Анализ видов повреждений шаровых шарниров

Конструкция шарового шарнира должна обеспечивать угловую подвижность в двух плоскостях, при этом осевые силы воспринимаются через полимерный вкладыш сферической поверхностью пальца.

Зазоры в сопряжениях шарниров не предусмотрены, а при их производстве это труднодостижимая задача. Собранные шарниры точно обжимают, что позволяет достичь рекомендуемого натяга в сопряжении, который проверяется в технологическом процессе при производстве шарниров путем определения моментов вращения и качания пальца относительно корпуса [64]. В связи с этим необходимо повышение качества оценки величины осевого зазора в рабочих парах шарниров, с целью численного определения величины осевого зазора с погрешностью не более 0,09 мм.

Шаровые пальцы испытывают при эксплуатации знакопеременные многоцикловые нагрузки, что приводит к снижению ресурса пальца за счет абразивного износа головки пальца и усталостному износу пальца в сечении перехода сферической части в коническую шарового пальца (рисунок 1.8, 1.9).

Абразивный износ и коррозия шарового пальца и корпуса шарового шарнира, (рисунок 1.8 а, б, г). Причиной является повреждение защитного чехла, потеря герметичности шарового шарнира, проникновение воды, грязи и абразивных частиц между парой трения палец-вкладыш. Признаки проявления: визуально - по повреждению защитного чехла и наличию на нем смазки и грязи, при движении автомобиля - по посторонним стукам и звукам, ухудшению управляемости автомобиля. Абразивный износ вкладыша, коррозия корпуса шаровой опоры (рисунок 1.8 в); абразивный износ шарового пальца в виде радиальных канавок на сферической поверхности (рисунок 1.8 д, е); Повышение температуры, вызывающее текучесть и преобразование молекул полимера в газообразное состояние в поверхностных слоях при движении пальца вокруг вкладыша из за трения - деструкция [65] (рисунок 1.8 ж). Причиной является длительное движение по плохим дорогам с высокой скоростью, а также нарушение технологии изготовления вкладыша, низкое качество материала для изготовления вкладыша. Признаки проявления: при движении автомобиля - по посторонним стукам и звукам, ухудшению управляемости автомобиля. Абразивный износ сферической головки и усталостный износ в сечении перехода сферической части в коническую шарового пальца (рисунок 1.8 з). Усталостный износ шейки шарового пальца возникает в результате превышения срока эксплуатации шарового шарнира и при нарушении технологии изготовления шарового пальца (брак).

а) б)

в) г)

д) е)

ж) з)

Рисунок 1.8 - Элементы шаровых шарниров бывших в эксплуатации:

а, б – коррозия шарового пальца и корпуса шарового шарнира, абразивный износ шарового пальца; в – абразивный износ вкладыша, следы коррозии на нем, коррозия корпуса шарового шарнира; г - коррозия шарового пальца и корпуса шарового шарнира, абразивный износ шарового пальца; д, е - коррозия шарового пальца, абразивный износ шарового пальца в виде радиальных канавок на сферической поверхности; ж – деструкция; з – абразивный износ сферической головки и усталостный износ в сечении перехода сферической части в коническую шарового пальца.

Главным фактором выхода из строя шарового шарнира является износ сопряжения – «вкладыш – головка шарового пальца», что приводит к увеличению осевого зазора h. Процесс износа определяется некоторыми факторами и, в частности, зависит от условий трения [9].

Для анализа видов повреждений использовались 30 шаровых шарниров с различной величиной осевого зазораи другими дефектами (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Дефекты исследуемых образцов шаровых шарниров

Окончание таблицы 1.1

Рисунок 1.9 - Виды повреждений шаровых шарниров

Исследования образцов шаровых шарниров, демонтированных из подвесок автомобилей, в результате достижения предельного состояния, указывают на основную причину отказов – разрушение полимерного слоя [65].

Деформация шарового пальца и корпуса шарового шарнира – изменение формы и геометрических размеров пальца (корпуса шарового шарнира). Причиной являются значительные (превышающие расчетные) знакопеременные нагрузки, возникающие в шаровом шарнире при проезде больших неровностей на дороге с высокой скоростью. Признаки проявления – изменение углов установки колес, неравномерный и ускоренный износ шин, ухудшение управляемости автомобиля.

Повреждения защитного чехла: растрескивание; причинами является качество изготовления, превышение срока службы чехла, попадание на поверхность чехла агрессивных веществ (растворители, бензин, кислоты и т. д.), разрывы; причиной является воздействие на поверхность чехла твердых, острых, прочных инородных тел (ветки, проволока, камни), ослабление фиксации и потеря герметичности связаны с ослаблением фиксирующих элементов закрепляющих чехол – хомуты, клей и т. д.

Признаки проявления для всех повреждений проявляются визуально - по повреждению защитного чехла и наличию на нем смазки и грязи [66, 67].