авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Обеспечение качества восстановленных коленчатых валов дизельных двигателей сучетом их напряженно-деформированного состояния

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Горшенина ЕкатеринаЮрьевна

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА

ВОССТАНОВЛЕННЫХ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СУЧЕТОМ

ИХ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

Специальности: 05.02.08 - Технологиямашиностроения

05.22.10 - Эксплуатацияавтомобильного

транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученойстепени

кандидата техническихнаук

Саратов- 2011

Работа выполнена в ГОУВПО «Саратовский государственныйтехническийуниверситет».

Научныеруководители: доктортехнических наук, профессор

Денисов АлександрСергеевич

кандидаттехнических наук, доцент

Тугушев БорисФедорович

Официальныеоппоненты: доктор технических наук,профессор

Аникин Анатолий Афанасьевич

доктор технических наук,профессор

Данилов ИгорьКеворкович

Ведущая организация -ГОУ ВПО Камская инженерно-экономическая

академия (ИНЭКА), г. НабережныеЧелны.

Защита диссертациисостоится 16 марта 2011 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 приГОУ ВПО «Саратовский государственный техническийуниверситет» по адресу:

410054, г. Саратов, Политехническаяул., 77, СГТУ, корп. 1, ауд. 319.

С диссертацией можноознакомитьсяв научно-технической библиотеке ГОУ ВПО«Саратовскийгосударственный технический университет».

Автореферат разослан16 февраля2011 г.

Автореферат размещен на сайте: http:/ http://www.sstu.ru

Ученыйсекретарь

диссертационногосовета А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальность темы.Применительно кавтомобильным деталям коленчатый вал являетсясамой дорогой либо второй повеличинестоимости деталью, особенно длякрупногабаритного (грузовыхавтомобилей или сельскохозяйственнойтехники) дизельного двигателя. До 70% затрат на ремонтавтомобильной и сельскохозяйственной техникиприходится на приобретение новых запасныхчастей взамен предельно изношенных. Предельныеизносы 85% деталей не превышают 0,3 мм,причем многиеиз них имеют остаточные ресурсы 60% и более итолько 20% деталей автомобилей и тракторов,поступающих в ремонт, подлежатокончательной выбраковке. Остальные можновосстановить, причем себестоимостьвосстановления составит 15...70% от себестоимостиизготовления.

Малогабаритныеколенчатые валы, как показываетпрактика,дешевле заменить на новые, акрупногабаритные экономичней восстанавливать, таккак восстановление позволяет получитьсущественную экономиюметалла, материальных, производственных и трудовыхресурсов. Но здесь возникают сложности– технологические проблемы базирования имеханической обработки. Всвязи с этимповышениетехнологического обеспечениякачества восстановленияколенчатого вала на основе комплексногоизучения базовой операции металлопокрытия, служащейдля формирования вторичной заготовкивосстанавливаемой детали, идальнейшей механической обработки явилось актуальной задачей.

Под качеством в данномслучае понимается приближение характеристик восстановленного вала кновому валу посредствомминимизации или отсутствиядефектов, оптимального по эксплуатационнымхарактеристикам наплавочного материала илисовокупностиматериалов, оптимальногорежимаобработки металлопокрытия коленчатого вала, износостойкости на рабочихповерхностях и вязкости в галтелях какглавныхконцентраторов напряжений.





Цель – повышениедолговечностикрупногабаритных коленчатых валовна основе анализанапряженно-деформированного состоянияи совершенствования технологическогообеспечения ихвосстановления.

Для достижения даннойцели поставлены и решены следующие основные задачи:

  1. Разработать математические моделидля обоснования технологическогообеспечения лезвийной обработкии формирования рабочих поверхностей коленчатого вала с учетом базирования шатунныхшеек.
  2. Разработать физическую и математическую моделиколенчатого вала для определения внутреннихнапряжений на основе методаконечных элементов и методафотоупругости дляпрогнозирования мест начала разрушенияшеек вала.
  3. Обосновать режим термическойоперации при нанесении наплавочногометаллопокрытия для крупногабаритныхколенчатых валов с учетомособенностей распределения температур с цельюминимизации концентраторов напряжений.
  4. Проанализировать изменениемикротвердости поглубине металлаколенчатоговала при нанесении различных наплавочныхпокрытий, что является основанием для формированиятехнологического процессавосстановления и обработки вала.
  5. Выявить особенности макро- имикроструктуры металлопокрытий, наоснове рентгенографических методовпроанализировать остаточные внутренние напряжения второго рода.
  6. Обосновать основныеэлементы режимов резания при обработке наплавленных слоев.
  7. Разработать комплекстехнологических операций, необходимых длядостижения высокого качествавосстановленных крупногабаритных коленчатых валов и датьтехнико-экономическую оценку повышения ихдолговечности.

Объектисследования – технологический процессвосстановления коленчатого вала двигателя КамАЗ-740,изготовленного из стали 42ХМФА ТУ 14-1-1296-75.

Предметисследования –физические закономерности, происходящие при эксплуатациивала и реализациитехнологического процессавосстановления крупногабаритногоколенчатого вала дизельного двигателя.

На защитувыносятся:

  1. Математическиемодели технологической операции лезвийной обработки рабочихповерхностей шеек крупногабаритного коленчатого вала дизельногодвигателя.
  2. Методика прогнозирования мест разрушения вколенчатых валах с использованием методаконечных элементов.
  3. Расчетный методопределениянапряженно-деформированного состояния кривошипа сиспользованием стержневой системы.
  4. Системный анализ результатов исследования: трещинообразованияв коленчатыхвалах, изменения температур при нанесениинаплавочных металлопокрытий, напряженно-деформированногосостояния коленчатоговала методомфотоупругости, макро- и микроструктурыметаллопокрытий, изменениямикротвердости, рентгенографического, основныххарактеристик процессарезания при обработкенаплавленных слоев лезвийныминструментом.

Научная новизна:

  1. Разработано технологическое обеспечение для восстановлениякрупногабаритныхколенчатых валов дизельных двигателей,обосновывающее режим резания лезвийныминструментом наплавленного материала ирежим формирования наплавляемого покрытия наоснове построенияновых математическихмоделей.
  2. Разработанаматематическая модельнапряженно-деформированного состояниякрупногабаритныхколенчатых валов посредством применения методов конечных элементов, фотоупругости и стержневых системдля прогнозирования мест разрушения.
  3. Разработанаэкспериментально-аналитическая модель процесса резания, учитывающая силовые,температурные, износовые характеристики ипозволяющаяопределить основные параметрырациональных режимов лезвийнойобработки металлопокрытия.
  4. Обоснованорациональное соотношение наплавочныхматериалов и режим предварительной термическойобработки для получения покрытия сминимальнымколичеством концентраторовнапряжений,обеспечивающее качество поверхностного слоявосстановленных крупногабаритныхколенчатых валов.

Практическаязначимость и реализациярезультатов работы. Разработанотехнологическое обеспечение процесса восстановления крупногабаритных коленчатых валовдизельныхдвигателей,обеспечивающее ему высокое качество (износостойкость иусталостную прочность),близкое кновым валам, а также экономически выгодное по затратам всовременных условиях.Результаты теоретических и экспериментальныхисследований, а такжепредложенноетехнологическое обеспечение процессавосстановленияиспользовано вэксплуатационном и ремонтном производстве НТЦ «Механик-Т» (СГТУ) при ремонте ивосстановлении коленчатых валов дизельныхдвигателейи подтверждено актомвнедрения.

Апробацияработы. Материалыдиссертации обсуждались:

1. НаМеждународных научно-практическихконференциях: «Логистика и экономикаресурсосбережения и энергосбережения впромышленности», Саратов, 2007;«Математические методы в технике итехнологиях XXI МНК», Саратов, 2009; «Прогресс транспортных средств исистем – 2009»,Волгоград, 2009.

2. НаМежгосударственных научно-техническихсеминарах: «Проблемы экономичности и эксплуатациидвигателей внутреннего сгорания»,Саратов,СГАУ, 2009, Саратов, СГАУ, 2010.

3. НаВсероссийской научно-техническойконференции «Совершенствование техники,технологий и управления в машиностроении»(СГТУ-2009) Саратов, 2009.

4.На конференции молодыхученых «Молодые ученые – науке ипроизводству». Саратов,СГТУ, 2007.

5.На ежегодных конференциях кафедры «Автомобилии автомобильное хозяйство» СГТУ:«Совершенствование технологий иорганизации обеспечения работоспособностимашин», Саратов, 2006 – 2010 гг. и кафедры«Технологии машиностроения», Саратов, 2010 г.

Публикации. По результатам выполненныхисследований опубликовано 23работыв том числе 7 статей в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ. 

Структура и объёмработы. Диссертационнаяработа изложена на 187 страницахкомпьютерного текста и состоит извведения, пяти глав, общих выводов, спискалитературы, включающего 123 наименования.В работе содержатся 109рисунков и 19 таблиц, а так же приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

Вовведении обосновываются актуальностьтемы диссертационной работы, ее цель, задачи, научнаяновизна, практическая значимость.

Первая глава посвященаретроспективному обзоруи анализу различныхтехнологических вариантовремонта и восстановления коленчатых валов,при этом охватывается большой временнойдиапазон иприводятся различные технологии, принятые в нашей стране иза рубежом.

Вопросами технологического обеспечениявосстановления коленчатыхвалов занимались многие ученые и авторыфундаментальных трудов, такие как: В.В. Еф­ремов, В.А. Горохов,В.А. Наливкин, А.С. Денисов,И.И. Фрумин, В.В. Погораздов,Ю. А. Юзвенко,И.Р. Пацкевич, Н.Ф. Грохольский, В. Евдокимов, Ю. Мошенский, Н.Павличков, Н.И. Доценко, Г.П. Юдин, Й. Белла, М. Кучера, П.Панис, Д. Сли­жик, Б.Ф. Тугушев,М.А. Гоголицын, В.И. Чепеленко, Г.А.Кирилюк, В.В. Бартюк, В.А. Бабенко и др. За рубежом этимвопросом занимались: William R.Gleason, C.E. David, B.S. Robinoff, J.C. Smith,Jay C. Hardy и др.

По результатаманализа литературныхисточников и научных трудовследует отметить, что технологическому обеспечениювосстановления крупногабаритных коленчатыхва­ловуделялось, тем не менее, мало вниманияи конкретного общепризнанного оте­чественного технологическогопроцесса для восстановлениякрупногабаритных ко­ленчатых валовдизельных двигателейнет, чтоподтверждает актуальность вы­бранной темы.

Во второй главе рассматриваетсяобщая структура технологическогообес­печения процесса восстановлениякрупногабаритных коленчатых валовдизельных двигателей с выделениемдоминирующих операций дефектоскопии,наплавочной, термической и обработки наплавленных слоевлезвийным инструментом. Пред­ставлена общаяметодика исследования и ряд частныхметодик, включающих: исследованияремонтного фонда,исследования распределения температур вдетали принаплавке, исследования микротвердости,макро- и микроструктуры, ис­следования распределениявнутренних напряжений методомфотоупругости, мето­дикурентгенографического анализа тонкихкристаллических структур иосновных характеристик резания приобработке наплавленных слоев точением.

В третьей главе рассмотрены математическаямодель напряженно-дефор­мированногосостояния крупногабаритныхколенчатых валов посредством приме­нения метода стержневых систем иметодика прогнозированиямест разрушения в коленчатых валах сиспользованием метода конечныхэлементов.

Дляанализа возможных дефектов ипрогнозирования мест разрушения ко­ленчатыхвалов необходиморассмотреть напряженно-деформированноесостояние восстановленногокрупногабаритного коленчатого вала,испытывающего знакопе­ременныенагрузки. Наиболее частоусталостное разрушение вала происходит по щеке в зонеперекрытия шатунных икоренных шеек (рис.1), которое для двигате­лей КамАЗ-740составляет 27,5 мм при номинальномразмерешеек.

При перешлифовываниикоренных и шатунных шеек на последнийремонт­ный размерперекрытие сокращается на 2 мм (7,2%). Расчетыпоказывают, что уро­вень напряжений изгиба повышаетсяпри этом в среднем на 8%.

 Рисунок 1 - Форма -0

Рисунок 1 - Форма усталостного раз­рушенияколенчатоговала по щеке

Существенно уменьшается размер несущего сечения в процессеэксплуата­ции за счет распространенияусталостных трещин от очагов (в данномслучае – гал­телей), что по­казано на рис. 1.

Для анализа силовоговзаимодействия шатунной и корен­ной шеек в зоне ихперекрытиябыла предложенаплоскаямодель, пред­ставленная на рис.2.

Здесь Z – равнодействующаясила, передаваемая от шатунов; ZA,ZB –реак­цииопор.

Для простотырассматривали только правую часть модели,где lщ –толщина щеки; lкш – длина кореннойшейки; p– величина перекрытияшеек. В зоне перекры­тия сплошной металл был замененнеизменяемой стержневой системой,состоящей из стержней 2-1, 2-4 и 3-4.

Сами стержни имеютшарнирные соединения в соответ­ствующих узлах имогут испытывать только осевые нагрузки ввиде растягиваю­щих или сжимающихусилий. Еслирассечь стержневую систему линией 1-1 и рас­смотреть правую часть (рис. 3), можноопределить усилия в самих стержнях.

Рисунок2 - Плоская моделькриво­шипа

коленчатоговала

Рисунок3 - Схема дляопределения

усилий

Следовательно:; (1)

; (2)

.(3)

В формулах (1)-(3)Ri-j– усилие,передаваемое стержнем, i – узел, накоторый передается усилиестержнем,j – узел от которогопередается это усилие.

Верхний стержень2-1 будетсжат, а два других – 2-4 и3-4 – растянуты.Если взять в качестве примераперекрытие между 4-ми коренной и шатуннойшейкамидвигателя КамАЗ-740, то 27 мм (сучетом надгалтельных буртиков), 36 мм, p = 27,5 мм, тополучается, что R2-1 = 1,64 ·Zb;R2-4 = 1,40 ·Zb;R3-4= 0,66 ·Zb. Из этого следует,что самое большое растягивающее усилие - встержне 2-4 ионо со­провождается растягивающимусилием в стержне 3-4, которое составляет 47% от нагрузки в 2-4. Усилие в стержне2-1 хоть и на17,1% превышает нагрузку в 2-4, но оно сжимающее,поэтому считаем, что не несетответственность за разрушение де­тали, а опасноесечение соответствует расположениюстержня 2-4,что хорошовидно напрактическом примере(рис. 1).Далее рассматриваласьгеометрия опасного сечения,моделью которого служил стержень 2-4.

Для разработки модели,пригодной к анализупроцесса разрушения, рассматривалась схема перекрытия шеек (рис. 4,а). Исходя из нее,для вели­чины перекрытия шеек p, имеем p=Rк+Rш-r, (4)

где Rк – радиус кореннойшейки; Rш- радиус шатуннойшейки; r– радиускри­вошипа.

Для коленчатого валадвигателя КамАЗ-740 при радиусе кривошипа 60мм, номинальном диаметре коренной шейки 95мм и шатунной – 80 мм величина p со­ответствует 27,5 мм, что указывалосьвыше. Далеезадача состояла в определении координатточек В иС (точекпересечения контуров коренной и шатуннойшеек) относительно осей X и Y. Исходя из правиланалитической геометрии, опираясь науравнение окружности, получаемкоординаты точек окружностей коренной и ша­тунной шеек. Решая систему уравнений привышеуказанных размерах, полу­чаем координатыточек пересечения окружностей шатунной икоренной шеек (в мм) относительно центраокружности коренной: B(-31,594; 35,469); С(31,594; 35,469). Отсюда вычисляем все недостающиепараметры схемы на рисунке4,а. Тогда: , (5)

где a- хорда перекрытияшеек; х– значениеабсциссы точки В или С.

Для определения стрелысегмента коренной шейки hк истрелы сегмента шатунной шейки hшпри ординате точекпересечения y использовались следующиезависимости: hк= Rk– y=12,031 (мм) ;(6)

hш= Rш – (r – y)=15,469 (мм). (7)

Для определения длиныдуги перекрытия, соответствующей кореннойшейке lк идлины дуги перекрытия, соответствующейшатунной шейке lш, использо­вали значения из (5-7) и формулы:

;(8)

. (9)

Было сделанодопущение, что, эти дуги представляют собойграницы опасного сечения вдоль направляющей линиицилиндрических поверхностей шеек. Длинуопасного сечения l можно определить из рис. 2 по формуле:

.(10)

Численное значениездесь определено для щеки, расположенноймежду 4-й коренной и 4-й шатунной шейкамиколенчатого вала двигателя КамАЗ-740 с уче­томнадгалтельных буртиков.

Таким образом,можно снекоторыми допущениямипредставить опас­ное сечение в виде плоскоймодели, к которой приложено растягивающееусилие (рис.4,б).

Модельпредставляет собой равнобедреннуютрапецию, верхнее и нижнее основаниекоторой равны длинам опорных дуг lк иlш, вычисленным по формулам (8) и (9), а высотаравна величине l, вычисленной по формуле (10).Верхнее основа­ние имеетраспределенную связь по оси Y и лишеноперемещений по оси X. Нижнее основание нагруженораспределенной (условно считали, чторавномерно распреде­ленной)нагрузкой q,направленной вдоль оси Y, также нижнее основание лишеноперемещений вдоль оси X. Отсутствие перемещений пооси Хмоделирует влияние на опасное сечениеоставшейся части щеки, включая противовес, которые неиспы­тываютрассматриваемых нагрузок.

При выводеаналитического описания кривоймногоцикловой усталости, считали, что интенсивностьразрушения F возрастает прямопропор­ционально факти­ческой амплитуде действующихнапряжений аф, то есть

(11)

где dFР–элементарно малая площадь разрушения заколичество циклов dN ; a – коэффициентпропорциональности, характеризующий измене­ниеf наединицу

а

б

Рисунок 4 – а – схема перекрытия шеек коленчатоговала; б –плоская модель опасногосечения и схема ее нагружения



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.