Введение 3
1.1 Анализ предметной области 5
1.2 Материалы, применяемые для изготовления детали валов и сошек в
автомобилестроении 10
1.3 Системы инженерного расчета 12
1.4 Патентный поиск 22
2. Материалы и методы исследований 27
2.1 Исследуемые материалы 27
2.2 Методы исследований 31
2.3 Статистическая обработка экспериментальных данных 40
3 Описание существующего технологического процесса изготовления сошки 46
3.1 Виды разрушений конструкции вала и сошки рулевого управления 48
4 Проверка материала на соответствие нормативно-технической документацией
детали вала сошки 52
4.1 Твердость и металлографический анализ 52
4.2 Химический анализ 55
4.3 Проверка на статическую прочность 56
5 Разработка конструкции сошки вала гидроусилителя руля 58
5.1 Технологический процесс изготовления новой конструкции сошки вала 66
Заключение 68
Список литературы 70
Приложение
На развитие современного курса «Детали машин» большое влияние оказывает быстрый прогресс отечественного и зарубежного машиностроения. Этот прогресс требует все более широкой стандартизации и унификации деталей общего назначения, а также их изготовления в массовых количествах на специализированных заводах. В условиях массового и специализированного производства значение курса «Детали машин» возрастает.
Основные требования к конструкции деталей машин. Совершенство конструкции детали оценивают ее надежности и экономичности. Под надежностью понимают свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность. Экономичность определяют стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.
Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин: прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием - является прочность, а для винтов резьбовых передач — износостойкость. При конструировании деталей их работоспособность обеспечивают в основном выбором соответствующего материала, рациональной конструктивной формой и расчетом размеров по главным критериям.
Прочность является главным критерием работоспособности большинства деталей. Непрочные детали не могут работать. Следует помнить, что разрушения частей машины приводят не только к простоям, но и к несчастным случаям.
Различают разрушение деталей вследствие потери статической прочности или сопротивления усталости. Потеря статической прочности происходит тогда, когда рабочее напряжение превышает предел статической
прочности материала (например, <хв). Это связано обычно со случайными перегрузками, не учтенными при расчетах, или со скрытыми дефектами деталей (раковины, трещины и т. п.). Потеря сопротивления усталости происходит в результате Длительного действия переменных напряжений, превышающих предел выносливости материала (например,
Основы расчетов на прочность изучают в курсе сопротивления материалов. В курсе «Детали машин» общие методы расчетов на прочность рассматривают в приложении к конкретным деталям и придают им форму инженерных расчетов.
Предметом исследования выбрана конструкция вала сошка гидроусилителя руля грузовых автомобилей. Целью магистерской диссертации является выявление и устранение сбоев в изделии в процессе эксплуатации конструкции сошки вала гидроусилителя руля грузового автомобиля.
Для достижения поставленной цели необходимо стало решение следующих задач:
• анализ предметной области;
• анализ существующих материалов и методов исследований;
• комплексные исследования конструкции вала с сошкой;
• проверка материала на соответствие с нормативно-технической документацией детали вала сошки;
• разработка новой конструкции вала с сошкой;
• расчет новой конструкции вала сошкой рулевого управления;
• описание изготовления новой конструкции сошки рулевого управления
В данной магистерской диссертации произведен анализ материалов с учетом физических и механических свойств и выбраны стали для изготовления сошки и вала ГУРа. Установлено, что наиболее подходящей сталью для изготовления вала рулевого управления является сталь 25ХГТ.
Разрушения наблюдались на трех автомобилях из пяти. Причиной разрушения вала может быть либо неправильная геометрия и материал самого вала либо геометрия и материал самой сошки. Так как технология изготовления вала более сложная, чем технология изготовления сошки в этом случае принято решение изменить конструкцию сошки.
В результате проверки соответствия материала выявлено, что марка материала, твердость по шлифованной поверхности 060,5, твердость сердцевины, глубина упрочненного слоя по нешлифованной и шлифованной поверхностям зуба соответствует требованиям конструкторской документации вала.
Рулевой механизм ШНКФ 453461.700-20 выдержал нагрузку 15000 Н м, приложенную к валу сошки в соответствии с п. 1.2.12 ТУ BY600009233.066-2014 без поломки. Разрушение ШНКФ 453461.700/221 механизма произошло при нагрузке на валу сошки 19600 Нм.
На основании проведенных заводских испытаний дана рекомендация по замене материала сошки с стали 25ХГТ на сталь 40Х.
Так как в процессе эксплуатации выявлен преждевременный выход из строя вала, а несоответствие материала и режимов закалки опровергнуто, следовательно, предложено оптимизировать конструкции сошки. Предложено несколько видов новой конструкции сошки для предотвращения излома вала сошки и выхода из строя рулевого управления. Проведя расчет напряженно-деформированного состояния оптимизированных конструкций вала с сошкой в программе NX Nastran, выбрана наиболее подходящая конструкция, удовлетворяющая требования кинематических расчетов.
Для проверки адекватности полученных расчетов изготовлена опытная партия новой конструкции вала с сошкой, отличающейся от первоначальной изменением применяемой геометрии. В процессе предварительных испытаний на реальных автомобилях не выявлены дефекты деталей вала и сошки. Таким образом, результаты расчетов напряженно-деформированном состояния в программном комплексе NX Nastran имеют высокую степень сходимости с реальными результатами. Усилия, возникающие при крутящем моменте 9000Н*м на валу ГУРа уменьшились за счет изменение конструкции детали сошки и рулевого управления.
