В зависимости от внешних воздействий, окружающей среды и свойств трущихся поверхностей быстроизнашивающихся деталейгрузовых автомобилей мерседес выделяют различные виды изнашивания. Они достаточно подробно рассмотрены в существующей литературе. Эксплуатация узлов трения автомобиля имеет ряд особенностей, без учета которых трудно выбрать оптимальное конструкторско-технологическое решение, направленное на повышение их износостойкости. Этими особенностями являются: неустановившийся режим работы узла, реверсивность перемещения, вибрации, воздействия окружающей среды.
Неустановившийся режим работы составляет от 95 до 98% при движении автомобиля в городе, от 50 до 81% — при движении по проселочной дороге и от 14 до 37% — на автомагистралях. Динамические нагрузки, сопутствующие неустановившимся режимам, вызывают в поверхностных слоях дополнительные упругие деформации. Они приводят к постоянной переориентации структуры металла, дополнительному генерированию дефектов и другим изменениям. Знакопеременный характер сдвиговых деформаций с интенсивным образованием дефектов в поверхностных слоях, усталостные процессы, развивающиеся в трущихся материалах при неустановившихся режимах, более чем в 2 раза увеличивают износ деталей грузовых автомобилей мерседес.
При реверсивности движения происходит своеобразное изменение величины и направления сдвиговых деформаций, а также внутренних напряжений, повышение температуры в зоне трения и перестройка дислокационных полей. Все это приводит к накапливанию дефектов структуры металла, увеличению свободной поверхностной энергии и интенсификации электрофизических и химических процессов на поверхностях реверсивного трения.
Значительное влияние на интенсивность изнашивания деталей автомобиля оказывают вибрации, приводящие к качественному изменению процессов деформирования. При этом изменяется степень участия тангенциальных и нормальных сил, способствующих значительному распространению деформаций вглубь металла. В зависимости от их величины в зоне контакта могут наблюдаться процессы малоцикловой или многоцикловой усталости, схватывания и т. д. Действие циклических нагрузок при трении приводит к экстремальным изменениям исходной структуры поверхностных слоев металлов, проявляющимся в интенсивном окислении контактных поверхностей. Толщина образующихся в таких условиях нагружения окисных пленок в десятки раз выше, чем при трении без колебаний. В то же время вибрации вызывают интенсивное разрушение окисных пленок, приводящее к схватыванию трущихся поверхностей. Разрушившиеся окислы подобно абразивным частицам являются источниками высоких локальных напряжений, вызывающих интенсивное деформирование и изнашивание. Наибольшая интенсивность износа наблюдается при частотах вибраций до 20 Гц, при дальнейшем возрастании частоты износ уменьшается.
Основной причиной повышенного изнашивания деталей в условиях виброударного нагружения считается интенсивное развитие усталостных процессов. Происходящее при этом многократное деформирование рабочих объемов приводит к зарождению и развитию усталостных микротрещин. Их источники могут располагаться как на поверхности, так и внутри материала (параллельно трущейся поверхности). Чаще всего зарождение микротрещин происходит по границе структурных составляющих металла, обладающих различными физико-механическими свойствами. Совместное воздействие реверса и вибраций приводит к значительному возрастанию износа трущихся сопряжений. Например, при наложении реверсивного трения с вибрациями частотой 15—18 Гц наблюдалось девятикратное увеличение износа чугунных поверхностей.
Огромное воздействие на интенсивность изнашивания деталей грузового автомобиля мерседес,особенно узлов шасси, оказывают процессы абразивного разрушения трущихся поверхностей. Степень влияния абразива в них зависит от запыленности воздуха, на которую влияет множество факторов: вид покрытия дороги и ее состояние, направление и скорость ветра, температура и влажность воздуха, движение автомобилей по дороге и т. д.
В зависимости от соотношения этих факторов запыленность воздуха при движении автомобиля Mercedes-Benz по дороге может меняться от 1 до 2000 мг/м3. Во время песчаных бурь в районах пустынь Средней Азии запыленность достигает 17 000мг/м3. Немаловажны фактором является минералогический состав пыли, а также размер абразивных частиц, находящихся в контакте с деталями автомобиля. Результаты анализа размеров частиц дорожной пыли в зависимости от их удаления от поверхности почвы показывают, что на расстоянии 65 см от поверхности дороги 76 % частиц имеют размер от 5 до 50 мкм. Причем минералогический состав этих частиц таков: 50—60 % двуокиси кремния и 40— 45 % окиси алюминия, кальция, железа и других элементов. Таким образом, основным компонентом дорожной пыли являются кварцевые частицы размером от 10 до 60 мкм. Необходимо учитывать, что с уменьшением размера частиц содержание кварца во всех пылях уменьшается. Это связано со значительно большей твердостью последнего по сравнению с другими минералами, входящими в состав пыли. В литературе, посвященной абразивному изнашиванию, исследователи подменяют минералогический состав частиц химическим определением содержания окислов кремния и алюминия, а затем отождествляют содержание кварца и корунда, имеющих высокую твердость и ту же химическую формулу с соответствующими окислами. В действительности окислы кремния и алюминия входят в состав различных минералов, твердость которых значительно уступает кварцу и корунду. Установлено, что собранная с поверхности капота и кабины грузового автомобиля мерседес дорожная пыль имеет значительно меньшую абразивную способность, чем искусственный кварцевый загрязнитель, чаще всего применяемый при стендовых испытаниях. Абразивная способность искусственной кварцевой (с содержанием кварца 98 %) и естественной дорожной пыли достигает максимума при размерах частиц около 70 и 55 мкм соответственно. Практическое отсутствие износа от пыли с размером частиц менее 4 мкм объясняется тем, что такие частицы по своим размерам меньше толщины масляной пленки между трущимися поверхностями и в изнашивании не участвуют. Повышение размеров частиц до определенного значения приводит к возрастанию абразивной способности. Кварцевые частицы размером более 80 мкм и частицы дорожной пыли более 60 мкм имеют меньшую абразивную способность. Это обусловлено, по-видимому, уменьшением возможности попадания крупных частиц в зазор между трущимися поверхностями и увеличением их разрушающего напряжения.
Высокая запыленность воздуха и низкое качество уплотнений обусловливают загрязнение смазочной среды узлов трения грузовых автомобилей мерседес абразивными частицами, количество которых обычно прямо пропорционально пробегу автомобилей мерседес. Изучение состава загрязнений, содержащихся в масле агрегатов трансмиссии, после 6—8 тыс. километров пробега показало, что 50—60 % из них общим количеством до 0,58 % от веса масла составляют частицы дорожной пыли. Безусловно, это приводит к частой замене масла. Для обеспечения нормальной работоспособности узлов шасси концентрация абразивных частиц к моменту смены масла в агрегатах трансмиссии не должна превышать 0,1 %. В действительности же на автомобилях и тракторах, работающих в одинаковых условиях, концентрация загрязнений масла больше допустимого. Так, после 1050 часов работы пропашного трактора в картере коробки передач накапливалось 0,31 % почвенной пыли. Еще хуже обстоят дела с менее защищенными узлами ходовой части, подвески и рулевого управления. Абразивное изнашивание может вызываться также продуктами окислительного, коррозионно-механического или усталостного процессов разрушения трущихся поверхностей. При этом роль абразива выполняют частицы исходных металлов, их окислы, частицы выкрошившихся вторичных структур, отслоившиеся продукты износа поверхностных покрытий и т. д. Размер их колеблется от 0,01 до 100 мкм. Твердость продуктов износа зависит от химического состава и условий возникновения. Твердость закислов-окислов железа типа FeO составляет 5500МПа, Fe3O4— 6400 МПа, Fe203 — 11 000 МПа. Для сравнения отметим, что твердость А2О3 — более 20 000 МПа, а SiO2 —10500—11300 МПа. В результате сильного пластического деформирования образующиеся в зоне контакта продукты износа и частицы металла по твердости значительно превышают исходную твердость трущихся поверхностей. Естественно, что такие частицы приводят к повышению интенсивности изнашивания.
Отличительной чертой трения и износа узлов транспортных машин мерседес является разнообразие внешних условий эксплуатации деталей, вызванное переменой нагрузок и скоростей, изменениями времен года, а также необходимостью работы автомобилей в различных климатических зонах. Так, установлено снижение нагруженности деталей двигателя, трансмиссии и ходовой части в зимний период. Это объясняется снижением средней скорости движения автомобиля на 20 км/ч и уменьшением коэффициента сцепления шин с заснеженной дорогой. Существенным фактором, вызывающим протекание электрохимических процессов на поверхностях деталей автомобиля (особенно в период хранения), является влияние атмосферы. Это предъявляет к последним повышенные требования по коррозионностойкости.
Повышение износостойкости деталей, лимитирующих надежность и долговечность отдельных узлов, систем и всего автомобиля в целом, может быть обеспечено конструкторскими, технологическими или эксплуатационными решениями. Выбор того или иного из них чаще всего осуществляется субъективно, в зависимости от конструкторских или технологических служб, а также наличия оборудования, производственных площадей, сложившихся на предприятии и в отрасли традиций, активности разработчиков технологических процессов и конструкторских решений, культуры технического обслуживания автомобилей и т. д.
Встречаются еще случаи, когда прогрессивными технологическими процессами пытаются исправить грубый просчет конструктора. Кроме того, существующая система экономических показателей в большей степени ориентирует автомобилестроителей на снижение трудоемкости и себестоимости изготовления машин, чем на повышение их долговечности. Все это усложняет выбор оптимального решения, направленного на обеспечение требуемой долговечности грузовых автомобилей мерседес, и предопределяет необходимость комплексного системного подхода к проблеме повышения износостойкости его быстроизнашивающихся деталей.