Повышение выносливости шатунов из титанового сплава высокофорсированного дизеля

• Автор: Калинин, Алексей Олегович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ АВИАЦИОННЫХ ДИЗЕЛЕЙ И НАПРАВЛЕНИЯ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ

1.1 Современные авиационные дизели

1.2, Применение шатунов из титановых сплавов

1.3 Титановые сплавы

1.4 Технологические методы производства

1.5 Исследование и увеличение надежности

1.6 Цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ШАТУНА
2.1 Конструирование шатуна
2.2 Создание расчетной модели
2.3 Определение условий эксплуатации
2.4 Определение НДС для случаев нагружения
2.5 Методы расчетов на выносливость

2.6 Расчеты шатуна на выносливость
Основные результаты и выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ШАТУНОВ
3.1 Авиационный дизель RED АОЗ
3.2 Планирование исследований
3.3 Исследование микроструктуры материалов
3.4 Испытания образцов на растяжение
3.5 Ресурсные испытания шатуна
Основные результаты и выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ШАТУНОВ
4.1 Планирование сравнительных испытаний
4.2 Повышение надежности шатунов технологическими методами

Основные результаты и выводы по четвертой главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Разработка и улучшение конструкции двигателей внутреннего сгорания является сложным процессом, результатом которого должна стать долговечная конструкция, обусловленная состоянием научно-технического прогресса. Исходя из потребностей производителей в снижении массогабаритных характеристик двигателя в целом, и, как следствие, деталей двигателя в частности, а также уменьшения производственных затрат, увеличения срока службы двигателя, ведется поиск оптимальных материалов для каждой детали, так же как и освоение передовых технологий их производства. Одним из основных направлений в поршневом двигателестроении является модернизация шатунно-поршневой группы, которая включает снижение веса за счет применения новых материалов, разработки конструкции, обеспечивающей условие равнопрочности сопрягаемых деталей. Базовым в сопряжении является шатун, основными требованиями к конструкции которого являются высокая прочность и надежность, минимальная масса, низкая склонность к трещинообразованию, высокая точность обработки отверстий и торцов кривошипной и поршневой головок.
Основным сектором промышленности, где вопросам увеличения надежности уделяется максимальное внимание, является авиационная промышленность. К работающим в высоконагруженных условиях агрегатам и элементам конструкции воздушных судов предъявляются требования по безопасной эксплуатации на сверхвысоких ресурсах. В современной гражданской авиации важное значение имеют также минимизация размеров агрегатов и весовая эффективность, во многом определяемая характеристиками сопротивления усталости применяемых материалов. В последние годы отечественными и зарубежными исследованиями установлено изменение механизма зарождения усталостных трещин и, как следствие, расположения очага зарождения в подповерхностном слое при значительном увеличении базы испытаний (>>107 циклов). Также показано, что данное явление — сверхмногоцикловая усталость - характерна для различных сплавов: сталей, алюминиевых и титановых сплавов, спла-

является необходимым при расчетах любой детали на выносливость. Как показывает опыт многих производителей как в серийном производстве, так и в авто-и мотоспорте, при расчетах подобных деталей увеличение степени учета всех влияющих на выносливость факторов приводит к росту затрачиваемых на расчеты мощностей, в основном, при использовании численных методов. Хотя наряду с последними используются и аналитические методы, допускающие некоторые упрощения при условии, что эти упрощения не будут приводить к росту характеристик сопротивления усталости деталей.
Исходя из сложности постановки задачи расчета характеристик сопротивления усталости в мировой практике все шире применяются численные методы. Математический аппарат любого программного комплекса построен на теоретических основах, используемых в аналитических методах расчетов. Кроме того, определение в них характеристик сопротивления усталости деталей опирается на эмпирические или экспериментальные данные по характеристикам материалов. Рассмотреные в следующей главе методы расчетов выносливости и долговечности деталей соответствуют эксплуатации деталей в зоне упругих деформаций (многоцикловая усталость). Данные методы основаны на научных достижениях Серенсена С.В., Кагаева В.П., Одинга И.А, а также поздних работах, в том числе по экспериментальным исследованиям, Терентьева В.Ф. и Степнова М.Н.
Серенсеном С.В. и Биргером И.А. в Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И. Баранова были положены основы для уточненных методик определения параметров кривых усталости, а также коэффициентов чувствительности к концентрации напряжений и асимметрии цикла различных сплавов, в т.ч. титановых [93]. Проведенными экспериментальными исследованиями показаны области наилучшей корреляции данных зависимостей и результатов испытаний, хотя последние проводились в области многоцикловой усталости.
Для оценки долговечности деталей, независимо от применяемых методов расчетов, требуется сравнение действующих в детали напряжений с предельны-