ВВЕДЕНИЕ 5
1 Технологическое обеспечение высокой надежности и долговечности
деталей ответственного назначения 9
1.1 Проблема повышения износостойкости деталей в машиностроении 9
1.2 Анализ работы подшипников скольжения шейки коленчатого вала -
вкладыши 17
1.3 Повышение сопротивления материала деталей упругопластическим
деформациям за счет формирования оптимального напряженного состояния поверхностного слоя шатунных и коренных шеек 21
1.4 Релаксационная стойкость остаточных напряжений в изделиях 30
1.5 Поверхностное пластическое деформирование, как способ повышения
качества поверхностного слоя и эксплуатационных свойств деталей 34
2 Методические положения проведения исследований 38
2.1 Управление напряженным состоянием 38
2.2 Методика управления напряженным состоянием образцов 40
2.3 Методика расчета параметров эпюры начальных напряжений и ее
интегральной характеристики 43
2.4 Методика исследования влияния остаточных напряжений на
сопротивление упругопластическим деформациям 50
3 Результаты исследований влияния остаточных напряжений на сопротивление материала упругопластическим деформациям 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 60
Повышение технико-экономических качеств автомобилей привело к интенсификации эксплуатационных процессов их узлов и агрегатов и, как следствие, быстрому изнашиванию деталей. В этой связи расходы на поддержание работоспособности автомобилей возросли в 2,5 раза, большая часть которых приходиться на устранение отказов наиболее нагруженных изделий ответственного назначения.
Среди важнейших проблем, стоящих в настоящее время перед современным автомобилестроением, одно из первых мест занимает проблема повышения эксплуатационной надежности автотранспортных средств, которая зависит от ограниченного числа высоконагруженных ответственных деталей. Огромный вклад в изучение и разработку основных принципов обеспечения работоспособности автомобилей и других машин в процессе эксплуатации на основе исследования их надежности внесли авторы: Ф.Н. Авдонькин, М.Н. Бедняк, Г.В. Веденяпин, И.Н. Величкин, С.В. Венцель, Д.Н. Гаркунов, Б.В. Гольд, Н.Я. Говорущенко, М.А. Григорьев, И.Б. Гурвич, В.А. Долецкий, И.Е. Дюмин, Н.С. Ждановский, Б.П.Загородских, Е.А. и другие.
Коленчатый вал является одной из самых ответственных и конструктивно сложных деталей кривошипно-шатунного механизма, которые отвечают за работу двигателя и определяют его надежность и долговечность. Срок службы коленчатого вала зависит от условий его работы и качества изготовления, определяющего его эксплуатационные свойства в условиях жидкостного трения. Надежность коленчатых валов может оцениваться техническим (средним) ресурсом, т.е. безотказной работой до капитального ремонта. Чем надежнее коленчатый вал, тем больше ресурс двигателя и тем меньше затрат у автотранспортных предприятий на ликвидацию отказов и прочие виды ремонта. Однако в процессе эксплуатации автотранспортных средств достаточно часто надежность коленчатых валов является недостаточной из-за нарушения закономерного развития процессов изнашивания поверхностного слоя. При этом их долговечность составляет в среднем всего лишь 80% от ресурса двигателей, что приводит к большим затратам автотранспортных предприятий. Поэтому повышение эксплуатационной надежности и долговечности коленчатых валов в настоящее время является весьма актуальной задачей.
Качество и, соответственно, эксплуатационные свойства коленчатых валов обеспечивается, прежде всего, за счет высокой точности, шероховатости рабочих поверхностей шатунных и коренных шеек и прочности материала их поверхностного слоя. Одним из путей дальнейшего повышения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей шеек валов является путь формирования технологическими методами благоприятных параметров качества поверхностного слоя. Эти параметры качества формируются на протяжении всего технологического процесса изготовления валов. Но особо важная роль в их достижении принадлежит, безусловно, финишной обработке. При этом различные методы финишной обработки формируют различные по качеству и свойствам поверхностный слой изделий.
Применение в качестве финишной обработки шлифования, хонингования, полирования позволяет снизить шероховатость рабочих поверхностей деталей, но не позволяет достичь оптимального качества их поверхностного слоя. Оно обеспечивается поверхностным пластическим деформированием (ППД), при котором не образуется стружка, но зато происходит пластическое деформирование материала поверхностного слоя с образованием тонкой структуры и формированием остаточных напряжений сжатия.
На сегодняшний день влияние шероховатости поверхности и упрочнения материала на качество рабочих поверхностей шеек коленчатых валов хорошо изучено и определена их ведущая роль в повышении износостойкости изделий. Однако возможность повышения свойств, определяющих длительность работы шеек коленчатых валов, за счет их дальнейшего улучшения технологическими методами практически полностью исчерпана. В связи с этим поиск иных путей повышения эксплуатационных свойств является очень актуальной.
Эффективное решение вопросов повышения качества коленчатых валов и, в конечном счете, их надежности и долговечности невозможно без знаний причин возникновения отказов и закономерностей изменения их технического состояния в процессе эксплуатации. Эта информация необходима не только для определения оптимальных параметров качества изделий, но и для разработки оптимальной структуры технологического процесса изготовления коленчатых валов, способного отдалить момент наступления их предельного состояния.
Одним из параметров качества материала поверхностного слоя, определяющего его физико-механические свойства, являются технологические остаточные напряжения. Так, в отношении влияния технологических остаточных напряжений на износостойкость изделий у исследователей до сих пор не сложилось единого мнения. Это можно объяснить тем, что при изучении влияния остаточных напряжений на величину износа в качестве их характеристики рассматривались либо максимальное значение остаточных напряжений, либо глубина их залегания, которые не дают полной информации об уровне остаточных напряжений. Кроме того, остаточные напряжения в основном оказывают влияние на износостойкость в случае, когда они сохраняются в изделиях длительное время и когда процесс изнашивания носит усталостный характер. Именно эти обстоятельства не позволили выявить явного позитивного влияния остаточных напряжений на износостойкость. Так или иначе наличие технологических остаточных напряжений в теле изделия в любом случае нарушает закономерность развития упругопластической деформации в материале в процессе нагружения. А поскольку способность материала оказывать сопротивление упругопластическим деформациям является одним из критериев, определяющим эксплуатационные свойства изделий, в том числе и износостойкость, то именно этот факт и рассматривается в данной выпускной квалификационной работе. Таким образом, целью дипломной работы является повышение сопротивления материала деталей упругопластическим деформациям путем формирования благоприятных остаточных напряжений при обработке Ш1Д.
При решении поставленных задач в данной дипломной работе были изучены методики расчета деформаций и сил прижатия инструмента во время обработки отделочно-упрочняющим обкатыванием, а так же методика расчет параметров эпюры начальных напряжений и ее интегральной характеристики. Представленные методики позволяют выбирать оптимальные режимы обработки 1111Д, обеспечивающие оптимальное напряженное состояние изделий, которое при определенных условиях эксплуатации способно оказывать сопротивление упругопластическим деформациям, а, следовательно, и значительно сократит интенсивность изнашивания при определенных эксплуатационных условиях. Данные методики были рассмотрены на примере деталей, изготовленных из стали 45. Так для обработки ППД изделий из стали 45, были получены оптимальные режимы Р = 900 Н, т = 40 м/мин и 5 =0,07-5- 0,11 мм/об.
Для подтверждения влияния остаточных напряжений на сопротивление упругопластическим деформациям, были проведены экспериментальные исследования. В результате были получены зависимости, которые показывают, что напряжения растяжения в поверхностном слое, способствуют развитию упругопластических деформаций. А напряжения сжатия, наоборот оказывают им сопротивление, причем, чем больше величина сжимающих напряжений, тем больше поверхность сопротивляется упругопластическим деформациям.
Таким образом, наведение в поверхностном слое деталей остаточных напряжения сжатия, безусловно, является положительным фактором, который можно использовать для повышения эксплуатационных свойств деталей, работающих в условиях жидкостного и полужидкостного трения.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
