Повышение нагрузочной способности соединений с натягом на основе лазерной закалки

• Автор: Алехин, Алексей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 139 с. : ил.

1. Современное состояние вопроса повышения нагрузочной спо- 9 собности соединений с натягом

1.1. Анализ соединений с натягом

1.2. Методы повышения нагрузочной способности соединений с натя- 14 гом

2. Исследование влияния режимов лазерной закалки на механичс- 32 ские свойства и параметры геометрии контактирующих поверхностей
2.1. Особенности метода модифицирования контактирующих поверх- 32 ностей лазерной закалкой

2.2. Методика исследования треков лазерной закалки

2.3. Результаты исследования влияния режимов лазерной закалки на ме- 44 ханические свойства и геометрические параметры цилиндрических тел
2.3.1. Анализ влияния режимов лазерной закалки на механические 44 свойства и шаговые параметры трека
2.3.2. Анализ влияния режимов лазерной закалки на рельеф обрабаты- 48 ваемой поверхности

2.4. Выводы по второй главе

3. Теоретическое исследование нагрузочной способности модифи- 58 цированных соединений с натягом
3.1. Нагрузочная способность соединений с натягом
3.2. Исследование влияния лазерной закалки на длину фактического 62 контакта модифицированного соединения с натягом
3.3. Выводы по третьей главе
1.3. Объект исследования
1.4. Выводы по первой главе и задачи исследования

4. Экспериментальное исследование нагрузочной способности со
единений с натягом
4.1. Экспериментальная установка и лабораторные образцы
4.2. Порядок проведения эксперимента
4.3. Результаты экспериментального исследования
4.3.1. Результаты исследования нагрузочной способности соединений 90 с натягом
4.3.2. Анализ влияния режимов лазерной закалки на нагрузочную спо- 92 собность соединения с натягом
4.3.3. Результаты исследования на сдвигоустойчивость соединений с 97 натягом
4.3.4. Анализ влияния модифицирования контактирующих поверхно- 100 стей на сдвигоустойчивость соединений с натягом
4.4. Выводы по четвертой главе
5. Практическая реализация результатов исследования
5.1. Рекомендации по проектированию соединений с натягом и мето- 104 дика выбора режимов лазерной закалки
5.2. Методы инженерного расчета модифицированных соединений с
натягом
5.3. Выводы по пятой главе
Общие выводы
Литература
Приложения

Актуальность работы. В машинах и технологическом оборудовании (ТО) находят широкое применение соединения с натягом. Во многих случаях при использовании посадок с натягом, например в двигателях внутреннего сгорания, металлорежущих станках, турбинах параметры жесткости и прочности стыка являются важными факторами, определяющими работоспособность машины [12, 44, 70, 75, 86, 85, 87]. С увеличением производительности ТО возрастают нагрузки на узлы, и, как следствие, ужесточаются требования к качеству работы соединений с натягом.
Существующие методы повышения нагрузочной способности соединений с натягом основываются, как правило, на улучшении качества взаимодействующих поверхностей, увеличении размеров деталей, посадочного натяга и др. Предлагаемые методы повышения нагрузочной способности [16, 46, 47, 57, 64] для неподвижных стыков ограничиваются тем, что они препятствуют раскрытию стыка только кулоновской силой трения [16, 36, 48, 93]. Постановка в плоскости стыка штифтов, шпонок незначительно повышает его сдвиговую жесткость, т.е. способность поверхностных слоев контактирующих тел сопротивляться относительному перемещению в касательном к стыку направлении, так как жесткость шпонок и штифтов значительно ниже касательной жесткости стыка, работающего в упругой области. При переходе касательных смещений в стыке в область пластических деформаций, где влияние штифтов и шпонок более значительно, возрастает опасность возникновения фреттинг-коррозии. Поэтому при проектировании и расчете соединений с натягом, работающих за счет сил сцепления, необходимо обеспечить их работу в области упругих деформаций. Следовательно, актуальной задачей является разработка и исследование методов повышения нагрузочной способности и сдвигоустойчивости соединений с натягом, эксплуатирующихся в тяжелом режиме [57, 71].
Нагрузочная способность соединений с натягом во многом определяется качеством поверхностного слоя контактирующих деталей. Для форми-

тановлено уменьшение высотных параметров для поверхностей с исходной шероховатостью Яа = 2,7; 1,1 мкм и некоторое увеличение для Яа =0,29 мкм. На рис.2.14 приведены заимствованные из работы [10] профило граммы поверхности после лазерной закалки при различных технологических режимах. Однако во всех случаях происходит значительное увеличение радиусов закругления вершин микронеровностей.
Высота трека лазерной закалки определяли на основании снятых вол-нограмм с поверхности экспериментальных образцов помощью кругломера ТАЬУ1ЮЫО-73.
Зависимость высоты трека от скорости лазерной закалки (Р = 1 кВт, с1п=5 мм) представлено на рис. 2.15. После обработки методом наименьших квадратов экспериментальных данных, при достоверности линии аппроксимации по квадрату смешанной корреляции Л 2 =0,995, можно описать зависимостью вида
к = 0.000457К3 - 0,043111К2 + 0,520605И +17,318215, где к - высота трека, мкм; V— скорость обработки, мм/с.
(2.4)

Рис. 2.14. Изменение шероховатости в зависимости от режима лазерной закалки [10]: а) У=6 мм/с; б) К=10 мм/с; в) У= 14 мм/с; г) V-18 мм/с д) V-22 мм/с е) V—.26 мм/с; ж) К=30 мм/с