CC BY
22
4. Серенсен С.В. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. Справочное пособие / С.В. Серенсен, В.П. Кочаев, Р.М. Шнейдерович. -М: Машиностроение, 1975 - 488 с.
Marina NL, Ph.D., Associate Professor, ([email protected]), Balakovo Institute of Engineering and Technology, a subsidiary of MEPhI, Balakovo, Russia Selifonov EK, student,
Balakovo Institute of Engineering and Technology, a subsidiary of MEPhI, Balakovo, Russia MECHANISM OF CRACKING IN CRANKSHAFTS OPERATION
Abstract. This article describes the development process of the local or complete destruction of the body of the crankshaft. During the deformation of a solid body around the dislocation microstructure defects and macro-cracks, voids, inclusions of various origins there is a high concentration of stress, which is a cause of new defects or developmental source.
Keywords: initial processing residual stress, stress concentration, creep, fatigue fracture, hardening of the surface layer.
УДК 621.787.6
КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В КОЛЕНЧАТОМ ВАЛЕ В УСЛОВИЯХ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСККОГО
ДЕФОРМИРОВАНИЯ Марьина Надежда Леонидовна, к.т.н., доцент (e-mail: [email protected]) Балаковский инженерно-технологический институт (филиал) НИЯУ «МИФИ», г.Балаково, Россия
В данной статье раскрывается важность решения задачи повышения работоспособности конструкций. Задача принадлежит проблеме увеличения коэффициента использования материала при изготовлении коленчатых валов путем применения точноштампованных заготовок.
Ключевые слова: дробеструйная обработка, коленчатый вал, галтель-ные зоны, остаточные напряжения.
Усталостная прочность современных коленчатых валов высокофорсированных дизелей при динамическом знакопеременном нагружении обеспечивается в основном снижением действующих динамических напряжений, увеличением размеров сечений, нейтрализацией концентрации напряжений и примением высокопрочных материалов. В этих условиях гораздо большее значение приобретают другие направления увеличения сопротивления усталости, которые связаны с прогрессивными и высокоэффективными методами упрочнения только тех мест конструкции, усталостное разрушение наиболее вероятно.
Анализ усталостных разрушений колена коленчатого вала шатунов показывает, что зарождение усталостной трещины наблюдается в галтельном радиусе перехода шатунной шейки в щеку коленчатого вала в зоне наименьшего сечения. Подобная закономерность трещинообразования свиде-
тельствует о высоком уровне рабочих напряжений и наличии их концентрации с высоким градиентом. Для снижения концентрации напряжений и повышения несущей способности галтельной зоны шатунной шейки целесообразно применение поверхностного пластического деформирования -упрочнения радиусного перехода ребра жесткости в опорную площадку гидродробеструйной обработкой, позволяющей регулировать свойства поверхностного слоя формированием в остаточных напряжений. При действии знакопеременных нагрузок основное значение приобретает не характер распределения остаточных - соединений по глубине поверхностного слоя детали, а величина и знак напряжений на поверхности [2]. Поэтому на служебные свойства гидробеструйно упрочненной галтельного перехода решающее значение оказывают направленные вдоль крышки головки осевые остаточные напряжения сжатия, так как появление последних совпадает с развивающимися рабочими напряжениями. Кроме того, безотходная технология изготовления коленчатых валов из точноштампованных заготовок предусматривает компенсацию разупрочняющего влияния обезугле-роженного слоя ГДО, что в свою очередь, требует исследования влияния остаточных напряжений на несущую способность упрочненных коленва-лов. В технической литературе отсутствуют обобщенные публикации по проблеме повышения сопротивления усталости колена дифференцированного ГДО, чем тормозится ведение исследовательских работ в этой области и практическое применение их результатов.
Для комплексной оценки изменения физико-механического состояния поверхностного слоя в зоне концентрации напряжений в радиусе галтель-ной зоны при ГДО в ОАО «Волжский дизель имени Маминых» используются контрольные пластины как образцы-свидетели, изготовляемые из материала упрочняемой детали, пологая при этом, что статическая стрела прогиба является мерой интенсивности и стабильности процесса ГДО упрочняемой конструкции. Вместе с тем виброударное нагружение колена и контрольных пластин-свидетелей при ГДО отличается от статического, что требует учета комплексного критерия коэффициента динамичности нагрузки Кд. Аналитическими исследованиями, проведенными на плоском образце-свидетеле прямоугольного сечения, установлено, что при ГДО деталей Кд=1,22. Так как остаточные напряжения сжатия искажают форму галтельного радиусного перехода, целесообразен новый подход к оценке остаточных напряжений в условиях виброударного нагружения. Ориентировочно оценим искажение этой формы, для чего рассмотрим напряженное состояние отдельной и галтельной зоны. Вырежем образец-свидетель в виде радиусного элемента шириной "в" 45°) перпендикулярно оси галтельной зоны и определим изменение стрелы его прогиба Уо под действием наведенных остаточных напряжений, образованный в связи с ГДО момент Мр деформирует рассматриваемый элемент в направлении, уменьшения стрелы прогиба. Так как отношение толщины образца Н к радиусу Я мало, то внутренние силовые факторы Q и N не учитываем, и на основании
известной зависимости Мора для кривого бруса линейное статическое изменение Агр стрелы прогиба имеет вид
А. _ЕГ
гр J
Мр • М г • ёН _% Мр • МЯ • ёщ % Мр • Мг • Я • ёщ
Е Е (1)
Где - изгибающий момент от действия единичной силы Р=1, приложенной в месте определения прогиба; ёБ = Яё щ - дифференциально малый элемент.
Принимая во внимание
V/
п
ГМрМ. • Мщ/Е1 _ 0 0 (2)
Мр • Мг • Яёщ V Мр • ЯЯтV ёщ р V 2) 0,2МР • Я
ф -Мр ■ Я | Со8ф- Со
I" ......................"
, V/
/2 /2
г Мр-Мг- кац/ г
гр _ 1 Е1 "1
V Е1 V Е1 Е1 Е1
(3)
Здесь В - ширина элемента, И - ширина пластически деформированного слоя, подсчитанная по методике [1], Н - толщина элемента. Подставляя (3) в (2), найдем
0,1 • Ь • НЯ2 •аХ
А.р _
_'Х_
Е1
(4)
Где х - средние остаточные напряжения в радиусной зоне образца-свидетеля от статики нагружения.
Амплитуда динамического прогиба пластины при ГДО
ард _ КД Ар (5)
С учетом (5) средние остаточные напряжения в радиусной зоне образца-свидетеля с учетом динамики нагружения от ГДО
ЕН2 • Аг
ахх _
чРд
1,2Я • п (6)
Средние остаточные напряжения на плоском участке образца при его снятии с гидродробеструйной установки определялись по методике для плоского элемента прямоугольного сечения
хт-01
ахх _
8Е ( Н --п
V 2 )
12
• Я)
(7)
Где Ус - амплитуда статического прогиба консольной пластины. Принимая во внимание виброударный характер нагружения образца-свидетеля при ГДО, в выражении (7) амплитуда Ус заменяется на динами-
2
ческую У0 по известному соотношению
y0 = Кд • Ус
По формулам (6) и (7) для консольно закрепленной пластины в виде радиусного элемента галтельной зоны крышки кривошипной головки шатуна
дизеля ЧН 21/21 при 1 = 00м ,Н = 2,82 •10"4 м А= = 3,8'10"м , Я = 7 • I0 3 м остаточные напряжения во впадине, на плоском участке и
теоретический коэффициент концентрации напряжений = -130,7 МПа = -196,4 МПа, а5 = 1,5
Список литературы
1. Рыковский Б. П. .Смирнов В. А., Щетинин Г.М. Местное упрочнение деталей поверхностным наклепом.-М.:Машиностроение.-1985.-С. 14-16.
2. Технологические остаточные напряжения. Под ред. д-ра техн. наук А.В.Подзея-М.:Машиностроение.-1973.-С. 156.
Marina Nadezhda, Ph.D., Associate Professor
(E-mail: [email protected])
Balaovsky Engineering and Technological Institute (branch) of National Research Nuclear University "MEPhI", Balakovo, Russia
Stress concentration at the crankshaft UNDER surface plastic deformation This article deals with the importance of solving the problem of increasing structural efficiency. The task belongs to the problem of increasing the utilization of the material in the manufacture crankshafts by applying precisely forged blanks.
Keywords: hydro blasting, crankshaft fillet area, residual stresses.
УДК 628.144
ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТАНОВЛЕННОГО ДАВЛЕНИЯ ВОДЫ КАК ЕДИНИЧНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ
ВОДОСНАБЖЕНИЯ Масенков Евгений Вячеславович, аспирант
(e-mail: [email protected]) Белов Дмитрий Борисович, к.т.н., доцент Тульский государственный университет, г.Тула, Россия (e-mail: [email protected])
Рассмотрена методика расчета единичного показателя качества системы водоснабжения «Обеспечение установленного давления воды». Предложена формула для определения бальной оценки данного показателя качества.
Ключевые слова: водоснабжение, давление воды, единичный показатель качества, методика расчета.
Давление воды в водопроводной сети является одним из важнейших показателей качества водоснабжения. Единицей измерения давления воды является 1 МПа, но для удобства чаще применяют атмосферы или бары.
