|
Ресурс отремонтированных автомобилей не превышает 40 % от ресурса новых, а себестоимость ремонта в ряде случаев за период эксплуатации значительно выше стоимости новых машин. Основной причиной выхода из строя большинства деталей, которые в процессе эксплуатации подвержены контактно-фрикционному воздействию, является изменение их формы и геометрических размеров, вследствие интенсивного изнашивания или усталостно-контактного повреждения рабочих поверхностей. Это следует из данных по отказам, приведенных в табл. 2. Преобладающими видами отказов карданной передачи являются разрушения поверхности шипов крестовины, износ торцов, задиры и заедания компенсатора линейных перемещений, приводящие в дальнейшем к вибрациям, разрушениям подшипников коробки передач, мостов, промежуточных опор. Основными видами повреждения шлицевых соединений являются износ и смятие контактирующих поверхностей. Наиболее характерными отказами ведущих мостов являются разрушения рабочих поверхностей ведущих и ведомых Шестерен, оси и сателлита колесной передачи, крестовины дифференциала и других деталей.
Таблица 2 Виды и количество отказов деталей различных агрегатов и систем автомобилей, %
|
Основные виды отказов |
Двигатель |
Сцепление |
Коробка передач |
Карданная передача |
Задний мост |
Передний мост, подвеска |
Рулевое управление |
Тормозная
система |
|
Износ |
47,2 |
83 |
65,3 |
97,6 |
72,9 |
58,2 |
79,3 |
49,8 |
|
Поломка |
2,6 |
4,0 |
- |
2,4 |
- |
34,5 |
2,6 |
9,0 |
|
Выкрашивание |
1,7 |
— |
21,3 |
— |
22,4 |
— |
15,2 |
— |
Причиной износа чашки дифференциала, а также чашки водила колесной передачи вместе с осями сателлитов является фреттинг-коррозия, возникающая вследствие микроперемещений, вызванных несоосностью, монтажной и технологической погрешностями, повышенными зазорами и вибрациями. При износе опорных поверхностей чашек дифференциалов более 0,05 мм на сторону может происходить перекос и заклинивание сателлитов. Износ зубьев главной передачи автомобиля существенно увеличивает динамическую нагруженность трансмиссии. Данные испытаний свидетельствуют о том, что при интенсивных износах уже после 20 тыс. км пробега средние отклонения от номинальных значений крутящего момента возрастают на 60...70 %. К быстроизнашивающимся деталям автомобилей относятся и шарнирные соединения рулевого управления, которые выходят из строя из-за усталостного разрушения и схватывания поверхностей при ограниченной смазке.
Таким образом, характер повреждений силовых элементов автомобилей обусловлен тем, что взаимодействие поверхностей деталей осуществляется в различных условиях, которые определяются конструктивными, технологическими и эксплуатационными особенностями.
Важное значение для обеспечения высокой работоспособности и надежности машин имеют технологические особенности производства высоконагруженных деталей автотракторной техники. Применение рациональных прогрессивных технологий позволяет значительно повысить технический уровень и эксплуатационные показатели машин.
Основные наиболее часто встречающиеся в конструкциях машин силовые элементы механических систем и причины их выхода из строя приведены в табл. 3, а на рис. 2 показаны предельные состояния деталей после длительной эксплуатации.
Таблица 3 Основные типы силовых механических систем и причины отказов их элементов
|
|
Зубчатая передача |
Трение качения
(ограниченное
скольжение) |
Питтинг, изнашивание |
Нарушение функциональ-ных характеристик, пре-дельные отклонения геомет-рических размеров, шум, вибрация, катастрофические разрушения рабочих поверхностей зубьев |
|
Переключаемые элементы силовых передач, клапанныеуплотнения и системы |
Контактно-фрикционное взаимодействие, трение скольжения, ударно-циклические контактные нагружения |
То же |
То же |
|
Подшипники качения |
Трение качения |
» |
Нарушение функциональ-ных характеристик, пре-дельные отклонения геомет-рических размеров, шум, вибрация, катастрофические разрушения рабочих поверхностей |
|
Подшипники скольжения |
Трение скольжения |
Различные виды
изнашивания |
Предельные отклонения геометрических размеров, нарушение функциональ-ных характеристик, шум, вибрация, разрушение деталей' подшипниковых узлов |
|
Торцевые и другие виды контактных уплотнений |
Трение скольжения |
То же
|
Предельные отклонения геометрических размеров, нарушение функциональных характеристик |
Условия эксплуатации механических систем характеризуются нагрузками, которые могут быть представлены в виде определенных классификационных групп.
Типовые режимы можно разделить:
• по происхождению: внешние, которые являются результатом взаимодействия с внешней средой, и внутренние, зависящие от конструктивных особенностей и режимов эксплуатации машины;
• виду воздействия механических нагрузок: вибрационные, ударные (одиночные и многократного действия);
• характеру приложения нагрузки: сосредоточенные, распределенные;
• виду деформации: растягивающие силы, сжимающие силы, изгибающие моменты, крутящие моменты, срез, вдавливание;
• характеру протекания: мгновенные импульсы, импульсы конечной продолжительности, ступенчатые импульсы, непрерывные импульсы, комбинированные импульсы и т.п.
В зависимости от характера протекания во времени механические воздействия разделяются на периодические (непрерывно изменяющиеся, импульсные периодические и смешанные периодические) и непериодические.
Особую роль при эксплуатации механических систем играют случайные механические воздействия, которые могут быть стационарными и нестационарными. Возникновение ударных нагрузок связано с резким изменением ускорения, скорости или направления перемещения изделий.
Эксплуатационная нагруженность многих типов механических систем является результатом перечисленных механических воздействий. Поэтому повреждения и отказы деталей приводов обусловлены прежде всего условиями эксплуатации.
Приводы и трансмиссии представляют собой сложные механические системы взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (зубчатые колеса, подшипники, валы, механизмы переключения и т.д.).
Для автотракторной техники характерным является резкопеременный режим нагружения. Поэтому при анализе несущей способности силовых элементов и их сопряжений, а также для прогнозирования надежности машин необходимы достоверные данные о нагрузках, которые приводят к возникновению усталостных провесов, разрушению и выходу из строя машин в целом.
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что диапазон изменения окружных скоростей зубчатых колес при разных условиях эксплуатации отличается более чем в 30 раз, а величина крутящего момента более чем в 2 раза может превышать номинальные нагрузки.
Динамические нагрузки, возникающие в трансмиссии, можно разделить на постоянно действующие при установившемся движении с постоянной скоростью и на возникающие в переходных процессах движения машины. Динамические нагрузки первой группы, вызванные продольными и угловыми колебаниями, взаимодействием трансмиссии с ходовой частью и подвеской, непостоянством крутящего момента двигателя, а также неравномерностями крутящего момента, передаваемого карданными и зубчатыми передачами, в первом приближении могут считаться квазистационарными случайными процессами. Динамические нагрузки, возникающие при переходных процессах движения машины, таких как трогание с места, разгон и торможение, переключение передач, автоколебания при трогании и буксовании, являются нестационарными случайными процессами.
Нестационарная нагруженность силовых элементов машин показана на рис. 4, где приведены кривые распределения тяговых усилий, а в табл. 4 даны характеристики условий, при которых происходит формирование эксплуатационных нагрузок.
Прежде было указано, что динамические нагрузки разделяются на постоянно действующие при установившемся движении и на возникающие при переходных процессах. Даже наезд автомобиля на дорожные неровности приводит к увеличению тягового усилия на колеса, что, в свою очередь, увеличивает нагруженность трансмиссии, делает эту нагрузку переменной в зависимости от характеристики дороги.
Особое значение для оценки влияния технологических факторов и качества изготовления на динамические процессы имеет внутренняя динамика силовых передач. Известные модели, описывающие динамические процессы, вызванные перезацеплением зубьев, можно классифицировать по следующим типам:
• одиночный удар зубчатых колес, обусловленный погрешностью шага зацепления (ударная модель);
• кромочное взаимодействие зубьев, обусловленное той же погрешностью (кромочная модель);
• параметрическое возбуждение колебаний, обусловленное периодическим изменением жесткости зацепления;
• кинематическое возбуждение, вызываемое периодическими погрешностями зубчатых колес;
• виброударные колебания зубчатых колес, вызванные боковыми зазорами (виброударная модель).
Основными возбуждающими факторами, обусловленными точностью изготовления силовых передач, являются погрешность шага зацепления и дискретное нагружение зубьев. Постоянная погрешность шага зацепления действует в течение всего времени нахождения пары зубьев в зацеплении с учетом того, что имеет место кромочное взаимодействие зубьев на входе и выходе из зацепления, а также периодическое изменение мгновенного передаточного отношения зубчатой пары. Дискретный характер нагружения связан прежде всего с внезапным приложением и снятием нагрузки на зубе при входе и выходе из зацепления.
В процессе эксплуатации механических систем происходят необратимые изменения зазоров вследствие износа деталей сопряжений и контактирующих поверхностей силовых элементов приводов, что существенно влияет на условия формирования и величину динамических нагрузок. Изменение технического состояния приводов и трансмиссий сопровождается изменением вибрационных характеристик.
Разрушение рабочих поверхностей (питтинг) влияет на характер вибрации во всем частотном диапазоне, поскольку контактное взаимодействие поврежденных поверхностей, а также разрушение масляной пленки приводит к возникновению ударов, которые выявляются по интенсивности высокочастотных гармоник Увеличению случайных составляющих в сигнале вибрации. Дефекты износа проявляются на этапах длительной эксплуатации.
|
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ