Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980530710.12737/10389Машиностроение и машиноведениеMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМашиностроение и машиноведениеSearch for new technological methods of strengthening treatment of crankshaftsПоиск новых технологических методов упрочняющей обработки коленчатых валов двигателейДакдукиАхмад Эль DakdukiAkhmad Эль vibrotech@mail.ruПопов Михаил ЕгоровичPopov Mikhail ЕгоровичБабичевАнатолий ПрокофьевичBabichevAnatoly Prokopievichvibrotech@mail.ru
доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
ПастуховФилипп АндреевичPastukhovPhilip Andreevichvibrotech@mail.ruДонской государственный технический университетDon State Technical University31032015310320151516878https://naukaru.ru/en/nauka/article/5307/view
Цель работы — поиск новых методов упрочняющей обработки коленчатого вала. Исследуются современные эффективные методы (конструктивные и технологические) повышения прочности и износоустойчивости указанной детали. Обозначены особенности основных технологических методов — азотирования, местного наклепывания, обдувки стальной дробью галтелей. Рассмотрена главная задача конструктивных методов повышения прочности — придание коленвалу формы, обеспечивающей более равномерное распределение напряжения по объему детали — как в зонах концентрации напряжений, так и вне этих зон. Требуемые конструктивные формы вала определяются экспериментально. Предложены новые схемы установок для упрочняющей и стабилизирующей виброударной и виброволновой обработки коленчатых валов двигателей. Экспериментально установлено, что виброударная обработка позволяет достичь: равномерного упрочнения поверхностного слоя всех элементов детали; отделки и скругления острых кромок; плавности переходов; исключения поводки нежестких валов, имеющей место при локальной обработке обкатыванием галтелей крупногабаритных деталей.
The work objective is searching new methods of strengthening processing of the cranked shaft. Modern constructive and pro-cessing methods of increasing the durability of the engine cranked shaft are considered. Some features of the key processing methods – nitriding, riveting on, steel shot blasting of fillets – are identified. The main task of the constructive methods to increase strength –crankshaft shaping that provides a more uniform stress distribution on shaft volume – both in the stress concentration zones, and outside them is considered. The required design shapes of the shaft are determined experimentally. New installation diagrams for the strengthening and stabilizing vibrowave and shock-vibrating machining of the engine crankshafts are proposed. It is experimentally established that the shock-vibrating machining allows the following: uniform hardening of the surface layer of all part features; sharp edge finishing and rounding; smooth transitions; avoidance of non-rigid shaft distortion that takes place at the local rolling of large part fillets
Введение. Актуальными задачами развития технологии машиностроения являются увеличение жизненного цикла автомобильного транспорта, тракторов и сельскохозяйственной техники, улучшение их эксплуатационных характеристик. В значительной степени основные характеристики перечисленных типов изделий определяются прочностью деталей двигателя. Коленчатый вал (рис. 1) является одной из важных деталей кривошипно-шатунной группы двигателя, и от его качества и прочности зависят эксплуатационные характеристики и долговечность двигателя [1]. Во время работы двигателя коленчатый вал передает крутящий момент трансмиссии, а также различным агрегатам и вспомогательным механизмам.
Баранова, Н. В. Коленчатые валы тракторных двигателей повышенной надежности и долговечности: обзор / Н. В. Баранова. - Москва : НИИТракторосельхозмаш, 1965. - 68 с.Baranova, N.V. Kolenchatye valy traktornykh dvigateley povyshennoy nadezhnosti i dolgovechnosti: ob-zor. [Crankshafts of tractor engines of increased reliability and durability: a review.] Moscow: NIITraktorosel´khozmash, 1965, 68 p. (in Russian).Булыгин, Ю. С. Состояние и перспективы повышения усталостной прочности коленчатых валов двигателей тракторов и сельскохозяйственных машин / Ю. С. Булыгин, З. М. Ройфберг, В. А. Таранта. - Москва : ЦНИИТЭИтракторосельхомаш, 1974. - 61 с. - (Производство и технология).Bulygin, Y.S., Royfberg, Z.M., Taranta, V.A. Sostoyanie i perspektivy povysheniya ustalostnoy prochnosti ko-lenchatykh valov dvigateley traktorov i sel´skokhozyaystvennykh mashin. [Condition and prospects for improving the fatigue strength of tractor engines and agricultural machinery crankshafts.] Moscow: TsNIITEItraktorosel´khomash, 1974, 61 p. (Pro-duction and technology) (in Russian).Бабичев, А. П. Основы вибрационной технологии / А. П. Бабичев, И. А. Бабичев. - Ростов-на-Дону : Изда-тельский центр ДГТУ, 1999. - 621 с.Babichev, А.P., Babichev, I.A. Osnovy vibratsionnoy tekhnologii. [Fundamentals of vibration technology.] Rostov-on-Don, DSTU Publ. Centre, 1999, 621 p. (in Russian).Головин, Г. Ф. Остаточные напряжения, прочность и деформации при поверхностной закалке ТВЧ / Г. Ф. Головин. - Ленинград : Машиностроение, 1973. - 144 с.Golovin, G.F. Ostatochnye napryazheniya, prochnost´ i deformatsii pri poverkhnostnoy zakalke TVCh. [Residual stress, strength, and strain under the surface HFC hardening.] Leningrad: Mashinostroenie, 1973, 144 p. (in Russian).Деформирующая обработка валов / С. А. Зайдес [и др.] ; под ред. С. А. Зайдеса. - Иркутск : Издательство ИрГТУ, 2013. - 452 с.Zaides, S.A., ed., et al. Deformiruyushchaya obrabotka valov. [Deforming processing of shafts.] Irkutsk: Iz-datel´stvo IrGTU, 2013, 452 p. (in Russian).Обработка деталей поверхностным пластическим деформированием / И. Р. Асланян [и др.] ; под ред. С. А. Зайдеса. - Иркутск : Издательство ИрГТУ, 2014. - 560 с.Aslanyan, I.R., et al., Zaides, S.A., ed. Obrabotka detaley poverkhnostnym plasticheskim deformirovaniem. [Part cutting by surface plastic deformation.] Irkutsk: Izdatel´stvo IrGTU, 2014, 560 p. (in Russian).Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов / под ред. М. А. Мейерса, Л. Е. Мура. - Москва : Металлургия, 1984. - 512 с.Myers, M.A., Murr, L.E., eds. Udarnye volny i yavleniya vysokoskorostnoy deformatsii metallov. [Shock waves and phenomena of high-speed deformation of metals.] Moscow: Metallurgiya, 1984, 512 p. (in Russian).Структура и механические свойства аустенитной хромомарганцовистой стали после нагружения ударными волнами / И. Н. Гаврильев [и др.] // Физика металлов и металловедение. - 1988. - Т. 65, вып. 4. - С. 801-803.Gavrilyev, I.N., et al. Struktura i mekhanicheskie svoystva austenitnoy khromomargantsovistoy stali posle nagru-zheniya udarnymi volnami. [Structure and mechanical properties of austenitic chord-manganese steel after shock wave load-ing.] The Physics of Metals and Metallography, 1988, vol. 65, iss. 4, pp. 801-803 (in Russian).Высокоскоростное взаимодействие тел / В. М. Фомин [и др.]. - Новосибирск : Издательство СО АН РАН, 1999. - 600 с.Fomin, V.M., et al. Vysokoskorostnoe vzaimodeystvie tel. [High-speed interaction of bodies.] Novosibirsk: Iz-datel´stvo SO AN RAN, 1999, 600 p. (in Russian).Берштейн, Г. Ш. Технология и оборудование для упрочнения коленчатых валов без поводок / Г. Ш. Берштейн // Повышение прочности и долговечности деталей машин ППД. - Москва : НИИИНФОРМТЯЖ-МАШ, 1970. - С. 27-37.Berstein, G.S. Tekhnologiya i oborudovanie dlya uprochneniya kolenchatykh valov bez povodok. [Technology and equipment for hardening crankshafts without distortion.] Povyshenie prochnosti i dolgovechnosti detaley mashin PPD. [Increasing the strength and durability of PMP machine parts.] Moscow: NIIINFORMTYaZhMASh, 1970, pp. 27-37 (in Rus-sian)