Dobór konstrukcji śrub korbowodów samochodowych stosowanych w elementach złącznych

Śruby korbowodu silnika wykonane są ze stali stopowej średniowęglowej lub stali stopowej chromowo-niklowo-molibdenowej o wysokiej granicy plastyczności i dobrej udarności, takiej jak 35CrMo, 42Mn2V, 40MnB i 30Ni3Cr2Mo.

Śruba korbowodu poddawana jest zmiennym naprężeniom, dlatego należy podjąć różne środki, aby poprawić jej wytrzymałość zmęczeniową i uniknąć dodatkowych naprężeń na śrubie.

Metody poprawy wytrzymałości zmęczeniowej śrub korbowodu to::

(1) Zmniejsz sztywność śruby

Sposobem na zmniejszenie sztywności śruby jest zmniejszenie średnicy wypolerowanej części śruby i zwiększenie jej długości.

W miejscu nasady gwintu, które jest słabym ogniwem śruby, następuje koncentracja naprężeń. Z punktu widzenia wytrzymałości wału i przekroju gwintu średnica wału może być mniejsza niż średnica dna gwintu (zazwyczaj średnica wału jest w przybliżeniu równa 0,8 średnicy gwintu). Z punktu widzenia zmniejszenia sztywności śruby i zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej śruby jest to celowe.

Wskazuje się, że w celu zwiększenia sztywności łączonych części i tym samym poprawy wytrzymałości zmęczeniowej śrub korbowodu należy unikać podkładek miękkich pomiędzy łączonymi częściami i nie należy stosować podkładek sprężystych.

(2) Popraw rozkład obciążenia gwintu

Teoria i praktyka wykazały, że w konstrukcji połączenia śruba-nakrętka główny materiał korpusu śruby ulega odkształceniu rozciągającemu, a główny materiał korpusu nakrętki ulega odkształceniu ściskającemu podczas pracy. W rezultacie rozkład obciążenia na każdym okręgu gwintu jest skrajnie różny. Równomiernie. Dane pokazują, że około 65% to pęknięcie zmęczeniowe na pierwszym i drugim gwincie okrągłym od powierzchni nośnej nakrętki.

Aby poprawić rozkład obciążenia gwintu, jedną z metod jest nacięcie kilku pierwszych zwojów gwintu w fazę 10~15°. Ponieważ te zwoje gwintów łatwo się odkształcają, część obciążenia jest przenoszona na gwinty każdego kolejnego zwoju, dzięki czemu całe obciążenie jest równomiernie rozłożone. Innym sposobem na poprawę rozkładu obciążenia gwintu jest zastosowanie nakrętki napinającej. Po zastosowaniu nakrętki napinającej kierunek odkształcenia nakrętki jest taki sam jak śruby, a obciążenie każdego okręgu gwintu jest bardziej równomierne.

(3) Zmniejsz koncentrację stresu

Przy zmianie przekroju łatwo jest spowodować koncentrację naprężeń i spowodować pękanie zmęczeniowe. Dlatego przy zmianie przekroju należy przyjąć płynne przejście fazowania. Promień okrągłej fazy przejściowej nie powinien być mniejszy niż 0,2 średnicy zewnętrznego pręta przejściowego.

(4) Popraw wytrzymałość nici

Drobny gwint ma mniejsze osłabienie śruby, a koncentracja naprężeń jest lepsza niż w przypadku grubego gwintu. Dlatego w śrubach korbowodu zazwyczaj stosuje się drobnozwojny gwint.

(5) Popraw jakość powierzchni gwintów

Chropowatość wału śruby i zaokrąglenia przejściowego powinna zazwyczaj wynosić poniżej 0,04 ~ 0,08um, a gwint powinien być również wypolerowany do

0,04 ~ 0,08um.

Nasadę gwintu należy walcować, ponieważ na powierzchni metalu tworzy się schłodzona warstwa i powstają naprężenia ściskające. W ten sposób poprawia się właściwości mechaniczne materiału, zmniejsza się koncentracja naprężeń rozciągających u nasady gwintu i poprawia się wytrzymałość zmęczeniowa śruby.

(6) Używaj nici walcowanej zamiast nici tnącej

W gwincie toczonym za pomocą pręta wewnętrzne włókno metalowe jest cięte, a wytrzymałość jest zmniejszona. A gwint przetwarzany metodą walcowania, ciągłość włókien i wytrzymałość metalu są znacznie poprawione. Podobnie łeb śruby przyjmuje metodę spęczania, która może utrzymać ciągłość włókien metalowych i wysoką wytrzymałość.

Zmniejsza się dodatkowy moment zginający śruby, a dla powierzchni podparcia łba śruby względem osi gwintu i powierzchni podparcia nakrętki korbowodu względem osi gwintu postawiono specjalne wymagania dotyczące nieprostopadłości otwór na śrubę. Niektóre dane pokazują, że gdy nieprostopadłość wzrasta od zera do 2°, granica zmęczenia śruby zmniejsza się o 40%. W przypadku specjalnego łba śruby, który zapobiega obracaniu się śruby podczas dokręcania nakrętki, należy zastosować odpowiednie metody, aby osiągnąć cel zmniejszenia dodatkowego momentu zginającego.

Podczas dokręcania śruby, ze względu na moment dokręcania wstępnego, na gwincie i pręcie powstają dodatkowe naprężenia skręcające. Jego wartość może czasami sięgać 30 ~ 80% naprężenia wstępnego, dlatego należy go unikać w miarę możliwości. Zwykle po dokręceniu klucz można odwrócić, aby zwolnić niewielki kąt i wyeliminować to dodatkowe naprężenie.

Jeśli śruby po dokręceniu pracują przez dłuższy czas pod zmiennym obciążeniem, mogą się poluzować, ponieważ zmniejsza się siła wstępnego dokręcania. Z tego powodu należy podjąć środki zapobiegające poluzowaniu. Powszechnie stosowane są: podkładki zabezpieczające, zawleczki, nakrętki rowkowe itp. W tym roku szeroko stosowano metodę miedziowania zapobiegającą poluzowaniu, która polega na nałożeniu warstwy miedzi o grubości 0,008 mm ~ 0,012 mm na gwintowaną część śruby. Ta warstwa miedzi po dokręceniu śruby ulega odkształceniu plastycznemu, dzięki czemu powierzchnie gwintowane łączą się ze sobą i zapobiegają poluzowaniu się nakrętki