Поляризационно-оптический метод для прогнозирования разрушения коленчатого вала двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

СГТУ имени Гагарина Ю.А.

ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗРУШЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ

Тугушев Б.Ф., Демин В.О.,

Капков Д.С., Зеленцов Д.С.

Аннотация

Представлено распределение микротвердости в шейке коленчатого вала. Сделаны выводы о путях повышения ресурса детали.

Ключевые слова: коленчатый вал, микротвердость, механическая обработка, ресурс

Annotation

POLARIZATION-OPTICAL METHOD FOR FORECASTING THE DESTRUCTION OF THE CRANKSHAFT OF THE ENGINE

The distribution of microhardness in the neck of the crankshaft is presented. Conclusions are drawn about ways to increase the resource of a part.

Keywords:crankshaft, microhardness, machining, resource

Основная часть

Для исследования внутренних напряжений и мест возможных разрушений был создан полярископ (рис. 1) в соответствии с методикой, предложенной А.В. Александровым, В.Д. Потаповым и Б.П. Державиным [1]. По технологии, описанной во многих учебных пособиях по сопротивлению материалов, мы остановили свой выбор на прозрачных моделях из оргстекла и эпоксидной смолы [2] ввиду их доступности. Была изготовлена модель, соответствующая шатунной шейке (ШШ) коленчатого вала (КВ) дизельного двигателя КамАЗ-740 и проведено исследование напряжений, соответствующее вышеуказанной методике. Существенная особенность поляризационно-оптического метода состоит в том, что характер распределения напряжений (деформаций) может быть установлен без какой либо обработки экспериментальной информации, лишь по картине полос изохром, которая наблюдается в простейшем полярископе. На рис. 2 представлена картина распределения разницы главных напряжений у₁ - у₂ в физической модели 4-й шатунной шейки КВ двигателя КамАЗ-740, изготовленной из органического стекла. Отчетливо видны темные изохроматические линии - изохромы, в которых разница главных напряжений у₁ - у₂ одинакова. Светлые полосы соответствуют максимальным главным напряжениям, при этом следует обратить внимание на участки с наибольшей их концентрацией. Это, прежде всего, зоны галтелей в нижней части ШШ и зоны перекрытий шатунной и коренных шеек, где наблюдаются эллипсообразные зоны концентрации в щеках.

Видны линии напряжений от нагрузки, действующей сверху на шатунную шейку, и резкий переход в правой части ШШ между нагруженной и ненагруженной областями, граница между которыми сходна по очертанию с латинской буквой S. Очевидно, что резкий переход в данной области может вызывать разрушение в реальной детали по указанному контору.

Рис. 1 Полярископ для лабораторных исследований

На рис. 3 представлена физическая модель зоны перекрытия шатунной и коренной шеек, изготовленная из эпоксидной смолы, подвергнутая растяжению в вертикальном направлении [3]. Здесь так же видны изохромы, которые имеют параболическую форму в верхней и нижней частях модели. Картина распределения разницы главных напряжений в данном случае соответствует топографии линий роста усталостных трещин в данных областях [3], что позволяет предположить основным фактором развития усталостных трещин здесь наличие растягивающих напряжений, действующих в зоне перекрытия вдоль линии, соединяющей нижнюю часть галтели ШШ с верхней частью галтели коренной шейки.

Из этого следует:

При исследовании методом фотоупругости на прозрачных моделях хорошо визуализируются места концентрации напряжений. На модели шатунной шейки просматриваются места концентрации в поперечном сечении шейки, в зонах галтелей, в местах сопряжения со щеками, а также в классически принятых местах концентрации сил, что подтверждает верность выбранного метода. В зоне перекрытия наблюдается аналогичная картина.

Рис. 2 Распределение напряжений в плоской прозрачной модели кривошипа, видимое в поляризованном свете

полярископ шейка коленчатый вал

Рис. 3 Распределение напряжений в прозрачной модели перекрытия шеек, видимое в поляризованном свете

Список литературы

1. Александров А.В. Сопротивление материалов: учеб. для вузов / А.В. Александров, В.Д. Потапов, Б.П. Державин; под ред. А.В. Александрова. 5-е изд. стер. М.: Высш. шк., 2007. 560 с.

2. Александров А.Я. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого твердого тела / А.Я. Александров, М.Х. Ахметзянов. М.: Наука, 1973. 576 с.

3. Денисов А.С. Теоретический анализ изменения напряженно-деформированного состояния коленчатого вала в процессе эксплуатации / А.С. Денисов, А.Т. Кулаков, Б.Ф. Тугушев, Е.Ю. Горшенина, А.А. Видинеев // Ремонт, восстановление, модернизация. 2010. № 9. С. 47-51.

Размещено на Allbest.ru