Но дисциплина эта изучает более широкий круг явлений, чем простое взаимодействие трущихся поверхностей. Здесь и контакты со смазочными материалами, и процессы на границе раздела сред, и атаки жидкостей и газов на конструкционные материалы, и многое другое. А главное, трибология позволяет понять, как эти явления сказываются на износе и ресурсе деталей, узлов и агрегатов в машиностроении.

Износ – это нежелательный, но неизбежный процесс, сопровождающий работу механизмов. Однако он может быть и полезным. Самый известный пример – обкатка, когда поверхности деталей прирабатываются за счет удаления шероховатостей. В процессе обкатки микровыступы не удаляются полностью, однако достигают величины, вполне приемлемой для длительной работы. В трибологии такое состояние поверхностей называется равновесной шероховатостью.

Разнообразные трибологические нагрузки приводят к различным видам износа. Ученые-трибологи приведут вам множество примеров: износ скольжения, износ качения, вибрационный износ, эрозионный износ, кавитационный износ, капельный износ и др. В основе этих губительных процессов лежат различные схемы взаимодействия поверхностей деталей.

Рис. Схема трибологической системы

Одним из видов износа двигателя является износ в парах трения при знакопеременной нагрузке. К таковым парам относятся:

• пары «постели подшипников коленчатого вала – сами подшипники (вкладыши)»;
• пары «подшипники – шейки коленчатого вала»;
• всевозможные пары типа «вал и втулка»;
• пары в роликовых цепях и т.д.

Важнейшим фактором является скорость развития износа. Различают следующие виды износа:

• дегрессивный, возникающий при обкатке, когда сглаживаются технологические  шероховатости в парах трения, а несущие поверхности в итоге увеличиваются;
• линейный, характерный для нормальной работы двигателя, когда износ растет постоянно, но незначительно;
• прогрессивный, когда износ резко ускоряется, что приводит к перебоям в работе агрегата и к образованию повреждений.

В отечествепнной литературе прогрессивный износ часто называют катастрофическим.

Рис. Виды износа.

Износ в двигателях в основном вызван сухим и смешанным трением. Смешанное трение возникает при неполном разделении трущихся деталей смазочной пленкой.

Типичным видом износа является так называемая контактная коррозия. Механизм ее любопытен. Пары трения получают малые (до 0,3 мм) перемещения в различных направлениях – продольном, поперченом, радиальном. Перемещения эти вызваны вибрациями и упругими деформациями. Это приводит к локальной адгезии конструкционного материала и его окислению при доступе воздуха.

При таких перемещениях продукты износа не удаляются из зоны контакта и взаимодействуют с материалом детали. Смазка при этом подвергается высокому давлению и затвердевает, что приводит к росту трения. Износ резко ускоряется, особенно при больших скоростях скольжения.

Трибологи называют это явление «крайней формой адгезионно-абразивного износа при местном сильном нагреве». В конечном итоге происходит локальная сварка контактирующих поверхностей с последующим отрывом частиц конструкционного материала. Такие частицы образуются, в  частности, на поверхностях поршней, поршневых колец, цилиндров и в подшипниках скольжения.

В узлах и агрегатах, где функционирют различные жидкости, может возникнуть весьма опасное явление – кавитация. «Насос закавитировал» – эту фразу нередко можно услышать от ремонтников.

Как и когда возникает кавитация? Если в узле или магистрали резко снижается давление, происходит «вскипание» жидкости с образованием небольших, заполненных парами, пузырьков.

Пузырьки эти нестабильны. Попадая в зоны с высоким давлением, они схлопываются, причем происходит это хаотично. Схлопывание пузырьков сопровождается «микровзрывом». Образуется струя, с высокой скоростью бьющая в поверхность детали. Это сравнимо с сильным ударом острой иглой.

Материал детали сначала пластически деформируется, затем затвердевает, охрупчивается и разрушается. Образуются мелкие трещины, приводящие к эрозии поверхности материала.

Физики и трибологи различают несколько основных типов кавитации. Мы же отметим лишь практическую сторону вопроса: различные ее виды могут  возникать в подшипниках двигателя, системах подачи жидкостей (насосы, трубопроводы, форсунки), а также на гильзах цилиндров.

Рис. Кавитационное разрушение материала в подшипнике скольжения

Рис. Кавитационное разрушение гильзы цилиндра Камаз 740.62

Но уже можно подвести некоторые итоги, и в этом нам помогут иллюстрации. Последствия износа может стать ослабление поперечного сечения детали, а также изменение ее формы. За этим последуют нарушения работы агрегата вследствие увеличения зазоров, уменьшения натягов (посадок) и влияния на геометрию и кинематику.

Все это приводит к увеличению трения в сопряженных парах, возникновению задиров и заеданий, а также к образованию и развитию усталостных трещин.

Рис. Последствия износа

Что касается собственно двигателя, то износ влияет на работу кривошипно-шатунного и газораспределительных механизмов, усиливает вибрации, снижает мощность и крутящий момент, провоцирует нарушения подачи топлива и охлаждающей жидкости, а также может вызывать нарушения в работе электрических цепей.

Рис. Наиболее существенные зоны износа деталей и узлов ДВС

Наиболее существенными зонами износа деталей и узлов ДВС являются подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала, цилиндропоршневая группа, привод клапанов и сам клапанный механизм.

Продолжение следует