Исследование износа резиновых деталей

В автомобиле используется большое число деталей из резины (сальники, прокладки, шины), основными из которых являются шины. Расходы на шины составляют значительную долю (до 10%) в себестоимости перевозок. Поэтому поддержание шин в технически исправном состоянии с минимальными затратами является одной из важных задач технической эксплуатации автомобиля. В процессе эксплуатации, по мере износа протекторов изменяются рабочие характеристики шин. Для наиболее полного их использования в заданных условиях эксплуатации необходимо знать закономерность износа шин в зависимости от пробега автомобиля, предельно допустимую величину износа.

Интенсивность изменения технического состояния шин при установившихся условиях и режиме работы автомобиля зависит от сил взаимодействия шины с дорогой, температуры шины, технического состояния агрегатов автомобиля и в свою очередь влияет на интенсивность изменения технического состояния силовых агрегатов трансмиссии. Так, несбалансированность колес повышает износ и шин, и трансмиссии, давление воздуха в шине влияет на динамическую нагрузку, приходящуюся на крепления агрегатов, на расход топлива, а следовательно, на нагрузку самих агрегатов. Эти факторы воздействуют главным образом на основной показатель рабочей характеристики шин — долговечность, определяющий экономичность перевозок, а также на напряжение и температуру шины в зоне контакта с дорогой, интенсивность изнашивания протектора. Величина последней зависит от условий механического нагружения, параметров среды при заданных физико-механических свойствах материала и от вида изнашивания.

При оценке пригодности резины для применения ее в уплотнительных узлах с возвратно-поступательным движением, помимо определения времени релаксации напряжения и накопления остаточных деформаций в статических условиях, необходимо также учитывать ее фрикционные свойства и износостойкость. При эксплуатации автомобиля может происходить хрупкое разрушение уплотнений валов, вызывающее необратимую потерю герметичности того или иного узла. С увеличением биения вала и его начальной частоты вращения температура начала хрупкого разрушения уплотнительной кромки возрастает. С увеличением длительности неподвижного контакта резиновых уплотнительных колец с валом максимальная сила трения возрастает, стабилизируясь через некоторое время.

В процессе механохимического изнашивания шин выступы дорожного полотна внедряются в их поверхность. При этом возникают напряжения и деформации в зоне касания, величина которых зависит от условий нагружения, сил трения, свойств материала шины, формы и размеров неровностей дорожного покрытия. В результате многократно повторяющихся воздействий частицы материала шины отделяются от ее поверхности при относительно небольшой силе трения между шиной и сопряженной поверхностью, невысоких контактных напряжениях.

Число циклов до отделения частиц резины: N ₀ /

зависит от сопротивления разрыву ₀ при однократном нагружении, амплитуды динамического напряжения, характеристики усталостных свойств резины. Интенсивность механохимического изнашивания резиновых уплотнителей зависит главным образом от температуры в зоне контакта, которая может достигать 250°С, а следовательно, от степени ухудшения механических свойств резины в зоне контакта.

Механохимическое изнашивание протектора наблюдается при работе автомобиля на дорогах с усовершенствованным покрытием при обычных скоростях движения и нагрузках. Протектор имеет гладкую поверхность, а интенсивность его истирания составляет 0, 12—0, 17 мм на 1 тыс. км пробега.

При резком и длительном торможении, разгоне с большим ускорением, движении на поворотах с большой скоростью на асфальтобетонных дорогах сдвиговые напряжения превышают прочность резины, на поверхности протектора появляются раздиры и трещины, рисунок истирания имеет вид системы параллельно чередующихся гребней и впадин, перпендикулярных направлению истирания. При этом температура нагрева шины повышается, резина размягчается, становится липкой, частицы резины отделяются и скручиваются в небольшие жгуты. Такое явление наблюдается при тепловом повреждении поверхности, когда на выступах поверхности резины возникают большие силы трения в тангенциальном направлении, при этом происходит сложная деформация выступа. Если сила трения больше тангенциальной составляющей упругих сил в зоне контакта, то происходит проскальзывание, если же она превышает прочность резины, то в зоне максимальных напряжений происходит надрыв резины, отдираемый слой резины сворачивается в скатку, в жгут, который потом отделяется от массы материала.

В процессе эксплуатации интенсивность изнашивания шин можно снизить за счет более равномерного их нагружения в зоне контакта с дорогой. Давление в зоне контакта и величина касательного напряжения влияют на интенсивность изнашивания протектора не только за счет проскальзывания и механического нагружения, но, и за счет изменения физико-механических свойств резины при неизбежном образовании теплоты.

Влияние температуры на интенсивность изнашивания протектора. Интенсивность изнашивания протектора зависит не только от пробега автомобиля и режима его работы, но и от состояния среды. Из параметров последней наибольшее влияние на интенсивность изнашивания оказывают величина и твердость абразивных частиц; дорожного покрытия и особенно температура протектора. Коэффициенты влияния распределяются следующим образом: температура— 2, 25; скорость— 1, 75; давление в шине— 1, 5; схождение и развал — 1, 37; нагрузка — 1, 2.

Температура протектора зависит от температуры окружающеговоздуха и режима работы шины (скорости относительного перемещения, нагрузки).

Температура протектора и воздуха в шине, а следовательно, и давление в шине повышаются с увеличением скорости движения. Так, у автомобиля ГАЗ-3102 давление в шине повышается на 40% при изменении скорости с 50 до 90 км/ч.

Таблица 16.1. Долговечность шин в зависимости от нагрузки, %