VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Анализ любой технической системы с позиции триботехники позволяет выявить совокупность факторов, определяющих процесс изменения технического состояния элементов машины, а также наметить основные направления исследований по обеспечению надежности. Результаты оценки надежности системы позволяют разработать комплекс мероприятий по обеспечению долговечности деталей и сопряжений на стадиях конструирования, производства и эксплуатации; подобрать материалы, обеспечивающие заданную долговечность деталей и сопряжений, а также периодичность проведения воздействий в эксплуатации, направленных на поддержание работоспособности узла [3].

В качестве анализируемой системы выбран стандартный амортизатор передней подвески легкового автомобиля. Температура жидкости внутри амортизатора составляет 160̊С, скорость ее движения составляет 20-30м/с, давление -  от 0,1 МПа до 1 МПа [1]. За основные элементы амортизатора принимаем: цилиндр, поршень, шток, направляющая втулка штока, сальник, донный клапан, верхнее и нижнее крепления Технические характеристики для анализируемого амортизатора представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики рассматриваемого амортизатора

Наименование	Ед. изм.	Значение
Ход штока	мм	229
Длина в сжатом состоянии	мм	364,5
Длина по присоединительным размерам (шток вытянут)	мм	593,5
Скорость поршня при номинальном усилии амортизатора	м/с	0,31
Ход сжатия	Н	247
Ход отбоя	Н	565
Масса	кг	2,2

 

Далее выполним построение структурной схемы, которая показывает взаимодействие составляющих элементов амортизатора (Рис.1)

Из полученной схемы выбираем соединение штока с поршнем, целостность которого в данной конструкции обеспечивает резьбовое соединение.

При оценке факторов, которые определяют долговечность сложной системы, нужно учитывать характер взаимодействия всех ее элементов в процессе функционирования. В описание механической системы для этого должны входить результаты анализа ее структуры (блок I) с обозначением параметров режимов работы каждого структурного элемента. Данные представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Блок I -  Исходные значения структуры

Характеристика	Соединение
	Шток	Поршень
Материал	Сталь 40 ГОСТ 1050-88	Сталь 40 ГОСТ 1050-88
Геометрические параметры	∅10,5	∅44
Условия посадки	-	0,020
Модуль упругости	590 МПа	590МПа
Твердость поверхности	НВ578	НВ578
Высота микронеровности	Ra1	Ra1

 

Следующим этапом трибоанализа является оценка влияния изменения состояния и связанного с этим изменением режимов работы каждого из элементов на условия работы и долговечность остальных элементов системы (Таблица 3).

 

Таблица 3 - Блок II - Показатели, определяющие условия работы и режим взаимодействия деталей

Характеристика	Соединение «шток-поршень»
Нагрузка	Давление 0,1 МПа
Температура окружающей среды	Нагревает до 160  и выше
Температура трения	Соответствует температуре амортизационной  жидкости
Скорость перемещения	Жидкость перетекает со скоростью 20-30 м/с, скорость поршня 0,31 м/с

 

На заключительном этапе устанавливают зависимости показателей долговечности и функционирования всей системы (блок III) от изменения технического состояния и режимов работы отдельных элементов. Используя эти зависимости, можно решить две важнейшие задачи машиностроения: определение предельного состояния элементов машины и прогнозирование изменения технического состояния машины и ее ресурса [2].

 

Таблица 4 - Блок III - Показатели, характеризующие изменение состояния элементов системы в процессе работы

Характеристика	Соединение
	Шток	Поршень
Вероятность безотказной работы	0,8	0,9

 

Блок I позволяет выполнить анализ структуры системы по параметрам режимов работы каждого структурного элемента.

Блок II позволяет оценить влияние изменения состояния и связанного с этим изменением режимов работы каждого из элементов на условия работы и долговечность всех элементов системы в целом.

Блок III устанавливает зависимость показателей долговечности и функционирования всей системы от изменения технического состояния и режимов работы отдельных элементов.

Приведенная схема трибоанализа  системы является основой для разработки систем диагностирования технического состояния амортизатора, разработки мероприятий по обеспечению работоспособности комплектующих элементов и узла в целом.

В результате установлены признаки предельного состояния элементов амортизатора, приводящие к отказу. К процессам, предшествующим появлению отказов, протекающим в местах соединения деталей, следует отнести изнашивание, усталость материала. Следует отметить, что происходящие изменения, вызываемые в материале воздействующими факторами, являются необратимыми. По характеру изменения во времени воздействия можно считать постоянными, и допускается предположить, что они закономерно изменяются.

Амортизатор подвержен активной эксплуатации в непрерывном режиме в сложных условиях: высокая температура и большое давление. Причинами отказов могут быть дефекты, допущенные при:

• конструировании (в блоке I это неправильные выбор материала, расчет размеров деталей их посадки, выбор твердости поверхности и класса шероховатости);
• производстве (блок I - нарушение требований изготовления, вызывающих отклонения от конструктивно заложенных значений);
• нарушение правил и норм эксплуатации (блок II и III);

Износ в соединении вызывает плохое перетекание жидкости через клапаны и как следствие вызывает плохое демпфирование. Изменяется нагрузка на элементы и возникает вероятность разрушения.

Таким образом, рассматриваемое соединение с точки зрения снижения последствий отказа относится к группе II уровня сложности. Соединение «Шток-поршень» конструктивно выполнен таким образом, что при визуальной диагностике невозможно определить степень износа. Определение износа требует  стендовой диагностики, а ремонт полной разборки амортизатора.

 

Список использованных источников:

1. Добромиров В.Н., Острецов А.В. Конструкции амортизаторов: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Авто-мобиле- и тракторостроение». - М: МГТУ «МАМИ», 2007. - 47 с.

2. Зорин В.А. Надежность машин: Учебник для вузов / В.А. Зорин. В.С. Бочаров. - Орел: ОрелГТУ, 2003. - 548 с.

3. Зорин В.А. Основы работоспособности технических систем : учеб-ник для студ. высш. учеб. заведений / В.А. Зорин. - М.: Издательский центр «Академия», 2009. - 208 с.

Код для цитирования: Скопировать