Причины неисправностей узлов коробки передач

Причины неисправностей узлов коробки передач

 

Механическая коробка передач — неотъемлемая часть трансмиссии современного автомобиля. Работая в постоянном режиме нагрузок, она передает крутящий момент от двигателя к полуосям или карданному валу. Коробка передач является сложным механизмом, требующим своевременного обслуживания и ремонта. Со временем трансмиссия изнашивается, в следствие чего отдельные ее узлы и детали выходят из строя. Несмотря на это, можно выделить общие неисправности механической коробки передач, о которых мы и поговорим в этой статье.

 

 

 

Основные причины возникновения неисправно­стей в конструктивных узлах коробок передач:

  • Дефекты материала или производства;
  • Ошибки при монтаже;
  • Переменные нагрузки;
  • Ошибки при управлении;
  • Чрезмерные нагрузки;
  • Недостаточное количество или загрязнение масла и т.д.

 

Далее мы посмотрим самые распространенные неисправности в конструктив­ных узлах коробок передач, таких как:

  • Картер;
  • Валы;
  • Шестерни;
  • Подшипники;
  • Синхронизаторы;
  • Диски;
  • Насосы, а также описываются их типичные признаки и основные причины.

 

Повреждения картера

 

Повреждения картера коробки передач, такие, как трещины и изломы, возникают в результате чрезмерных нагрузок, обусловленных действием внешних факторов или ошибками при монтаже коробки передач.

 

Трещины

 

Признаки:

Явно выраженная трещина, возникшая на тор­цевой стороне и распространяющаяся по литей­ному радиусу.

Причина:

Разбалансировка валов коробки передач, вы­званная следующим:

  • Не соосность карданных шарниров;
  • Нарушение угла установки валов коробки передач;
  • Слишком сильный прогиб трансмиссии и связанные с ним чрезмерные нагрузки;
  • Прочие нарушения.

 

 

Изломы

 

Признаки:

Изломы всегда возникают в месте приложе­ния максимальной нагрузки (подшипники, ше­стерня заднего хода, опоры коробки передач и т.д.).

Причины:

Те же, что и для трещин, а также:

  • Ударная или переменная нагрузка;
  • Блокировка агрегатов, соединенных со вспо­могательным механизмом отбора мощности.

 

 

Ошибки при монтаже

 

 

Признаки:

Дефекты резьбового отверстия по всей глуби­не резьбы, искажение профиля резьбы.

Причина:

  • Неправильное крепление картера сцепления:
  • Слишком высокий момент затяжки;
  • Перекос болта;
  • Ненадлежащая длина болта.

 

 

Повреждения валов

 

Повреждения первичного и вторичного валов коробки передач, такие, как износ дорожек качения подшипников (утончение материала, язвенная коррозия, глубокие царапины) или статические изломы возникают в результате усталости материала, плохого качества масла, попадания инородных тел, вибрации и чрезмер­ных нагрузок.

 

 

Утончение материала

 

Признаки и последствия:

По мере увеличения износа на дорожках каче­ния подшипников появляются видимые (слегка матовые) следы утончения материала, которые часто обозначаются как «точечное выкрашива­ние». Это является симптомом начала язвенной коррозии (питтинга).

Причины:

  • Влияние рабочих параметров, таких как вы­сокая частота вращения при низкой нагруз­ке, высокая нагрузка, длительная эксплуата­ция;
  • Плохое качество масла, связанное с загряз­нением (истирание материала и т.д.), тер­мическим старением, вязкостью/наличием присадок, не соответствующих специфика­ции.

 

 

Следы обдирания/коррозионные язвы (питтинг)

 

 

Признаки и последствия:

Материал выкрашивается «комками». Обра­зующиеся коррозионные язвы постоянно увели­чиваются. При далеко зашедшем процессе затра­гивается вся зона приложения нагрузки.

Причины:

  • Как при утончении материала.

 

 

Закатка

 

Признаки и последствия:

Закатанные в материал посторонние частицы (показано стрелкой) хорошо заметны. Они мо­гут стать причиной возникновения шумов, какие обычно вызывает наличие задиров или необрабо­танных сварных швов.

Причины:

  • Истирание или скалывание материала;
  • Наличие инородных тел (частиц грязи), попав­ших вместе с маслом в коробку передач.

 

 

 

 

Волны

 

Признаки и последствия:

Ролики подшипника подвижной шестер­ни вызывают появление заметных углублений (в промежутке между роликами). Как следствие образования волн могут возникать отложения по форме пятна контакта на зубчатом венце и повреждения зубьев.

Причины:

  • Переменные нагрузки (вибрация), возникаю­щие, к примеру:
  • При движении на высшей передаче при слишком низкой частоте вращения;
  • При неисправности демпфера крутильных колебаний коленчатого вала;
  • При разбалансировке карданного вала;
  • Под влиянием узлов двигателя (к примеру, неправильная регулировка ТНВД).

 

 

Следы коррозии

 

Признаки и последствия:

Заваривание материалов под воздействием слишком высоких местных температур. Они мо­гут возникать при недостаточном отведении теп­ла, образующемся в результате трения между игольчатым подшипником и поверхностью каче­ния. Явления износа постоянно нарастают, что в конечном счете приводит к коррозии валов или их блокировке.

Причины:

  • Отсутствие смазки или использование непод­ходящей смазки;
  • Загрязнение или старение масла;
  • Вязкость/используемые присадки не соответ­ствуют спецификации;
  • Слишком высокая относительная частота вра­щения, которая может возникать, если кардан­ный вал не был отсоединен при буксировке автомобиля.

 

 

Повреждения, вызванные усталостным изги­бающим напряжением

 

 

 

Признаки:

Поверхность излома складывается из поверх­ности усталостного излома с тонкой структурой и зернистой, грубой поверхности долома. Поверх­ность усталостного излома (начало излома) нахо­дится на стороне максимальной нагрузки. Ее доля в общей поверхности излома зависит от степени нагрузки (большая площадь — низкая степень на­грузки, небольшая площадь — высокая степень нагрузки).

Причина:

  • Чрезмерная нагрузка, возникающая, к примеру:
  • При повреждении других узлов коробки пе­редач или механизма привода/отбора мощности;
  • При нарушениях нормального функциониро­вания;
  • В процессе производства (рихтовочная тре­щина).

 

 

Статический излом из-за скручивания

 

 

 

 

 

Признаки:

При статическом изломе из-за скручивания по­верхность излома грубая и часто волокнистая. По краям (цементированный слой) поверхность изло­ма имеет более тонкую структуру. При наличии вала излом чаще всего имеет форму спирали и распола­гается под углом 45 градусов к центральной оси.

Причина:

  • Чрезмерная нагрузка, возникающая, к при­меру:
  • При блокировке или изломе других узлов коробки передач или механизма привода/отбора мощности;
  • При нарушениях нормального функциониро­вания;
  • В случае аварии.

 

 

Повреждения шестерен

 

В обычной ситуации вовремя так называемой «фазы обкатки» зубчатой пары неровности на бо­ковых поверхностях зубьев шестерен сглажива­ются, при этом «активные» боковые поверхности приобретают слабый блеск.

Однако при неблагоприятных условиях эксплу­атации возможны повреждения боковых поверх­ностей зубьев и даже их поломка. При этом могут иметь место повреждения следующих видов:

  • Износ;
  • Глубокие царапины;
  • Коррозионные язвы (питтинг);
  • Коррозия;
  • Поломка зубьев.

 

Кроме этого, причиной повреждения шестерен могут быть дефекты материала или производства (к примеру, при закалке или шлифовании). Ниже описываются различные виды повреждений Рис.В1.7б боковых поверхностей зубьев и поломки зубьев, их признаки и причины.

 

 

Износ

 

Признаки и последствия:

Боковая поверхность зуба имеет структуру не как после первоначальной обработки, а матово серую. При далеко зашедшем процессе возмож­ны значительные изменения формы зубьев и за­зора между боковыми поверхностями зубьев.

Причина:

Загрязнение масла из-за:

  • Износа или усталости поверхностей других узлов коробки передач;
  • Песка, ила и т.д., попавшего в коробку пере­дач снаружи.

 

 

Глубокие царапины

 

Признаки:

Углубления в виде черточек, идущие в на­правлении скольжения до начала или конца зоны зацепления. Как правило, они особенно сильно выражены в зоне с максимальной скоростью скольжения (у ножки или головки зуба). В отли­чие от задиров дно царапин гладкое.

Причины:

Глубокие царапины являются свидетельством того, что соответствующие боковые поверхно­сти зубьев подвергаются высоким нагрузкам при скольжении. Мелкие инородные тела и шерохо­ватости на сопряженных боковых поверхностях вдавливаются в боковые поверхности зубьев и за счет скольжения вызывают появление углубле­ний в виде борозд.

 

Коррозионные язвы (питтинг)

 

Признаки и последствия:

Плоскостные повреждения боковых поверх­ностей зубьев, возникающие, как правило, в виде зон с коррозионными язвами и имеющие в осно­вании структуру, похожую на ракушку. Общая по­верхность коррозионных язв может быть такой большой, что остальная, неповрежденная поверх­ность уже не может выносить нагрузки и быстро разрушается.

Причины:

Коррозионные язвы связаны с усталостью ма­териала и возникают в результате местного на­рушения допустимых пределов контактной проч­ности. Коррозионные язвы возникают только при смазывании жидкими смазками. Среди других факторов влияния можно назвать вязкость и температуру масла, удельное скольжение, на­рушения формы боковых поверхностей зубьев, шершавость поверхностей и окружную скорость.

 

 

Коррозия

 

Признаки:

Грубые, частично пористые, как будто «разъ­еденные» полосы или поверхности ориентиро­ванные в направлении скольжения. Коррозия возникает, прежде всего, в тех зонах, где, помимо высокого контактного напряжения смятия имеет место высокая скорость скольжения — то есть в основном в непосредственной близости от голов­ки или ножки зуба.

Причина:

При одновременном воздействии высоко­го контактного напряжения смятия и высокой скорости скольжения, а также из-за связанного с этим местного увеличения температуры сма­зочная пленка между боковыми поверхностями зубьев разрывается и металлические поверхно­сти начинают тереться друг о друга. Это может вызвать молекулярную адгезию или заваривание. Из-за постоянного относительного движения эти заваренные участки немедленно разрываются снова, в результате чего возникает такая же кар­тина износа, как при коррозии.

 

 

Повреждение краев зубьев

 

Признаки:

При повреждении краев зубьев (показано на примере зубьев гипоидной шестерни) отламыва­ются кусочки зубьев. Поверхность излома имеет зернистую структуру. Линия излома идет в соответствии с возникающим напряжением — от нож­ки зуба (снаружи) до головки зуба (центр зуба).

Причины:

  • Повреждение краев зубьев связано с односто­ронним износом;
  • У косозубых цилиндрических шестерен эти по­вреждения могут быть вызваны увеличением зазора в подшипнике подвижной шестерни (возникновение волны).

 

 

Повреждения зубьев, вызванные усталост­ным напряжением

 

 

 

Признаки:

Поверхность излома складывается из поверх­ности усталостного излома с тонкой структурой (частично покрытой мелкими линиями или поло сами от усталостного напряжения) и зернистой, грубой поверхности долома. Поверхность уста­лостного излома (начало излома) находится на стороне боковой поверхности зуба, находящейся под нагрузкой. Ее доля в общей поверхности излома зависит от степени нагрузки на сломанные зубья (большая площадь — низкая степень нагрузки, при этом отдельные высокие нагрузки вызва­ли появление трещин; небольшая площадь — высокий или постоянный уровень нагрузки).

Причина:

В результате зацепления отдельных зубьев в области ножек зубьев (место возникновения мак­симальных изгибающих напряжений) возникает динамическая, непрерывно увеличивающаяся нагрузка. Повреждение зуба имеет место, если сте­пень нагрузки превышает пределы усталостной прочности зубчатой передачи.

 

 

Повреждение головки зуба

 

 

 

 

Признаки:

Повреждение возникает над ножкой зуба, ча­сто на уровне центра зуба. При этом оно не всегда распространяется на всю ширину зуба.

Причины:

  • Нагрузка на область головки зуба выше, чем на область ножки (при специальной геометрии зубчатого венца);
  • Частое изменение нагрузки;
  • Последствие повреждения боковых поверхно­стей зубьев.

 

 

Статический излом при разовой нагрузке

 

Признаки:

Вся поверхность излома имеет шершавую структуру и распадается на кристаллы (хрупкий излом) или одна часть поверхности излома имеет гладкий нарост, а другая часть — чашеобразное углубление (наростовый излом).

Причина:

Чрезмерная нагрузка, возникающая, к при­меру:

  • При блокировке или изломе других узлов коробки передач или механизма привода/отбора мощности;
  • При нарушениях функционирования;
  • В случае аварии.

 

Хрупкий излом возникает при слишком высоком напряжении изгиба/растяжения, а наростовый излом — при слишком высоком напряжении среза в области ножки зуба.

 

Повреждения подшипников

 

Помимо нормальных явлений износа, возникаю­щих в ходе длительной эксплуатации, у подшип­ников качения (игольчатых, шариковых, роли­ковых) могут наблюдаться такие повреждения, как коррозионные язвы (питтинг) и статические изломы при разовой нагрузке. Причинами этого является преимущественно низкое качество или недостаточное количество масла, чрезмерные на­грузки или ошибки сборки.

Подшипники качения не требуют срочной за­мены в следующих случаях:

  • Поверхность выглядит как новая (видна струк­тура первоначальной обработки), или имеет серый цвет;
  • Пятно контакта равномерное и зазор в под­шипнике соответствует норме;
  • Закатки (инородные тела) отсутствуют.

 

 

 

Чрезмерный износ

 

Признаки и последствия:

Заусенцы от шлифования, присутствующие на рабочих поверхностях деталей подшипников, имеют следы пластической деформации и ча­стично откалываются. Истирание материала ве­дет к возникновению абразивного износа, след­ствием которого могут стать мелкие и глубокие царапины, а также микро язвы. Из-за постоянного увеличения зазора в подшипнике это в итоге может закончиться вытиранием или отслаиванием поверхностных слоев с серьезными вторичными повреждениями.

Причины:

  • Плохое качество масла, связанное с истира­нием материала, загрязнением, термическим старением, использованием масла, не соот­ветствующего спецификации;
  • Влияние рабочих параметров, таких, как высокая нагрузка или длительная эксплуатация.

 

 

Язвенная коррозия

 

Признаки и последствия:

В испытывающих постоянные нагрузки по­верхностных слоях образуются микротрещины, от которых под углом к поверхности расходятся линии излома. Материал выкрашивается «комками». Образующиеся в результате этого кор­розионные язвы (питтинг) постоянно увеличиваются. Выкрошившиеся кусочки закатываются в поверхность и провоцируют местные чрезмер­ные нагрузки.

Причины:

  • Влияние рабочих параметров, таких, как высо­кая нагрузка, высокая температура, длительная эксплуатация;
  • Плохое качество масла, связанно с загряз­нением, попаданием инородных тел, термическим старением, использованием масла, не соответствующего спецификации.

 

 

Коррозия/блокировка

 

Признаки и последствия:

Следы коррозии и синеватый оттенок на торце­вых поверхностях роликов или упорных бортиках колец подшипников. В конических роликопод­шипниках это может стать причиной перекашива­ния роликов и блокировки подшипника.

Причины:

  • Недостаточное количество масла, в том числе при несоблюдении условий буксировки авто­мобиля;
  • Значительные осевые нагрузки (от карданного вала);
  • Значительная разница частоты вращения (при несоблюдении условий буксировки автомобиля).

 

 

Статический излом при разовой нагрузке

 

 

 

Признаки:

Сломанный упорный бортик колец подшипников

Причина:

Чрезмерная нагрузка, возникающая, к при­меру:

  • При блокировке или изломе других узлов коробки передач или механизма привода/отбора мощности;
  • При нарушениях функционирования или вли­янии со стороны карданного вала;
  • В случае аварии.

 

 

Повреждения синхронизаторов

 

У синхронизаторов также могут возникать по­вреждения, не связанные с обычным износом. В данном случае, помимо условий эксплуатации, значительную роль играют также ошибки управ­ления, допущенные водителем.

Различные картины неисправностей, которые могут возникать на отдельных деталях синхронизаторов, представлены на рисунках ниже.

 

Блокирующие кольца синхронизаторов

 

 

Износ молибденового слоя

 

 

 

 

Признаки:

Сильный (очень низкий профиль резьбы) или полный (профиль резьбы не различается) износ резьбы.

Причины:

  • Длительная эксплуатация;
  • Использование присадок к маслу, не соответ­ствующих спецификации;
  • Постоянное храповое зацепление, к примеру:
  • При не до конца разъединенном сцеплении; -при повреждении переднего подшипника первичного вала;
  • При использовании масел с неподходящим классом вязкости (особенно при низких темпера­турах);
  • Присутствие воды в масле (коррозия молибде­нового слоя — почернение).

 

 

Разрушение молибденового слоя

 

 

 

 

Признаки:

Выкрашивание молибденового слоя, начиная от внешних витков резьбы. Разрушенные зоны имеют крупнозернистую структуру.

Причины:

Постоянное храповое зацепление (см. «Износ молибденового слоя»), вызванное переменными нагрузками на автомобиль, возни­кающими к примеру:

  • При движении на высшей передаче при низ­кой частоте вращения;
  • При неисправности демпфера крутильных колебаний коленчатого вала;
  • При разбалансировке карданного вала.

 

 

 

Потускнение

 

Признаки и последствия:

Следы потускнения по всему периметру бло­кирующего кольца синхронизатора и на сцепном элементе (в большинстве случаев более заметны на задней стороне блокирующего кольца). Такая картина повреждения также может наблюдаться в связи с нарушениями храпового зацепления на сцепляющих зубьях. Кроме этого, во многих слу­чаях на храповых зубьях блокирующего кольца синхронизатора имеются выбоины и заусенцы. Из-за сильного износа пары трения функция синхронизации не реализуется.

Причины:

  • Длительная эксплуатация или ошибки при управлении автомобилем;
  • Ошибки при переключении передач (тепловое расширение синхронизатора);
  • Переключение передач с применением силы (расклинивание коробки передач).

 

 

Износ кулачкового упора

 

Признаки и последствия:

Повреждения кулачкового упора, такие, как разбивание или отламывание, в самых различ­ных формах (иногда только повреждение краев). Следствием может быть полное разрушение или излом кулачкового упора.

Причины:

Вибрация, вызванная переменными нагрузками на автомобиль, возни­кающими к примеру:

  • При движении на высшей передаче при низ­кой частоте вращения;
  • При неисправности демпфера крутильных колебаний коленчатого вала;
  • При разбалансировке карданного вала;
  • Под влиянием узлов двигателя (к примеру, неправильная регулировка ТНВД);
  • Постоянное храповое зацепление.

 

 

Износ храповых зубьев

 

 

Признаки и последствия:

По мере увеличения износа появляется замет­ный уступ. Кроме этого, возможно образование заусенцев в направлении задней стороны зубьев. В результате этого могут возникать проблемы при переключении передач.

Причины:

  • Вибрация (см. выше);
  • Постоянное храповое зацепление.

 

 

Излом блокирующего кольца синхронизатора

 

 

 

 

Признаки:

Место излома на кулачковом упоре (концен­трация напряжений в надрезе).

Причины:

  • Вибрация (как при износе кулачкового упора);
  • Переключение передач с применением силы;
  • Постоянное храповое зацепление.

 

 

Сцепной элемент

 

 

Легкий износ

 

Признаки и последствия:

Легкий износ (следы приработки) на фрик­ционном конусе, не влияющий на нормальное функционирование синхронизатора (коэффици­ент трения). Дальнейшее использование деталей возможно без каких-либо ограничений.

Причина:

  • Нормальный износ в рамках приработки.

 

 

Зоны с повышенной температурой

 

 

 

Признаки и последствия:

Участки с повышенной температурой на фрикционном конусе, не вызывающие, однако, нарушения функционирования. Дальнейшее ис­пользование деталей возможно без каких-либо ограничений.

Причины:

  • Высокие нагрузки;
  • Жесткое переключение передач.

 

 

Зоны с повышенной температурой и тепловые трещины

 

 

 

Признаки и последствия:

На фрикционном конусе имеются значитель­ные зоны с повышенной температурой и осевы­ми тепловыми трещинами. Тепловые трещины на сцепном элементе могут стать причиной чрезмерного износа блокирующего кольца синхрони­затора.

Причина:

  • Чрезмерная нагрузка, возникающая, к примеру:
  • При переключении передач с применением силы;
  • При ненадлежащем разъединении сцепле­ния;
  • При высокой относительной частоте враще­ния, обусловленной ошибками при управлении или неисправностями системы.

 

 

Синхронизатор

 

 

 

Износ зубьев

 

Признаки:

Видимые следы износа на боковых поверхно­стях зубьев, а также уступы на ножках зубьев, об­разующиеся в результате разбивания.

Причины:

Вибрация, вызванная переменными нагрузками на автомобиль, возни­кающих к примеру:

  • При движении на высшей передаче при низ­кой частоте вращения;
  • При неисправности демпфера крутильных колебаний коленчатого вала;
  • При разбалансировке карданного вала;
  • Под влиянием узлов двигателя (к примеру, неправильная регулировка ТНВД).

 

 

Скользящая муфта

 

 

Износ зубьев

 

Признаки и последствия:

Значительные сколы на сцепляющих зубьях из-за нарушения храпового зацепления. В результате это­го возникают проблемы при переключении передач.

Причина:

  • Постоянное храповое зацепление.

 

 

Формулы для расчета механической коробки передач

 

Обозначения для всех формул:

  • rdyn (м)       — Радиус колеса
  • G (кг)          — Вес автомобиля
  • 9,81 (м/с2) — Ускорение свободного падения
  • n (min-1)     — Частота вращения
  • T(Н м)         — Крутящий момент
  • iG [-]             — Передаточное отношение
  • iН [-]             — Общее передаточное отношение
  • fR                   — Коэффициент сопротивления качению (асфальт, бетон: fR= 0,010-0,012; твердый грунт: fR = 0,020-0,040)
  • Cw                 — Коэффициент сопротивлению воздуха для легковых автомобилей. Cw= 0,35 для автобусов; Cw= 0,6 для грузовых автомобилей 0,8
  • A (м2)           — Площадь лобовой поверхности для легковых автомобилей А = 1,8 м2, для автобусов А = 6,0 м2, для грузовых автомобилей А = 8,0 м2
  • VF (км/ч)     — Скорость движения
  • 0,9                  — Общий (суммарный) КПД (Hges = hG · hH)
  • q (%)              — Величина подъема

 

Сопротивление движению автомобиля скла­дывается из:

  • Cопротивления воздуха:

Fl= 0,0461 · сw · A · V(Н);

  • Cопротивления качению:

FR = 9,81 · G · fR (H);

  • Cопротивления движению на подъем:

FSt = (G(N) · q (%)) / 100 (H)*.

*  при подъемах до 20%. Если выше 20%, то G · sina.

 

Крутящий момент:

Т = (9552 · Р (кВт) / n (Н·м) или Т = 7026 · Р (л с) / n (Н·м)

 

Мощность:

Т = P · n / 9552 (кВт) или Р = Т · n / 7026 (кВт)

Скорость движения:

VF = (0,377 · rdyn · nmotor )/iG · iH  (км/ч)

Передаточное отношение ступени коробки передач:

iG = (rdyn · nmotor)/2,6526 · iAchse · v [-]**

Общее передаточное отношение:

iH = (rdyn · nmin)/2,6526 · iG · vmax [-]**

 

** 2.6526 — постоянная привода.

 

Способность преодолевать подъем:

Smax = [( (Tmax · i· iH · 0,9)/(9,81 · G · rdyn) — fR) arcsin] tan · 100 (%)

Способность преодолевать подъем упрощенно:

Smax = ( (Tmax · i· iH · 0,9)/(9,81 · G · rdyn)) — fR).

Для трогания с места на подъеме Smax · 0,8 = (%), где 0,8 постоянная проскальзывания сцепления.

 

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *