245 / 457
Материаловедение, динамика и прочность машин и механизмов
245
Успешное решение проблемы повышения износоустойчивости деталей узлов трения авто-
тракторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) связано с разработкой технологических процес-
сов формирования контактирующих поверхностных слоев с требуемыми, в условиях эксплуатации,
свойствами [1]. Это обусловлено тем, что при функционировании поверхностные слои деталей узлов
трения ДВС подвергаются интенсивным коррозионно-механическим и тепловым воздействиям [2].
Поэтому на практике используют поверхностное упрочнение, которое способствует возрастанию
твердости в поверхностном слое материала детали, что приводит к повышению его износостойкости
и усталостной прочности [3]. Однако при разработке (выборе) и применении технологических про-
цессов (методов) поверхностного упрочнения деталей узлов трения необходимо учитывать их эконо-
мическую, экологическую и эксплуатационную составляющие. Потому, что поверхностное упрочне-
ние связано с материальными затратами, нанесением ущерба окружающей среде, способствует сни-
жению трещиностойкости материала и особенно высокопрочных сталей. Следовательно, технологи-
ческий процесс упрочнения должен, наряду с повышением твердости конструкционного материала
детали, формировать поверхностный слой требуемой микроструктуры, химического состава, опти-
мальной вязкости и прочности для конкретных условий функционирования узла трения [4, 5]. Кроме
того, актуальность формирования, изучения физико-химических и триботехнических свойств по-
верхностных слоев обусловлена тем, что качество деталей узлов трения существенно зависит от этих
характеристик [6].
Одним из основных, ответственных и нагруженных механизмов ДВС является газораспреде-
лительный (ГРМ). Он своевременно наполняет цилиндры свежей горючей смесью и освобождает их
от отработавших газов, а его элементы испытывают значительные нагрузки, вызывающие их изнаши-
вание. В общем ГРМ состоит из: распределительных шестерен, распределительного вала, толкателей
штанг, коромысел, клапанов, пружин с деталями крепления и направляющих втулок. При вращении
распредвала кулачок набегает на толкатель и поднимает его вместе со штангой. Верхний конец штан-
ги надавливает на плечо коромысла, которое поворачиваясь на своей оси, вторым плечом нажимает
на стержень клапана и открывает отверстие впускного или выпускного канала в головке цилиндров.
Клапан состоит из: головки и стержня, а узкая, скошенная кромка нижней части головки, которой она
прилегает к гнезду, является рабочей поверхностью клапана. Её выполняют под углом 45° или 30° и
тщательно притирают к гнезду [7, 8].
В условиях эксплуатации клапаны подвергаются действию высоких температур, коррозии и
напряжений. Поэтому, во избежание коробления и обгорания, их изготавливают из специальных, до-
рогостоящих материалов: впускной − из хромистой стали, выпускной − из сильхромовой жароупор-
ной стали, что экономически нецелесообразно. Зубья винтовой шестерни, эксцентрик, кулачки и
опорные шейки стальных распредвалов, для уменьшения износа, подвергают поверхностной закалке
с нагревом токами высокой частоты.
Признаками плохого прилегания клапанов к гнездам являются: уменьшение компрессии и па-
дение мощности ДВС. Причинами неплотного прилегания клапанов являются: отложение нагара на
клапанах и гнездах; образование раковин на рабочих поверхностях (фасках) и коробление головки
клапана; поломка клапанных пружин; заедание клапанов в направляющих втулках; отсутствие зазора
между стержнем клапана и носком коромысла. Признаком неполного открытия клапана являются:
стуки в двигателе и падение его мощности. Это происходит в результате возникновения большого
зазора между стержнем клапана и носком коромысла. Поэтому причины и признаки, возникающих
неисправностей выявляются своевременным техническим диагностированием с последующим вы-
полнением необходимых технологических воздействий [9]. К общим неисправностям ГРМ относят:
поверхностный износ шестерен распредвала, толкателей, направляющих втулок, втулок и осей коро-
мысел и увеличение продольного смещения распредвала. Кроме того, не смотря на смещение оси
толкателей относительно кулачков, скошенности и выпуклости нижней поверхности толкателя, эти
элементы подвергаются интенсивному поверхностному изнашиванию. Это, при прочих равных усло-
виях, нарушает плотность прилегания клапанов к гнездам, что приводит к уменьшению компрессии,
падению мощности и возникновению периодических хлопков ДВС. Известно, что надежность и дол-
говечность деталей узлов трения обусловлены объемной и поверхностной прочностями конструкци-
онных материалов, используемых для их изготовления [6]. Причем, если в процессах объемного раз-
рушения накапливаются дефекты структуры конструкционного материала, вызывающие макроско-
пические разрушения детали, то в результате поверхностного разрушения накапливается значитель-
ное количество микроскопических разрушений. Отметим, что это обусловлено нестабильным состоя-
нием и избыточной энергией атомов, расположенных у поверхности, обладающих только односто-
ронними связями, в отличие от атомов кристаллической решетки внутри материала, находящихся в