156 / 457
Механики XXI веку. №15 2016 г.
156
таллов. Ухудшение физико-механических свойств и изменение структуры приводит к повышению
износа и образованию микротрещин, которые в конечном итоге, приводят к нарушению работоспо-
собности отдельных сопряжений и механизмов [3] .
Основной деталью шатунной группы является шатун – металлический стержень с головками
на обоих концах, шарнирно соединяющий поршень и коленчатый вал. Шатун воспринимает усилие
со стороны газов при рабочем ходе от поршневого пальца и передает его кривошипу коленчатого ва-
ла, а также обеспечивает перемещение поршневой группы при совершении промежуточных процес-
сов (тактов).
Механические нагрузки, действующие на шатун, очень разнообразны и изменяются по вели-
чине и направлению во время работы двигателя. Наибольшие напряжения обусловлены силами сжа-
тия при рабочем ходе поршня, поэтому расчеты на прочность для шатунов выполняют по сжимаю-
щей нагрузке.
Растягивающие усилия при вспомогательных тактах, а также напряжения, вызванные силами
трения и инерции значительно меньше сжимающих сил, тем не менее, при конструировании шатунов
(особенно высоконагруженных и быстроходных двигателей) приходится учитывать и их .
К шатунам предъявляются следующие требования:
высокая усталостная прочность при динамических нагрузках;
высокая жесткость головок и стержня;
минимальная масса и габариты (размеры шатуна не должны препятствовать его проходу через
цилиндр при сборке двигателя);
простота и технологичность конструкции.
Для изготовления шатунов бензиновых двигателей используются углеродистые или легиро-
ванные стали 45, 45Г2, 40Г, 40Х, 40ХН, 40Р, а для дизельных двигателей – высокопрочные легиро-
ванные стали 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 40ХНЗА, 40Х2МА и др. Шатуны могут отливаться, также, из
высокопрочных титановых сплавов или композитных материалов. Чаще всего шатуны изготавлива-
ются методом горячей штамповки с последующим механической обработкой рабочих поверхностей,
а именно шлифованию формообразующей наружной поверхности [3].
Наиболее благоприятными методами обработки деталей, работающих в условиях износа и ус-
талостного нагружения, являются методы поверхностного пластического деформирования. Эти мето-
ды относятся к упрочняюще-чистовой обработке.
Методы поверхностного пластического деформирования. Различают статическое и ударное
ППД.
Статическое ППД – осуществляется при статическом взаимодействии деформируемого мате-
риала с инструментом. К статическим способам ППД относятся: накатывание; раскатывание; выгла-
живание; дорнование.
Ударное ППД – осуществляется при ударном взаимодействии заготовки с инструментом. К
ударным способам ППД относятся:
Обработка дробью; чеканка; ударное накатывание; центробежная обработка; ударное раска-
тывание и др.
При ППД пластически деформируется только поверхностный слой металла. Обработка ППД
имеет ряд преимуществ по сравнению с обработкой со снятием стружки (точением, шлифованием и
др.): сохраняется целостность волокон металла, и образуется мелкозернистая структура-текстура в
поверхностном слое; отсутствует шаржирование обрабатываемой поверхности; возможна обработка
как пластичных металлов (отожженных сталей, цветных сплавов), так и закаленных сталей; высота
микронеровностей уменьшается за один рабочий ход в несколько раз; в поверхностном слое создают-
ся благоприятные остаточные напряжения сжатия и т.д. В результате при использовании ППД резко
повышаются такие показатели качества, как сопротивление усталости, износостойкость, контактная
выносливость и др. При этом, как правило, заметно повышается производительность труда финиш-
ных операций, и достигается значительный экономический эффект [5].
Наиболее подходящим методом обработки сложнопрофильных поверхностей является обра-
ботка в ультразвуковом стакане [4, 7].
Установка для ультразвукового упрочнения в стакане состоит из стакана, изготовленного из
титанового сплава, крышки, магнитострикционного преобразователя ПМС 15А-18 (рис.1) и ультра-
звукового генератора УЗГ 5-4.0/18 (рис.2) [1, 2].
Ультразвуковой генератор вырабатывает электрические колебания ультразвуковой частоты,
из которых магнитострикционный преобразователь производит продольные механические колебания.
Ультразвуковой стакан имеет сложное колебание. [6, 7]