Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы и задачи исследования
1.1 Конструкция, особенности нагружения и применения чугунных
коленчатых валов
1.2 Анализ особенностей эксплуатации и возникающих дефектов чугунных коленчатых валов
1.3 Анализ методов восстановления чугунных коленчатых валов
1.4 Анализ способов упрочнения чугунных коленчатых валов
1.5 Выводы и постановка задач исследования
Глава 2. Теоретические предпосылки к повышению межремонтного ресурса чугунных коленчатых валов
2.1 Моделирование нагружения коленчатого вала в условиях эксплуатации с
целью оптимизации конструкторско-технологических параметров
2.2 Теоретические предпосылки выбора оптимальных параметров кольцевой проточки на основе метода многокритериальной оптимизации
2.3 Теоретические обоснования триботехнических характеристик поверхностного слоя для снижения интенсивности изнашивания при ремонтных воздействиях
Глава 3. Программа и методики экспериментальных исследований
3.1 Методика моделирование нагружения коленчатого вала в условиях эксплуатации
3.2 Методика двухфакторного эксперимента по определению формы кольцевой проточки
3.3. Методика многокритериальной оптимизации параметров кольцевой проточки
3.4 Методика микрометражных исследований шеек коленчатого вала
3.5 Методика исследований поверхностной твердости шеек коленчатых валов
3.6 Методика проведения усталостных испытаний коленчатых валов
3.7 Методика оценки характеристик опасного сечения щек коленчатого вала
3.8 Методика физико-химических, металлографических и микрогеомет
рических исследований
3.9 Методика проведения триботехнических исследований
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований
4.1 Результаты полнофакторного эксперимента по определению формы
кольцевой проточки
4.2 Результаты оптимизации параметров кольцевой проточки
4.3 Результаты микрометражных исследований шеек коленчатого вала
4.4 Результаты исследований поверхностной твердости шеек коленчатых валов.
4.5 Анализ усталостных изломов коленчатых валов
4.6 Результаты усталостных испытаний
4.7 Результаты физико-химических, металлографических и микрогеомет рических исследований
4.8 Результаты триботехнических испытаний
Глава 5. Разработка рекомендаций по повышению межремонтного ресурса коленчатых валов из высокопрочного чугуна
5.1 Модернизация универсального стенда резонансного типа предназначенного для ускоренных усталостных испытаний
5.2 Особенности применения и обоснование режимов карбонитрации для упрочнения чугунных коленчатых валов
5.3 Применяемое оборудование и особенности применения процесса карбонитрации.
5.4 Разработка рекомендаций к технологическим процессам восстановления и упрочнения чугунных KB
5.5 Расчет экономической эффективности внедрения разработанного технологического процесса в производство
Общие выводы список литературы
- Анализ особенностей эксплуатации и возникающих дефектов чугунных коленчатых валов
- Теоретические предпосылки выбора оптимальных параметров кольцевой проточки на основе метода многокритериальной оптимизации
- Методика микрометражных исследований шеек коленчатого вала
- Результаты микрометражных исследований шеек коленчатого вала
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время особо важной задачей является поддержание имеющейся техники в исправном состоянии путем разработки и внедрения эффективных методов восстановления и упрочнения базовых деталей. Данные существующих исследований показывают, что одной из основных причин выхода двигателя из строя (от 45 до 70 % случаев) являются дефекты коленчатого вала (КВ): износы шеек, задиры и схватывания, усталостные разрушения.
Технологические процессы, разработанные для восстановления стальных КВ, оказались неприемлемыми для чугунных вследствие присущих их материалу специфических свойств. Большинство применяемых методов восстановления чугунных КВ снижают усталостную прочность и тем самым не обеспечивают требуемый нормативными документами уровень ресурса восстановленного изделия относительно нового. Следовательно, возникает необходимость применения методов упрочнения КВ в межремонтных периодах эксплуатации двигателя, что является актуальной задачей ремонтного производства.
Цель исследования – повышение межремонтного ресурса чугунных КВ конструктивно-технологическими способами.
Объект исследования – изношенные и упрочненные (прошедшие карбонитрацию, с кольцевой проточкой в зоне галтельного перехода) чугунные КВ ЗМЗ 24–1005011–20 (ОАО «Заволжский моторный завод») и УМЗ 4173.1005011 (ОАО «Ульяновский моторный завод»).
Методика исследований. В качестве основных методик применялись системные исследования (системный подход и системный анализ), логика научных исследований и математическое моделирование. В результате разработаны частные методики лабораторных исследований с использованием методов математической статистики, статистического и регрессионного анализа и современных вычислительных средств.
На защиту выносятся:
– результаты численного моделирования нагруженности колена КВ при различных конструктивных параметрах вала и механических свойствах тонкого поверхностного слоя;
– математическая модель зависимости возникающих максимальных напряжений и деформаций в колене КВ от формы кольцевой проточки расположенной в зоне галтельного перехода;
– результаты экспериментальных исследований величины износа и поверхностной твердости шеек КВ;
– методика оценки характеристик опасного сечения щек КВ на основе усталостных изломов;
– результаты ускоренных стендовых испытаний на усталость изношенных, модернизированных и упрочненных чугунных КВ;
– закономерности формирования структур и фаз на поверхности деталей из высокопрочного чугуна при карбонитрации;
– взаимосвязь параметров субструктуры упрочненного слоя с его усталостными и триботехническими характеристиками.
Научная новизна работы:
– определены теоретические зависимости максимального напряжения и максимальной деформации для наиболее нагруженного колена КВ от изменения величины перекрытия коренных и шатунных шеек КВ и от изменения радиуса галтели;
– обосновано снижение максимального напряжения и максимальной деформации, возникающих в колене КВ при улучшении механических свойств (модуля упругости и коэффициента Пуассона) тонкого поверхностного слоя;
– получена математическая модель, адекватно описывающая зависимость максимального напряжения и максимальной деформации от радиуса и глубины кольцевой проточки, примененной в зоне галтельного перехода;
– определены параметры распределения износов коренных и шатунных шеек в зависимости от ремонтных размеров КВ;
– определены структура, фазы и физико-механические свойства упрочненного слоя, полученного карбонитрацией на поверхности высокопрочного чугуна;
– определен предел выносливости изношенных и упрочненных чугунных КВ (ЗМЗ-24 и УМЗ-4173) методом карбонитрации поверхности и кольцевыми проточками на основе ускоренных стендовых испытаний на усталость.
Практическую значимость представляют:
– значения поверхностной твердости коренных и шатунных шеек КВ ЗМЗ-24 и УМЗ-4173 новых и ремонтных размеров;
– модернизированная электрическая схема питания резонансного стенда для испытаний КВ на чистый изгиб и устройство для контроля и оценки деформации КВ на основе продукции ЗАО «Электронные технологии и метрологические системы - ЗЭТ», позволяющие проводить испытания в полуавтоматическом режиме (патент РФ на полезную модель №101830 «Устройство для контроля и оценки деформации коленчатого вала»);
– технологический процесс восстановления шеек чугунных КВ, повышающего износостойкость в 1,21…1,71 раза, а предел выносливости – в 1,38...1,58 раза.
Реализация работы. Результаты исследований внедрены в ООО «Эффект гарантия» (г. Саранск), а также используются в учебном процессе ИМЭ Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на XXXVIII Огаревских чтениях Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева (г. Саранск, 2010 г.); на XIII научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева (г. Саранск, 2008 г.); на Международной научно-технической конференции «Научные проблемы ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» (г. Москва, ГОСНИТИ, 2009, 2010 гг.); на расширенном заседании кафедры основ конструирования механизмов и машин ГОУВПО «МГУ им. Н. П. Огарева».
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 3 – в изданиях рекомендованных ВАК РФ, получен патент на полезную модель «Устройство для контроля и оценки деформации коленчатого вала».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, включает 60 рисунков, 21 таблицу, 121 источник литературы и приложения.
Анализ особенностей эксплуатации и возникающих дефектов чугунных коленчатых валов
Усталостная долговечность KB зависит от многих факторов: состава сплава материала; метода и качества производства полуфабрикатов; формы; размеров; технологии и качества изготовления; характера внешней среды, в . том числе ее состава, температуры и ее изменения во времени; условий на гружения (спектра нагружения, повторяемости нагрузок, напряженного состояния и т.п.). Другой чертой, присущей процессу усталости, является значительное рассеивание усталостной долговечности даже для совершенно идентичных KB, изготовленных из одного экземпляра полуфабриката (поковки). Это рассеивание сильно возрастает в связи с возможными колебаниями в технологических режимах, в допусках на размеры, а также состояния поверхности.
Необходимо отметить функциональную зависимость усталостной дол-говечности от знакопеременных циклических напряжений [24]. Наиболее опасными в отношении усталости являются зоны концентрации напряжений. В этих зонах даже при умеренных нагрузках имеет место локальная пластическая деформация. При разгрузке в пластически деформированной зоне образуются напряжения обратного знака, так как основная нагруженная упругая часть сечения возвращает эту зону в исходное состояние. Таким образом, локальная зона, где имеет место пик напряжений и где образуется усталостная трещина, работает в условиях отличных от основной части сечения. Напряжения растяжения при их многократном повторении оказывают более по $ вреждающее действие, чем напряжения сжатия. При знакопеременном на гружении создаваемое повреждение зависит от уровня и соотношения напряжений растяжения и сжатия в цикле.
Развитие процесса усталости происходит путем накопления повреждений в структуре материала с образованием микропор и зарождением микротрещин [25]. Основными в процессе на этом этапе являются появление нарушения сплошности металла, зарождение и развитие субмикротрещин домик-ротрещин. Этот период характеризуется снижением микротвердости относи-тельно исходного значения и незначительным изменением физико механических свойств материала. В; дальнейшем происходит развитие усталостной трещины до микротрещины критического размера, что сопровождается интенсивным: снижением прочности и пластичности, электропроводимости: и магнитною проницаемости, а также повышением уровня внутреннего тренияг. При-достижении- трещиной своего критического значения?происходит интенсивное разрушение;
По виду разрушения валаможно точно1 судить отом, какой тишнагрузт ки явился его причиной. При изгибе разрушение происходит по щеке с зарождением усталостной трещиныв галтели сопряжения шатунной шейки и щеки со стороны перекрытия. Поломки при кручении часто начинаются с трещин, возникающих в зоне отверстий для смазки шейки вала или в зоне галтелей. В этом случае разрушение происходит по сечению шейки.
На легковые автомобили, малотоннажные грузовые автомобили? и микроавтобусы ГАЗ и УАЗ, устанавливаются двигатели различного производства. До недавнего времени основным поставщиком был АО «Заволжский моторный завод» с семейством карбюраторных бензиновых моторов на базе ЗМЗ-402.10, ведущего родословную от ГАЗ-24Д 1968 года, отличающихся высокой «эластичностью» (максимум крутящего момента приходится на низкие обороты) и ремонтопригодностью, а также низкой ценой [26]. О 1996 года моторы ЗМЗ-402 начали постепенно вытесняться более современными моторами ЗМЗ-406, а с 2006 го да, с введением экологических норм Euro полностью перестали поставляться на конвейеры автозаводов.
Крупным поставщиком также выступал ОАО «Ульяновский моторный завод». Начало производства автомобильных двигателей в г. Ульяновске было организовано в 1970 году после передачи двигателей ГАЗ-21А и ЗМЗ-451 с ЗМЗ [27]. К началу 90-х годов эти двигатели прошли несколько этапов модернизации и практически исчерпали свои возможности по дальнейшему повышению энергетических и топливно-экономических характеристик..
В этой связи ОАО УМЗ разработал и с 1996 года начал производиться серийно двигатель модели УМЗ-421 с рабочим объемом 2,89 л. Повышение рабочего объема получено за счет увеличения диаметра цилиндра до 100 мм с одновременным внедрением новой конструкции алюминиевого блока цилиндров с залитыми гильзами из чугуна. Новый двигатель полностью взаимозаменяем с двигателями предыдущего семейства и без каких-либо переделок устанавливается на автомобили прежних выпусков:
С 1998 года ОАО УМЗ начал поставки двигателей модели 4215 на комплектацию ряда-модификаций малотоннажных грузовых автомобилей ГАЗ, а уже в 2002 г. был выпущен 100-тысячный двигатель для автомобилей ТА-Зель".
С 2005 г. предприятие является основным поставщиком двигателей на автомобиль «ГАЗель». После внедрения комплекса адаптационных изменений как двигателей, так и автомобилей, все модели «ГАЗелей» могут комплектоваться ульяновскими двигателями.
С марта 1998 г. в АО "РИАТ", г. Иваново приступили к производству более мощного и экономичного карбюраторного двигателя ДВС-210.10, созданного на базе ЗМЗ-4021.10 [28]. При равном с серийным двигателем объеме его основные характеристики существенно лучше: выше мощность, на 1,5.. .2 литра уменьшен расход топлива (из расчета на 100 км пробега), значительно выше максимальная скорость. Выходные характеристики ДВС-210.10 близки характеристикам двигателя рабочим объемом 2,89 л (УМЗ-4218.10).
Производственные программы практически всех автозаводов включают в себя инжекторные двигатели, соответствующие экологическим нормам Euro 3 (Правила ЕЭК ООН № 83-05А). ОАО УМЗ не исключение. Очередная модель завода- УМЗ-4213.10 имеет систему распределенного впрыска с комплектующими отечественного производства и рассчитана на установку на автомобили УАЗ. Для установки на автомобили "Газель" выпускается аналогичный двигатель УМЗ-4216.10. Дальнейшее усовершенствование двигателей привело к созданию модели УМЗ-249.10.
Теоретические предпосылки выбора оптимальных параметров кольцевой проточки на основе метода многокритериальной оптимизации
Метод ремонтных размеров. KB шлифуют под номинальный или ремонтный размер. Одноименные шейки (шатунные или коренные) шлифуют на один размер. У KB следует сначала шлифовать шатунные, а затем коренные шейки [1]. При шлифовании шатунных шеек после коренных соосность коренных шеек нарушается, радиус кривошипа увеличивается. Методы нанесения металлопокрытия до первоначальных или ремонтных размеров Проблема нанесения металлопокрытий на изношенные шейки KB возникает тогда, когда полностью использованы ремонтные размеры.
Более 85 % объема восстановления шеек KB выполняют сварочно-наплавочными методами [63], но необходимо учитывать, что неравномерный нагрев и охлаждение наплавленных деталей изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне настолько, что получить наплавленный слой без дефектов с необходимым уровнем свойств весьма затруднительно.
Высокие скорости охлаждения наплавленного металла приводят к появлению участков с выделением цементита, той или иной формы в различном количестве, и ледебурита. Хрупкие структуры в наплавленном металле снижают пластичность чугуна и снижают его стойкость против образования трещин. Вместе с тем неравномерный нагрев обуславливает появление сварочных напряжений, которые приводят к образованию трещин в шве и околошовной зоне. Появление отбеленных участков, имеющих большую плотность, чем основа, объясняют возникновение дополнительных структурных напряжений, способствующих трещинообразованию. Горячие трещины возникают при температуре 1100... 1150 С, зависят от послеусадочного расширения, величины и скорости протекания доперлит-ной линейной усадки. ВЧ имеет большое предусадочное расширение и поэтому, по сравнению с другими чугунами, имеет сравнительно небольшую склонность к образованию горячих трещин [64].
Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, вызванное наличием растворенного в расплаве водорода, продолжается на стадии кристаллизации. Это приводит к образованию пор в металле шва. Повышение содержания кремния и некоторых других элементов в металле шва эквивалентно увеличению количества растворенного водорода. Это способствует образованию на поверхности тугоплавких окислов, пор и усиливает неоднородность. Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва.
Известные технологии с точки зрения сварного соединения можно разделить на две группы: 1) сталь - чугун (основной материал); 2) чугун - чугун. Впервые восстановление 4KB проводилось вибродуговой наплавкой и наплавкой в углекислом газе [65]. В дальнейшем были разработаны технологии наплавки в среде жидкости и пара [66, 67], воздуха, кислорода [68], водоки-слородной среде [69], с наложением ультразвука [70].
Известен способ наплавки сплошной проволокой Св-15 ГСТЮЦА (ЭП-439) в струе воздуха [71]. Наличие в проволоке циркония и цезия препятствует образованию трещин и пор и способствует получению мелкозернистой структуры в наплавленном слое. Твердость наплавленных поверхностей достигает HRC 56...59. Износостойкость наплавленных шеек KB в 1,5...2 раза выше, чем у ненаплавленных, а предел выносливости не выше 30...57 % от новых [72,73].
Для снижения термического влияния и предотвращения отбела исследовались процессы двухслойной наплавки порошковой проволокой под легирующим флюсом [74, 75]. Наплавка первого слоя производится малоуглеродистой проволокой ПП-08-00 с внутренней защитой, а второго — проволо кой ПП-У2х2 под флюсом АН-348А (в ряде случаев проволоками ПЛАНІ22 или ППЗК2В8, разработанными в ИЭС им. Е.О.Патона). Металл первого слоя имеет феррито-перлитную структуру с твердостью 22...23 HRC, второго слоя -V - трооститную с остаточным аустенитом и твердостью 48...51 HRC. В на V плавленном слое имеются трещины. По износостойкости наплавленные валы не уступают новым, а предел выносливости находится в пределах 56...64 %.
Технология восстановления KB ЗМЗ-53, разработанная в ЧИМЭСХе [76], предусматривает для уменьшения влияния на деталь ввод в зону дуги дополнительной присадочной проволоки, обеспечивающий принудительный отвод тепла из сварочной ванны. Для восстановления KB ЗМЗ-53 и СМД-14 [77] наплавка производится двумя последовательно расположенными стальными малоуглеродистыми проволоками Св-08А под смесью флюсов АНК-18 % по винтовой линии от середины шеек к галтелям. Для
наплавленного слоя характерна неоднородная структура: у поверхности металл имеет литую структуру в виде вытянутых первичных зерен аустенита, окаймленного ферритом, с твердостью 42...57 HRC. Ближе к границе сплавления находится науглероженный слой стали со структурой отпущенного мартенсита, а в зоне сплавления наблюдается ледебуритная структура высокой твердости и низкой пластичности. Наплавленные KB обладают высокой износостойкости и низким пределом выносливости.
Способ восстановления 4KB наплавкой по винтовой линии малоугле Ч родистой проволокой под легирующим флюсом (либо порошковой - под ке рамическим) по металлической оболочке для защиты чугуна от прямого воздействия дуги разработан в НИИАТе [71, 75]. В качестве флюса используется смесь состоящая из 92 % флюса АН-348А, 2,5 % феррохрома и 2,0...2,5 %, ферромарганца, остальное - жидкое стекло. Наплавленный слой при охлаждении на воздухе имеет мартенситную структуру с твердостью HRC 48...56. Оболочка способствует уменьшению глубины проплавлення, снижает диффузию углерода, марганца, кремния, серы, фосфора из основного металла.
Методика микрометражных исследований шеек коленчатого вала
Упрочненный слой состоит из нескольких зон: вначале идет тонкий прирабатывающий оксидный слой (БезС ) порядка 5...7 мкм, далее зона є-карбонитрида типа Fe3N, под которым располагается зона у -фазы типа Fe4N. Диффузионная зона (гетерофазный слой) состоит из твердого раствора углерода и азота в железе с включениями карбонитридных фаз. На поверхности образуется легкоудаляемый сажистый налет.
После карбонитрации деталей из ВЧ в тонком поверхностном слое присутствуют карбонитридные фазы, вызывающие искажение кристаллической решетки железа и создающие значительные сжимающие напряжения, которые в условиях изгиба уменьшают растягивающие напряжения от внешней нагрузки. Максимальная величина сжимающих напряжений-находится в поверхностной нитридной зоне на глубине не более 20 мкм.. Сжимающие напряжения в диффузионной зоне, несмотря на меньшую величину, вносят основной вклад в повышение предела выносливости из-за большой протяженности зоны по глубине [115].
На рентгенограмме кроме вышеперечисленных фаз обнаруживаются линии от цианата калия (KCNO), который вероятно был плохо удален из пористой зоны во время промывки.
Распределение микротвердости по толщине упрочненного слоя характерно для диффузионных слоев (плавно снижается от 600 HV на поверхности до 250 HV в сердцевине) и соответствует изменению содержания азота в карбонитрированном слое [116].
Присутствие є-карбонитрида Fe3N и у -фазы типа Fe4N является обязательным, условием для улучшения триботехнических свойств упрочненного слоя.
Для оценки влияния процессов упрочнения на шероховатость образцов была изготовлена партия образцов из ВЧ 50 с параметрами шероховатости указанными в таблице 4.9. Затем они были подвергнуты закалке ТВЧ и карбонитрации. Результаты замеров также сведем в таблицу 4.9 Как видно из полученных данных применения методов упрочнения ухудшает параметры шероховатости, поэтому требуется- дополнительные операции шлифования или полирования. На рис. 4.14 представлены характерное распределение- параметров шероховатости для исследуемых
По результатам обработки экспериментов на прирабатываемость, для исследуемых серий определены нагрузочные характеристики: максимальная нагрузка Рт, Н, характеризующая предзадирное состояние и рабочая нагрузка Лэ.п. для испытаний на износостойкость. На рис. 4.15 представлена зависимость стабилизированного коэффициента трения от нагрузки.
Из рис. 4.15 видно, что у образцов прошедших карбонитрацию максимальная нагрузка Рт2 9 Н, характеризующее предзадирное состояние, выше, чем у остальных образцов, причем по сравнению с не упрочненными образцами (Pmo=5 Н) она выше на 80%.
Анализ рисунков 4.16 и 4.17 показывает, минимальный средний коэффициент трения наблюдается в тонком поверхностном оксикарбонитридном слое, и почти не изменен по всей его толщине. В диффузионной зоне наблюдается увеличение коэффициента трения, а при достижении глубины порядка 40...50 мкм, он сравнивается по значению с коэффициентом трения не упрочненных образцов.
Для расчета площади сечения бороздки износа снимались профилограммы (рис. 4.18) и затем с помощью программы TalyMap Contour, входящий в комплект поставки профилометра, определялись необходимые параметры для расчета.
Проведенные испытания показывают, что образующийся на поверхности ВЧ 50 при карбонитрации оксикарбонитридный слой обладает более низким коэффициентом трения (снижение до 50 %) и приведенным износом (снижение в 10..20 раз) по сравнению с образцами без упрочнения и упрочнением ТВЧ в условия сухого трения с контртелом из стали ШХ15. При увеличении заглубления в диффузионную зону, свойства образцов упрочненных карбонитрацией стремятся к свойствам материала основы, так при заглублении 20...25 мкм триботехнические свойства сопоставимы с образцами упрочненными ТВЧ, а при заглублении на 40...50 мкм они уже почти не отличимые от образцов без упрочнения.
После полученных результатов в условиях сухого трения при лабораторных испытаниях, проводились стендовые испытания в условиях смазки наСМТ-1.
По результатам обработки экспериментов на прирабатываемость, для исследуемых серий определены нагрузочные характеристики: максимальная нагрузка Рмн., МПа, характеризующая предзадирное состояние; минимальный коэффициент трения /тт и соответствующая ему оптимальная нагрузка Роп, МПа (представлены в приложении). Значения минимальных коэффициентов трения представлены на рис.4. 20.
Значение минимальных коэффициентов пары трения из антифрикционного сплава АО20 - 1 с различными сериями образцов-роликов: 1- ролик из ВЧ 50; 2 - ролик из ВЧ 50 с закалкой Определение коэффициента трения на различных ступенях нагрузки показало, что при выходе на очередную ступень, его стабильное значение устанавливается за время в пределах 3...4 мин и далее практически не менялось. В дальнейшем отмечалось незначительное уменьшение коэффициента трения, обусловленное уменьшением контактного давления вследствие притирки образцов. При больших нагрузках в ряде случаев наблюдалось также некоторое возрастание коэффициента трения с повышением температуры при фрикционном разогреве образцов. При визуальном осмотре не выявлено существенных повреждений поверхностей.
Результаты микрометражных исследований шеек коленчатого вала
Сложная форма коленчатого вала, многообразие действующих на него сил и моментов, характер изменения которых зависит от жесткости вала и его опор, а также ряд других причин не позволяют провести точный расчет коленчатого вала на прочность. В связи с этим используют различные приближенные методы расчета. Общепринятой расчетной схемой коленчатого вала является схема разрезной двухопорной балки с одним пролетом между опорами (рис. ПЛ.14). При расчете коленчатого вала принимается, что кривошип свободно лежит на опорах; опоры и точки приложения сил проходят через средние плоскости шеек; весь пролет между опорами представляет собой абсолютно жесткую балку. Коленчатый вал рассчитывается для номинального режима с учетом одновременного действия следующих сил и моментов:
Максимальные и минимальные значения скручивающих моментов воздействующих на коренные шейки определяем с помощью составления таблиц П. 1.7 и построения диаграммы (рис.П.1.16). Для составления таблицы используются данные динамического расчета. Порядок определения набегающих моментов показан на рис. П. 1.15. Набегающие и крутящие моменты отдельных цилиндров алгебраически суммируют с учетом порядка работы двигателя, начиная от первого цилиндра.
Схема определения набегающих моментов. Скручивание шатунной шейки происходит под действием набегающего момента Мшш, а изгиб - под действием изгибающих моментов в плоскости кривошипа М. и в перпендикулярной плоскости Мт. Максимальные значения скручивающего и изгибающего моментов не совпадают по времени. Скручивающий момент, действующий на і-ю шатунную шейку: М. =M„..R w Максимальные и минимальные значения скручивающих моментов воздействующих на шатунные шейки определяем с помощью составления таблиц П. 1.8 и построения диаграммы (рис.П.1.17). Моменты, изгибающие шатунную шейку определяем табличным методом (табл.П. 1.9). 171 Изгибающий момент, действующий на шатунную шейку в плоскости, перпендикулярной плоскости кривошипа:
Так как наибольшие напряжения в шатунной шейке возникают у краев масляного отверстия, то определим изгибающий момент, действующий в плоскости оси масляного отверстия
Мы, нижеподписавшиеся представители ООО «МАПО-ТРАНС»: начальник -wv производства Ямашкин Н.А., начальник эксплуатации Казеев В.Е. с одной стороны, и представитель института механики и энергетики ГОУВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва»: преподаватель кафедры основ конструирования механизмов и машин Школкин Е.А. с другой стороны, составили настоящий акт о том, что в период с марта 2009 по сентябрь 2009 года в ООО «МАПО-ТРАНС» (Республика Мордовия, г. Саранск) при проведении ремонтных работ третьей группы сложности бьши поставлены на эксплуатационные испытания 3 коленчатых вала. Все исследуемые коленчатые валы восстановлены методом карбонитрации с кольцевыми проточками в зоне галтельного перехода.
Мы, нижеподписавшиеся представители ОАО «Мордовспецстрой»: начальник базы №1 Ульянов Н.И., механик базы №1 Баранов А.Н. с одной стороны, и представитель института механики и энергетики ГОУВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва»: преподаватель кафедры основ конструирования механизмов и машин Школкин Е.А. с другой стороны, составили настоящий акт о том, что в период с июня 2009 по апрель 2010 года в ОАО «Мордовспецстрой» (Республика Мордовия, г. Саранск) при проведении ремонтных работ третьей группы сложности были поставлены на эксплуатационные испытания 3 коленчатых вала. Все исследуемые коленчатые валы упрочнены методом карбонитрации и восстановлены методом карбонитрации с кольцевыми проточками в зоне галтельного перехода.
Похожие диссертации на Повышение межремонтного ресурса чугунных коленчатых валов конструктивно-технологическими способами
