WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Предлагаемая усовершенствованная схема ППД зон детали - шатуна (рис. 2) на установке содержит рабочую камеру (на рисунке не показана), деталь 1 установлена на оси привода вращения 2, имеющей движение W, дробеструйный пистолет 3, установленный с возможностью перемещения по осям Х и Y и поворота по углу атаки от манипулятора 4. При программировании для выявленных зон по реле времени устанавливается текущее значение ППД детали и угла атаки как функции от перемещений X. Y, W, обеспечивающих достижение заданного уровня начальных технологических остаточных напряжений по распределению позиции 5 на рис. 1. В соответствии с программой осуществляют дифференцированную гидродробеструйную обработку поверхности детали по зонам дифференцированным упрочнением металла поверхностного слоя. Таким образом, деталь предварительно нагружается начальными технологическими остаточными напряжениями в строгом соответствии с уровнем действующих динамических напряжений на различных участках поверхности. Опытная партия деталей (шатунов) из штамповок Чебаркульского металлургического завода обработана дифферен-цированным ГДУ по предлагаемой методике на режимах, приведенных в табл. 1.

Параметры режима

Основные характеристики

Шарики,, м

(2·3)·10-3

Давление жидкости, Рж, МПа

0,2-0,4

Время обработки, Т, с/участок

60-120

СОЖ

Трансформаторное масло

Частота вращения детали, об/с

0,17-0,35

Скорость продольного перемещения стола ГДЭУ-5, S, м/с

0,003

Величина прогиба образца в м на базе 0,08м из стали 40ХН2МА

(1,2-1,6)·10-3

Таблица 1

Сравнительный анализ эпюр (рис.1, поз. 4, 6) показывает, что при дифференцированном ППД гидродробеструйной обработкой неравномерность распределения результирующих напряжений по сечениям детали снижается в 5-5,5 раза и, соответственно, повышается равнопрочность и эксплуата-ционная надежность конструкции по критерию «усталостная прочность».

В масляном слое подшипников скольжения при сгорании топлива за счет высоких скоростей нарастания давления возникают гидродинамические колебания, вызывающие кавитационные разрушения и определяемые коэффициентом динамичности Кд. Расчетно-экспериментальными исследованиями доказано, что на примере кривошипно-шатунного механизма дизеля ЧН 21/21 производства ОАО «Волжский дизель им. Маминых» величина Кд в масляном слое подшипника составляет 1,18. С целью повышения эксплуатационной надежности подшипников скольжения путем снижения коэффициента Кд с 1,18 до 1,0 изменением условий смазки разработан новый композиционный материал по а.с. 1657785. Как пример, на рис.3 представлена поршневая головка шатуна с втулкой - металлической основой 1 с нанесенным антифрикционным слоем 2 на основе меди, содержащим олово, свинец и графит при соотношении компонентов антифрикционного слоя в массе, %: олово 3,7-1-3,9; свинец 13,8-14,4; графит 1,7-1,9; остальное - медь. Безотходный технологический процесс изготовления биметаллических втулок под­шипников скольжения включает приготовление порошковой смеси и её запрессовку в стальные втулки, спекание и пропитку деталей в масле. Для приготовления смеси используют порошковые материалы: медный ПМС-1 или ПМС-2, оловянный, свинцовый ПСА или ПС-1, графитовый ГК-1. Запрессовку порошкового материала в стальную втулку осуществляют в специальной оснастке (рис. 4) по следующей технологии. В открытую полость матрицы 10 устанавливают прошивку 5, втулку 3 и засыпают порошковый материал 11. Сверху полость матрицы закрывают втулкой 9 и запирают ползунами 8. Перед началом прессования заготовки поджимают пуансоном 12 незначительным поворотом гайки 14. Прессование начинают движением матрицы вниз, а упирающаяся в торец выпрессовочного пуансона 15 прошивка остается неподвижной. При полном заходе рабочей части прошивки в камеру, направляющей втулки клинья 13 наклонной частью сдвигают ползуны в стороны и отпирают поверхность матрицы сверху. При дальнейшем перемещении вниз пуансон 12 доходит торцом до бурта выпрессовочного пуансона 15, выпрессовывает изделие и выталкивает прошивку с упорно-направляющей втулкой из полости матрицы. После этого матрица и другие жестко связанные с ней детали обратным ходом ползуна возвращаются в исходное положение, и оснастка готова к прессованию очередной подшипниковой втулки. Корзину с деталями устанавливают в контейнер для спекания и загружают в предварительно разогретую до 1173 К шахтную печь. После достижения температуры в контейнере 1123 К осуществляется выдержка в течение 1,5 ч, и контейнер выгружают из печи на воздух, охлаждают до температуры 373-423 К для последующей пропитки биметаллических втулок маслом при температуре 353-363 К в течение 0,5 часа. Биметаллическая втулка устанавливается в деталь (поршневую или криво-шипную головки шатуна), а отверстие в подшипнике окончательно формируют пропусканием через него пуансона. При этом происходит уплотнение антифрикционного слоя и пор, достигается необходимая чистота микро-геометрии поверхности и стабильность геометрических размеров.

Рис. 2 Схема ГДО детали (поршневой и кривошипной головок шатуна)

Рис. 3. Конструкция подшипника

из композиционного материала

Композиционные биметаллические подшипниковые материалы обладают остаточной пористостью, обусловленной слабым предварительным сжатием порошковой смеси перед радиальной запрессовкой, малым количеством порошковой смеси на выходе прошивки из втулки, а также наличием в порошковом материале восстанавливающихся оксидов, содержание которых в порошке тем больше, чем он мельче.

В результате применения усовершенствованной технологии дифференцированного ГДУ деталей, например, шатунов дизелей 6ЧН 21/21 (6ДМ-21А) и изготовления их из точноштампованных заготовок коэффициент использования металла повышается до 0,8-0,9 путем исключения техноло-гических операций обработки: продольно-фрезерной, фрезерно-программной, копировально-фрезерной, вертикально- и горизонтально-фрезерной и фрезерования по контуру.

Рис.4. Установка для запрессовки порошкового материала в стальную втулку подшипника скольжения

Рис. 5. Динамическая модель масляного слоя биметаллического подшипника скольжения

Разработана и экспериментально апробирована комплексная технология изготовления композиционного материала для подшипников скольжения, изготовляемого по безотходной технологии методом порошковой металлургии, что приводит к нейтрализации колебательного процесса за счёт демпфирующей способности пористого антифрикционного слоя до значений, определяемых погрешностью измерительной аппаратуры, чем доказывается повышение эксплуатационной надежности конструкции.

Третья глава посвящена исследованию напряженного состояния деталей на примере поршневой и кривошипной головок шатунов и гидродинамики биметаллических подшипников скольжения в условиях усовершенствованного технологического ППД путем применения композиционных материалов.

Отечественными и зарубежными исследователями (И.В. Кудрявцев, Н.А. Буше, В.В. Петросов и др.) доказано, что при ППД поверхностных слоев деталей начальные технологические остаточные напряжения зависят от рабочих и монтажных напряжений в конструкции. При поверхностном пластическом деформировании деталей (поршневой и кривошипной головок шатуна) в условиях знакопеременного циклического нагружения поверхностного слоя конструкции начальные технологические остаточные напряжения определяются зависимостью

, (1)

где - среднее напряжение цикла, определяемое зависимостью ; - предел текучести материала.

При реализации расчета методом конечных элементов (МКЭ) деталей используются конечноэлементные модели из объемных элементов. Их использование обусловлено прежде всего тем, что они обеспечивают более точный учет геометрии деталей по сравнению с пластинчатыми моделями. При этом целесообразно применение метода перемещения, как наиболее полно отвечающего потенциальной энергии системы. При определении реакции в последних использовалось уравнение МКЭ, решение которого позволяет определить перемещение узловых точек

[E1]·[K]·{q}={P}, (2)

где {P} – вектор узловых усилий;{q} – вектор-столбец узловых перемещений; [K] – матрица жесткости системы КЭ; [E1] – диагональная матрица.

Определения реакций по граничным условиям рассматриваются в полярной системе координат. Перемещение любой точки определяется тремя компонентами u, v и в направлении координат x, y, z. Таким образом, вектор перемещений имеет вид

. (3)

Для трехмерного пространственного характера напряжения деталей необходимо задать четыре узловых значения, и их компоненты имеют вид

u=a1+a2·x+a3·y+a4·z. (4)

В результате расчета деталей МКЭ определяются вес, координаты центра тяжести, момента инерции и проекции суммарного вектора сил на полярные оси координат, деформированное состояние, выраженное через перемещения узловых точек, реакция в узловых точках, напряженное состояние конструкции.

Полученные системы динамических уравнений движения пластины с пористым антифрикционным покрытием в масляном слое установлено, что эксплуатационный критерий надежности - коэффициент динамичности КД в масляном слое биметаллического подшипника скольжения при сгорании топлива в цилиндре дизеля зависит от жесткости масляного слоя при "всплытии" коленчатого вала и поршневого пальца на масляном клине и жесткости масляного слоя, образующегося за счет выступания масла из пор капилляров. Принимая во внимание сказанное, в условиях ППД применением композиционных материалов аналитическое определение КД имеет вид (рис. 5)

, (5)

где С1 и С2- жесткость цилиндрической пружины сжатия, эквивалентная масляному слою в пористых каналах и масляному слою участка подшипника и вала "при всплытии" на масляном клине соответственно.

Как пример, приведённые расчёты по зависимости (5) для высокофорсированного дизеля 6ДМ-21А показывают, что в условиях применения биметаллического подшипника скольжения с композиционным материалом, КД=1,0-1,03, что подтверждает нейтрализацию колебательного процесса за счёт демпфирующей способности пористого антифрикционного слоя до значений, определяемых погрешностью измерительной аппаратуры, чем доказывается повышение эксплуатационной надежности конструкции.

В результате решения системы динамических уравнений движения пластины с пористым антифрикционным покрытием в масляном слое установлено, что критерий эксплуатационной надежности - коэффициент динамичности КД в масляном слое биметаллического подшипника скольжения зависит от жесткости масляного слоя при "всплытии" коленчатого вала и поршневого пальца на масляном клине и жесткости масляного слоя, образующегося за счет выступания масла из пор капилляров. В динамической постановке аналитическим методом решена задача определения КД в масляном слое биметаллического подшипника скольжения.

Особенностями применения МКЭ как базового метода для оценки напряженного состояния деталей (поршневой и кривошипной головок шатуна) после усовершенствованного технологического метода поверхностным деформированием являются: решение задачи о напряженном состоянии МКЭ проводится в линейной и геометрически нелинейной постановках; алгоритм включает решение плоской задачи в прямоугольных и полярных координатах; применение тетраэдральной формы конечных элементов. В представленной постановке МКЭ используется как дополнительный метод при оценке эксплуатационной надежности подшипников скольжения после усовершенствованной технологии изготовления с решением задачи параметрической оптимизации конструкции.

В четвертой главе рассматриваются результаты практического применения в усовершенствованной технологии полученных результатов и методики экспериментальных исследований напряженного состояния деталей (поршневой и кривошипной головок) и гидродинамики биметаллических подшипников скольжения транспортного дизеля в условиях ППД.

С целью совершенствования технологических режимов ГДУ проводились исследования влияния гидродробеструйной обработки на основные характеристики поверхностного слоя деталей (поршневой и кривошипной головок шатуна). Плоские образцы вырезались шлифовальным кру­гом с малой подачей на чистовых режимах при обильном охлаждении. Результаты исследования начальных технологических остаточных напряжений показывают, что кинетическая энергия удара и интенсивность деформации поверхностного слоя деталей во времени непосредственно определяют макси-мальные значения и глубину проникновения начальных технологических остаточных напряжений сжатия.

С целью определения напряжений, возникающих в детали, проведено экспериментальное прочностное исследование на плоских прозрачных моделях методом фотоупругости. Уменьшенные модели детали (шатуна) были изготовлены из оптически активного материала на основе эпоксидной смолы ЭД-5. В качестве прибора для исследования моделей методом фотоупругости принят полярископ с диффузором (рис. 6), впервые примененный в отечественном двигателестроении. Отличиями и преимуществами полярископа с диффузором по сравнению с существующими современными линзовыми установками, имеющими точечный источник и параллельные пучки света, являются: неограниченность размеров рабочего поля, позволяющая использовать крупномасштабные модели; применение моделей с неполированной поверхностью; простота конструкции и легкость в работе.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»