываются относительно большими частицами материала, которые попадают в подшипник и двигаются по дорожкам при движении тел качения. Для устранения задирав нужно использовать хорошие уплотнения и чистую смазку подшипника. Рис.4.
Рис.4. Задиры поверхности дорожек и тел качения в виде глубоких царапин
Окислительное изнашивание осуществляется когда металл вступает в химическую реакцию с окислителями окружающей среды или смазочного материала. Использование присадок содержащих соединения хлора, фосфора, серы и др. будет вызывать химическую реакцию. Металл будет вступать во взаимодействие при котором будет происходить его окисление, формирование модифицированного слоя и его усталостное разрушение. Рис.5.
Рис.5. Окислительное изнашивание
Форма изношенной поверхности
На рисунке представлена работа подшипника при плохой смазке. В процессе работы микровыступы поверхности сталкиваются друг с другом, что приводит к возникновению на поверхности напряжений сдвига. Вследствие усталости материала появляются небольшие трещины, приводящие впоследствии к микрорастрескиванию.
Необычные двигатели
Брошюра знакомит с работами изобретателей по усовершенствованию двигателей внутреннего сгорания обычных типов и созданию двигателей с принципиально но...
Сгорание в поршневых двигателях
В книге приведена классификация процессов сгорания, рассмотрены отдельные виды этих процессов и их физико-химические основы. Рассмотрены особенности с...
Изготовление основных деталей двигателей внутреннего сгорания
В учебном пособии по курсу "Технология двигателей внутреннего сгорания" описаны технологические процессы изготовления основных ответственных деталей п...
Сгорание в поршневых двигателях
Учебное пособие представляет собой изложение процессов сгорания в поршневых двигателях с искровым зажиганием с анализом возможных способов воспламенен...
Двигатели внутреннего сгорания
Принцип действия двигателей внутреннего сгорания. Мощность механических потерь. Удельный индикаторный расход топлива. Подача воздушной смеси с помощью...