Совершенствование технологии нанесения износостойких покрытий на поршневые кольца судовых дизелей с учетом их вибрационного и напряженно-деформированного состояния

• Автор: Мяконьков, Михаил Борисович
• Шифр специальности: 05.08.05, 05.08.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА Г ПРОБЛЕМАМ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

1.1. Обзор литературы по проблемам повышения долговечности поршневых колец

1.2. Общие принципы численного моделирования в зависимости от степени форсирования судового дизеля

1.3. Критерии оценки виброактивности судовых дизелей

1.4. Обзор технологий нанесения износостойких покрытий на поршневые кольца.

1.4.1. Технология гальванических покрытий.

1.4.2. Технология ионноплазменного упрочнения.

1.4.3. Технология плазменного напыления.

1.4.4. Технология нанесения тонкоплночного покрытия

1.5. Анализ проблемы повышения износостойкости поршневых

Выводы по главе.
Цели и задачи исследования
ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГ О И
НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УЗЛА ТРЕНИЯ ПРИ ПОВЫШЕННОМ МАКСИМАЛЬНОМ ДАВЛЕНИИ СГОРАНИЯ
2.1. Моделирование напряженнодеформированного состояния цилиндропоршневого узла методом конечных элементов.
2.2. Численное моделирование вибрации поршневого кольца при ударе в момент перекладки поршня в ВМТ.
2.3 Численное моделирование резонансных частот поршневого кольца
2.4 Численное моделирование резонансных частот цилиндровой втулки.
2.5. Требования, предъявляемые к покрытиям на поршневые кольца судовых дизелей
Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СОВОКУПНОСТИ МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ АРАМЕТРОВ ПОКРЫТИЙ КОМПРЕССИОННЫХ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
3.1. Методика оценки адгезионной прочности покрытий
3.2. Методика определения триботехнических характеристик покрытия.
3.3. Методика определения коррозионной стойкости покрытий
3.4 Методика определения адгезионной стойкости покрытия при высоких температурах.
3.5. Исследования структуры покрытий.
3.6. Определение вибрационной стойкости покрытий методом акустической эмиссии.
3.7. Определение износа поршневых канавок при фреттинг испытаниях.
3.8. Методика оценки напряжения рабочей поверхности покрытия по измерению амплитудно фазочастотной характеристики покрытия
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ХРОМА И БЮ2ОН НАНЕСЕННОГО МЕТОДОМ ОСАЖДЕНИЯ ПАРОВОЙ ФАЗЫ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУИ
4.1 Сравнение адгезионной прочности.
4.2 Триботехнические испытания .
4.3 Исследования структуры покрытий.
4.4 Исследование коррозионной стойкости.
4.5 Исследование адгезии при высоких температурах.
4.6 Исследование фреттинг изнашивание поршневой канавки.
4.7 Исследование вибрационной стойкости .
Выводы по главе
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ
ОБРАБОТКИ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ
5.1. Обзор методов ультразвуковой обработки при нанесении плазменных покрытий
5.2. Влияние схемы ввода ультразвукового волновода на размер частиц структуры покрытия.
5.3. Разработка новой технологии повышения износостойкости покрытий методом плазменного напыления с ультразвуковой обработкой
5.4. Исследование триботехнических свойств покрытий.
5.5. Вибрационные характеристики покрытий при акустической эмиссии.
5.6. Влияние введения фуллереновой сажи в узел трения поршневого кольца с покрытием
5.7. Влияние ультразвуковой обработки покрытия на стойкость к электрохимической коррозии
5.8. Влияние ультразвуковой обработки покрытия на адгезию при повышенных температурах.
5.9. Определение фреттинг изнашивания сопряжения покрытия плазменного напыления с ультразвуковой обработкой и без не с материалом поршневых канавок
Выводы по главе.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Экспериментальное определение эпюры контактного напряжения поршневого кольца представляет собой очень сложную проблему, поэтому целесообразно е решать конечноэлементным методом. Метод конечных элементов МКЭ основан на аппроксимации реальной сборки совокупностью конечных элементов взаимодействующих между собой в узловых точках, где прилагаются усилия, распределяющие напряжение и перемещение по границам стыковки элементов. Для твердотельного моделирования используются конечные элементы в форме тетраэдров и параллелепипедов. Развитию МКЭ посвящено много работ как отечественных, так и зарубежных учных, таких как В. А. Постнов, И. Хархурим, П. А. Басков, Х. С. Драганчев, М. А.Саптыков, О. С.Зенкевич, Р. Курант, Р. Клаф, А. Тернер и другие. С бурным развитием вычислительной техники в настоящее время МКЭ составляет один из главных инструментов проектирования и моделирования напряженнодеформируемого состояния сборочных узлов. Условия эксплуатации, а более конкретно условия трения, существенно влияют на износ поверхностей трущихся деталей цилиндров, колец, поршней и др. Анализ процессов изнашивания поверхностей с целью оптимизации технологического процесса покрытия колец представляет собой достаточно сложную задачу и базируется на основе физического и математического моделирования, результатов натурных экспериментов, статистических исследований и т. При этом, если модель и исследуемый процесс идентичны, включая их структурную организацию, то изучение такой модели дает достаточно полную информацию об исследуемом процессе или системе. Е использование связано с требованием наличия полной априорной информации о структуре технологического процесса или системы. С учтом изложенного желательным является извлечение наибольшего количества информации о системе или процессе при минимальном числе экспериментов и их стоимости. При исследовании систем с помощью моделей целесообразно использовать либо физическое, либо математическое моделирование. Физическое моделирование позволяет провести исследование процессов или систем, непосредственный анализ которых затруднен или невозможен. Что касается математического моделирования, то сложность и многообразие процессов функционирования реальных систем делает задачу построения адекватных им математических моделей крайне затруднительной. Вместе с тем, существенным преимуществом математических моделей как абстрактных объектов является возможность их исследования математическими методами, хорошо изученными в настоящее время. При исследовании математических моделей изнашивания деталей ДВС наиболее наглядной и интересной является модель износа цилиндров ДВС, которая может рассматриваться применительно к различным условиям эксплуатации. Повышение износостойкости поршневых колец представляет собой комплексную или системную задачу, где необходимо учесть множество конструктивных и режимных параметров судового дизеля. В результате воздействия максимального давления сгорания изменяются геометрические размеры поршневой канавки, кольца, и втулки, что в свою очередь меняет положение кольца в поршневой канавке. Эти изменения ведут к перераспределению эпюры контактных напряжений кольца, что может повлиять на уплотняющие свойства колец. Как видно эти явления тесно взаимосвязаны и не подлежат дифференциации. Из этого следует вывод. Подобное направление пока не получило широкого распространения в научнотехнических публикациях. По изложенному пути совершенствования износостойкости компрессионных поршневых колец можно сделать следующие выводы. Прежде чем разрабатывать новую технологию износостойкого покрытия целесообразно оценить величины напряжения, и перемещения элементов узла трения в зонах контакта при повышенном максимальном давлении сгорания и ударной нагрузки кольца в момент перекладки поршня. Выявить частоту и форму резонансных колебаний кольца в поршневой канавке и оценить частоту вращения коленчатого вала, при которой частота собственных колебаний кольца совпадает с вынужденной частотой вращения коленчатого вала. Эпюра контактных напряжений должна определяться отдельно для кольца, цилиндровой втулки и поршневой канавки в зонах их контакта.