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 |

Технологическое обеспечение долговечности и оптимизационный синтез листовой рессоры транспортного средства

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КЕЛАСЬЕВ Василий Владимирович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

И ОПТИМИЗАЦИОННЫЙ СИНТЕЗ ЛИСТОВОЙ РЕССОРЫ

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Специальности: 05.02.08 Технология машиностроения;

       05.05.03 Колесные и гусеничные машины

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ПЕНЗА 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

 Научные руководители: доктор технических наук, профессор Артемов Игорь Иосифович; доктор технических наук, профессор Дьячков Юрий Алексеевич.
 Официальные оппоненты: Курносов Николай Ефимович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», заведующий кафедрой «Транспортно-технологические машины и оборудование»; Рябов Игорь Михайлович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», профессор кафедры «Автомобильные перевозки».
Ведущая организация Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)

Защита диссертации состоится 14 декабря 2012 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.03 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Автореферат разослан 13 ноября 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Муйземнек Александр Юрьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Характерной особенностью функционирования упругих элементов (листовых рессор, пружин, торсионов) подвесок автотранспортных средств (АТС) является цикличность их нагружения, приводящая к снижению долговечности и усталостному разрушению.
В наибольшей степени это относится к листовым рессорам (ЛР).

Листовая рессора как объект синтеза находится в сложной взаимосвязи с элементами системы «дорога – автомобиль – водитель – груз», противоречиво влияя на различные показатели качества этой системы. Такими показателями принято считать: плавность хода, управляемость, устойчивость, комфортность, сохранность груза, степень воздействия на покрытие дороги. Дополнительная сложность учета взаимодействия обусловлена еще и тем, что количественные и качественные характеристики такого влияния могут кардинально изменяться в зависимости от габаритов и массы автомобиля, величины перевозимого груза и распределения нагрузки по осям автомобиля, упругих и демпфирующих свойств подвески. При этом упругие свойства рессоры определяются конкретным набором конструктивных параметров самой рессоры. Термическая обработка, пластическая деформация при изготовлении, знакопеременные напряжения, возникающие в поверхностном слое листа ЛР при эксплуатации, влияние внешней агрессивной среды приводят к образованию дефектных структур (вакансий, дислокаций и т.д.), их концентрации и последующему хаотичному движению. Такое движение способствует образованию и развитию в поверхностном слое ЛР микротрещин (МТ).



Формирование требуемых свойств ЛР осуществляется на стадиях их проектирования и производства. Существующие в настоящий
момент методы проектных исследований ЛР не обеспечивают определения в явном виде набора их основных параметров с учетом микропрофиля дорог, скоростей движения автомобиля с целью повышения долговечности, а применяемый технологический процесс изготовления ЛР не может обеспечить необходимую долговечность пакета с учетом влияния МТ. Таким образом, исследования, направленные на совершенствование технологического процесса изготовления ЛР путем введения дополнительных операций, повышающих его долговечность,
а также разработку метода их оптимизационного синтеза, являются актуальными.

Цель исследования повышение долговечности и оптимизационный синтез пакета ЛР системы подрессоривания АТС путем формирования требуемых свойств поверхностного слоя каждого листа в отдельности и всего пакета на стадиях разработки и производства.

В соответствии с поставленной целью сформулированы основные задачи исследования:

  1. Формирование математической модели механизма возникновения и развития микротрещин в поверхностном слое ЛР в условиях фреттинг-процесса.
  2. Разработка и реализация комплексной методики экспериментальных исследований долговечности листовой рессоры с учетом процесса образования трещин.
  3. Обоснование и разработка дополнительных технологических операций, изменяющих механизм межлистового взаимодействия в ЛР, обеспечивающих повышение ее долговечности за счет снижения трещинообразования.
  4. Разработка и реализация метода оптимизационного синтеза ЛР в условиях задачи высокой размерности и многокритериальности с учетом реального воздействия микропрофиля дорог и скорости движения автомобиля.

Объект исследования технология проектирования и изготовления ЛР, обеспечивающая повышение долговечности пакета в целом.

Предмет исследования комплекс оценочных параметров ЛР, обеспечивающих ее долговечность, плавность хода, управляемость и устойчивость АТС.

Методы исследования. Результаты работы базируются на современных представлениях физики твердого тела, теории упругости, методах неразрушающего контроля с использованием современных компьютерных технологий. Экспериментальные исследования выполнялись на специально спроектированных и изготовленных оригинальных стендах, предназначенных для испытаний систем подрессоривания АТС, узлов и деталей на долговечность. В работе использованы теоретические и экспериментальные данные, полученные в Пензенском государственном университете.

Научная новизна:

по специальности 05.02.08 Технология машиностроения

  1. Разработана математическая модель дислокационной ползучести с учетом физико-химических процессов в поверхностном слое ЛР, позволяющая наметить и оценить результативность технологических мероприятий по предотвращению зарождения микротрещин.
  2. Осуществлено обоснование и проведен выбор материалов покрытия, существенно снижающих интенсивность трещинообразования в ЛР.
  3. Определены структура и содержание дополнительных технологических операций, обеспечивающих в рамках существующего технологического процесса изготовления ЛР повышение фреттингостойкости поверхностного слоя отдельных листов и долговечность системы подрессоривания АТС.
  4. Обеспечено прогнозирование долговечности ЛР на основе полученной зависимости изменения длины микротрещины от величины приложенной силы к ЛР.
  5. Установлена возможность оценивания результативности технологических мероприятий по упрочнению поверхностного слоя листов ЛР на основе полученных зависимостей приведенной эффективной длины микротрещины и приведенной усталостной прочности ЛР от пробега АТС.

по специальности 05.05.03 Колесные и гусеничные машины

  1. Предложен новый метод оптимизационного синтеза для многокритериальных задач высокой размерности, основанный на дифференцированном анализе поля исследуемых вариантов и едином комплексе трех алгоритмов оптимизации на базе планов единой структуры.
  2. Обоснована возможность получения конструкций ЛР, обеспечивающих удовлетворение комплекса противоречивых требований для автомобилей общего назначения, с учетом диапазона изменения ее свойств, микропрофиля дорог и типовых скоростей движения автомобиля по ним.
  3. Установлена возможность использования базовой конструкции ЛР с вариацией длин накладок для крепления в зависимости от региона эксплуатации автомобиля.

Практическая ценность работы:

  1. Усовершенствован и внедрен в производство технологический процесс изготовления ЛР, обеспечивающий повышение долговечности путем нанесения фреттингостойкого покрытия и упрочнения поверхностного слоя листа рессоры.
  2. Снижены общие затраты на изготовление и эксплуатацию ЛР за счет существенного повышения их долговечности (до 50 %).
  3. Разработаны экспериментальные стенды и методики проведения ускоренных испытаний ЛР системы подрессоривания и оценки их долговечности методом акустической эмиссии (АЭ), обеспечивающие снижение затрат на исследование рессор.
  4. Предложенный метод оптимизационного синтеза обеспечивает сокращение сроков и ресурсных затрат проектных разработок ЛР.

На защиту выносятся:

  1. Математическая модель дислокационной ползучести с учетом физико-химических процессов в поверхностном слое ЛР, позволяющая наметить и оценить результативность технологических мероприятий по предотвращению зарождения микротрещин.
  2. Результаты обоснования выбора материалов покрытия, существенно снижающих интенсивность трещинообразования в ЛР.
  3. Структура и содержание дополнительных технологических операций, обеспечивающих в рамках существующего технологического процесса изготовления ЛР повышение фреттингостойкости поверхностного слоя отдельных листов и долговечность системы подрессоривания АТС.
  4. Модель изменения длины микротрещины от приложенной к рессоре силы, обеспечивающая оценку долговечности ЛР.
  5. Модели приведенной эффективной длины микротрещины и приведенной усталостной прочности ЛР от пробега АТС, обеспечивающие возможность оценивания результативности технологических мероприятий по упрочнению поверхностного слоя листов ЛР.
  6. Метод оптимизационного синтеза для многокритериальных и многопараметрических задач, основанный на дифференцированном анализе поля исследуемых вариантов и едином комплексе трех алгоритмов оптимизации на базе планов единой структуры.

Реализация полученных результатов. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований использованы в госбюджетной научно-исследовательской работе по заказу Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные основы нано-структурирования для обеспечения качества поверхностного слоя ответственных деталей машиностроения», в учебном процессе кафедры «Транспортные машины» Пензенского государственного университета. Результаты работы внедрены в производство в ОАО «Пензадизельмаш», ФГУП ФНПЦ «ПО "Старт" им. М. В. Проценко» (г. Заречный, Пензенская обл.), ОАО «Объединенные автомобильные технологии» (Управляющая организация ЗАО «Сердобский машиностроительный завод») и ОАО «Специальное конструкторское бюро турбонагнетателей» (г. Пенза).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на VIII Всероссийской научно-практи-ческой конференции «Современные технологии в машиностроении»
(г. Пенза, 2005 г.), X Международной научно-технической конференции «Современные тенденции развития транспортного машиностроения» (г. Пенза, 2005 г.), Международной научно-технической конференции «Прогресс транспортных систем – 2005» (г. Волгоград, 2005 г.), IV Международной научно-технической конференции «Проблемы исследования и проектирования машин» (г. Пенза, 2008 г.), научно-технических конференциях ПГУ (20042012 гг.), расширенных заседаниях кафедр машиностроительного профиля ПГУ (2004–2012 гг.).





Публикации. Основные положения диссертации отражены в 11 научных работах (без соавторов 3 работы), в том числе в 4 изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ № 2366919 «Стенд для испытания элементов подвески автотранспортных средств».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка литературы
из 130 наименований и трех приложений, содержит 127 страниц основного текста, 57 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель, показаны научная новизна и практическая ценность, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе проведен обзор научных трудов по теме диссертации, сформулированы основные задачи исследования. Проведен анализ теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованиям фреттинг-процесса в узлах и механизмах машин, его влияния на возникновение и последующее развитие микротрещин в концентраторе напряжения при циклическом нагружении.

Разрушению металлов от воздействия фреттинг-процесса и его влияния на усталостную прочность посвящены работы отечественных авторов: А. С. Ахматовой, А. Я. Алябьева, И. А. Одинга, В. В. Шевеля, Н. Л. Голего, И. В. Крагельского, В. С. Ивановой, С. А. Ананьева,
В. П. Купровича, И. И. Артемова, В. Д. Кревчика, Б. В. Романовского, А. Н. Петухова, В. Н. Кравца, а также зарубежных: Г. Томлисона,
Р. Уотерхауза, К. Райта, Г. Улига и др.

Исследованиями особенностей конструкций колесных машин, совершенствованием технологий изготовления их узлов, повышением долговечности автомобильных рессор занимались как отечественные ученые: И. Г. Пархиловский, А. А. Хачатуров, Р. П. Кушвид, Р. В. Ротенберг, Я. М. Певзнер, А. А. Тихонов, А. М. Горелик, Г. О. Котиев, 
Е. Б. Сарач, И. М. Рябов, В. И. Рязанцев, В. И. Пузанов, Е. П. Оболенский, А. С. Литвинов, В. С. Красиков, О. Ф. Трофимов, Д. Р. Калахен, В. В. Новиков, В. Н. Кравец, В. П. Жигарев, Г. А. Волченко, Ю. Г. Стефанович, П. М. Гомульчик, А. П. Шитов, труды научных школ: МГТУ им. Н. Э. Баумана, МАДИ, МАМИ, ГНЦ РФ «НАМИ», Академии БТВ, НИЦИАМТ, так и зарубежные: Л. Г. Джонсон, Д. Фискус, И. Д. Робсон.

Анализ работ показал, что появляющиеся усталостные очаги разрушения на поверхностях контакта деталей непосредственно связаны
с шероховатостью поверхности детали и напряженно-деформиро-ванным состоянием поверхностного слоя, приводящим к зарождению микротрещин, постепенной их концентрации и последующему развитию вглубь из-за изменения структуры кристаллической решетки и величины нагрузки.

Рассмотрено и оценено влияние различных технологических операций обработки поверхности детали на фреттингостойкость поверстного слоя и на их усталостную прочность.

На основе проведенного анализа и в соответствии с поставленной целью исследования сформулированы основные задачи работы.

Во втором разделе исследован механизм возникновения и развития микротрещин в поверхностном слое ЛР в условиях фреттинг-процесса. Рассмотрена дислокационная ползучесть, инициированная периодически изменяющейся температурой контакта, а также нормальной составляющей механического напряжения в зоне абразивного действия за счет поперечных колебаний одного из листов.

Сформированная математическая модель (1)–(12) исследуемого процесса включает описание его основных характеристик, начальных и граничных условий: локальной температуры в контакте (Т); поперечных колебаний верхней пластины в области контакта под действием равномерно распределенной поперечной силы (U); линейной плотности дислокаций (); числа дислокаций в скоплении (N); длины микротрещины (L).

, (1) , (2)


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.