Оценка изменения несущей способности коленчатого вала в процессе усталостного разрушения
Закономерное изменение технического состояния коленчатого вала вследствие изнашивания, деформации и усталостного разрушения в ходе эксплуатации двигателя. Анализ основных факторов, ограничивающих ресурс коленчатого вала, определение нормативов дефектовки.
| Рубрика | Транспорт |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.03.2019 |
| Размер файла | 675,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБОУ ВО "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А."
Кафедра "Автомобили и автомобильное хозяйство"
Оценка изменения несущей способности коленчатого вала в процессе усталостного разрушения
Денисов Александр Сергеевич
Верхутов Алексей Александрович
Виденеев Александр Александрович
Юдин Виктор Михайлович
Аннотация
Статья посвящена износу коленчатого вала в процессе усталостного разрушения.
Ключевые слова: коленчатый вал, изнашивание, усталостные разрушения, виброакустика.
The article deals with the wear of the crankshaft in the process of fatigue fracture.
Keywords: crankshaft, wear, fatigue fracture, vibroacoustic.
В процессе эксплуатации двигателя происходит закономерное изменение технического состояния коленчатого вала вследствие изнашивания, деформации и усталостного разрушения. Первые два процесса незначительно изменяют несущую способность коленчатого вала, а усталостные разрушения значительно ослабляют его опасные сечения. Рассмотрим этот процесс теоретически и практически.
Для определения основных факторов, ограничивающих ресурс коленчатого вала, необходимы значения интенсивности анализируемых процессов и предельные значения параметров технического состояния. В процессе дефектации коленчатых валов с раскрытием критических трещин определили среднее отношение глубины (hт) трещины к её длине (lт) 1:10. При этом определено, что отношение hт /lт зависит от длины трещины, что отражено в табл. 1.
Таблица 1. Изменение отношения hт /lт в зависимости от длины трещины
|
Интервалы lт, мм |
0 - 2 |
2 - 4 |
4 - 6 |
6 - 8 |
8 - 10 |
|
|
Отношение hт /lт |
1:20 |
1:10 |
1:8 |
1:5 |
1:3 |
Изменение этого соотношения обусловлено основными этапами распространения трещины, что схематично показано на рис. 1.
Рис. 1. Этапы распространения усталостной трещины
Отличительной особенностью усталостных разрушений (повреждений) деталей является их меньшая пригодность к восстановлению. Как правило, детали, имеющие усталостные трещины, не подлежат восстановлению и отбраковываются. Одной из наиболее дорогостоящих деталей автомобиля, подвергающейся циклическим нагрузкам и усталостным повреждениям, является коленчатый вал двигателя. Оценить степень усталостных повреждений коленчатого вала можно по количеству (концентрации) усталостных трещин на шейках и галтелях.
При работе коленчатый вал подвергается действию радиальных и тангенциальных составляющих сил, приложенных к его шатунным шейкам, центробежных сил вращающихся масс, реакций опор, а также момента сопротивления вращению трансмиссии. Периодическое действие указанных нагрузок вызывает появление упругих колебаний коленчатого вала (изгибных и крутильных).
Особенно высокие нагрузки несут шатунные шейки и щеки коленчатого вала. Характер разрушений элементов коленчатого вала показывает на преимущественное действие изгибающих моментов и меньшее действие крутящего момента (рис. 2). Усталостные разрушения (трещины) начинаются в области концентраторов напряжений (галтели, отверстия для смазки, грязеуловители).
Рис. 2. Форма усталостного разрушения коленчатого вала по щеке
Наиболее часто усталостное разрушение вала происходит по щеке в зоне перекрытия шатунных шеек (рис. 3), которое для двигателей КамАЗ-740 составляет 27,5 мм при номинальном размере шеек. Напряжения изгиба в щеке при этом составят:
, (1)
где Ми - изгибающий момент (в процессе эксплуатации практически не меняется); W - момент сопротивления сечения на изгиб.
, (2)
где J - момент инерции сечения перекрытия (рис. 3)
, (3)
где Sщ - ширина щеки; Sп - минимальное расстояние между галтелями шеек (рис. 3).
При перешлифовывании коренных и шатунных шеек на последний ремонтный размер перекрытие сокращается на 2 мм (7,2 %). Расчеты по формулам (1) - (3) показывают, что уровень напряжений изгиба повышается при этом в среднем на 8 %. Более существенно снижается несущее сечение в процессе эксплуатации за счет распространения усталостных трещин от очагов (в данном случае галтелей), что было показано на рис. 1 и 2.
Рис. 3. Схема опасного сечения щеки и его изменение при перешлифовывании шеек
Основным дефектом остаются трещины шатунной шейки. Фокус разрушения расположен в зоне галтели. Продольно-радиальная трещина образовывается при объемной закалке. Глубина распространения трещины находится в пределах 15ч20 мм. Это составляет с учётом формы трещины (рис. 1, 4) 55 - 75 % площади опасного сечения.
Рис. 4. Схема развития усталостных трещин в опасном сечении щеки от очагов на галтелях
В настоящее время наиболее распространёнными способами дефектовки коленчатых валов по усталостным трещинам являются магнитный и вихретоковый [1, 2]. Однако, они часто не отвечают требованию однозначности диагноза и имеют невысокую информативность. В этом смысле предпочтительнее использовать виброакустический способ. Сущность его в том, что при ударе по висящему коленчатому валу возникают звуковые колебания определённого тона. По мере накопления усталостных трещин в процессе эксплуатации высота этого тона изменяется. Этот принцип часто используют опытные шлифовщики при определении годности вала к ремонту. Однако при этом результат диагноза носит субъективный характер, обусловленный опытом оператора.
Для практического использования этого принципа объективно необходимо использовать звукозаписывающее устройство и дешифратор сигнала на базе компьютера, а также связь звуковых параметров со степенью усталостного разрушения, определённой с использованием других способов. В настоящее время на кафедре ААХ СГТУ имени Гагарина Ю.А. создана такая аппаратура и проводится сбор статистических данных для определения нормативов дефектовки.
Литература
коленчатый вал двигатель изнашивание
1. Восстановление автомобильных деталей: технология и оборудование / В.Е. Канарчук, А.Д. Чигринец, Л.Л. Голяк, П.М. Шоцкий. - М.: Транспорт, 1995. - 303 с.
2. Денисов А.С. Основы работоспособности технических систем: учебник / А.С. Денисов. - Саратов: СГТУ, 2014. - 312 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общее устройство дизель-генератора. Соединение коленчатого вала дизеля с ротором генератора. Описание коленчатого вала. Динамический расчет и расчет коленчатого вала в первом положении в программе Microsoft Excel. Регуляторы температуры прямого действия.
курсовая работа [4,5 M], добавлен 29.04.2013Назначение, устройство, анализ условий работы и дефекты коленчатого вала двигателя марки Д-240. Способы восстановления коленчатого вала. Проектирование технологического процесса восстановления коленчатого вала. Выбор рационального способа восстановления.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 03.02.2010Характеристика автомобиля ЗИЛ-131. Ремонтный чертеж коленчатого вала двигателя и условия его работы. Схема технологического процесса устранения группы дефектов коленчатого вала двигателя автомобиля. Расчет количества основного оборудования на участке.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 11.10.2013Назначение, устройство и условия работы коленчатого вала автомобиля ЗИЛ – 130, анализ его дефектов. Количественная оценка программы, выбор способов и разработка технологического процесса восстановления вала. Выбор необходимого технического оборудования.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 31.03.2010Этапы и правила восстановления коленчатого вала компрессора автомобиля КаМАЗ. Описание детали и условий работы коленчатого вала. План технологических операций, направленных на устранение дефекта. Расчет приспособления, проект производственного участка.
курсовая работа [176,5 K], добавлен 19.04.2011Особенности конструкции коленчатого вала и условия его эксплуатации. Механические свойства и химический состав. Разработка маршрута ремонта, выбор режущего и измерительного инструмента. Расчет режимов обработки и норм времени. Организация рабочих мест.
курсовая работа [21,4 K], добавлен 03.03.2010Разработка структурной схемы разборки коленчатого вала 20-04С9. Техническая характеристика узла. Выбор рационального метода и маршрута восстановления детали. Технологические расчёты операций и определение экономической эффективности восстановления вала.
курсовая работа [268,4 K], добавлен 22.10.2014Разработка способа ремонта азотированного коленчатого вала двигателя Евро-2 КАМАЗ 740. Требования безопасности при работе с абразивным и эльборовым инструментом. Опасные производственные факторы на рабочем месте шлифовщика. Суммарная смета годовых затрат.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 17.12.2012Основные характеристики двигателя и судна. Основные ремонтные циклы. Характерные дефекты и причины их вызывающие. Последовательность разборки ДВС. Дефектация и особенности укладки коленчатого вала. Проверка параллельности осей мотылевых и рамовых шеек.
контрольная работа [86,2 K], добавлен 19.11.2013Обзор технических характеристик автомобиля КамАЗ-5460, технический анализ конструктивных особенностей двигателя и организация текущего ремонта. Организация технического осмотра и изучение технологии ремонта двигателя и восстановления коленчатого вала.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 16.06.2011Форс-мажорные обстоятельства в ходе морских перевозок. Режим работы неисправного дизеля при снижении скорости вращения коленчатого вала. Расчет экономического хода и режима нагрузки главных двигателей внутреннего сгорания при возникновении неисправностей.
контрольная работа [407,1 K], добавлен 23.12.2010Основные параметры, характеризующие качество шлифовки коленчатого вала. Дефекты ремонтных коленвалов: задиры и царапины на поверхностях, ускоренный износ шеек, биения и прогиб. Расчет себестоимости и амортизационных отчислений на применяемое оборудование.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 13.05.2014Тепловой расчет и тепловой баланс проектируемого двигателя. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма. Прочностной расчет поршневой и шатунной групп, коленчатого вала, механизма газораспределения. Расчет элементов систем смазки и охлаждения.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 08.04.2013Назначение устройства и работы коленчатого вала ЯМЗ-236. Виды неисправности, их дефектовка. Выбор и обоснование способов ремонта. Расчет и обоснование режимов обработки и нормирования. Определение себестоимости восстановления детали. Расчет числа рабочих.
курсовая работа [957,4 K], добавлен 06.05.2015Расчет режимов, трудоемкости и объемов проведения работ по техническому обслуживанию и диагностике автомобилей. Организационная структура и технологическая схема работы моторного участка. Подбор оборудования для обслуживания и ремонта коленчатого вала.
дипломная работа [998,1 K], добавлен 29.06.2012Народнохозяйственное значение авторемонтного производства, восстановление деталей как его неотъемлемая часть. Выбор способа восстановления коленчатого вала автомобиля ГАЗ-2705. Режимы испытания автомобильных двигателей. Подъемно-транспортные средства.
курсовая работа [77,1 K], добавлен 11.09.2016Характеристика проектируемого участка по ремонту двигателей автомобиля. Назначение, конструктивные особенности, условия работы Коленчатого вала. Разработка технологического процесса восстановления детали. Расчет численности производственных рабочих.
курсовая работа [443,1 K], добавлен 15.03.2015Выбор способа восстановления коленчатого вала ЗИЛ 4333. Последовательность операций технологического процесса ремонта. Расчет припусков на механическую обработку. Расчет режимов обработки и норм времени. Расчет количества основного оборудования.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 25.03.2012Двигатель внутреннего сгорания как объект регулирования, статическая и динамическая характеристика. Расчёт регулятора, его динамика. Обороты вала двигателя на холостом ходу. Структурная схема системы регулирования частоты вращения вала двигателя.
курсовая работа [261,5 K], добавлен 09.06.2012Тенденции автомобильного двигателестроения. Описание конструкции двигателя, его тепловой и динамический расчёт. Прочностной расчет шеек коленчатого вала и шатуна, анализ уравновешенности двигателя, технология проведения работ по его сборке-разборке.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 19.11.2012
