Выбор материала и метода упрочнения для валов и осей
Покупка
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 40
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-4797-8
Артикул: 799919.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Рассмотрены основные показатели прочности, надежности и долговечности валов и осей, которые следует учитывать при выборе материала для их изготовления и метода дополнительного упрочнения. Обоснована необходимость рассмотрения критериев конструкционной прочности материалов для обеспечения надежной и долговечной работы валов.
Для студентов машиностроительных специальностей, изучающих дисциплину "Материаловедение".
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 15.03.03: Прикладная механика
- 15.03.04: Автоматизация технологических процессов и производств
- 15.03.05: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
- 15.03.06: Мехатроника и роботехника
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
М.Ю. Семенов, Л.П. Фомина, С.Ю. Шевченко Выбор материала и метода упрочнения для валов и осей Методические указания Под редакцией Р.С. Фахуртдинова
УДК 621.785 ББК 34.651 С30 Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/46/book1742.html Факультет «Машиностроительные технологии» Кафедра «Материаловедение» Рекомендовано Редакционно-издательским советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия Семенов, М. Ю. Выбор материала и метода упрочнения для валов и осей. Методические указания к лабораторной работе № 21 по курсу «Материаловедение» для машиностроительных спе- циальностей / М. Ю. Семенов, Л. П. Фомина, С. Ю. Шев- ченко; под. ред. Р. С. Фахуртдинова. — Москва : Издатель- ство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. — 36, [4] с. : ил. ISBN 978-5-7038-4797-8 Рассмотрены основные показатели прочности, надежности и долго- вечности валов и осей, которые следует учитывать при выборе материа- ла для их изготовления и метода дополнительного упрочнения. Обосно- вана необходимость рассмотрения критериев конструкционной прочно- сти материалов для обеспечения надежной и долговечной работы валов. Для студентов машиностроительных специальностей, изучающих дисциплину «Материаловедение». УДК 621.785 ББК 34.651 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018 Оформление. Издательство ISBN 978-5-7038-4797-8 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018 С30
ПРЕДИСЛОВИЕ Одной из главных целей преподавания дисциплины «Материа- ловедение» является получение студентами знаний о рациональ- ном применении используемых в технике материалов с учетом их эксплуатационных и технологических свойств. Дисциплина «Материаловедение» входит в базовую часть профессионального цикла подготовки бакалавров и специали- стов. Изучение данной дисциплины базируется на курсах физики, химии, теории механизмов и машин, сопротивления материалов, деталей машин. Методические указания к лабораторной работе № 21 предна- значены для студентов машиностроительных специальностей, изучающих дисциплину «Материаловедение». Целью работы яв- ляется освоение методики выбора материала и метода упрочне- ния валов и осей на основе анализа условий их эксплуатации. После выполнения лабораторной работы студенты смогут: ‒ обосновывать выбор стали для изготовления валов и осей и вида ее термической и химико-термической обработки на основе амплитудных значений нормальных и касательных напряжений, коэффициента концентрации напряжений, коэффициента запаса по выносливости с учетом данных о длине и диаметре вала и известных сведений о прокаливаемости, виде и отрасли производства, стоимости стали; ‒ применять на практике полученные навыки выбора материалов для изготовления валов и осей и знания технологии их термической и химико-термической обработки; ‒ с помощью специальных справочников осуществлять обоснованный выбор материала типовых деталей и метода его обработки по изученному алгоритму действий с использованием доступных программных средств. Освоение современных подходов к выбору конструкционных материалов на примере валов и осей открывает студенту возможность решать широкий круг профессиональных задач, связанных с одновременным проектированием конструкции разрабатываемого изделия, определением материала для него и, как следствие, с выбором современного метода упрочняющей обработки.
ВВЕДЕНИЕ Лабораторная работа № 21 посвящена выбору материала и вида термической обработки валов и осей. Установление расчетным путем требований к эксплуатационным свойствам валов и осей и определение на их основе метода упрочнения являются сложной инженерной задачей, требующей глубоких знаний по дисциплине «Материаловедение» и понимания основных закономерностей формирования структуры и свойств материалов в процессе их термической и химико-термической обработки. Материалы для валов и осей должны одновременно соответствовать требованиям по циклической прочности, износостойкости поверхности, прокаливаемости и ударной вязкости. Кроме того, необходимо обеспечить оптимальную технологичность и экономичность при выборе материала и технологического процесса его упрочнения, такого как поверхностное пластическое деформирование, поверхностная закалка токами высокой частоты, цементация, нитроцементация, азотирование, каждый из которых имеет свои преимущества, ограничения и недостатки. Объектом работы служит виртуальная деталь — вал или ось, — прочностные свойства которой моделируются на компью- тере. Средствами управления объектом являются виртуальные технологические процессы упрочнения, результаты которых моделируются. Задачами проведения работы являются анализ прочностных характеристик материалов, применяемых для изготовления валов и осей, и изучение особенностей технологии их обработки.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Выбор конструкционных материалов для изготовления деталей машин, а также способов их формообразования и упрочнения определяется совокупностью свойств, среди которых: эксплуатационные свойства, обеспечивающие конструкцион- ную прочность, т. е. способность детали, обусловленную кон- струкцией и материалом, выдерживать воздействие совокупности силовых (напряжения) и иных рабочих факторов (скоростные, температурные, химические и др.) без поверхностного или объ- емного разрушения (рис. 1), комплекс данных свойств также называют несущей способностью материала; технологические свойства, обеспечивающие максимальную техническую простоту изготовления детали: – технологическая пластичность, – литейные свойства, – обрабатываемость резанием, – свариваемость и шлифуемость; экономические свойства, обеспечивающие минимизацию за- трат на изготовление деталей (стоимости материала заготовки и обработки). Требуемые эксплуатационные свойства валов и осей зависят от назначения и конструкции этих деталей. Валы и оси пред- ставляют собой детали, как правило, цилиндрической формы, длина которых существенно превосходит диаметр (он может быть постоянным или переменным). Валы, в отличие от осей, передают вращательный момент. Коленчатые валы, которые являются элементами конструкции кривошипно-шатунного ме- ханизма, представляют собой детали (узлы) характерной слож- ной конфигурации. В машинах и механизмах используют валы передач (рис. 2) и коренные валы (рис. 3). Типовые конструкции осей показаны на рис. 4. В валах и осях широко применяют разъемные соеди- нения: шлицевые и шпоночные (рис. 5), которые являются кон- центраторами напряжений и влияют на конструкционную проч- ность валов и осей, и, следовательно, их необходимо принимать во внимание при выборе материала и метода упрочнения.
Рис. 1. Эксплуатационные свойства, определяющие несущую способность деталей машин
Рис. 2. Валы передач: а, б — ступенчатые; в — вал-шестерня; г — вал-червяк; д — эксцентриковый вал; е — полый вал; ж — торсионный вал; з — вал с зубчатой полумуфтой; и — вал планетарной передачи
Рис. 3. Коренные валы: а — вал турбины; б — шпиндель станка; в — вал электрического двигателя; г — коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания Рис. 4. Оси: а, б, в — гладкие; г, д — ступенчатые; е — вращающаяся ось колесной пары
Рис. 5. Разъемные соединения: а — шлицевое; б — шпоночное Валы испытывают изгибные и сдвиговые напряжения, как правило, переменные по знаку и модулю, оси — только изгибные. Основными эксплуатационными характеристиками валов и осей являются статическая и усталостная прочность, а также жесткость. Шейки коленчатых валов, штоки амортизаторов, ролики конвейеров и ряд других деталей подвергаются трению, которое вызывает изнашивание. Кроме того, на отдельные валы воздействуют абразивные частицы (например, детали буровой техники, шпиндели металлорежущих станков и т. п.). Долговечность таких деталей зависит также от износостойкости поверхности. Некоторые валы эксплуатируются в условиях низких температур, агрессивных сред, ударных нагрузок (например, валы бу-
ровых, горно-металлургических и отдельных транспортных машин), сказывающихся на их надежности и долговечности. Совокупность указанных факторов, определяющих работоспособность валов и осей, необходимо учитывать при выборе материала и способа упрочнения. Одновременно следует принимать во внимание требования технологичности и экономические показатели ( оптимизацию расходов на материал и обработку, соотношение цены и качества). При проверке выполнения требований, вытекающих из условий эксплуатации валов и осей, используют следующие характеристики материалов: Е — модуль нормальной упругости, МПа; G — модуль сдвига, МПа; σв (τв) — предел прочности при растяжении (сдвиге), МПа; σт (τт) — предел текучести при растяжении (сдвиге), МПа; σR (τR) — предел выносливости при растяжении (сдвиге), МПа, где R — коэффициент асимметрии цикла; σ–1 (τ–1) — предел выносливости при симметричном растяжении ( сдвиге), МПа; K1c — предельный коэффициент интенсивности напряжений, или критерий трещиностойкости Ирвина, МПа·мм1/2; KС — ударная вязкость, МДж/м2 (обозначается также KСU, KСV, KСT в зависимости от метода определения); HRC, HB, HV — твердость, определенная по Роквеллу, Бри- неллю и Виккерсу соответственно (при этом следует учитывать, что шкала HRC — для высокопрочных материалов, кроме тонких слоев, например, азотированных, когда следует применять шкалу HV; шкала HB предназначена для относительно мягких материалов; шкала HV является универсальной); H — микротвердость, МПа: 10 МПа = 1 HV; IV — скорость изнашивания, мкм3/мин; t50 — порог хладноломкости, °С. Совокупность свойств конкретного материала определяется его химическим составом и структурой и, следовательно, может существенно изменяться в зависимости от выбранного способа упрочнения: термической и химико-термической обработки, а также пластической деформации. При проведении поверхностного упрочнения свойства на поверхности и в сердцевине детали могут существенно различаться.
Доступ онлайн
В корзину