Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Снятие металла

Снятие металла в виде «подков» со щек шатунной шейки не отражается на прочности при выполнении угла скоса в определенных пределах. У коленчатых валов с сильно скошенными щеками предел выносливости может уменьшаться на 5-10% и более.
Большое влияние на прочность вала оказывает расположение в шатунной шейке масляного канала. Как было указано, эпюра действительных касательных напряжений т' кручения имеет овальную форму с максимумом в плоскости колена (рис. 158) в отличие от эгаоры номинальных напряжений т. Вследствие этого отверстие для подачи масла рационально располагать под углом у, близким к 900 (или 270 °), к оси щеки;
при этом в точках, соответствующих выходу канала на поверхность, напряжения умеренные.
Как показали проведенные эксперименты, предел выносливости при кручении коленчатого вала в случае расположения масляного канала под углом у = 90° повысился на 11% по сравнению с пределом выносливости при у = 30° и на 15% по сравнению с пределом выносливости при у = 0.
Рассмотренные выше мероприятия по повышению прочности значительно проще реализовать на литых валах. Литому валу может быть придана рациональная форма в отношении равномерного распределения напряжений и вибропрочности.
Положительный результат, как указывалось выше, получается при уменьшении толщины щеки в средней части и при удалении материала в местах наибольшей напряженности, в результате чего внутренние силы передаются в основном через боковые части щек. В случае применения полых шеек улучшается распределение напряжений по ширине щеки. В сплошных шейках максимальные напряжения в галтели возникают в средней плоскости колена. При рассверливании отверстий в шейках максимумы напряжений в щеке смещаются. В этом случае получаются два максимума в точках, расположенных симметрично относительно оси щеки.
Внешнюю галтель во входящем угле и место перехода бочкообразного сечения в цилиндрическое рационально располагать по возможности в одном поперечном сечении.
На рис. 159, а, б показаны кованый и литой валы. Наибольший интерес представляет литой вал, у которого осевая линия щеки выполнена наклонной. То же относится к отверстию в щеке для смазывания, направление оси которого приблизительно соответствует направлению силовых линий. Щека в средней части выполнена более тонкой для того, чтобы разгрузить галтель от напряжений. Полости шеек имеют бочкообразную форму. В местах, где проходит канал, у этих полостей сделаны усиливающие выступы. Места перехода щек в шейки выполнены с большими радиусами закруглений, что оказалось возможным вследствие наклонной формы щеки. Однако в конструкции вала с наклонной щекой увеличивается расстояние между опорами.
По мнению некоторых исследователей, при отливке коленчатых валов из чугуна с шаровидным графитом можно создать конструкцию с характеристиками по прочности практически такими же высокими, как у стального кованого вала при одинаковых внешних диаметрах шеек.

На рис. 160, а—в приведены примеры конструкций кованого и литых валов с прямыми щеками.
Для получения необходимой прочности коленчатого вала должны быть выдержаны соответствующие режим и способ ковки, обеспечивающие правильную макроструктуру, а также проведены термическая и механическая обработка для получения требуемых механических свойств, качества поверхности и геометрических размеров элементов вала.
К основным методам поверхностного упрочнения следует отнести химик о-термические, наклеп поверхностного слоя, поверхностную закалку токами высокой частоты.
вление усталости имеет вал, выполненный по схеме, приведенной на рис. 160, е.
В поковках вала направление волокон должно соответствовать конфигурации колен. Поковки подвергают отжигу для устранения внутренних напряжений и облегчения предварительной обработки. Нередко для повышения прочности валов, кроме закалки и отпуска, применяют специальные термохимические способы обработки, вследствие чего увеличивается твердость поверхностного слоя и появляются остаточные сжимающие напряжения.
Одним из наиболее эффективных, но вместе с тем дорогостоящих средств повышения сопротивления усталости коленчатых валов является азотирование. При этом ослабляется влияние концентрации напряжений и качества поверхности на прочность, а также влияние волосовин, неметаллических включений, что позволяет применять более грубую механическую предварительную обработку.
Как показывают экспериментальные исследования, у валов, изготовленных из легированных сталей, при азотировании повышается предел выносливости при кручении на 30-40% и при изгибе на 30-60%. После азотирования детали необходимо подвергать механической обработке с большой осторожностью. Шлифованием на глубину не более 10-15% общей глубины слоя можно несколько повысить сопротивление циклическим нагрузкам. Однако вследствие появления микроскопических трещин при шлифовании галтелей сопротивление усталости снижается. Если сверлить отверстие для подачи масла после азотирования, то можно значительно понизить сопротивляемость знакопеременному кручению.
Азотирование поверхности шеек способствует уменьшению их износа; то же относится и к хромированию.
При использовании наклепа поверхностей шеек создается поверхностный слой, характеризующийся остаточными сжимающими напряжениями, а также могут быть ликвидированы микроскопические трещины. Последние нередко являются причинами возникновения усталостных трещин.
При накатке галтелей роликом и обдувке дробью, а также при обжатии краев масляного отверстия стальным шариком предел выносливости поверхностей повышается на 20-30% при изгибе и несколько менее при кручении. При наклепе стальной дробью предел выносливости сталей повышается на 10-20%.
Сопротивление усталости можно повысить также цемента-
цией и цианированием. Как показывают опыты с образцами из легированных сталей, эффективные коэффициенты концентрации в зоне отверстий при цементации снижаются на 30-40%. При изготовлении валов из сталей с повышенным сопротивлением усталости (выше 900-1000 МПа) прочность вала не увеличивается.

1 2 3 4 5 6

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.