Взаимное влияние на уровне сопряжения

 

Взаимное влияние технического состояния сопряженных деталей особенно ярко проявляется на подшипниках коленчатого вала и цилиндро-поршневой группы двигателя. Давление в системе смазки двигателя снижается с увеличением зазоров в подшипниках коленчатого вала из-за изнашивания деталей. Пониженное давление масла приводит к повышению интенсивности изнашивания деталей сопряжения из-за пониженной несущей способности масляного клина между ними, то есть повышения вероятности контактирования микронеровностей. Это также приводит и к повышению интенсивности усталостного выкрашивания антифрикционного слоя вкладышей и изменения геометрической формы шеек коленчатого вала.

Возрастание площади усталостного выкрашивания антифрикционного слоя вкладышей в процессе эксплуатации приводит к снижению площади рабочей поверхности, а, следовательно, к росту давления на поверхности трения, что, в конечном итоге, приводит к повышению интенсивности изнашивания и изменения геометрической формы деталей сопряжения.

Возрастание в процессе эксплуатации двигателя овальности шеек коленчатого вала повышает динамичность работы сопряжения за счет более частого нарушения масляного клина между шейкой и вкладышами по сравнению с шейкой, имеющей форму правильной окружности. Это ведет к тому, что с увеличением овальности шеек происходит возрастание как амплитуды нагрузки при контакте, так и количества циклов нагружения фрикционных связей, что повышает интенсивность изнашивания и изменения геометрической формы деталей сопряжения.

В цилиндро-поршневой группе после замены поршневых колец новые кольца работают с гильзой, имеющей отклонения геометрической формы в основном в виде овальности. Овальность гильз цилиндров снижает фактическую площадь контакта колец с гильзами, что приводит к росту интенсивности изнашивания как колец, так и гильз.

При замене поршневых колец возрастает интенсивность их изнашивания и по высоте, так как зазор в сопряжении с поршнем увеличивается из-за износа поршневой канавки. Это приводит к увеличению расхода масла на угар по сравнению с первым комплектом колец.

Исходя из сказанного, а также с учетом полученных ранее зависимостей, с достаточной для практики точностью можно зависимость интенсивности изнашивания и усталостного разрушения от величины износа DS и изменения геометрической формы e (овальности) шеек коленчатого вала и гильз цилиндров принять линейной в виде

	(1.88)
	(1.89)

где a₀ - интенсивность изнашивания в конце приработки, приведенная к началу эксплуатации; b - изменение a на единицу износа; a¢₀ - интенсивность изнашивания при правильной (круглой) геометрической форме; b¢ - изменение a на единицу овальности.

Поскольку для динамически нагруженных сопряжений a и e возрастают по экспоненциальной зависимости (1.6), (1.28), то ресурс сопряжений после замены вкладышей (колец) будет сокращаться по зависимости

(1.90)

где l _зо = (S_пр - S₀) / a₀; S_пр - предельный износ; S₀- износ в конце приработки, приведенный к началу эксплуатации.

Зависимость интенсивности изнашивания от износа деталей (зазора в сопряжении) (1,88) подтверждена многочисленными исследованиями Ф.Н. Авдонькина. Для проверки зависимости интенсивности (скорости) изнашивания от овальности шеек коленчатого вала и гильз цилиндров были проведены экспериментальные исследования. В стендовых условиях были проведены исследования двигателя с различной исходной овальностью шатунных шеек коленчатого вала. Исходная овальность значительно повышает интенсивность изнашивания шеек как за время приработки, так и в процессе испытаний (Рис. 2.55). Особенно существенно влияние овальности шеек на интенсивность изнашивания вкладышей. В процессе стендовых испытаний об износе вкладышей судили по изменению зазора в шатунных подшипниках, который измеряли без разборки сопряжения. Зависимость зазора за время приработки и средней скорости изнашивания шеек от их исходной овальности приведены на Рис. 2.55.

После завершения стендовых испытаний двигателя и измерения износа и площади усталостного выкрашивания антифрикционного слоя вкладышей получена зависимость этих показателей от исходной овальности шеек (Рис. 2.57). Интенсивность овализации шеек также значительно зависит от исходной овальности шеек (Рис. 2.58). В целом увеличение овальности шеек коленчатого вала с 0 до 30 мкм снижает ресурс подшипников в 1,3 раза.

Аналогичные экспериментальные статистические данные получены и по влиянию овальности гильз цилиндров на скорость изнашивания гильз и поршневых колец (Рис. 2.59) и по влиянию овальности шатунных шеек коленчатого вала на скорость изнашивания шеек и вкладышей двигателей ЯМЗ-240Б (Рис. 2.60). Параметры этих зависимостей приведены ниже (Таблица 2.6).

Рис. 2.55. Изменение показателя приработки по среднему износу S₀ (а) и средней интенсивности изнашивания шеек a (б) в зависимости от исходной овальности шеек:

1 - с учетом приработки; 2 - после приработки

 

Рис. 2.56. Изменение показателя приработки по зазору в шатунных подшипниках S₀ (а) и средней интенсивности возрастания зазора a (б) от исходной овальности шеек:

1 - с учетом приработки; 2 - после приработки

 

 

Таблица 2.6

Параметры зависимости скорости изнашивания деталей

сопряжений от исходной овальности шеек коленчатого вала

и гильз цилиндров двигателей ЯМЗ-240Б

Детали сопряжений	Параметры
	a¢0	b¢	ra,e
Шатунные шейки	20,24	0,59	0,995
Верхние вкладыши	14,94	1,11	0,842
Нижние вкладыши	7,89	0,80	0,921
Гильзы цилиндров (верхний пояс)	48,44	0,47	0,843
Верхние компрессионные кольца	36,87	0,21	0,780

 

Рис. 2.57. Зависимость площади выкрашивания (а) и износа (б) верхних (1) и нижних (2) вкладышей от исходной овальности шеек.

 

Рис. 2.58. Зависимость показателя приработки по овальности e_о (а) и средней интенсивности увеличения овальности a_e (б) шатунных шеек от исходной овальности шеек.

Рис. 2.59. Зависимость средней скорости изнашивания от овальности гильз e в неизношенном поясе (двигатель ЯМЗ-240Б):

1 - гильз; 2 - верхних компрессионных колец

 

Рис. 2.60. Зависимость средней скорости изнашивания вкладышей от исходной овальности e шатунных шеек двигателей ЯМЗ-240Б:

1 - шатунных шеек; 2 - верхних; 3 - нижних вкладышей

 

Судя по величине коэффициента корреляции r_a,e теснота связи статистических данных и линейной зависимости (1.89) высокая, а по величине коэффициента b¢, наибольшее влияние исходная овальность оказывает на скорость изнашивания верхних (наиболее нагруженных) вкладышей. Проверка коэффициентов на значимость показала, что влияние овальности на скорость изнашивания значимо, а не обусловлено действием случайных факторов.

Указанное взаимное влияние приводит к сокращению ресурса подшипников, что экспериментально подтверждается эксплуатационными наблюдениями за двигателями ЗИЛ-130 десяти автобусов ЛАЗ-695Е, замену вкладышей, у которых производили по признакам износа и без перешлифовывания шеек коленчатого вала. В результате обработки данных получено, что после каждой замены пробег до следующей замены вкладышей сокращается (Рис. 2.61). Приведенные данные подтверждают справедливость экспоненциальной зависимости (1.90) ресурса деталей от наработки с начала эксплуатации.

Рис. 2.61. Зависимость наработки до очередной замены l₃ шатунных - 1 и коренных - 2 вкладышей, деталей ЦПГ - 3 в долях от наработки до первой замены от номера замены n и наработки l с начала эксплуатации.