Уменьшение концентрации напряжений в коленчатых валах

Напряженное состояние коленчатого вала дизеля определяется не только размерами и действующими на него нагрузками, но и концентрацией напряжений в его элементах. Значительное, а в ряде случаев определяющее влияние концентраторов на общую надежность коленчатых валов вызвало необходимость устранить эти концентраторы или снизить степень их влияния на усталостную прочность коленчатых валов.

Одним из видов концентраторов напряжений в шатунных шейках коленчатых валов являются микротрещины в закаленной с нагревом т. в. ч. зоне, соответствующей разъему штампа. В качестве одной из наиболее вероятных причин возникновения микротрещин следует отметить выход в разъем штампа ликвационной, менее прочной и более засоренной неметаллическими включениями части металла при штамповке вала. Другой причиной образования этих трещин может служить неоднородная "пятнистая" твердость поверхности шатунных шеек вследствие "струйного" охлаждения (особенно при засорении отдельных сопл индуктора) шеек после нагрева т. в. ч., приводящая к возникновению местных растягивающих напряжений из-за разной структуры отдельных микроучастков. Данный недостаток усугублялся при закалке шеек т. в. ч. на невращающемся валу. Наконец, трещины могут появиться вследствие отпуска отдельных участков металла из-за перегрева их при шлифовании или схватывании шеек с вкладышами подшипников в условиях эксплуатации при недостаточной смазке, что приводит к возникновению местных растягивающих напряжений вследствие изменения структуры отдельных участков.

Наличие микротрещин приводит к значительному снижению усталостной прочности коленчатых валов. Об этом свидетельствуют опытные данные, приведенные на рис. 71 и 72. Как следует из графиков, наличие на шатунных шейках дефектов в виде сетки микротрещин уменьшает усталостную прочность коленчатого вала при изгибе в пределах 40% и при кручении 20%. Еще более опасными становятся микротрещины на шатунной шейке в зоне, соответствующей разъему штампа: когда они выходят на галтели или в зону масляных каналов шатунных шеек.