Курсовая работа по автотранспорту на тему Методика и стендовые средства испытания тормозных свойств автомобиля

Изнашивание (ГОСТ 27674-88) определяется как процесс отделения материала с поверхности твёрдого тела или увеличения его остаточной деформации при трении. Классификация основана на доминирующем механизме разрушения и включает три основные группы.
Механическое изнашивание возникает при прямом контакте поверхностей или воздействии твёрдых частиц. Абразивный вид развивается при внедрении абразивных частиц в материал, когда твёрдость сплава (Нс) ниже твёрдости абразива (На), что приводит к срезанию микрообъёмов. При Нс > 0.6На преобладает пластическая деформация без образования стружки. Гидроабразивное и газоабразивное изнашивание являются подвидом абразивного, где частицы переносятся жидкостной или газовой средой. Схватывание I рода характерно для условий высоких давлений, превышающих предел текучести материала, при отсутствии смазки, что провоцирует образование металлических связей и вырыв фрагментов поверхности. Схватывание II рода возникает при комбинации высоких скоростей и давлений, вызывающих размягчение материала из-за перегрева, с последующим налипанием и переносом металла. Усталостное изнашивание (питтинг) проявляется при циклических нагрузках в парах качения, приводя к образованию трещин и выкрашиванию [2].
Коррозионно-механическое изнашивание сочетает химическое и механическое воздействие. Окислительное изнашивание происходит при взаимодействии активированного трением поверхностного слоя металла (толщиной 10–100 нм) с кислородом среды, образуя и разрушая оксидные плёнки. Фреттинг-коррозия наблюдается при малых колебательных перемещениях (например, в заклёпочных соединениях), где сочетаются окисление и абразивное действие продуктов коррозии.
Изнашивание при действии электрического тока представлено электроэрозионным видом, при котором локальный нагрев от электрических разрядов вызывает оплавление и выкрашивание материала.
Критерии опасности:
• Допустимые виды: Окислительное изнашивание (интенсивность до 0.005 мм/ч) и механохимическое абразивное (без скачкообразного разрушения).
• Аварийные виды: Схватывание I/II рода (риск заклинивания узла), механическое абразивное при Нс < 0.6На (быстрая потеря размеров), питтинг (необратимое выкрашивание).
Для испытаний на машине ВМИ-1М критичен выбор режимов: например, повышение нагрузки до 1.5 кН провоцирует схватывание, а введение абразива в смазку имитирует работу сельхозтехники в запылённой среде [1]. Сравнительная характеристика видов изнашивания приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1 – Сравнительная характеристика видов изнашивания
Группа Ведущий фактор Параметры разрушения Практический пример
Механическое Контактные напряжения Коэф. трения 0.2–10 Валы КПП без смазки
Коррозионно-механическое Хим. активность среды Толщина оксидной плёнки < 0.1 мкм Подшипники в морской воде
Электроэрозионное Электрический разряд Глубина кратеров > 50 мкм Контакты реле


1.2 Допустимые и аварийные виды изнашивания

Критерием разделения видов изнашивания на допустимые и аварийные служит характер деградации поверхностей: плавное изменение геометрии или катастрофическое разрушение. Ключевые различия систематизированы в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Критерии допустимости видов изнашивания
Категория Вид изнашивания Механизм разрушения Предельные параметры Последствия в эксплуатации
Допустимые Окислительное Формирование/срыв оксидных плёнок (≤ 0.1 мкм) Скорость ≤ 0.005 мм/ч, T ≤ 200°C (сталь) Прогнозируемый износ, ремонтопригодность
Механохимическое абразивное Пластическая деформация без сколов (Н_с > 0.6Н_а) Интенсивность ≤ 0.01 мм/100 км Постепенная потеря размеров
Аварийные Схватывание I рода Холодное сваривание ювенильных поверхностей P > σ_т, отсутствие смазки Заклинивание узла за 2-5 мин. работы
Схватывание II рода Диффузионный перенос размягчённого металла T > 0.5T_плав, V > 1 м/с Массивный вырыв материала
Усталостное (питтинг) Развитие трещин от цикл. нагрузок σ_экв > σ_-1 Выкрашивание >30% поверхности
Абразивное (Н_с < 0.6Н_а) Режущее действие частиц Концентрация абразива >5 г/л Потеря геометрии за 1 цикл работы

Анализ критериев:
1. Допустимые виды
• Окислительное изнашивание: доминирует в узлах с граничной смазкой (шестерни, подшипники скольжения). Защитный эффект обеспечивается динамическим равновесием: скорость образования оксидной плёнки (Fe3O4) компенсирует её срыв. Критический параметр — температура: при T > 250°C для сталей плёнка теряет адгезию, провоцируя схватывание II рода.
• Механохимическое абразивное: характерно для почвообрабатывающей техники. Условие допустимости — высокая твёрдость материала (HRC > 55 для сталей). При соблюдении Нс> 0.6На износ носит равномерный характер (шероховатость Ra 3.2–6.3 мкм).
2. Аварийные виды
• Схватывание:
o I род: возникает при отсутствии смазки в высоконагруженных контактах (зубья шестерен, шлицы). Диагностируется по скачкам момента трения (коэффициент μ = 0.5–10). Необратимо повреждает поверхность за 103 – 104 циклов.
o II род: развивается в узлах с экстремальными скоростями (диски сцепления, тормозные пары). Температурный порог для сталей — 600°C. Сопровождается аустенитизацией поверхностного слоя.
• Питтинг: прогрессирует в подшипниках качения при превышении контактных напряжений (σmax > 2000 МПа для шарикоподшипников). Глубина трещин достигает 0.5–2 мм, приводя к вибрациям и разрушению за 106 циклов.
• Катастрофическое абразивное изнашивание: типично для гидросистем с загрязнённым маслом (твердые частицы > 50 мкм). При Нс < 0.6На интенсивность износа превышает 0.1 мм/ч.
3. Практические рекомендации для испытаний на ВМИ-1М
• Контроль режимов:
o Для моделирования допустимого износа: P = 0.5–1 кН, Tмасла = 50–80°C, скорость V = 0.5 м/с.
o Для провокации аварийных режимов: P > 1.5 кН, T > 100°C, сухое трение.
• Диагностика:
o Рост μ > 0.6 сигнализирует о схватывании.
o Падение длины искусственной базы > 20% за опыт — признак абразивного разрушения.
Результаты испытаний на ВМИ-1М интерпретируются через призму данной классификации. Например, интенсивность износа U > 0.02 мм/100 км указывает на недопустимый режим эксплуатации.


1.3 Устройство и принцип работы виртуальной машины ВМИ-1М

ВМИ-1М — виртуальный аналог физической машины трения МИ-1М, предназначенный для имитации испытаний образцов на изнашивание