Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Методы упрочнения коленчатых валов

Упрочнение коленчатого вала для повышения его усталостной прочности достигается конструктивными мероприятиями и технологическими методами, предусматривающими поверхностное упрочнение с помощью специальной механической, а также термической и химико-термической обработки.

и пропорционально им увеличиваются переменные составляющие цикла напряжений аа и хт, входящие в уравнения, определяющие запасы прочности. В настоящее время накоплено большое количество экспериментальных данных о влиянии различных конструктивных решений на эффективные коэффициенты концентрации и усталостную прочность отдельных элементов вала, из которых надо обратить внимание на следующие.

_ >.

480

2. Увеличение радиуса галтели р (рис. 286, а) позволяет уменьшить отношение эффективного коэффициента концентрации напряжений при изгибе к масштабному фактору. Для увеличения опорной поверхности шейки при одновременном уменьшении концентрации напряжений галтель делают по двум-трем сопряженным дугам различпых радиусов.

3. Углубление галтели в шейку (рис. 286, б) сопровождается уменьшением концентрации напряжений. При наличии разгрузочной канавки на шейке эпюра напряжений более равномерная, с меньшими максимальными напряжениями как вдоль образующей шейки, так и по ширине щеки. Кроме того, при этом можно увеличить радиусы переходов от шейки к щеке. Следует иметь в виду,

что в случае наличия на шейке разгружающей канавки усталостная прочность коленчатого вала при изгибе повышается, а при знакопеременном кручении вследствие уменьшения сечения шейки несколько снижается.

4. Эксцентричное расположение внутреннего облегчающего отверстия в шатунной шейке (см. рис. 283) относительно ее геометрической оси в сторону удаления от радиуса кривошипа (эксцентриситет е) сопровождается уменьшением напряжений изгиба у галтели и повышением усталостной прочности на 1015%.

5. При бочкообразной форме внутренней полости шеек несколько уменьшается концентрация напряжений в галтели и повышается усталостная прочность при знакопеременном кручении. При одинаковых жесткостях вала максимальное напряжение в галтели с бочкообразными полостями шеек на 10% меньше, чем с цилиндрическими.

(см. рис. 283) в местах минимальных касательных напряжений, так как максимальные касательные напряжения т в шатунной шейке возникают в зонах, близко расположенных к плоскости симметрии кривошипа (см. рис. 286, в).

Существующие методы местного поверхностного упрочнения с помощью специальной механической обработки сводятся к наклепу поверхностей вала и полированию поверхностей масляных каналов.

При наклепе создается поверхностный слой с остаточными сжимающими напряжениями. Кроме того, при наклепе уничтожаются субмикроскопические трещины, являющиеся возможными источниками возникновения усталостного разрушения в случае прогрессивного увеличения под воздействием знакопеременных нагрузок.

Наклеп поверхностей создается обычно в местах возникновения концентрации напряжений и производится следующими способами: обкаткой галтелей роликами, обдувкой галтелей дробью; обжатием краев масляного отверстия шариком.

При обкатке роликами галтелей и обжатии шариком краев масляных отверстий предел выносливости при изгибе повышается на 40 %, а при кручении на 20 %. При обдувке галтелей стальной дробью выносливость вала повышается на 40%.

Химико-термическими и термическими способами общего поверхностного упрочнения являются азотирование и поверхностная закалка с помощью ТВЧ. При азотировании, как и при поверхностном наклепе, на поверхности создаются остаточные напряжения сжатия. Вследствие этого значительно повышается сопротивление статическому разрушению при сжатии. Азотирование валов, изготовленных из легированных сталей, сопровождается повышением предела выносливости: при изгибе на 60% и при кручении на 35%.

Повышение усталостной прочности при закалке поверхностей вала с помощью ТВЧ обусловливается увеличением механической прочности закаленного слоя также вследствие создания поверхностных остаточных напряжений сжатия. Исследования показали, что на участках валов без концентрации напряжений при закалке ТВЧ предел выносливости может быть повышен только в ограниченных пределах (на 15%). При наличии концентрации напряжений усталостная прочность может быть повышена примерно в 2 раза и более (в зависимости от толщины закаленного слоя).

Закалка галтелей с выходом закаленной зоны на щеку повышает усталостную прочность вала на 60%.

При неправильном подборе режимов закалки ТВЧ и температур последующего отпуска на поверхности детали могут возникнуть микротрещины, снижающие усталостную прочность.

Реклама