Вплив вибору матеріалу на запас міцності колінчастого вала двигуна внутрішнього згоряння.
Автор: Мартиник Іван Олегович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Автомобільний транспорт
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: В роботі проведено аналіз конструкцій та навантаженості колінчатих валів двигунів внутрішнього згоряння. Наведено умови роботи та основні види навантажень. Описано основні види пошкоджень і руйнувань колінчатих валів, а також вимоги до матеріалів. Розглянуто механічні властивості матеріалів для виготовлення колінчатих валів. Описано вплив термічної та хіміко-термічної обробки на властивості матеріалів. Виконано порівняльний аналіз матеріалів. Виконано розрахунок колінчатих валів на міцність з визначенням запасів міцності основних його елементів. Результати досліджень представлено у вигляді таблиць та графіків. проведено аналіз отриманих результатів. Дослідженнями виявлено що у разі виготовлення колінчатого вала з легованих сталей 40Х та 40 ХН запас міцності основних елементів буде в 1,5…2 рази вищий, ніж для сталі 45, а міцність основних елементів валу на 33…50% вища. У разі виготовлення колінчатого вала з високоміцного чавуну ВЧ50 з кулястим графітом запас міцності основних елементів буде нижчим в 1,2…1,8 разів ніж для сталі 45, а міцність на 22…85% нижчою ніж для сталі 45. У разі виготовлення колінчатого вала з титану марки Ті-6А1-4V та композитного матеріалу CFRP запас міцності основних елементів буде в 1,4…2,1 рази вищим, ніж для сталі 45, а запас міцності основних його елементів на вищим на 30…54%. Використання титану Ті-6А1-4V для виготовлення колінчатого валу дозволяє отримати вдвічі легший за сталь вал. А у разі застосування композитного матеріалу CFRP для виготовлення колінчатого валу отримаємо у 4 рази легший за сталь вал. Запаси міцності для титану Ті-6А1-4V та композитного матеріалу CFRP є близькими до показників сталей 40Х та 40ХН. Тобто, міцність таких колінчатих валів буде подібною. Застосування титану Ті-6А1-4V та композитного матеріалу CFRP дозволяє виготовляти колінчаті вали значно меншої маси, що доцільно для дорогих спортивних автомобілів де потрібні високі характеристики. Вибір матеріалу колінчастого вала потрібно здійснювати з урахуванням вимог до запасу міцності, довговічності та надійності двигуна, а також особливостей режимів його експлуатації. Для двигунів з високою питомою потужністю, підвищеними динамічними навантаженнями та значними вимогами до ресурсу доцільно застосовувати леговані сталі. Для двигунів середньої потужності, що працюють переважно в усталених режимах, раціональним є використання чавунів з кулястим графітом. Чавун забезпечує достатній рівень міцності та втомної витривалості при одночасному зниженні собівартості виготовлення. Об’єкт дослідження: колінчасті вали двигунів внутрішнього згоряння та матеріали їх виготовлення. Предмет дослідження: залежність рівня напружень та коефіцієнта запасу міцності колінчастого від вибору матеріалу та його фізико-механічних характеристик. Мета роботи: дослідження впливу вибору матеріалу на запас міцності колінчастого вала двигуна внутрішнього згоряння та обґрунтування раціонального матеріалу з точки зору міцності, надійності та експлуатаційних характеристик. Ключові слова: двигун внутрішнього згоряння, колінчатий вал двигуна, запас міцності, напруження, сталь, чавун, титан.