Конструкционные материалы применяемые в автомобилестроении

Химический состав материала, его физико-механические и эксплуатационные свойства.

Химический состав в % стали 45.

Температура критических точек стали 45.

Механические свойства при Т=20 ^o С стали 45.

Физические свойства стали 45.

2.Область применения материала в автомобилестроении.

В автомобилестроении сталь 45 обычно применяют для вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Далее выберем коленчатый вал.

3. Условия работы выбранной детали, изменение ее эксплуатационных характеристик под влиянием испытываемых нагрузок и воздействий .

Коленчатый вал испытывает большие нагрузки и подвергается скручиванию, изгибу и механическому изнашиванию Крутящий момент, развиваемый на коленчатом валу, передается на трансмиссию автомобиля, а также используется для привода в действие различных механизмов двигателя. Силы, действующие на коленчатый вал, складываются из сил давления газов и инерционных сил движущихся масс. Особенно большие силы возникают в момент выключения сцепления. Основными неисправностями валов являются износ опорных шеек из-за повреждения вкладышей или деформация — искривление вала из-за перегрева. В результате этого увеличиваются зазоры в подшипниках, в то время как условия смазки ухудшаются, естественный износ шеек наблюдается при больших нагрузках на двигатель автомобиля. Кроме износа шеек под подшипники коленчатые валы поступают в ремонт, имеют обычно износ резьбы под храповик-(в зависимости от конструкции вала), износы отверстий во фланце под болты крепления маховика, под установочные пальцы или направляющие шпильки, отверстия под шарикоподшипник ведущего вала. Все эти нагрузки и силы, действующие, на коленчатый вал приводят к проявлению дефектов и возникновению изнашивания.

На рисунке 1.2.1 приведены виды изнашивания, способствующие разрушению поверхности коленчатых валов и других немаловажных деталей и агрегатов в автомобилях [10].

Рисунок 1.2.1 — Виды изнашивания

Процесс изнашивания деталей сопровождается сложными физико-химическими явлениями и многообразием влияющих на него факторов. В зависимости от материала и качества поверхности сопряженных деталей, характера контакта, нагрузки скорости относительно перемещения процесс изнашивания протекает различно. Ведущим процессом разрушения является механическое изнашивание, в которое входит абразивный и усталостный износ. Сопутствующими видами износа являются молекулярно — механический и коррозионно-механические износы со всеми своими разновидностями, которые в зависимости от условий работы влияют на износ и при определенных условиях могут стать ведущими процессами износа.

ГОСТ 16429-70 установлены три группы изнашивания в машинах: механическое, малекулярно-механическое и каррзионно-механическое. Рассмотрим механическое изнашивание и его подвиды, потому, что анализируемая нами деталь больше всего подвергается факторам присущих для механического износа. Из приведенных видов изнашивания коленчатым валам характерно абразивное изнашивание схватывание и коррозионно-механическое и усталостный износ. Например, абразивное изнашивание является подвидом механического износа. Абразивное изнашивание получается в результате режущего или царапающего действия твердых тел и частиц. При этом протекание изнашивания не зависит от проникновения абразивных частиц на поверхности трения. Изменение размеров деталей при абразивном изнашивании зависит от ряда факторов: материала и механического свойства деталей, режущих свойств абразивных частиц, удельного давления и скорости скольжения при трении. По своей природе и механизму протекание абразивного изнашивания близко подходит к явлениям, имеющим место при резании металлов, отличаясь специфическими особенностями- геометрией абразивных частиц и малым сечением стружки. Абразивное изнашивание широко распространено при трении деталей машин, особенно работающих в абразивной среде, а также при трении деталей, восстановленных различными способами наплавки, металлизация, хромирование, железнения. На разрушение поверхности коленчатого вала очень сильно влияет усталостное изнашивание, которое возникает при трении, качении, и отчетливо проявляется на рабочих плоскостях. Разрушение поверхностных слоев происходит вследствие возникших микроскопических трещин, которые по мере работы развиваются в одиночные и групповые трещины и впадины. Глубина трещин и впадин зависит от механических свойств металла деталей, величины удельных давлений при контакте и размера контактных поверхностей. Абразивному изнашиванию на коленчатых валах, прежде всего, подвергаются шатунные и коренные шейки и вкладыши подшипников скольжения. Также на износ поверхности коленчатого вала очень сильно влияет усталостный износ.

Усталостный износ- особый тип разрушения поверхности вызванный повторно действующими циклами напряжения, амплитудное значение которого не превышает предела упругости материала. При усталостном изнашивании трущихся деталей возникает микропластические деформации сжатия и упрочнения поверхностных слоев металла. В результате упрочнения возникают остаточные напряжения сжатия. Повторно-переменные нагрузки превышающие предел текучести металла при трении качения, вызывают явления усталости, разрушающие поверхностные слои. Разрушение поверхностных слоев происходит в следствии возникших микро и макроскопических трещин, которые по мере работы развиваются в одиночные и групповые углубления и впадины. Глубина трещин и впадин зависит от механических свойств металла деталей, величины удельных давлений при контакте и размера контактных поверхностей. Рассмотрим молекулярно-механическое и коррозионно-механическое изнашивание которые играют не маловажную роль при износе вала.

4. Технологические свойства материала детали., Заготовки и детали из стали 45 обычно трудносвариваемые и не склонны к отпускной хрупкости.

5. Способы ремонта детали., При ремонте применяется проточка и шлифовка под вкладыши ремонтных размеров

Сложность конструктивной формы коленчатого вала, его недостаточная жесткость, высокие требования к точности обрабатываемых поверхностей вызывают особые требования к выбору методу методов базирования, закрепления и обработки вала, а также последовательности, сочетания операций и выбору оборудования. Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. Однако далеко не на всех операциях обработки можно использовать их в качестве технологических. Поэтому в некоторых случаях технологическими базами выбирают поверхности центровых отверстий. В связи со сравнительно небольшой жесткостью вала на ряде операций при обработке его в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек.

Раздел 2. Чугун СЧ 30.

1. Химический состав материала, его физико-механические и эксплуатационные свойства., Чугун сч30-серый чугун, где временное сопротивление, предел прочности при растяжении равен 30 мпа.

2. Область применения материала в автомобилестроении.

Чугун СЧ30

3. Условия работы выбранной детали, изменение ее эксплуатационных характеристик под влиянием испытываемых нагрузок и воздействий.

Цилиндр работает в условиях переменных давлений в надпорш-невой полости. Внутренние стенки его соприкасаются с пламенем и горячими газами, раскаленными до температуры 1500—2500°С. К тому же средняя скорость скольжения поршневого комплекта по стенкам цилиндра в автомобильных двигателях достигает 12— 15 м/сек при недостаточной смазке. Поэтому материал, употребляемый для изготовления цилиндров, должен обладать большой механической прочностью, а сама конструкция стенок повышенной жесткостью. Стенки цилиндров должны хорошо противостоять истиранию при ограниченной смазке и обладать общей высокой стойкостью против других возможных видов износа (абразивного, коррозионного и некоторых разновидностей эрозии), уменьшающих срок службы цилиндров (Износ цилиндров автомобильных двигателей является следствием комплексного воздействия на стенки многочисленных физических и химических быстротекущих процессов, которые по характеру проявления разделяются на три основных вида износа: эрозивный, возникающий вследствие механического истирания, схватывания и других разрушающих процессов при непосредственном контакте металлических трущихся поверхностей; коррозионный, возникающий при всякого рода окислительных процессах на поверхностях трения; абразивный, вызывающий разрушение поверхностей трения при наличии между ними твердых или, как говорят, абразивных частичек, в том числе и продуктов износа).

Материалы, применяемые для изготовления цилиндров, должны обладать хорошими литейными свойствами и легко обрабатываться на станках.