11.5.2. Фрагменты теории коробления кв при упрочнении галтелей ппд

Рассмотрим КВ с одной шатунной шейкой (рис. 11.11). При упрочнении галтели 2 шатунной шейки любым способом ППД пластическая деформация (зона с повышенной твердостью П) распространяется и на шатунную шейку, и на щеку.

Известно, что пластическая деформация сопровождается лавинообразным образованием дислокаций и точечных дефектов. Так, в недеформированных отожженных углеродистых сталях средняя плотность дислокаций составляет примерно 10⁶–10⁸ см^-2. После ППД число дислокаций в наиболее деформированном слое увеличивается на несколько порядков. Для стали 45, например, число дислокаций достигает 5,52·10¹¹–11,58·10¹¹ см^-2.После пластической деформации всего на 10 концентрация точечных дефектов возрастает до 10¹⁹–10²⁰ см^-3. Увеличение плотности дислокаций, рост концентрации точечных дефектов и особенно вакансий приводит к увеличению объема пластически деформированного металла по разным источникам до нескольких десятых долей процента.

Рис. 11.11. КВ с упрочненной ППД галтелью 2,

расположенной между опорами О₁ и О₂

Таким образом, при пластической деформации плотность металла в зоне П уменьшается, а объем увеличивается. Поэтому щека КВ будет изгибаться выпуклостью в сторону обработанной ППД галтели 2. Нижний конец щеки вместе с левой коренной шейкой займет новое положение II, и геометрическая форма КВ нарушится.

При упрочнении галтели 1 щека изогнется выпуклостью влево, a коренная шейка переместится в положение III. Величина суммарного коробления КВ от одновременного упрочнения галтелей 1 и 2 будет равна алгебраической сумме от упрочнения этих галтелей по отдельности.

При одновременном упрочнении всех (или нескольких) галтелей коленчатого вала можно зафиксировать лишь величину суммарного коробления вала. Механизм коробления в этом случае остается нераскрытым. Чтобы раскрыть его, необходимо рассматривать процесс коробления в его развитии, для чего дифференцировать процесс упрочнения галтелей коленчатого вала: упрочнять галтели последовательно, каждый раз измеряя величину и направление коробления. В этом случае становится возможным проследить сам процесс коробления коленчатого вала и установить влияние упрочнения каждой галтели в отдельности на величину коробления КВ. Величина же суммарного коробления, очевидно, останется той же, что и при одновременном упрочнении галтелей.

Для упрощения дальнейших выкладок считаем, что вся поверхность щеки со стороны галтели 2 упрочнена равномерно, а щеку рассматриваем, как тонкую пластину.

В теории упругости тонкой пластиной называется тело призматической или цилиндрической формы с отношением его толщины к наименьшему размеру основания меньше чем 1:10. Теория применима, если это отношение доходит до 1:5 и даже 1:3.Конфигурация щек КВ различна, но у подавляющего большинства КВ они имеют сравнительно небольшую толщину при достаточно больших размерах в плане и удовлетворяют приведенным соотношениям.

Сказанное позволяет рассматривать щеку КВ с упрочненной ППД галтелью, как упругую изотропную тонкую пластину, деформируемую внешним равномерно и всесторонне распределенным моментом. В этом случае в общем виде величина коробления коленчатого вала _А при упрочнении одиночной галтели равна (рис. 11.11):

, (11.3)

где  – коэффициент Пуассона;

E – модуль упругости 1-го рода, МПа;

r – радиус кривошипа КВ, мм;

h – толщина щеки, мм;

b – расстояние от левой опоры до сечения, в котором определяют

величину коробления, мм;

c – расстояние от левой опоры до упрочняемой галтели, мм;

L – расстояние между опорами вала, мм;

 – средняя величина остаточных напряжений сжатия в

упрочненном слое щеки, МПа;

_ – глубина залегания остаточных напряжений сжатия, мм;

 – коэффициент, характеризующий полноту обработки щеки ППД,

  1.

В формуле сомножитель характеризует материал вала, отношение характеризует жесткость щеки. Передаточное отношение показывает, в какой мере прогиб щеки с упрочненной галтелью передается в сечение, где измеряется величина коробления. (Для иных вариантов взаимного расположения опор КВ, упрочняемых ППД галтелей и сечений, где производится измерение коробления КВ передаточное отношение подсчитывают по другим соотношениям). Величины , _ и  зависят от способа ППД и его режима.

Для расчета величины коробления при накатывании галтелей КВ с диаметром шеек до 30 мм с силой до 11 кН выведена формула:

, (11.4)

где НВ – твердость по Бринеллю, МПа;

_T – предел текучести материала КВ, МПа;

P – сила накатывания, Н;

m – коэффициент, учитывающий кривизну контактирующих поверх-

ностей накатного ролика и галтели (см. п. 3.4);

K₇ – коэффициент, определяемый экспериментально.

При накатывании галтелей КВ с диаметром шеек 50–250 мм с силой более 11 кН формула для расчета величины коробления принимает вид:

, (11.5)

где А – коэффициент, учитывающий кривизну контактирующих поверхностей накатного ролика и галтели (см. п. 3.4);

К₈ – коэффициент, определяемый экспериментально.

Величину коробления КВ при чеканке одиночной галтели можно рассчитать по формуле:

, (11.6)

где Э_У – энергия удара бойка, Дж;

D₁ – диаметр сферической головки бойка, мм;

K₆ – коэффициент, определяемый экспериментально.