Введение к работе
Актуальность темы определяется необходимостью совершенствования теории и практики технологии поверхностного пластического деформирования применением дифференцированного гидродробеструйного упрочнения (ГДУ) и поверхностно-активных веществ (ПАВ) в подшипниках скольжения, получивших широкое распространение в тяжелом и транспортном машиностроении. Дифференцированное гидродробеструйное упрочнение: как один из методов поверхностного пластического деформирования (ППД) позволяет на высоконагруженных деталях из углеродистой и конструкционной стали упрочнить поверхностный слой, активно управлять деформационным упрочнением различных участков поверхности конструкции, что дает возможность существенно повысить равномерность нагружения смежных объемов металла и равнопрочность при усталостном нагружении. Покрытие рабочей поверхности подшипника ПАВ (эффект Ребиндера) как разновидность технологии поверхностного пластического деформирования снижает коэффициент динамичности в масляном слое из-за формирования тонких износостойких пленок из эмульгатора на поверхности контакта подшипника и шейки коленчатого вала. При этом колебательный процесс в масляном слое подшипника полностью демпфируется, повышая его несущую способность и, соответственно, эксплуатационную надежность конструкций.
В работах многих отечественных и зарубежных исследователей отмечается, что напряжения, оставшиеся в поверхностных слоях после ППД, помимо других факторов, тесно связаны с начальными остаточными напряжениями, возникающими в очаге деформации и в прилегающих к нему областях. Среди работ, относящихся к вопросу изучения начальных остаточных напряжений при ППД применительно к условиям ГДУ, выделяются исследования И.В. Кудрявцева, А.Н. Овсеенко, В.В. Петросова, Д.Д. Папшева и других. Однако для условий ГДУ пренебрежение взаимосвязью между дифференцированным упрочнением и начальными остаточными напряжениями приводит к значительным погрешностям. Для расчета начальных остаточных напряжений, определяющих качество упрочнения и запасы усталостной прочности детали, приходится решать задачи напряженности конструкции при технологии ППД.
Цель работы: повышение эксплуатационной надежности подшипников
скольжения транспортных дизелей путем совершенствования технологии и
управления напряженным состоянием дифференцированной
гидродробеструйной обработки рабочих поверхностей деталей и минимальной толщиной слоя смазки в условиях применения ПАВ.
Научная новизна:
1 Теоретическое обоснование совершенствования технологии
дифференцированной гидродробеструйной обработки рабочих поверхностей
деталей и подшипников скольжения на основе объяснения влияния
напряженной деформационно-силовой обстановки на характер формирования
начальных остаточных напряжений на базе современных достижений теории
сопротивления материалов на примере стержня разнородной упругости.
2 Математическая модель нагружения масляного слоя подшипников
скольжения в условиях ППД путем применения ПАВ, характеризующая
динамическое нагружеше масляного слоя подшипника скольжения.
3 Математическая модель режимов дифференцированного
гидродробеструйного упрочнения и применения ПАВ, учитывающая
технические и технологические ограничения, которые позволяют активно управлять деформационным упрочнением различных участков поверхности детали и минимальной толщиной слоя смазки в конструкции, что дает возможность существенно повысить равномерность нагружения смежных объемов металла и равнопрочность при усталостном нагружении, а также снизить коэффициент динамичности в масляном слое на основе расчетных методов анализа динамики нагружения упрочняющей обработки применением ПАВ.
Методы и средства исследований. В теоретических исследованиях использовались методы технологии машиностроения, расчетно-аналитические методы теории упругости, сопротивления материалов и конечных элементов. Экспериментальные исследования базировались на электротензометрии, метрологии, автоматизации научных исследований и приборах «Стресскан» (США - Финляндия) и «ИОН - 4М» при исследовании начальных остаточных напряжений после ППД деталей; на емкостном методе при исследовании гидродинамики подшипников скольжения.
Практическая ценность и реализация результатов работы. На базе теоретических выводов, получивших экспериментальное подтверждение, достигнут переход к эффективному управлению начальными остаточными напряжениями при ГДУ, определена область наиболее рациональных режимов поверхностного пластического деформирования. Наиболее важные практические результаты получены для упрочняющей обработки наружных поверхностей кривошипных головок шатунов транспортных дизелей, для которых достигалось активное снижение неравномерности результирующих напряжений по сечениям головок в 5-5,5 раза. Предлагаемая технология позволяет снизить материалоемкость изготовления шатуна до 50%, довести коэффициент использования металла до 1^=0,8-0,9, снизить трудоемкость изготовления шатуна на 3-4 нормо-часа, освободить 11-12 фрезерных станков и рабочих, их обслуживающих. Конструкционно-технологические решения, применение ПАВ изменяют условия смазывания в подшипниках скольжения путем демпфирования колебательного процесса и снижения динамики нагружения. Результаты исследования явились основой для создания шатунов и подшипников скольжения, получивших промышленную апробацию. Результаты исследования внедрены в ОАО «Волжский дизель им. Маминых» (г. Балаково) при изготовлении деталей с высоким технологическим уровнем и эксплуатационной надежностью.
Апробация. Основные научные положения и результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы технического сервиса в агропромышленном комплексе» (Москва, 2002), Межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, 2003), V и VI Российских научных конференциях «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах» (Балаково, 2002-2003), ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Балаково, 2002-2005), заседаниях кафедры «Технология машиностроения» Балаковского института, техники, технологии и управления СГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных для публикации ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 100
наименований. Объем диссертации составляет 145 страниц, в том числе 54 рисунка и 17 таблиц.
