Возницкий И.В. Повреждения и поломки дизелей. Коленвал примеры поломок

EURO STAR

Ltd Чайка

Последние поступившие программы

Главное меню:

Возницкий И.В. Повреждения и поломки дизелей. Примеры и анализ причин 2006

Язык: Русский
Формат: pdf

Скачать

Возницкий СУДОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Том 2

Возницкий И.В. - 2006
Повреждения и поломки дизелей. Примеры и анализ причин

Начало

2. КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ

2.4 Примеры поломок
Поломка щеки коленчатого вала.
Гладкая поверхность излома (зона усталостного разрушения I) располагается вблизи галтели рамовой шейки (рис. 2.10). Границы последовательного развития трещины переходят к зоне хрупкого излома, оканчивающегося у галтели мотылевой шейки. В этой зоне отмечается наличие перегрева, сопровождаемого цветами побежалости.

Рис. 2.10. Усталостное разрушение щеки коленчатого вала.
Перегрев произошел в ходе развития трещины, когда поступление масла к мотылевому подшипнику нарушилось, масляное отверстие попало в зону разрыва и в нем появился адгезионный износ, сопровождаемый сильным нагревом. Наличие красно-коричневых отложений окислов металла свидетельствует о появлении фреттинг-коррозии вследствие трения контактирующих поверхностей излома в процессе его развития. Направление границ усталостного разрушения от галтели рамовой шейки к галтели мотылевой шейки свидетельствует о том, что поломка вала произошла под воздействием изгибных нагрузок циклического характера. Предполагать, что возникавшие в валу напряжения были чрезмерно высокими, нет оснований, так как зона усталостного разрушения достаточно большая. Вероятнее всего причина кроется в дефекте поковки вала. Как видно из фотографии границы усталостной зоны сходятся в расположенном вверху белом пятне. На рис. 2.11 это пятно показано в увеличенном виде.

Рис. 2.11. Очаг трещины.
Здесь в его центре видно скрытое под галтелью постороннее включение, которое и явилось концентратором напряжений. Излом проходит по щеке. Зона хрупкого разрыва располагается по середине, а по сторонам находятся гладкие поверхности излома. Зубцы обрыва идут из зоны хрупкого разрыва к поверхности щеки. Это свидетельствует о том, что трещинообразование носит усталостный характер и произошло под действием циклических напряжений изгиба. Глядя на увеличенную фотографию излома (рис. 2.12), видим наличие в зоне хрупкого излома отдельных крупных зерен металла, зубцов разрыва и серебристо-серых структур. Нормально крупные зерна в поковке должны отсутствовать, их наличие является свидетельством перегрева в процессе ковки. Зубья разрыва и серебристо-серая поверхность структуры излома дают основание считать, что зарождение трещины произошло в этом месте.

Рис. 2.12. Поломка щекк коленчатого вала.

Усталостная поломка рамовой шейки
У этого вала галтели были упрочнены путем насечки. На поверхности галтели не обнаружено каких-либо следов повреждений, зубцы разрывов и следы продвижения усталостной трещины продвигаются по всему пути к галтели. Следов нагрева на галтели и нарушения ее формы не видно. Т.о. очевидных концентраторов напряжения нет. В то же время многочисленные разрывы металла у галтели и следы продвижения усталостной трещины свидетельствуют о том, что имела место большая перегрузка от действия переменных изгибающих моментов. Видимо, была нарушена укладка вала в постели. Поломка щеки, вызванная высокими напряжениями изгиба Трещина развивалась от галтелей мотылевой и рамовой шеек. Трещинообразование началось с нижней галтели рамовой шейки, развивалась она в сторону верхней галтели шатунной шейки. Вторая трещина возникла у шатунной шейки и двигалась навстречу первой. Такой вид усталостного излома характерен для случаев, когда на вал действуют знакопеременные напряжения изгиба. Структура излома носит усталостный характер с явно выраженными зонами усталостного и статического разрушения, линии фронта сходятся в углу шпоночной канавки (на фотографии она находится в верхней части вала и почти не видна). Поскольку шпоночная канавка являлась концентратором напряжения, в этом месте и возник очаг усталостного разрушения. Последующее развитие трещины происходило в плоскости 45 градусов, что является характерным для и зломов, возникающих при кручении под действием умеренного номинального напряжения. О сравнительно малой величине действовавших в валу напряжений говорят, кроме того, наличие наклепа в зоне образования усталостной трещины, а также медленное развитие трещины (большое число линий отдыха) и малая площадь зоны статического разрушения. Подобные поломки происходили на ряде однотипных судов, поэтому было произведено торсиогрфироввание на однотипном судне. Результаты показали наличие зон резонанса крутильных колебаний в диапазоне 340 — 360 об\мин. Суммарные расчетные напряжения от действия Мкр.ср и дополнительных напряжений от крутильных колебаний были на пределе допустимых. Таким образом, поломка явилась следствием совместного действия концентратора напряжения у шпонки и работы в зоне резонанса. После запрещения работы в зоне резонанса подобные поломки прекратились. Аналогичная поломка гребного вала катера приведена на ниже расположенном рисунке 2.17.

Рис. 2.17. Усталостная поломка гребного вала катера.

Усталостная поломка рамовой шейки Здесь показан излом рамовой шейки коленчатого вала. На нем четко видны зоны развития усталостной трещины (верх) и статического хрупкого разрушения (низ) (рис. 2.18).