книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

Т а б л и ц а 111.3

Механические свойства термообработанных рессорно-пружинных сталей

в поверхностном слое создание остаточных сжимающих напря­ жений. С этой целью применяют заневоливаипе пружин, запеволивание и чеканку торсионных валов, обкатку роликами, пласти­ ческую осадку и дробеструйную обработку листовых рессор.

Легированная рессорно-пружинная сталь, термообработанпая до твердости HRC 45—50, имеет предел усталости при кручении (база 2-10® циклов) т_і = 190 МПа. После дробеструйной обра­ ботки предел усталости увеличивается до 350 МПа (3500 кгс/см2).

Л и т ы е с т а л и (по ГОСТ 977—65) применяются для кронштейнов, картеров задних мостов, ступиц и колес грузовых автомобилей высокой грузоподъемности (35Л, 40Л, 45Л). Эти стали применяются также для изготовления методом точного литья по выплавляемым моделям сложных по форме деталей. Это позволяет в ряде случаев полностью исключить механическую обработку или значительно ее сократить. Стальные отливки можно закаливать, а при содержании углерода ниже 0,25% цементи­ ровать и закаливать.

Се р ый ч у г у н марок СЧ 21—40 и СЧ 24—44 применяют для отливок нажимного диска сцепления, тормозных колодок, шки­ вов, картеров коробок передач, раздаточных коробок, крышек подшипников, тормозных барабанов и т. д. Твердость отливок НВ 190—240.

Наилучшей прочностью и фрикционными свойствами обла­ дает чугун с перлитной структурой. Для наиболее ответственных

50

отливок (тормозные барабаны) применяют также легированные чугуны с увеличенным до 4% содержанием углерода. Это увели­ чивает стойкость материала против растрескивания при высоких термических нагрузках. Механические свойства чугуна в зна­ чительной степени зависят от формы включений-графита. Высо­ копрочный чугун получают модифицированием жидкого чугуна магнием или его сплавами, что приводит к получению шаровид­ ной формы графита. Такой чугун, например ВЧ 60-2, имеет предел

отливок деталей, воспринимающих динамические нагрузки: кор­ пуса дифференциалов, картеры главных передач, балки ведущих мостов, ступицы колес, кронштейны рамы.

В автостроении применяют ковкие чугуны. марок КЧ 45-6 и КЧ 35-10,

Перлитный ковкий чугун сочетает преимущества литых изде­ лий с прочностью на разрыв и усталость, близкую к стали. Пре­ дел прочности ств = 600 -н800; а_2 = 300 -т-350 МПа. Некоторые фирмы применяют перлитный ковкий чугун для таких ответ­ ственных деталей, как вилки карданов, шестерни внутреннего зацепления планетарных коробок передач, тормозные диски и барабаны.

§ 13. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Для изготовления деталей автомобиля применяют алюминие­ вые, магниевые и цинковые сплавы.

Сплавы на основе алюминия имеют малую плотность (2,65 X X ІО3 -т-2,73 - ІО3 кг/м3), хорошую пластичность, коррозионную стойкость, прочность на разрыв до 420 МПа (4200 кгс/см2), удов­ летворительно свариваются.

Алюминиевые сплавы разделяются на литейные и деформи­ руемые (ковка, штамповка). В зависимости от химического состава получаются сплавы с различными свойствами.

С и л у м и н ы (6— 12% Si) обладают хорошими механиче­ скими свойствами и технологическими качествами. Сплав АЛ4 применяется для отливки картеров коробок и главных передач, колес и ступиц, картеров рулевых механизмов, картеров и рабо­ чих колес гидродинамических трансформаторов. Предел проч­ ности ов — 260 4-290 МПа (2600—2900 кгс/см2).

М е д н о - а л ю м и н и е в ы е с п л а в ы (4—5% Си) прп-

.меняются для изготовления мелких отливок, упрочняемых термо­ обработкой. Сплав АЛ7 средней прочности (ав = 220 МПа), сплав АЛ 19 высокой прочности. Прочность алюминиевых сплавов при температуре выше 200° С заметно падает. На рис. III.3, а показана зависимость предела прочности от температуры для сплава АЛ19. Этот сплав как при комнатной, так и при повышен­

51

ной температуре имеет прочность выше, чем другие литейные алюминиевые сплавы.

стойкостью, свариваемостью, но плохо обрабатывается резанием.

а)6е,МПа

Применяется для штамповки ненагруженных деталей: колпаков колес, декоративных деталей, ободов фар.

Сплав АМг (2—2,8% Mg) имеет более высокую прочность (ст„ = = 200ч-250 МПа). Применяется для штамповки сварных средненагруженных конструкций, например топливных баков и т. д.

Наиболее высокой прочностью обладает сплав АМгб (5,8— 6,8% Mg).

Предел прочности ов = 320 МПа, предел усталости сг_і = = 190 МПа (база 5 -108 циклов). Применяется для штамповки деталей, от которых требуются высокая прочность и коррозионная стойкость. По удельной прочности превосходит малоуглеродистые стали. Применяется для изготовления рам, каркасов несущих кузовов автобусов, кузовов грузовых автомобилей, цистерн, две­ рей и т. д. Зависимость предела прочности от температуры пока­ зана на рис. III.3, б.

М а г н и е в ы е с п л а в ы имеют малую плотность (1,76 х X ІО3— 1,83-103 кг/м3), сравнительно высокую прочность и хо­ рошо обрабатываются резанием. Сплав МЛ4 (5—7% А1) исполь­ зуется для отливки под давлением картеров коробок передач, колес, кожухов маховика, тормозных колодок, крышек подшипни­ ков и т. д. Коррозионная стойкость пониженная. Детали после

52

механической обработки анодируются, грунтуются и окраши­

методом литья под давлением кронштейнов, корпусов приборов, решеток радиаторов, корпусов фар и фонарей, декоративных де­ талей. Предел прочности ав = 280-4-320 МПа.

Для повышения коррозионной стойкости применяют электро­ литические покрытия хромом, никелем, кадмием.

§ 14. РЕЗИНА И ПЛАСТМАССЫ

Применение резины как конструкционного материала суще­ ственно отличается от применения металлов. Резина способна к очень большим деформациям при относительно небольших на­ пряжениях. Относительное удлинение при разрыве до 350%.

составляющая; Е г — переменная составляющая, которая зависит от внутреннего трения и изменяется с изменением температуры, частоты и скорости деформации.

Эластичные свойства резины в зависимости от ее состава соче­ таются с другими важными свойствами: износостойкостью, тепло- и морозостойкостью, устойчивостью к воздействию бензина, масел и других веществ.

Силовые резиновые конструкции армируются металлической арматурой или кордом. Большинство деталей изготавливается формованием.

Предел упругости резины близок к ее пределу прочности. Зависимость между напряжениями и деформациями нелинейная. При деформации объем резины почти не меняется (коэффициент Пуассона р. = 0,47—0,5).

Резина по сравнению со сталью обладает значительно большей энергоемкостью. Благодаря большому внутреннему трению хорошо гасит вибрации и колебания. Поэтому она широко используется в качестве упругих элементов в подвесках, тягово-сцепных устрой­ ствах, соединительных муфтах и т. д.

В табл. III.4 приведены свойства резин и области их приме­ нения. В тех случаях, когда одна резина не может удовлетворить всем требованиям, применяют сочетание нескольких марок резин или резины с другими материалами. Так, например, для повыше­ ния прочности резиновых диафрагм их армируют тканью. Для защиты от разрушающего действия масла наносят покрытие на основе найрита, а для обеспечения газонепроницаемости вводят прослойку из бутилкаучука. Чтобы повысить стойкость резины к воздействию озона и солнечного света, применяют защитные'

53

(сталь, резина). Свойства пластмасс в зависимости от химического

или полиэфирная смола), армированного стекловолокном или стеклотканью, обладают высокой удельной прочностью, приме­ няются для кузовов, кабин и отдельных крупногабаритных па­ нелей.

Полуфабрикат представляет листы стеклоткани (2—4 слоя), пропитанные загущенными до термопластичного состояния поли­ эфирными смолами с добавками, препятствующими отвердеванию. Изделия формуются на прессах при t = 150-^-160° С и отвер­ ждаются в штампах. Предел прочности при изгибе о„ = 270 МПа, при растяжении сгв = 120 МПа. Для изготовления пластмассовых панелей требуется значительно больше времени, чем для штам­ повки из стали. Поэтому они применяются преимущественно в мел­ косерийном производстве. Взамен стали и цветных металлов при­ меняются также пластмассы средней прочности на основе формаль­ дегидной смолы и пластики полимеризационного типа (табл. III.5).

Т а б л и ц а III.5

Свойства конструкционных пластмасс

А ц е т а л и (производные формальдегида) обладают хоро­ шим внешним видом. Применяются для изготовления прессова­ нием и литьем корпусов, крышек, небольших шестеренчатых пе­ редач, рулевых колес и других деталей управления, оборудования и отделки кузова.

П о л и п р о п и л е н отличается высокой химической и тепловой стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих при температурах до +150° С. Может армироваться стекловолокном. Детали из пропилена свариваются ультразвуком.

55

Лопасти вентиляторов из пропилена работают при окружных

а также для трубопроводов н подшипников. Обладают высокой износостойкостью и хорошими антифрикционными качествами. Допускаемая температура /^80ч -100°С .

ограничивает нагрузки па подшипник. Часто применяют стальные вкладыши, облицованные тонким слоем полиамида.

Подшипники из фторопласта допускают большее давление. Коэффициент трения без смазки 0,08—0,04. Допускаемая тем­ пература 200° С. Перспективными являются трехслойные металло­ пластмассовые подшипники (рис. II 1.4). Коэффициент трения в паре со сталью без смазки 0,05—0,18, рабочий диапазон тем­ ператур от —200 до 280° С. Для тяжелых нагрузок применяют подшипники из тефлоновой ткани, пропитанной фенольной смолой. Тефлоновое волокно проходит двойное плетение с нейлоном или хлопчатобумажной нитью. Допускаемая температура 260° С.

А к р и л о в ы е п л а с т м а с с ы хорошо проводят свет, стойки к воздействию атмосферы. Используются для рассеивателей фонарей, панелей приборов и декоративных деталей.

§ 15. ФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Фрикционные материалы, используемые в узлах трения, разделяются на два вида: асбестовые и металлокерамические.

А с б е с т о в ы е фрикционные накладки сцеплений по ме­ тоду изготовления разделяются на формованные из массы, ткан­ ные, картонно-бакелитовые и вальцованные. Для тормозов при­ меняются формованные и тканные накладки.

56

Формованные накладки получают путем прессования массы, содержащей асбестовое волокно, наполнитель и связующий ма­ териал (бакелитовая смола или каучук).

Тканные накладки изготавливают нз асбестовой пряжи, ар­ мированной латунной или медной проволок. Тканная заготовка пропитывается специальной смолой и подвергается формовке на прессах.

Картонно-бакелитовые накладки получают вырубкой из асбе­ стового картона, пропиткой связующим материалом (фенолфор­ мальдегидная смола) и последующим прессованием.

Рис. II 1.5. Изменение коэффициента трения фрикцион­ ных материалов в зависимости от температуры:

/ — металлокерамика; 2 — рстннакс; 3 — асбобакелит

Накладки затвердевают при температуре 170—200° С в прес­ сах или в печах.

Фриванитовые накладки изготавливают вальцеванием из массы, основными компонентами которой являются асбестовое волокно, каучук, бакелит, железный порошок, сурик.

Накладки должны обладать высоким н стабпл-ьным коэффщ циентом трения. Наибольший коэффициент трения (ГОСТ 1786—66) имеют фриванитовые накладки — 0,44—0,52, наименьший — кар­ тонно-бакелитовые — 0,325—0,36.

Стабильность фрикционных качеств накладок оценивается по величине падения коэффициента трения р при нагреве.

У тканных накладок допускается уменьшение коэффициента трения на 18% при повышении температуры до 200° С, а у формо­ ванных при нагреве до 300° С.

57

Теплостойкость накладок сцеплений проверяется путем их прокаливания при температуре 275—280° С в течение трех часов. После охлаждения они не должны растрескиваться. При темпе­ ратуре 400° С накладки разрушаются.

Механическая прочность накладок должна обеспечивать со­ противление разрыву под влиянием центробежных сил и каса­ тельных сил трения. Твердость обшивок в зависимости от типа связующего материала НВ 17—20.

Коэффициент трения асбобакелитовых и асбокаучуковых ма­ териалов падает с повышением температуры за счет выделения на поверхности трения жидких фракций смолы (пропитки).

Накладки с фенольноформальдегидной пропиткой имеют меньший коэффициент трения, но обладают более высокой тепло­ стойкостью.

Теплостойким фрикционным материалом является ретинакс марки ФК-16л, представляющий асбосмоляную композицию с включением латунной проволоки. Коэффициент трения материала

риалы на железной основе допускают температуру 1000° С.

На рис. 111.5 показана зависимость коэффициента трения от температуры для трех типов материалов.

Металлокерамическне фрикционные материалы на медной основе успешно работают в масле при скорости скольжения до 50 м/с и давлении до 3,5 МПа (35 кгс/см2) в многодисковых фрик­

.2. Конструкционные материалы. В 3-х т. Под ред.,А. Т. Туманова. Т. 1—3. М., «Советская энциклопедия», 1963— 1965.

3.К у з н е ц о в А. А. идр. Вероятностные характеристики прочности авиа­ ционных материалов и размеров сортамента. Справочник. М., «Машиностроение», 1970, 567 с.

4.М а с и н о М. А., А л е к с е е в В. Н. и М о т о в и л и и Г. В. Авто­ мобильные материалы. Справочник инженера-механика. М., «Транспорт», 1971,

Г Л А В А IV

НАГРУЗОЧНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ РЕЖИМЫ. МЕТОДЫ РАСЧЕТА

§ 16. ВИДЫ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ДЕТАЛИ АВТОМОБИЛЯ

Величины_деформаций деталей автомобиля и напряжений в них зависят от нагрузочных режимов, имеющих место в различных

в процессе эксплуатации. Нагрузочные режимы могут быть пред­ ставлены в виде кривых распределения (рис. IV.7), полученных путем статистической обработки результатов измерения нагрузок и напряжений в деталях при работе автомобилей.

Р а с ч е т н ы м называется реальный или условный нагру­ зочный режим, принимаемый при расчете деталей автомобиля на прочность или усталость. Расчетный режим устанавливается на основе анализа нагрузочных режимов.

Силы, действующие на детали автомобиля, и соответствующие им напряжения в зависимости от времени их действия могут быть:

а) постоянными при постоянно действующих или медленно изменяющихся силах; к ним относятся собственный вес автомо­ биля, силы, возникающие при затяжке деталей во время монтажа, и т. д.;

б) переменными при установившихся режимах переменных напряжений, упорядоченно изменяющихся во времени (рис. IV. 1, а, б); например, переменные напряжения в валах или зубьях шестерен трансмиссии при постоянных нагрузках и оборотах;

в) переменными при неустановившихся режимах переменных напряжений (рис. IV. 1; е) с тем или иным статистическим распре­ делением повторяемости величин напряжений; этот случай яв­ ляется преобладающим при работе большинства деталей авто­ мобиля;

г) ударными, характеризуемыми высокими скоростями на­

растания усилий и соответственно деформаций б. При удар­

ных нагрузках значительно повышается предел текучести сталей,

атакже сопротивление разрыву.

Вбольшинстве случаев на детали автомобиля одновременно действует совокупность сил (постоянных, переменных и ударных).

59