Зміна геометричної форми деталей
Дуже важливим показником технічного стану сполучень є геометрична форма деталей. Саме зміна геометричної форми деталей у процесі експлуатації є основною причиною підвищення інтенсивності зношування сполучених деталей та скорочення їх ресурсу після заміни однієї з них.
У двигуні до основних геометричних відхилень, що виникають у процесі експлуатації відносяться: овальність шийок колінчастого валу (особливо шатунних), прогин вкладишів по утворюючій (особливо шатунних), прогин колінчастого валу, неспіввісність корінних опор блоку циліндрів, овальність гільз циліндрів. овальність посадкових місць під гільзи в блоці циліндрів У зубчастих передачах коробки і провідних мостів геометричними відхиленнями є нерівномірність зношування зубів шестерень, порушення міжосьових відстаней. Основними геометричними відхиленнями карданної передачі є прогин карданних валів, що призводить до їх дисбалансу.
Овальність шийок колінчастого валу в процесі експлуатації зростає в основному через нерівномірне зношування. Конусність шийок колінчастого валу сучасних двигунів у процесі експлуатації, як правило, незначна і не має певної тенденції зміни. Конусність обумовлена переважно технологічними похибками (або конструктивними, як, наприклад, асиметричне розташування стрижня шатуна щодо нижньої головки у двигунів ГАЗ-51). Нерівномірність зношування шийок по колу обумовлена нерівномірністю докладання навантажень у силу характеру газових та інерційних сил двигуна внутрішнього згоряння. Найбільш зношується ділянками шатунних шийок є в площині кривошипа нижня і верхня області шийки через дії максимальних інерційних і газових сил. У перпендикулярній площині зносшийок мінімальний. У корінних шийок розташування зон найбільшого та найменшого зносу залежить від конструкції двигуна (рядний, V-подібний), порядку роботи та розташування отворів системи змащення.
Овальність шийок, тобто різниця діаметрів у зазначених площинах, у процесі експлуатації зростає як наслідок різної інтенсивності зношування шийок у зазначених зонах. З урахуванням лінійної залежності інтенсивності зношування від зносу отримаємо
деae0 = a01 - a02- інтенсивність овалізації шийок колінчастого валу в кінці приробітку, наведена до початку експлуатації;e = S1 - S2- овальність шийок.
Враховуючи, що інтенсивність овалізації ae є похідною від овальності по напрацюванню (ae = de /dl) визначимо залежність овальності від пробігу
Сенс постійної інтегруваннясnвизначається з початкових умов: приl = 0овальністьe = 0, тоді
Тобто інтенсивність овалізації шийок у процесі експлуатації зростає. Враховуючи, щоae- похідна відeдоl, то експоненційна залежність справедлива і дляe, тобто
деe0- овальність шийок наприкінці опрацювання, приведена до початку експлуатації.
У процесі експлуатації зростає також і прогин колінчастого валу внаслідок дії газових та інерційних сил. Збільшення прогину під час роботи обмежують зазори в корінних підшипниках. Оскільки зазори в підшипниках у процесі експлуатації зростають за експоненційною залежністю, то прогин колінчастого валу, який за відсутності неспіввісності корінних опор блоку циліндрів пропорційний зазору, також зростає за експоненційною залежністю.
деJ0- прогин у кінці приробітку;b- параметр, що враховує вплив зазору наінтенсивність деформації валу (параметр «b» у разі менше за величиною, ніж залежно зазору від напрацювання, оскільки враховується прогин нового валу і значної жорсткості колінчастого валу).
Неспіввісність корінних опор блоку циліндрів у процесі експлуатації змінюється переважно внаслідок деформаційного старіння. Оскільки межі зміни неспіввісності від номінальної до гранично допустимої незначні, то зростання неспіввісності зі збільшенням напрацювання можна описати лінійною залежністю (1.24).
Значна частина двигунів надходить у ремонт (частіше капітальний) через таку відмову, як провертання вкладишів (особливо шатунних). Часто вважається, що це раптова відмова, проте прокручування вкладишів є результатом закономірного процесу деформації вкладишів утворює у вигляді прогину. Прогин вкладишів є наслідком їхнього напруженого стану, при якому напруги можуть перевищувати межу плинності. Через це зменшується фактичний зазор у підшипниках та спостерігається зниження зчеплення вкладиша з ліжком.
В результаті статистичного аналізу за 350 двигунами КамАЗ-740 встановлено певну нерівномірність частоти прокручування вкладишів за номерами циліндрів (Рис. 2.11, крива 1). Найчастіше (близько 30% на кожній шийці) провертання спостерігається на шийках циліндрів 5 і 3, а також (близько 10%) циліндрів 6 і 4. Як видно зі схеми (Рис. 2.12) ці шатунні шийки розташовані ближче до каналу підведення олії шатунну порожнину від корінної шийки.
Останнє зумовлено тим, що масло, що випливає з каналу підведення в порожнину відцентрового брудоуловлювача, динамічно впливає на рівень олії в брудоуловлювачі в зоні ближнього отвору, створюючи тут турбулентність і наганяючи хвилю в зону далекогоотвори. Ці особливості і створюють несприятливі умови мастила підшипника, ближнього до каналу підведення олії, і більш сприятливі для далекого.
Спостереженнями також встановлено, що провертання вкладишів передують натири на вкладишах та шийках колінчастого валу. Розподіл цих дефектів за номерами циліндрів аналогічний розподіл частоти випадків провертання вкладишів (Рис. 2.11, криві 2 і 3). Розмір зносу шийок колінчастого валу і верхніх (найбільш навантажених) шатунних вкладишів розподіляється по циліндрам аналогічно (Рис. 2.13).
Мал. 2.12. Схема підведення олії в порожнині шатунних шийок:
1-8 – номери циліндрів; I-V - номери корінних шийок (стрілки показують напрямок підведення олії до шатунних шийок).
Дослідження вкладишів з натирами на робочій поверхні показали, що характерні натири в середній частині з квітами втечі та без них, з руйнуванням антифрикційного шару та без руйнування. Зона натирів і припалів, що з'являється в середині вкладиша, має форму еліпса, як результат перетину тора і циліндра (див. Рис. 2.14, зона С), поступово збільшується і займає значну площу, приводячи в подальшому до прокручування вкладишів. Вимірювання вкладишів з натирами і припалами показали, що вони мають прогин D по утворюючій, що обумовлює форму площі натирів і припалів і зменшення розміру вкладиша у вільному стані (див. рис. 2.14). Площу натирів і припалів визначали за допомогою прозорого сітчастого шаблону, що накладається на робочу поверхню вкладиша.
Мал. 2.14. Схема деформації та розташування зон натирів та припалів – шатунних вкладишів.
Для визначення параметрів залежності прогину D від відхилення d = dн - d на Рис. 2.14 весь діапазон спостережуваних відхиленьdбуврозділений на вісім інтервалів, у кожному з яких було побудовано розподіл прогину вкладиша D. За середніми значеннями розподілів знайдено параметри лінійної залежності, яка прийнята як апроксимуюча
де D0 - прогин вкладиша при номінальному розміріdн(зазвичай нові вкладиші);b- Зміна прогину на одиницю відхиленняd.
Наявність прогину вкладиша призводить до зростання ймовірності безпосереднього контактування з шийкою та появи натирів та припалів з більшою площею. Зростання площі натирів і припалів З збільшенням відхиленняdі прогину D можна апроксимувати також лінійною залежністю
де С0 і - площа натирів та припалів на вкладиші за відсутності відхилення (d = 0) та прогину (D = 0);
b`таb``- зміна площіСна одиницю відхиленняdта прогину D.
За результатами обробки даних за 420 вкладками способом найменших квадратів визначено параметри залежностей (1.30 -1.32), які наведені нижче (див. Таблиця 2.1).
Параметри залежностей (1.30 –1.32)
для шатунних вкладишів двигунів КамАЗ-740