группа: 411

 Предмет: Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей.

Тема урока: Конструктивные особенности современных автомобилей. 

Развитие конструктивных особенностей современных автомобилей

Прежде всего, современные автомобилестроители уделяют большое значение дизайну автомобилей.

Замена в современном автомобиле гидравлических и механических узлов на электрические способствует увеличению свободного пространства. Например, полностью электрическая система рулевого управления позволяет обойтись без рулевой колонки, а руль может быть значительно сдвинут вперeд. Над этим решением уже работают японские компании NSK, Koyo и американская Delphi.

Кокпиты будут становиться больше, в то время как размеры деталей и узлов трансмиссии и других механических компонентов уменьшатся, а сами они переместятся в менее заметные участки, например, в пространство под полом.

Освобождение от пут модных футуристических течений предоставит дизайнерам в ближайшие годы беспрецедентные возможности для творчества. Однако, некоторые правила все-таки будут существовать. Сводя к минимуму количество базовых платформ, крупнейшие автопроизводители будут стараться сохранить индивидуальность различных торговых марок.

По прогнозам г-на Mays, в дизайн-студиях по-прежнему будут популярны поверхности, в основе которых лежат такие геометрические фигуры, как квадраты, треугольники и трапеции. В основном благодаря тому, что их гораздо легче получить, используя традиционные штамповочные прессы. Новые возможности повлекут за собой открытия в области производства композитов - панели из пластика, отлитые под давлением, смогут сочетать в себе самым необычным образом простые плоские и сложные поверхности.

Но пока управление автомобилей остается автономным, они обязательно будут требовать проектирования зон деформации при столкновении, защиты от опрокидывания и устройств, снижающих опасность травматизма при боковых ударов.

В ближайшем будущем системы освещения автомобилей претерпят серьeзные изменения. В 2002-2003 г. г. появятся интеллектуальные системы освещения. Фары будут состоять из нескольких световых источников, адаптирующих форму и интенсивность светового луча к положению автомобиля на дороге. Идет работа над световым источником, расположенным горизонтально под автомобилем (Baroptic фирмы Valeo) и освещением автомобиля от одного источника с использованием оптического волокна (Denso, Visteon), позволяющими сделать осветительные приборы менее заметными, но более эффективными.

Процесс езды в автомобиле будет более приятным, благодаря внедрению ряда новшеств, а именно: специальных покрытий стекла для улучшения обзора, развернутых на 45 градусов фар и ветрового стекла во избежание ослепления лучами идущего навстречу транспорта и сохранения видимости предметов, освещаемых фарами собственного автомобиля.

В соответствии с запросами пассажиров автомобиль может быть "персонифицирован", то есть салон автомобиля может быть дополнен модулями из категории развлекающих технических средств. Например, автомобиль может быть оборудован мобильным офисом с полным пакетом телекоммуникационных средств для того, чтобы водитель или пассажир имели возможность выполнить любой вид работы, связанной с бизнесом. По желанию "владельца" автомобиль может быть укомплектован аудио и видеоаппаратурой, а также техническими средствами развлечения, имитирующими стиль любого столетия. Все автомобили будут содержать минимум электроники, необходимой для управления автомобилем и коммуникацией с новейшими системами управления.

Среди современных тенденций развития автомобилестроения доминирующей является повышение комфортности легкового автомобиля, связанное с растущими запросами потребителя. По мнению экспертов, в ближайшие десять лет 90% инноваций в автомобильной промышленности будут определяться электронными системами и, в частности, программным обеспечением. Уже сейчас на долю электроники приходится четверть стоимости автомобиля, а в ближайшем будущем это значение достигнет 40%, в основном, за счет расширенного использования бортовой электроники и вспомогательных систем, облегчающих процесс управления автомобилем. Автоматическое включение фар, отключение стеклоочистителей, контроль давления в шинах, на самом деле имеют сложные системы управления. К перспективным новинкам стоит добавить систему дистанционной парковки, радар, поддерживающий безопасное расстояние между автомобилями, движущимися в потоке, навигационные системы с функцией оповещения о дорожно-транспортном происшествии. В современном автомобиле увеличивается количество радиокоммуникационных средств. В 2005 г. бортовые аудиосистемы всe чаще будут оснащаться экранами для просмотра фильмов, видеоигр и работы в режиме навигации.

В центре внимания разработчиков так называемые системы X-by-wire или Drive-by-wire (управление по проводам), предъявляющие особые требования к протоколам передачи данных. Перспективным решением является архитектура ТТА (Time Triggered Architecture), ориентированная на срабатывание при наступлении заданного времени. Первое серийное применение в автомобиле продемонстрировано весной 2001 г. на Женевском автосалоне (концептуальный автомобиль Filо, разработанный совместными усилиями итальянских фирм Carrozzeria Bertone и SKF). В автомобиле все педали и рулевое колесо заменены блоком управления, генерирующим сигналы, которые затем обрабатываются в SEMAU (Интеллектуальных электромеханических исполнительных устройствах) - по одному на каждую функцию. Человеко-машинный интерфейс Filo разработан совместно с Sarma, французским авиационным подразделением SKF.

Одним из последних направлений в области развития автомобильной электроники стало упразднение ключа и замка зажигания. В будущем биометрические системы заменят ключи и пин-коды в автомобиле. При помощи отпечатка пальца будет возможно открыть дверь автомобиля, активизировать сотовый телефон или воспользоваться ПК в автомобиле. Основой данной биометрической системы является микросканер с чипом памяти. Микросканер регистрирует и запоминает отпечатки пальцев водителя автомобиля. Разработчики фирмы Delphi создали прототип сканера отпечатков пальцев на консоли автомобиля. Другая биометрическая система базируется на контакте глаза. На расстоянии 70 см система "У" ощупывает зрачок невидимыми инфракрасными лучами и распознает хозяина по радужной оболочке глаза.                      Компанией Toyota на Токийском международном автосалоне осенью 2001 года уже представлен концептуальный автомобиль pod использующий биометрическую систему, распознающую состояние водителя.                                                                                                Кузова всех, за небольшим исключением, современных автомобилей, изготавливаются из того же материала, который еще Генри Форд использовал для производства автомобилей "Model T". В следующем веке сталь сохранит свое преимущество 100-летнего использования и низкой, по сравнению с большинством конструкционных материалов, стоимости.                                                                                                                                               Уже завоевавшие себе место в автомобильной промышленности алюминий, магний и композиты продолжают участие в борьбе автопроизводителей за снижение веса. "Однако в 2025 г. лидирующие позиции по-прежнему будет занимать сталь", - считает Jeff Dieffenbach, руководитель проекта, IBIS Associates, Wellesley, Массачусетс. Данная компания консультирует в области материалов и производства.                                                     Что, вероятнее всего, изменится - так это технология получения металла. Штампованный несущий кузов, скорее всего, трансформируется в конструкцию типа пространственной рамы, представляющую собой переплетение балок из выдавленных и гнутых профилей. На Токийском автосалоне 2001 года был представлен концепт Honda Unibox, кузовом, а точнее несущим каркасом, которого служит алюминиевая пространственная рама. Снаружи к ней крепятся наружные панели кузова из пластика. Панели выполнены прозрачными, но как только пассажиров или водителя начнет смущать повышенное внимание окружающих, их можно заменить на панели, окрашенные в любой требуемый цвет, а можно наоборот "раздеть" свою машину до голого алюминиевого скелета. Панелью приборов служит складывающийся выдвигающийся дисплей. Самая необходимая информация проецируется на ветровое стекло, а зеркала заднего вида заменяет широкий панорамный экран, дающий полную картину происходящего за бортом.   Новый этап в разработке активного мониторинга и эргономики, ориентированной на пользователя автомобиля, в общем, и на водителя, в частности - система "iDrive v" - новая концепция дисплея и органов управления, представленная BMW на Франкфуртском автосалоне 2001 г. Философия новой системы состоит в том, чтобы технология соответствовала нуждам водителя, а не водитель подстраивался под требования технологии. Большинство функций управления и контроля упорядочены по степени важности и частоте использования и доступны для водителя без необходимости отрывать взгляд от дороги. Управляющий центр состоит из контроллера и дисплея. Контроллер размещен на центральном подлокотнике и легко доступен для водителя и переднего пассажира. Доступ к необходимой функции отображается на дисплее передней панели. Доступны восемь основных функций: Коммуникации, Навигация, Развлечения, Климат, Статистика, Помощь, Настройки и Сервисная поддержка, каждая из которых разделяется на множество подфункций. Всего можно получить доступ к 270 функциям и подфункциям. В перспективе число функций может быть увеличено до 700. Помимо ручного доступа через контроллер и возможен доступ и через систему голосовой связи. Для этого необходимо только нажать кнопку на руле. Секрет успеха системы iDrive заключается в ее иерархической структуре. Каждая отдельная функция тщательно классифицирована. Наиболее часто используемые функции доступны легче всего. Те же функции, доступ к которым требуется лишь иногда, размещены ниже по иерархии, однако все равно легкодоступны. На BMW 7-серии впервые используется встроенный доступ в Интернет. Помимо обычных функций, таких как адресная книжка, прием и отправка электронной почты, новости и дорожная информация, водителю доступна функция отображения текущего местоположения на дорожной карте в трехмерном виде в перспективе "с высоты птичьего полета" с использованием навигационной системы.

В современном автомобиле большое внимание уделяется системам безопасности. Автоматически поддерживая безопасное расстояние между двумя автомобилями, интеллектуальная система контроля скорости (АСС) нового поколения будет способна не только снизить скорость автомобиля, но и, в случае необходимости, остановить его. Первая подобная система - Night Vision уже устанавливается на автомобили Cadillac. Если все автомобили будут оснащены электронными блоками управления приводом и тормозами, рулевым механизмом, новейшими радарами, навигационными системами и управление будет полностью автоматизировано, то возможность аварий будет исключена полностью. Ни один автомобиль не приблизится к другому на расстояние, ближе допустимого. Оба приблизившихся друг к другу автомобиля с помощью бортового компьютера будут остановлены или уведены друг от друга, чтобы избежать контакта. Это означает, что автомобили не придется разрабатывать как "движущиеся танки" с усиленными элементами (на случай столкновения) и многочисленными системами пассивной безопасности пассажиров. Усовершенствованная радарная система с охватом в 360 градусов будет распознавать не только автомобили, но и другие объекты, например, людей, животных и неодушевленные предметы. Конструкция сидений будет адаптирована под вес и размеры пассажира. Будет также предусмотрен температурный контроль климата в салоне.

В последние 10 лет четко обозначилась тенденция уменьшения рабочего объема двигателей легковых автомобилей с целью снижения расхода топлива и содержания загрязняющих веществ в ОГ. Ожидается замена двигателей седанов среднего класса объемом 2 л и более на двигатели 1,6-1,5 л. Для увеличения мощности двигателя на низких оборотах производители планируют установку стартер-генераторов. Возрастает использование двигателей с непосредственным впрыском.

Классический двигатель внутреннего сгорания, по мнению ряда экспертов, обречен на относительно недолгое существование. Если ближайшие цели по снижению содержания загрязняющих веществ в ОГ будут достигнуты (в рамках борьбы за сохранение экологического равновесия Ассоциация европейских автомобилестроителей поставила следующие цели: в 1998-2000 гг. создание моделей автомобилей с содержанием СО₂ в ОГ 120 г/км, а к 2008 г. довести среднее значение этого показателя для автомобилей всех гамм до 140 г/км. В настоящее время среднее содержание СО₂ в ОГ европейских автомобилей составляет 186 г/км), то придет черед последующих этапов, с постепенным ужесточением требований к токсичности ОГ вплоть до нулевого значения. Вторая причина состоит в том, что во внимание принимаются все компоненты ОГ, а не только СО₂, СО, НС и NOx. В ближайшие 15 лет еще будет достаточно двигателя внутреннего сгорания, оснащенного электроникой, непосредственным впрыском высокого давления (как для бензиновых так и для дизельных двигателей), турбокомпрессором с регулируемой геометрией и фильтром очистки. Параллельно продолжит существование гибридный привод с низким уровнем содержания токсичных веществ. Основными новинками останутся непосредственный бензиновый впрыск, система управления фазами газораспределения и электронное управление дроссельной заслонкой.

"Двигатель внутреннего сгорания доживает свой век", - говорит один из специалистов отдела проектирования двигателей фирмы GM, по понятным причинам пожелавший остаться неизвестным. Однако бензиновый двигатель с искровым зажиганием Н. Отто, запатентованный в 1876 году, и двигатель с воспламенением от сжатия Р. Дизеля, изобретенный в 1873 году, благополучно существуют до наших дней и успешно противостоят всем попыткам заменить их на нечто принципиально новое.

Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля, позднее усовершенствованный на фирме Mazda Motor Corp., и газотурбинные двигатели 60-х годов были полны обещаний. Тем не менее, их низкая эффективность, по сравнению с обычными поршневыми двигателями, препятствовала их широкому распространению.

Проблема использования двигателей внутреннего сгорания в будущем заключается в том, что практически исчерпан ресурс повышения их КПД. В настоящее время даже в наиболее передовых дизельных двигателях с непосредственным впрыском лишь 35% энергии сгораемого топлива преобразуется во вращение коленчатого вала, остальная исчезает в виде тепла. За счет усовершенствования конструкции двигателя, по мнению экспертов, КПД можно увеличить лишь на 5-10%, и этот ресурс к 2025 году будет полностью исчерпан.

Окончательным решением проблемы топлива может стать природный газ, поэтапный переход к широкому использованию которого планируется начать к 2010 г. Будущее автомобилей на альтернативных видах топлива неясно. Mercedes планирует в 2003 г. создание концептуального автомобиля, Peugeot v - не ранее 2010 г. Новые виды топлива изменят конструкцию автомобиля. Топливо может храниться не в резервуаре, а в металлическом абсорбирующем блоке, над которым в настоящее время работают специалисты Toyota. Некоторые конструктивные части автомобиля будут служить топливными резервуарами. Используемый в качестве топлива метанол может быть выработан из различного сырья. Будущее автомобилей на сжиженном нефтяной газе (GPL) полностью зависит от мировых запасов нефтепродуктов. Природный газ (GNV), напротив, доступен в больших количествах. Renault, Peugeot, BMW и Mercedes делают ставку именно на него.

Изучить:  1. Повышение комфорта в современном автомобиле.

                  2. Применение композитных материалов при производстве автомобилей.

                  3.  Система безопасности современных автомобилей.

         4.  Замена двигателю внутреннего сгорания.

                                            группа: 411

 Предмет: Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей.

Тема урока: Составные части автотранспортных средств, их назначение и взаимодействие.

Основные устройства и конструкция автомобиля

 Ниже представлен список комплектующих, на которые можно разделить все устройства и кузовные части автомобиля:

1.                   Несущая конструкция автомобиля.

2.                   Трансмиссия.

3.                   Электрооборудование.

4.                   Двигатель.

5.                   Ходовая часть.

6.                   Система управления автомобилем.

Далее рассмотрим все эти разделы более подробно.

Несущая система автомобиля

Она является скелетом автомобиля, к которому в последующем крепятся все детали. Именно от нее зависит срок службы автомобиля, и именно на несущую систему приходятся все нагрузки, которым подвергается автомобиль во время движения. Отсюда и ценовое соотношение если определить стоимость всего автотранспорта в 100%, то 50% будет приходиться именно на эту систему. Условно ее можно разделить на несколько видов:

1.                   Рамная несущая система. Преимущество этой системы в простоте, как производства, так и ремонта. Кроме того, рамная несущая система позволяет выпускать шасси, различные по модификации автомобиля.

2.                   Кузовная несущая система. Данная система позволяет понизить массу автомобиля, снизить центр тяжести, а значит, повысить устойчивость при движении. Есть, конечно, у нее и недостаток – это достаточно плохая изоляция шумов извне.

3.                   Рамно-кузовная система. Применяется исключительно на автобусах. Состоит из соединенных между собой деталей рамы и кузова. Является довольно простой при ремонте и производстве.

Важность трансмиссии

Следующий элемент, который мы рассмотрим, – это трансмиссия. Это силовая передача, осуществляющая взаимосвязь двигателя с ведущими колесами автомобиля. Различают несколько видов трансмиссии: механическая (наиболее распространена), электрическая, гидрообъемная и комбинированная. На примере механической трансмиссии рассмотрим работу различных узлов, входящих в ее состав:

1.                   Сцепление. Главной задачей является мягкое соединение маховика, первичного вала коробки передач. В состав сцепления входят следующие составные корзина и диск сцепления, а также выжимной подшипник.

2.                   Коробка передач. Она предназначена для преобразования крутящего момента и дальнейшая его передача к карданному валу. Двигатель усиливается за счет вторичного вала. Среди коробок передач имеется разделение на механический и автоматический вид.

3.                   Карданный вал (для автомобилей с задним приводом), передающий крутящий момент от вторичного вала к главной передаче.

4.                   Соединение дифференциала и главной передачи представляет собой так называемый мост, который передает силу двигателя к колесам через полуоси.

5.                   Полуось (приводной вал) – металлический стержень с устройством сцепления с дифференциалом и ШРУСом.

6.                   Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) осуществляет подачу силы вращения на ведущие колеса.

7.                   Раздаточный механизм распределяет усилия двигателя по ведущим колесам. Данный узел применяется в авто с колесной формулой 4*4.

Электрооборудование автомобиля

Далее идет электрооборудование, которое представляет собой совокупность электрических приборов и аппаратов, обеспечивающих нормальную работу двигателя. Электрическая энергия необходима для запуска автомобиля, воспламенения горючей смеси, освещения, сигнализации, дополнительной аппаратуры. В состав электрооборудования входят источники и потребители тока. Источниками электрооборудования являются:

1.                   Генератор – служит для преобразования механической энергии, получаемой от двигателя в электрическую энергию;

2.                   Регулятор напряжения – выполняет функцию стабилизатора, держит на постоянном уровне напряжение тока, который вырабатывается генератором при изменяющейся частоте вращений коленчатого вала двигателя;

3.                   Аккумуляторная батарея (аккумулятор) – необходим для преобразования химической энергии в электрическую энергию.

Потребителями тока являются:

1.                   Стартер – служит для обеспечения вращения коленчатого вала частотой необходимой для пуска двигателя;

2.                   Система зажигания – в процессе своей работы осуществляет воспламенение топлива в цилиндрах в порядке рабочего режима двигателя;

3.                   Система освещения – вспомогательная служба, обеспечивающая работу авто в условиях пониженной видимости;

4.                   Система сигнализации – служит для обеспечения безопасности движения автомобиля.

Классификация двигателей

 

Следующее, что мы рассмотрим, – это двигатель. Он являет собой комплекс механизмов, которые преобразуют тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую. Двигателя делят по многим параметрам. Во-первых, по виду топлива: бензиновые и дизельные. Во-вторых, по воспламенению горючей смеси: от электрической искры и от сжатия. В-третьих, по числу цилиндров: 2-ух, 3-ех, 4-ех, 5-ти, а также 6-ти и 8-ми цилиндровые и многоцилиндровые. В-четвертых, по расположению цилиндров: рядные и V-образные. Рабочий процесс двигателей состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска.

Механизмы и системы двигателя

Распределяют следующие механизмы и системы двигателя. Рабочий процесс двигателя главным образом осуществляется благодаря работе кривошипно-шатунному механизму. Открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя производится за счет газораспределительного механизма. Подачу масла к трущимся деталям двигателя производит смазочная система. Охлаждение сильно нагретых деталей двигателя происходит за счет специальной системы охлаждения, которая отводит теплоту. Система питания подготавливает горючую смесь для двигателя и обеспечивает выход из двигателя отработавших газов. Воспламенение горючей и рабочей смеси в цилиндрах двигателя происходит благодаря системе зажигания.

Работа ходовой части

Ходовая часть – это комплекс устройств, при взаимодействии которых осуществляется перемещение автомобиля по дороге. Сюда входят колеса, а также задняя и передняя подвески. Через колеса осуществляется связь транспорта с дорогой. Главными задачами колес является передвижение по поверхности и изменение направления движения. Колеса различают по типу конструкции (дисковые, бездисковые, спицевые) и по назначению (ведущие, управляемые, комбинированные, поддерживающие). Колеса автомобиля могут быть с глубокими ободами или соединительными деталями, по внешнему виду напоминающими диски и спицы. Эти самые ободья необходимы для установки пневматической шины. Именно за счет ступицы осуществляется крепление колеса к мосту и его способность вращаться. За счет подвески происходит упругая связь колес и несущей системой. Подвеска выполняет две функции. Первая – повышение безопасности движения автомобиля, а вторая – это плавный ход автомобиля.

Типы подвески

Подвески делятся на следующие типы:

1.                   Зависимая подвеска – это когда колеса одного из мостов взаимосвязаны друг с другом посредством жесткой балки. Следовательно, при движении они взаимосвязаны.

2.                   Независимая подвеска – это когда колеса одного из мостов не связаны между собой, а подвешены независимо по отношению друг к другу, а следовательно и перемещение любого из колес не вызывает перемещения другого. Общими частями всех подвесок являются:

3.                   Элементы, обеспечивающие упругость;

4.                   Элементы, распределяющие направление силы;

5.                   Гасящий элемент;

6.                   Элементы, стабилизирующие поперечную устойчивость;

7.                   Крепеж.

Работа подвески

Рассмотрим их более подробно. Элементы, которые обеспечивают упругость между неровностями на дороге и кузовом автомобиля, являются, так сказать, буфером. Сюда относятся пружины, рессоры, торсины. Жесткость пружин бывает постоянной и переменной. Рессоры визуально представляют из себя несколько металлических пластин взаимно связанных между собой, а также они довольно упруги по свойствам. Торсины внешне выглядят как металлическая труба, а внутри располагаются стержни.

Устройства для распределения силы

Устройства, распределяющие направление силы, в свою очередь, выполняют несколько задач. Во-первых, крепление подвески к кузовной части автомобиля. Во-вторых, передача силы на кузовную часть автомобиля. В-третьих, правильное расположение колес по отношению к кузову в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Задачей гасящего элемента является противодействие элементам упругости, а если быть точнее, – сглаживание упругости. Стабилизационные устройства поперечной упругости распределяют боковую нагрузку автомобиля при изменении траектории движения. Все составные части подвески крепятся к кузовной основе и к опорным частям колес.

Система управления автомобилем

Под самой системой понимается совокупность устройств и механизмов, предназначенных для изменения скорости авто и изменения направления движения. Под устройствами изменения направления движения скрывается не что иное, как рулевое управление, применяющееся для нормального управления авто. Под системой изменения скорости, в свою очередь, понимается тормозная система, являющаяся главным узлом безопасности водителя и пассажиров. В комплектацию рулевой системы входят:

1.                    Руль;

2.                   Рулевой вал с крестовиной, который с одной стороны имеет шпицы для фиксации руля, а с другой шпицы – для крепления к рулевой колонке;

3.                   Рулевая колонка, устройство, собранное в одном корпусе, в состав которого входит червячная ведущая шестерня и ведомая, рулевой тяги, состоящие из наконечника и маятника.

Работа рулевого механизма

Рассмотрим более детально рулевой механизм в работе: во время вращения рулевого колеса усиливается вращение червячного механизма колонки, который, в свою очередь, начинает вращать ведомую шестерню, приводящую в работу рулевую сошку. Она имеет крепление к средней рулевой тяге, а другой конец тяги соединяется с маятниковым рычагом. Он устанавливается на опоре и имеет жесткое крепление к кузову авто. От сошки с маятником отходят боковые тяги. Наконечники соединены со ступицей. Рулевая сошка, когда поворачивается, посылает усилие сразу на боковую тягу и средний рычаг. Средний рычаг, в свою очередь, дает начало действию второй боковой тяге, в результате чего ступицы поворачиваются, а, следовательно, и колеса вместе с ними. Главной задачей системы торможения является возможность управления скорость авто.

Системы торможения

Существует три варианта системы торможения: рабочая, стояночная, запасная. Основным узлом управления автомобилем и сохранения его в безопасности является рабочая тормозная система. Во избежание произвольного движения авто во время долгой стоянки на участках с наклоном дороги используют стояночный тормоз (ручник). Относительно молодой является запасная тормозная система, используемая для торможения ввиду неисправности рабочей тормозной системы. Из-за того, что пользование ручником при движении исключено, водитель с помощью рычага запасной системы с легкостью блокирует колеса, и транспорт останавливается.

Изучить:  1. Назначение несущей конструкции автомобиля?

                  2. Назначение и работа трансмиссии.

                  3.  Электрооборудование современных автомобилей.

         4.  Двигатель внутреннего сгорания.

         5.  Назначение ходовой части.

         6.Система управления автомобилем.

                                              группа: 303

 Предмет: Техника и технология ручной дуговой сварки(наплавки, резки покрытыми электродами).

Тема урока: Влияние низких температур на технологические свойства металлов.

                                       Свойства металлов при низких температурах.

Влияние низких температур на основной металл. При пониже­нии температуры ниже известного предела обычные углеродистые стали и наплавленный из них металл становятся хрупкими и их ударная вязкость резко понижается, хотя предел прочности стали при этом даже несколько возрастает. Если при температуре +20° ударная вязкость малоуглеродистой стали Ст. 3 равна около 13 кгс-м/см2, то при температуре—40° она составит всего только 0,5—1 кгс*м/см2. Поэтому сварные соединения из стали при темпе­ратуре ниже—40е могут давать трещины при ударных нагрузках или в местах концентрации напряжений. Отжиг после сварки устраняет внутренние напряжения и поэтому повышает надежность эксплуатации конструкции в условиях пониженной температуры.

Малоуглеродистые легированные стали, содержащие свыше 3% никеля, например нержавеющие хромоникелевые стали, а также цветные металлы (медь, латунь, алюминий), не уменьшают своей ударной вязкости даже при очень низких температурах (до —270°) и не становятся при этом хрупкими. Поэтому их широко исполь-

зуют в изделиях, работающих при очень низких температурах, например аппаратах и сосудах для получения и хранения жидкого і воздуха, жидкого кислорода, жидкого водорода, жидкого гелия и пр.

Монтаж вертикальных резервуаров должен учитывать тот факт, что понижение температуры влияет на прочность металла. Изучая статистику разрушений резервуаров, можно отметить, что на практике большинство хрупких разрушений РВС возникает от сварочных дефектов или трещин малоцикловой усталости, возникающих вблизи мест концентрации напряжений. Характерными местами разрушений являются технологические отверстия, уторные и монтажные соединения. Хрупкое разрушение РВС происходит под влиянием комплекса неблагоприятных факторов.

В числе преобладающих факторов, определяющих хрупкое разрушение резервуаров, можно назвать температуру. Понижение температуры влияет на прочность металла. Известно, что в металле без трещин и надрезов прочность при понижении температуры не снижается, а в металле с концентраторами напряжений разрушение становится более хрупким с понижением температуры. Однако, как показывает практика эксплуатации резервуаров, низкая температура и соответствующая ей повышенная хрупкость основного металла не являются обязательными условиями внезапного разрушения конструкций. На развитие хрупкого разрушения существенно влияют свойства сталей. Вероятность хрупкого разрушения увеличивается при понижении пластических свойств (охрупчивании) металла. В такой же качественной зависимости находится частота разрушения от ударной вязкости основного металла. В большей степени влияние ударной вязкости сказывается при наличии значительных концентраций напряжений. Многие стали под влиянием ряда факторов могут перейти из вязкого состояния в хрупкое. К таким факторам можно отнести: понижение температуры, наличие объемно-напряженного состояния в сварных швах или околошовной зоне, в которых могут наблюдаться дефекты в виде непроваров и микроскопических трещин, изменение скорости нагружения и уровня взлива н/продуктов в РВС.

Из числа элементов, входящих в состав низкоуглеродистой стали, широко применяемой для изготовления резервуаров, наибольшее влияние на ударную вязкость и критическую температуру хрупкости оказывает содержание углерода. С увеличением количества углерода склонность стали к хрупкому разрушению увеличивается, поэтому содержание углерода не должно превышать 0,2-0,22 %. Марганец при его содержании до 0,65 % положительно влияет на механические свойства и свариваемость стали, одновременно уменьшая склонность металла к хрупкому разрушению. Наличие кремния свыше 0,25 % может привести к ухудшению свариваемости и образованию дефектов в процессе сварки. Весьма существенным для свойств сталей при низких температурах является содержание серы. Её содержание не должно превышать 0,04 %. Сера не должна содержаться в стали в виде скоплений или сульфидных строчек, наличие которых может привести к скоплениям значительных концентраций

Судостроительная сталь. К ней предъявляются весьма жесткие требования: прочность, пластичность, высокая технологичность, свариваемость, стоимость, приспособленность для ремонта и др. Стали, применяемые в отечественном судостроении, отличаются высокой хладостойкостью, хорошей свариваемостью, а также повышенной трещиностойкостью. Для новых марок стали специально разработаны хладостойкие сварочные материалы. В последнее время идет работа над созданием нового класса высокопрочных устойчивых к коррозии сталей, легированных азотом. Благодаря различию взаимодействия атомов углерода и азота с атомами железа, у стали появляются уникальные физико-химические и эксплуатационные свойства (высокая прочность, пластичность, абсолютная коррозионная стойкость, немагнитность). Азотистые стали обладают хорошей свариваемостью и технологичностью, как в металлургическом, так и судостроительном производстве. Каждая поставляемая на судостроительный и судоремонтный заводы партия материала обязательно сопровождается документом — сертификатом, в котором указаны все его качества; в лабораториях заводов материал проходит химические, механические и технологические испытания.

Судостроительная сталь должна: обладать некоторой устойчивостью против коррозии (в воде и на воздухе); выдерживать обработку в горячем и холодном состояниях; хорошо свариваться дуговой сваркой; выдерживать загиб на 180° в холодном состоянии по оправке. Углеродистые стали отличаются малым содержанием углерода (0,14— 0,22%), серы и фосфора (не более 0,05% каждого). Сера придает металлу красноломкость, а фосфор — хладноломкость. При красноломкости металл трескается и ломается в нагретом состоянии; хладноломкость — способность металла снижать вязкость при пониженных температурах. Низколегированные стали (вышеперечисленных марок) отличаются низким содержанием углерода (не более 0,12%); в стали добавляют легирующие элементы: кремний, марганец, хром, никель, медь.

Изучить:  1. Влияние низких температур на основной металл.

                  2. Причины большинства хрупких разрушений.

                  3. Химический состав металлов работающих при низких температурах.

                  4. Судостроительная сталь.

                                             группа: 303

 Предмет: Техника и технология ручной дуговой сварки(наплавки, резки покрытыми электродами).

Тема урока: Влияние низких температур на технологические свойства металлов.

        Изменения технологических свойств металлов с понижением температур.

Многие элементы современных машин и аппаратов работают в условиях умеренного (до 200 К) и глубокого (до 4 К) охлаждения. Это элементы установок сжижения и разделения газов, системы космических аппаратов, высотных самолетов, детали и узлы транспортных и горных машин, работающих в условиях Крайнего Севера, и др. Применяемые для их изготовления конструкционные материалы должны обеспечивать надежную работу аппаратов, машин и механизмов в заданных температурных условиях.

Высоколегированные стали и сплавы на основе никеля, алюминия, титана, композиционные материалы и пластики получают все большее распространение наряду с применяемыми обычно конструкционными сталями. Чтобы выбрать наиболее подходящий для заданных рабочих условий материал и правильно определить надежность и долговечность изделия, конструктору требуются глубокие знания физической природы процессов, происходящих в материалах при эксплуатации, а также точные данные об изменениях основных характеристик материалов под воздействием внешних условий.

С понижением температуры большинство материалов становится более прочными и износостойкими. При 77 К (температура кипения жидкого азота) предел прочности большинства металлов в 2-5 раз больше, чем при комнатной температуре; прочность некоторых пластмасс увеличивается в 8 раз, стекла- в 12 раз. При 4,2 К (температура кипения жидкого гелия) предел прочности меди в 2 раза больше, чем при комнатной температуре, а прессованного алюминия в 6 раз, сталей в 2,5-3 раза.

Уменьшение пластичности и повышение твердости при низких температурах позволяет повысить эффективность механической обработки ряда материалов. При низких температурах улучшаются режущие свойства и повышается стойкость металлорежущего инструмента. Применение холода для термической обработки металлов позволяет стабилизировать размеры прецизионных деталей и получить необходимую структуру.

Однако при низких температурах в материале, особенно под нагрузкой, могут происходить внутренние структурные превращения, в результате чего возрастает опасность внезапного разрушения деталей. Поэтому даже в тех случаях, когда глубокое охлаждение носило временный характер, при последующей работе в условиях нормальных температур следует считаться с возможными остаточными явлениями, а при работе в условиях низких температур необходимо учитывать возможность преждевременного хрупкого разрушения материала в результате уменьшения пластичности.

Одна из причин хрупкого разрушения - мартенситное превращение, сопровождающееся увеличением объема и снижением ударной вязкости. Изменение объема тела сложной формы при локальных выделениях мартенсита сопровождается возникновением дополнительных местных напряжений, часто приводящих к разрушению деталей. В связи с этим целесообразно на заводе-изготовителе подвергать воздействию низких температур все детали и узлы машин, предназначенные для работы в условиях низких температур. После такой обработки в материалах деталей закончатся все процессы структурообразования и можно будет забраковать детали, в которых возникнут при этом дополнительные напряжения. На заводе могут быть разработаны такие конструктивные формы деталей, в которых внутренние напряжения минимальны.

Изменения структуры материала сопровождаются изменением его плотности, а также прочностных, электрических и магнитных характеристик. При обработке холодом стальных деталей можно добиться необходимого изменения указанных характеристик.

В машиностроении широко используется нагрев (тепловая обработка) как средство получения высокопрочного или пластичного структурного состояния сталей и сплавов, а также для снижения остаточных напряжений и для уменьшения структурных отличий основного металла и сварных швов.

Совершенствование техники получения низких температур и опыт использования холодильных установок позволяют применять холод в технологии машиностроения.

Изучение поведения материалов и особенностей их разрушения при низких температурах имеет значение для успешного освоения Крайнего Севера и некоторых других районов страны, где техника работает значительное время года при низких (до 215 К) температурах. Машины и механизмы, не приспособленные для работы в таких условиях, быстро выходят из строя.

Конструирование и производство такого рода техники должно определяться обоснованными рекомендациями по выбору материалов и экспериментально проверенных методов оценки склонности металлов к хрупкому разрушению.

Уменьшить аварийность и повысить долговечность машин и механизмов можно только при условии учета особенностей поведения материалов при низких температурах, правильного подбора материалов для конструкций, несущих значительные силовые нагрузки, проведения испытаний деталей наиболее ответственных узлов и целых механизмов в условиях низких температур, вакуума, тепловых ударов и т. д.

Тепловое состояние тела характеризуется его температурой. Когда температура снижается, термоактивируемые эффекты в кристаллических телах уменьшаются; значительно изменяются основные физические и механические свойства.

Изменение механических свойств металлов и сплавов при снижении температуры зависит от вида кристаллической решетки и несовершенства ее строения, размера зерен, включений атомов легирующих элементов, фазового состава сплавов. На прочность и пластичность кристаллических тел особое влияние оказывают число действующих в кристаллической решетке систем скольжения, количество и распределение примесей, упорядоченность дислокационной структуры.

Исследования механических свойств металлов различного кристаллического строения показывают, что охлаждение их образцов ниже 273 К приводит к повышению предела прочности при растяжении, росту модуля упругости [5, 6]. При сохранении пластичности у металлов и сплавов в условиях низких температур растет работа разрушения при динамических нагрузках и сопротивление разрушению материалов при циклических нагрузках.

Переход металла в хрупкое состояние при охлаждении связан с изменением характеристик пластичности и уменьшением работы разрушения.

Кристаллическое строение металлов с решеткой в форме гранецентрированного куба (ГЦК) допускает развитие значительных пластических деформаций. Число систем скольжения у ГЦК-кристаллов с понижением температуры возрастает, пластическая деформация распределяется равномерно и сопровождается упрочнением; тетрагональные искажения решетки отсутствуют и температурная зависимость напряжений течения ослаблена [7]. Медь, алюминий, серебро, β-никель, свинец, золото, платина и некоторые из их сплавов сохраняют значительную пластичность при весьма низких температурах.

Металлы с кристаллической решеткой объемно-центрированного куба (ОЦК): α-железо, хром, молибден, тантал и вольфрам - склонны к разрушению без остаточных пластических деформаций. Температура перехода этих материалов в хрупкое состояние изменяется в широких пределах - от нескольких сот градусов для вольфрама до гелиевых температур (около 4 К) для тантала. При охлаждении ОЦК-кристаллов число действующих систем скольжения уменьшается. процента или упорядочению дислокационной субструктуры можно перевести из хрупкого в пластичное состояние. Примером является очищенный с упорядоченной субструктурой высокопластичный хром, температура хрупкости которого может быть ниже 170 К.

У металлов с ГЦК-решеткой отношение напряжений течения при двух уровнях низких температур, например 77 К и 4 К, не зависит от уровня деформаций. Для ряда металлов этой группы (например, алюминия) выполняется закон Коттрелла-Стокса [7, 8].

У металлов с ОЦК-решеткой предел текучести сильно возрастает при криогенных температурах. Последними исследованиями установлена связь дислокационной структуры таких металлов не только с термической компонентой напряжений течения, но и с атермической, зависящей от величины структурной ячейки (величина d в уравнении Холла-Петча). Таким образом, переходная температура для металлов с ОЦК-решеткой определяется не только строением, но и химической чистотой, субструктурой и существенно зависит от стесненности деформаций и напряженного состояния [8, 9].

У металлов с гексагональной плотно упакованной кристаллической решеткой пластические деформации ограничены еще при 290 К, так как у них работает в основном одна система скольжения. Чтобы обеспечить хорошую пластичность при низких температурах таких металлов, как титан, цирконий, бериллий, добиваются низкой концентрации в них примесей внедрения, а упрочнение металла достигается образованием твердых растворов замещения.

Изучить:  1. Внутренние структурные превращения внутри металла при низких температурах?

                  2. Учет особенностей поведения материалов при низких температурах.

                  3. Металлы с кристаллической решеткой объемно-центрированного куба (ОЦК).

                  4. С чем связана повышенная хрупкость металлов при понижении температуры?