Условия работы и причины выхода из строя ведущих мостов автомобилей мерседес

Ведущие мосты автомобилей мерседес предназначены для изменения крутящего момента двигателя и переда­чи его к колесам. Наиболее характерными отказами заднего (ведущего) моста грузового автомобиля яв­ляются: преждевременный выход из строя сальни­ков, разрушение рабочих поверхностей ведущих и ведомых шестерен, оси и сателлита колесной переда­чи, чашки и крестовины дифференциала и некото­рых других деталей.

Сальники—это уплотнительные устройства, предназначенные для герметизации соединений. Процесс выхода уплотнения из строя заключается в постепенном изменении первоначальных свойств резины, ее износе и растрескивании вследствие на­копления усталостных разрушений. В результате этого нарушается упругий контакт с валом и воз­никает утечка масла из агрегата. Кроме того, экс­плуатация потерявшего эластичность («затвердев­шего») сальника в контакте с закаленной токами высокой частоты поверхностью фланца (вала) в присутствии шаржирующих твердых абразивных ча­стиц и продуктов износа приводит к преждевремен­ному изнашиванию последнего. Обычно сальники подвергаются замене при утечке смазки более 5,0 г/ч, а фланцы — при износе трущейся поверхно­сти 0,15—0,20 мм. Работоспособность пары зависит от частоты вращения вала, его биения, твердости и шероховатости опорной поверхности, температуры окружающей и уплотняемой среды, ее давления, фи- зико-механических свойств, а также материала уп­лотнения. Недостаточным ресурсом обладают так­же неподвижные соединения чашки дифференциала с крестовиной, чашки водила колесной передачи с осями сателлитов и аналогичные детали ведущих мостов.

Причиной износа является фреттинг-коррозия, возникающая вследствие микроперемещений, вы­званных несоосностью, монтажной и технологиче­ской погрешностью, повышенными значениями до­пусков и вибрациями. Кроме того, причиной микро­перемещений контактируемых поверхностей являет­ся неравномерность распределения нагрузки по ши­рине контакта, а также изменение ее во времени. В зависимости от амплитуды микроперемещений изменяются характер и интенсивность изнашивания трущихся поверхностей. При амплитуде смещений до 5 мкм износ практически отсутствует, от 25 до 70 мкм начинают развиваться процессы фреттинг- коррозии.

При этом вначале происходит упрочнение тру­щихся поверхностей вследствие взаимодействия их микровыступов. Возможно образование точек схва­тывания после разрушения оксидных пленок. Раз­рушающиеся вследствие усталостных процессов мо­стики схватывания образуют первичные продукты. Соприкасаемые поверхности гладкие, с небольшими раковинами в окисных пленках. При значении амп­литуды более 70 мкм в подповерхностных слоях на­капливается усталостная поврежденность. Одновре­менно интенсифицируются процессы окисления и вследствие адсорбции кислорода и влаги формиру­ется коррозионно-активная среда. Изнашивание происходит за счет разрушения оксидных пленок. При дальнейшем увеличении амплитуды микро- перемещений образуются подповерхностные тре­щины, отслаиваются окисленные пластинки метал­ла и предварительно разрыхленная усталостными и коррозионными процессами мягкая поверхность чашки дифференциала или водила колесной пере­дачи разрушается (рис. 3, г). В зависимости от про­должительности работы, частоты смещений, окру­жающей среды, величины давлений, а также мате­риалов и смазки в зоне контакта наблюдаются про­цессы схватывания, усталостно-окислительного и коррозионного разрушения, одновременно протека­ющие при фреттинг-коррозии. Уже при износе опор­ных поверхностей чашки дифференциала более 0,05 мм на сторону могут произойти перекос и за­клинивание сателлитов, приводящие к ускоренно­му износу шин ведущих колес. Кроме этого, на чашках дифференциала наблюдается износ сфери­ческих поверхностей под сателлитами и торцевых поверхностей под шестернями.

Зубчатые колеса ведущих мостов грузовых ав­томобилей выходят из строя вследствие усталост­ного разрушения, поломок, абразивного изнашива­ния и заедания. Поломки обусловлены повышен­ной концентрацией напряжений, значительными дополнительными динамическими нагрузками, вы­сокими значениями остаточных растягивающих напряжений, вызванных погрешностями неудов­летворительной механической и термической обра­ботки или сборки. Кроме того, поломка может произойти из-за попадания в зацепление зубьев посторонних предметов, заедания валов колес в подшипниках скольжения, разрушения подшипни­ков качения или других деталей, вызывающих зна­чительную перегрузку шестерен. Иногда поломка может быть вызвана сильным износом поверхности упрочненного слоя материала или отслаиванием его вследствие кромочного контакта. Применяемые в ведущих мостах шестерни с высокой твердостью рабочих поверхностей зубьев прирабатываются не­значительно и ломаются при погрешностях изготов­ления и сборки.

Усталостное выкрашивание, или «питтинг», яв­ляется основным видом разрушения поверхностей зубьев закрытых зубчатых передач.

Выкрашивание — специфическая форма устало­стного разрушения поверхностного слоя металла под воздействием контактного нагружения. Оно за­ключается в отделении частичек металла, в резуль­тате чего на его поверхности образуются округлые ямки, раковины с темным, без металлического блес­ка дном. Ямки образуются следующим образом: в первоначально возникшие усталостные трещины проникает смазочное масло, запирается там набе­гающей поверхностью парного зуба и создает высо­кое давление. Вследствие его расклинивающего дей­ствия отрывается поверхностная частица металла. Чаще всего ямки выкрашивания появляются на ножках зубьев и в зависимости от твердости поверх­ности могут достигать 5 мм.

Абразивное выкрашивание зубчатых колес вы­зывается как попаданием дорожной пыли, так и про­дуктами усталостного выкрашивания трущихся по­верхностей. Исследования, проведенные в Ташкен­те, установили зависимость вида преобладающего износа зубчатых колес от количества абразивных частиц в масле. Так, при содержании в масле более 2 % пыли процессы усталостного выкрашивания не успевают развиваться, и поверхностные слои голо­вок зубьев удаляются абразивом за счет микрореза­ния. Абразивные частицы способствуют неравномер­ному изнашиванию профиля зубьев, ведущему к появлению циклических колебаний. Воздействие абразива ведет в первую очередь к износу поверхности ножки зуба, лежащей за пределами теорети­чески активного участка профиля. Это сопровожда­ется дополнительным износом головки сопряженно­го зуба, что вызывает увеличение суммарного износа в зацеплении и постепенное уменьшение фактического коэффициента перекрытия. На 2—4 порядка возрастает скорость изнашиваний зубчатых передач, работающих средах с наличием абразива, по сравнению с аналогичными деталями, работающими в чистых маслах.

При значительных давлениях, возникающих на участках фактического контакта, может происхо­дить разрыв масляной пленки, удаление окисных слоев, вторичных структур и т. д. Это приводит к появлению отдельных рисок, а при неблагоприят­ных условиях — к заеданию, задиру рабочих по­верхностей зубьев.

Характерной особенностью разрушения зубча­тых зацеплений ведущих мостов автомобиля мерседес явля­ется одновременное протекание усталостного, аб­разивного и окислительного изнашивания. Устало­стному выкрашиванию зубьев в зоне их начальной окружности сопутствует абразивный износ, проте­кающий на ножке и головке зуба. Об этом свиде­тельствуют царапины на поверхностях трения зуба. Взаимодействие сильно деформированного поверх­ностного слоя с химически активными компонента­ми масла и кислородом воздуха приводит к обра­зованию хрупких вторичных структур. Последние легко удаляются абразивными частицами. Вследст­вие этого на изношенной поверхности в результате многократного воздействия абразива хорошо за­метны царапины различных размеров. Матовый цвет рабочих поверхностей шестерен ведущих мостов указывает на протекание сопутствующего окис­лительного изнашивания. Даже незначительный из­нос зубьев главной передачи автомобиля, мало из­меняющий величину бокового зазора, существенно увеличивает динамические нагрузки в трансмиссии. Так, например, после пробега 20 тыс. км средние отклонения от номинальных значений крутящего момента возросли на 60—70 %.

Рис. 3. Внешний вид быстроизнашивающихся деталей ве­дущих мостов:
а — крестовина дифференциала; б — шип крестовины с износом на участке контакта под сателлитом и фреттинг-коррозией в месте со­пряжения с чашкой дифференциала; в — разрушенный участок по­верхности трения крестовины в зоне интенсивного износа под са­теллитом; г — разрушенный участок поверхности чашки дифферент циала, пораженной фреттинг-коррозией в месте сопряжения с кре­стовиной

При появлении «питтинга» они могут увеличиться в 1,5 раза по сравнению с передачами без следов усталостного выкрашивания.

Выход из строя крестовин дифференциала веду­щих мостов автомобиля Mercedes-Benz обусловлен чаще всего из­носом поверхностей шипов под сателлитами (рис. 3).

Основным видом износа крестовины следует считать процессы усталостного, абразивного и окис­лительного изнашивания. На некоторых автомоби­лях наблюдаются случаи интенсивного разрушения поверхностей шипов крестовины в контакте с брон­зовыми втулками сателлитов (рис. 3, в).

При пробегах автомобилей, превышающих 150 тыс. км, наблюдаются случаи усталостного вы­крашивания боковых поверхностей осей сателлитов, эксплуатирующихся в контакте с игольчатыми под­шипниками. Поверхностное повреждение этих дета­лей происходит так же, как и зубчатых передач.