Повышение прочности автомобильных деталей при ударных нагрузках
Роль удара в автомобилестроении очень ограничена, так как главный вид нагрузок, при которых работают детали — это статические повторно-переменные нагрузки, создающие усталостное разрушение.
Одиночным ударам детали подвергаются только в отдельных случаях, приближающихся по своей природе к аварийным. Ударные скорости в таких случаях находятся в пределах 100-1000 см/сек, что превышает статические скорости в 1000 — 10000 раз.
Основные особенности ударного воздействия на металлическую деталь могут быть разделены на две категории:
- влияние высокой скорости деформирования на физическую прочность металла как такового;
- влияние этой скорости на конструктивную прочность, т. е. на прочность детали с учетом того сложного напряженного состояния, в котором ей приходится работать.
Повышенная скорость деформирования увеличивает твердость металла (НВ), а также всякое сопротивление деформированию вообще, которое может рассматриваться как проявление твердости.
Поскольку предел прочности представляет собой также сопротивление деформированию, а не разрушению металла, он повышается вместе с твердостью. Физической причиной общего повышения сопротивления деформированию при ударе является участие в пластичности материала теплового движения атомов. Искажение кристаллической реш? тки, возникающие при пластическом деформировании как результат не вполне упорядоченного скольжения, создают упрочнение материала, но вместе с тем непрерывно сглаживаются вследствие теплового движения атомов. Чем ниже температура, тем роль теплового движения меньше и тем больше поэтому получается упрочнение.
Такую же роль играет и недостаток времени, отводимого на выглаживание искажений, если мы увеличиваем скорость деформирования, т. е. переходим к удару. Таким образом, воздействие низких температур или высоких скоростей по существу имеет одинаковую природу.
В отличие от статического воздействия силы, при ударе в большинстве случаев имеют дело с заданной энергией. В этих случаях величина силы нам заранее неизвестна и является следствием условий удара (жесткость или мягкость контакта, деформационная способность получающей удар системы и др.). Отсюда возникает общее правило, применимое ко всем конструкциям: все элементы конструкции должны иметь по возможности одинаковый запас прочности. Это требование относится не только к удару, но и к статической нагрузке. При проектировании деталей автомобиля, работающих на удар, необходимо стремится к возможно равномерному распределению энергии, заботясь об отведении е? от мест, имеющих неизбежную концентрацию напряжений, хотя бы ценой ослабления сечения.
В зависимости от преобладающих условий эксплуатационной работы детали конструктор должен применять различные методы их поверхностной обработки и обращаться к мягким слоям только в том случае, если работа детали на усталость исключена. При возможности полезно работать возможно гладкую поверхность деталей, особенно для высокопрочных сталей.
При испытании ударных образцов оказывается нарушенным основной закон механики материалов — закон подобия. Если, как этого требует указанный закон, относить работу деформации не к площади поперечного сечения, а к кубу линейных размеров образца, то без всякого исключения больше образцы разрушаются при меньших расходах энергии. Причины этого могут быть двоякие. С одной стороны, здесь может проявляться та неоднородность материала, которая, нося статистический характер, связана с самой природой хрупкого разрушения, начинающегося всегда со слабых или дефективных мест. Вероятность появления опасного дефекта, снижающего прочность тем больше объем изделия. С другой стороны, помимо статики причины масштабного влияния могут заключаться и в чисто производственных моментах, связанных с трудностями термообработки больших деталей.
Поэтому желательно при конструировании там, где это возможно:
- заменять одну большую деталь несколькими малыми;
- всячески избегать концентрации напряжений (малых радиусов, глубоких выточек);
- направлять большую часть ударной энергии на участки, лишенные концентраций напряжений;
- шлифовать или полировать поверхность высокопрочных сталей, особенно в местах концентрации напряжений;
- при обработке поверхностей, где возможно, применять продольное, а не поперечное резание (по отношению к направлению наибольших напряжений);
- производить термообработку после изготовления мест с концентрацией напряжений.
Статическая конструктивная прочность, как и вообще прочность, может быть повышена либо вследствие изменения внешних факторов—условий нагружения, либо изменением внутренних факторов—подбора материала, его обработки изменения состава и т. п. Резко повысить статическую прочность можно за счет уменьшения неравномерности напряженного состояния в следствии изменения внешней формы. В основном это повышение наблюдается у малопластичных материалов, которые не могут до разрушения выровнять пики напряжений пут? м местной пластической деформации. Средняя статическая прочность, особенно сопротивление разрушению или образованию первой трещины деталей трансмиссии автомобилей обычно в 3-4 раза ниже, чем средняя прочность материалов, из которых изготовлены детали. В связи с ростом динамической напряженности в современных автомобилях и тенденциями уменьшения габаритов узлов (агрегатов) и веса, вопрос о методах конструктивного и технологического увеличения прочности деталей приобрел особую актуальность.
|
Машина как дорогая женщина, требует особого внимания. Любит, чтобы за ней ухаживали, постоянно чистили и мыли и «не спускали с нее глаз». Подробнее... 
Как говорят водители, самое неприятное, что может случиться на дороге, оказывается не пробой колеса или разбитие стекла, а встреча с сотрудником... Подробнее...