НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ

В подходе к проектированию сварных деталей грузовых и легко­вых автомобилей много общего. Отличием является то, что детали грузового автомобиля работают в более тяжелых условиях. Рас­смотрим проектирование деталей грузовых автомобилей.

Масса сварных конструкций дЛя различных типов грузовых авто­мобилей колеблется в пределах 19,6—24,5% общей массы грузового автомобиля.

Производство автомобилей является массовым. Конструктивные элементы сварных соединений и используемые материалы должны обеспечивать возможность применения самых прогрессивных тех­нологических процессов, обеспечивающих минимальные затраты живого труда и материалов при максимальном выпуске. Назначе­ние и условия работы сварных деталей и узлов автомобиля опреде­ляется тем, к какой части автомобиля они относятся: шасси — карданные валы, мосты, рулевое управление, тяги; двигателю — клапана, венец маховика, картер; тормозной системе — воздуш­ный баллон, тормозные колодки; топливной системе — топливный бак, глушитель; несущей системе — рама.

Вместе с тем, для деталей и узлов автомобиля решающее зна­чение имеет степень ответственности детали. Различают три степени ответственности, при которых поломка детали вызывает аварию автомобиля, остановку всей машины, замену детали новой в про­цессе эксплуатации без остановки всей машины.

Выход из строя карданного вала, вала руля, концевых цапф картера, тормозного фланца картера, реактивных рычагов или реактивных штанг — связано с аварией автомобиля. Разрушение отдельных элементов рамы автомобиля, топливного бака, воздуш­ного баллона — вызывает остановку всей машины. Разрушение отдельных элементов кабины, бампера, решетки фар — не вызывает остановки машины.

Степень ответственности детали предопределяет обычно выбор технологического процесса и особенно степени его надежности.

Карданная передача связывает механизмы автомобиля, валы которых, передающие крутящий момент от двигателя к ведущему мосту^ расположены под некоторым углом один к другому, изме­няющимся при движении автомобиля. Карданная передача состоит из карданов-шарниров и карданных валов.

В грузовых автомобилях применяют жесткие карданы, характе­ризующиеся неравенством угловых скоростей ведомого и ведущего вала. При этом на карданный вал воздействует знакопеременный крутящий момент, частота колебаний которого примерно в 2 раза [10] больше числа оборотов карданного вала, а амплитуда зависит от угла его наклона. Это может привести к нежелательным крутиль­ным колебаниям.

Для увеличения крутильной жесткости карданного вала, без увеличения его массы, вал кардана изготовляют из сварной трубы.

Вследствие неуравновешенности карданный вал при вращении изгибается. Для увеличения устойчивости вала и уменьшения напряжения изгиба карданные валы проходят динамическую балан­сировку. Дисбаланс для грузовых автомобилей выдерживают в пре­делах 50—100 гс-см и устраняют путем приварки пластинок на концах трубы вала.

Ведущий мост предназначен для передачи крутящего момента от карданного вала к ведущим колесам автомобиля, а также для восприятия вертикальных усилий (от массы автомобиля с грузом), продольных (толкающих или тормозных), поперечных (при заносе). Вертикальные усилия передаются через гибкие элементы подвески- рессоры.

При передаче к ведущему мосту крутящего момента на опорах его ведущего вала возникают реактивные усилия, создающие реак­тивный момент, стремящийся повернуть мост вокруг поперечной оси в направлении, противоположном вращению колес. Ведущий мост удерживается от поворотов реактивным или тормозным момен­том при помощи специальных штанг, карданной трубы или рессор.

Механизмы ходовой части автомобиля (рама, оси, колеса) при движении автомобиля по неровной дороге подвергаются действию ударной нагрузки. Эта нагрузка учитывается динамическим коэф­фициентом, показывающим отношение динамической нагрузки к статической.

Динамический коэффициент /?дин зависит от скорости движения автомобиля, высоты единичной неровности и др. Обычно для гру­зовых автомобилей принимают /?дин = 2,5. Коэффициент динамич­ности вертикальных сил, действующих на задние мосты, для боль­шинства грузовых автомобилей при скорости движения 20—60 км/ч принимают для различных дорог в пределах 1,2—2,8.

Рама автомобиля испытывает статические нагрузки от массы двигателя с коробкой передач, кабины с водителем, платформы с грузом и др., и динамические — в основном вертикальные при движении автомобиля по неровной дороге, или горизонтальные при разгоне, торможении или движении на повороте.

Продольные балки рамы — лонжероны представляют собой штампованный швеллер. Поперечные балки — поперечины приме­няют открытого или закрытого профиля, они служат для крепления радиатора, двигателя, кабины. Нагрузки, симметрично распределен­ные по лонжеронам, вызывают изгиб рамы. Кососимметричные нагрузки при движении по неровной дороге вызывают закручива­ние рамы. В последнем случае наиболее нагруженными являются поперечины рамы.

Сечение лонжеронов выбирают из расчета на изгиб статиче­скими нагрузками. Эпюры моментов, построенных для лонжеронов рам грузовых автомобилей, обычно имеют две характерные точки: за кабиной у переднего конца платформы, где определяется макси­мальный положительный момент, и у заднего кронштейна задней рессоры, где достигается максимальный отрицательный момент [5]. Размеры сечений лонжеронов должны также обеспечивать проч­ность на кручение. Как известно, тонкостенные стержни откры­того профиля, которыми являются лонжероны и поперечины рам, плохо противостоят скручивающим нагрузкам.

При закручивании таких стержней напряжения распределяются весьма неравномерно по сечению. Особенно неблагоприятно рас­пределение напряжений в местах соединения лонжеронов с попере­чинами. Основной причиной выхода рамы из строя являются уста­лостные разрушения лонжеронов и поперечин в местах наибольшей концентрации напряжений, а именно, в местах крепления попере­чин к лонжерону, при этом разрушения обычно начинаются от отверстий под заклепками. Этим объясняется стремление к созда­нию сварных конструкций рам, обладающих большей усталостной прочностью.

Угол закручивания рамы зависит от ее жесткости. С увеличе­нием жесткости рамы угол закручивания снижается и снижается величина деформации, но растут напряжения. Понизить напряже­ния в местах крепления поперечин можно уменьшением жесткости узлов рамы, например, путем крепления поперечин не к полкам, а к стенкам лонжеронов. Однако снижение жесткости возможно только в определенных, установленных практикой пределах, так как в противном случае резко возрастают нагрузки на платформу и кабину.

Как показали испытания клепаных и сварных рам, жесткость в процессе эксплуатации не остается постоянной. После пробега 10—20 тыс. км. жесткость клепаной рамы снижается до 0,6—0,7 от первоначального значения. На сварных рамах жесткость также несколько снижается, главным образом потому, что прижатые после контактной сварки поверхности частично расходятся, снижая сопро­тивление трению. Однако в сварных рамах жесткость снижается незначительно — в пределах 5—15%. Поэтому при проектирова­нии сварной рамы ее жесткость можно принимать на 25—30% ниже рассчитанной для клепаной рамы.

Кабина не является несущей конструкцией. Корпус кабины состоит из основания, передней стенки — щита мотора и ветрового проема, задней стенки — панели задка и крыши.

Кабину автомобиля ЗИЛ-130 крепят к раме в четырех точках. На кабину действуют силы, вызывающие изгиб от статической и динамической симметричной вертикальной нагрузки, — масса пас­сажиров и оборудования; кручение — от раскачивания массы кабины и от перекосов рамы в различных дорожных условиях; вибрации — от колебания подвески с частотой 7—10 Гц. Наиболь­шая масса (50%) приходится примерно на середину кабины, ближе к задней стенке и распределена поперек кабины.

Почти вся основная нагрузка, вызывающая изгиб (масса води­теля, пассажиров, сидения), передается через продольные несущие элементы, которые работают как балка на двух опорах. Поэтому поперечная жесткая система должна быть надежно связана с про­дольными несущими элементами для равномерного восприятия нагрузок.

Момент, возникающий от раскачивания кабины и груза, попе­ременно нагружает продольные элементы с одной стороны, увели­чивая их изгиб и уменьшая изгиб с другой стороны. Нагрузка от перекоса рам на участках между креплениями кабины восприни­мается передней и задней стенками, которые обычно выполняют достаточно жесткими.

Вибрационные знакопеременные нагрузки более всего прояв­ляются в местах крепления кабины, навески дверей, крепления сидений. Значительные деформации в этих узлах могут привести к усталостным разрушениям или остаточным деформациям.

В последних моделях все больше применяют кабины, располо­женные над двигателем. Это позволяет значительно увеличить размеры платформы без увеличения общей длины автомобиля, а также улучшить обзорность.

Вместе с тем возможность доступа к двигателю обеспечивается наклоном кабины, что вызывает дополнительные сложности в изго­товлении и предъявляет повышенные требования к жесткости ка­бины. Элементы кабин получают обычно методом штамповки. Для увеличения жесткости предусматривают различно направленные (в зависимости от положения деталей в кабине) выштамповки, а также отбортовки.

ВЫБОР МАТЕРИАЛА

При выборе низколегированной стали необходимо учитывать ее чувствительность к концентраторам напряжений и усталостную прочность сварного соединения этой стали.

Показано [1, 15], что наилучшими свойствами обладает ниобие - вая сталь типа 10Г2Б с содержанием 0,08—0,12% С, 1,14—1,4% Мп; 0,3—0,5% Si, 0,035—0,045% Nb, 0,025-0,030% S, 0,015-0,03% P. Сталь хорошо сваривается всеми способами сварки. Повышение твердости в околошовной зоне не превышает 4%, в то время, как для стали СтЗ — 7%, а для традиционных низколегированных сталей типа 15ХСНД—15—18%. В сварном соединении не на­блюдается резко выраженных структур перегрева — видманштета или мартенсита. Зона перегрева представляет собой структуру бейнитного типа.

Нио^иевая сталь 10Г2Б при толщине 12 мм обладает высокими прочностными свойствами — ат ^ 40 кгс/мм2 и ав ^ 54 кгс/мм2, при удовлетворительной пластичности (б10^21%). При низких температурах до —60 °С, несмотря на повышение прочностных свойств, она сохраняет высокие значения относительного удли­нения б5^36%; относительного сужения и ударной вязкости 'ф^65%; 4 кгсм/см2. Предел выносливости сварных сое­

динений при испытании на изгиб и симметричном цикле нагру­жений на базе 5-Ю8 циклов для стали 10Г2Б имеет значение 12,5—14,0 кгс/мм2, что примерно на 30—40% выше, чем для малочувствительной к концентраторам напряжений низко­углеродистой стали СтЗ или равнопрочной низколегированной стали 15ХСНД. Высокие достоинства этой стали объясняются тем, что ниобий частично легирует твердый раствор и уменьшает действительное и аустенитное зерно стали.

Картеры мостов рациональнее изготовлять из низколегирован­ных сталей 10Г2Б, 17ГС, 12Г2АФ вместо стали марки 40 или 35. После закалки т. в. ч. стали 10Г2Б, 17ГС, 12Г2АФ позволяют получить более высокие механические свойства, чем сталь 40 после объемной термообработки с закалкой в масло.

Вместе с тем низколегированные стали 10Г2Б, 17ГС, 12Г2АФ обладают хорошей свариваемостью. Вероятность возникновения горячих и холодных трещин при сварке этих сталей практически незначительна.

Применение легированной стали может быть оправдано только в случае, если требуемые свойства не могут быть получены термо­обработкой низколегированной стали. При выборе стали и про­цесса термообработки необходимо ориентироваться на процессы т. в. ч., так как оборудование для этих процессов хорошо встраи­вается в общую поточную или автоматическую линию.

Большинство элементов сварных конструкций автомобиля полу­чают штамповкой. Поэтому при назначении металла сварной кон­струкции необходимо, в зависимости от изделия, учитывать хоро­шую штампуемость, т. е. возможность получения детали необхо­димой геометрической формы и размеров, без надрывов, гофр, трещин.

Для деталей, подвергающихся глубокой вытяжке (передок, половинки топливного бака), применяют тонколистовые стали марок 08кп, 08Ю по ГОСТ 9045—70. Эти марки прокатывают из кипящей стали, раскисленной кремнием, при содержании кремния не более 0,03%. Для этих сталей регламентируется зерно феррита № 6—9, так как при более крупном зерне обнаруживаются разрывы при глубокой вытяжке. При уменьшении зерна возрастают упругие свойства листа, что затрудняет придание постоянства форме. Угле­род в этих сталях не превышает 0,08%.

Для глубокой вытяжки и облицовочных деталей листы постав­ляют гладкими в дрессированном состоянии (прокатанные с малым обжатием).

При изготовлении некоторых узлов и деталей автомобиля необходимо предусматривать покрытие металла. При производстве топливных баков машин с бензиновыми двигателями широко приме­няют освинцованный лист с покрытием из сплава ПОС 12 по ТУ-909. Значительно экономичнее применять оцинкованный лист: стойкость освинцованного листа недостаточна высока, так как трудно дости­гается сплошность покрытия. Известно, что цинк обладает более высоким потенциалом, чем железо, т. е. в условиях атмосферной коррозии, когда образуется электрохимическая пара, корродирует цинк покрытия, предохраняя тем самым основной металл. Вынос­ливость сварного соединения оцинкованной стали в коррозионных условиях оказывается выше выносливости сварного соединения низкоуглеродистой стали [14].

Оцинкованный металл широко применяют для изготовления пола кабины и брызговиков, деталей, особенно подверженных атмосфер­ной коррозии. Детали автомобиля из оцинкованной стали служат в 2—2,5 раза больше, чем изготовленные из обычной стали. Этим объясняется все более растущий объем применения оцинкованной стали [9] в автомобилестроении. Так^в автомобильной промыш­ленности США за 10 лет (1955—1965 гг.) потребление оцинкованной стали возросло почти в 10 раз (с 80 до 750 тыс. т).

Наиболее благоприятны условия для сварки при использовании оцинкованного листа с односторонним покрытием. При этом ослож­няется процесс штамповки, так как можно перепутать покрытую и непокрытую стороны листа.

Хороших результатов достигают при сварке листов с электро­литическим покрытием толщиной 5—8 мкм. Значительное удоро­жание электролитически покрытого цинкового листа ограничивает его применение.

Наиболее широко применяют горячеоцинкованный лист тол­щиной покрытия 20 ±5.мкм, марки 08кп по ВТУ автомобильной промышленности.

Режимы и технология как шовной, так и точечной сварки оцин­кованного листа, еще не достаточно хорошо отработаны. Как

показывают исследования, проведенные на ЗИЛе, при точечной контактной сварке оцинкованного листа резко увеличивается сопро­тивление контакта электрод — деталь. Однако рекомендации в ли­тературе увеличивать в связи с этим значения силы сварочного тока неправильны, так как ведут к резкому скачку тепла, выделяе­мого в контакте электрод — деталь, выплескам и некачественной сварке.

В начальный момент сварки, пока происходит плавление и выдавливание цинка, наблюдается настановившийся режим сварки. Поэтому время сварки оцинкованного листа должно быть достаточ­ным для получения стабильного режима сварки.

С увеличением толщины покрытия качество сварки стабилизи­руется при меньшей силе тока и большем времени сварки по срав­нению со сваркой непокрытых листов. Давление на электродах следует несколько увеличивать. Стойкость электродов на мягких режимах снижается. Наилучшей стойкости достигают применением медно-циркониевых электродов типа МЦ-5А.

Наиболее эффективно осуществлять сварку оцинкованного листа на жестких режимах путем применения конденсаторной сварки. В этом случае покрытие практически не нарушается и, сопротив­ление контакта электрод — деталь не меняется и не превышает сопротивления контакта деталь — деталь.

Широкое применение для наплавки клапанов получили жаро­прочные стали. Наплавка должна осуществляться механизирован­ными способами. Нанесение кобальтовых сплавов типа ВЗК дуго­вым или плазменным способом исключено, так как сплав обога­щается железом из основного металла, что резко снижает его жаро­прочность и антикоррозионные свойства. Поэтому наплавку ко­бальтового сплава осуществляют малопроизводительным процес­сом — ацетиленовой горелкой. Кобальтовые сплавы имеют высокую холодную твердость HRC 40—45 при высокой вязкости, что крайне затрудняет обработку лезвийным инструментом.

Высокими достоинствами обладает хромоникелевый сплав Х25Н40В6 [8], разработанный в ИЭС им. Патона. Даже при содер­жании железа до 28% сплав сохраняет высокие жаропрочные свойства. Горячая твердость сплава Х25Н40В6 при 800 °С состав­ляет HV 140—150 и несколько выше чем у сплава ВЗК, не содер­жащего железа. Сплав обладает высокой коррозионной стойкостью, которая оценивалась по потере массы, отнесенной к поверхности образца, при температуре 910 °С в среде окиси свинца и составила 17 г/(дм2-ч). Кобальтовый сплав при таком же содержании железа имеет примерно в 2 раза меньшую стойкость, а при содержании железа 2—3% (обычном для этого сплава) коррозионная стойкость такая же, как у сплава Х25Н40В6.

Плазменная наплавка сплава Х25Н40В6 в виде металлокерами­ческих колец — высокопроизводительный процесс, хорошо под­дающийся автоматизации. Холодная твердость сплава относительно невысокая — HRC 38—42, что позволяет обрабатывать клапаны после наплавки лезвийным инструментом. Клапаны, наплавленные сплавом Х25Н40В6, обеспечивают пробег около 200 тыс. км на грузовых автомобилях ЗИЛ-130.

КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ И СХЕМА РАСЧЕТА

Наиболее широкое применение в автомобилестроении получили: контактная сварка — точечная, рельефная и шовная, стыковая, как контактная, так и трением, а также дуговая сварка в среде С02. Это объясняется возможностью автоматизации и механизации этих

а — сварные соединения, выполненные автоматической сваркой в С02; б — сварные соединения, выполненные сваркой трением: / — вилка; 2 — шлицевая втулка; 3 — труба кардана; 4 — уплотнительная заглушка

процессов, что является обязательным условием для массового производства.

Сварные соединения деталей первой степени ответственности.

Карданные валы. Необходимость обеспечить работоспо­собность карданных соединений в пределах пробега автомобиля до 250 тыс. км предъявляет два основных Требования к качеству сварных соединений.

1. Обеспечить требуемую механическую прочность сварных соединений вилки 1 и шлицевой втулки 2 с карданной трубой 3 (рис. 1),

где огтд = огтср; о3 = У <т£ + 4тк; здесь аи—напряжение изгиба; тк — напряжение кручения;

В общем случае запас прочности при совместном действии изгиба и кручения

ат — предел текучести, полученный при растяжении стан­дартных образцов ф 10 мм;

Ф — коэффициент, учитывающий диаметр валов; берут в за­висимости от диаметра вала.

Диаметр вала, мм................................ 20..... 30 50 100

Ф....................................................... 0,9 0,85 0,8 0,76

Для сварных соединений с соотношением ^ = 0,45-ь 0,60 запас прочности можно принимать пе = 1,15 - г - 1,60.

Для сварных соединений с соотношением ^ = 0,60-ь 0,85

пс = 1,5 —2,0.

При торможении автомобиля до юза без выключения сцепления или при трогании с места с использованием кинетической энергии маховика возникает инерционный момент.

В грузовых автомобилях с обычным сцеплением и двухскатными колесами инерционный момент, нагружающий трансмиссию, может в 2 раза превысить максимальный момент двигателя, подсчитанный по скоростной характеристике, с учетом передаточного числа прямой передачи -коробки передач [6]. Расчет сварных соединений трансмиссии автомобиля необходимо проводить по максимальным пиковым значениям крутящего момента — Мктах* С учетом этого сварные соединения кардана можно рассчитать по формуле

Лїктах ^ (1,5 - т~ 2,0) Лїдгпах^г»

где Лід max — максимальный крутящий момент двигателя; і, — передаточное отношение трансмиссии.

Для грузового автомобиля ЗИЛ-130 Мдтах = 41 кгс-м, іт = = 7,41, Лік max = 1,5 X 41 X 7,41 » 460 кгс-м.

Таким моментом периодически скручиваются карданные валы. Сварное соединение, выполняемое автоматической сваркой в С02, рассчитано на 520 кгс-м. Многолетняя практика показывает, что как при испытании, так и в условиях эксплуатации, разрушения по сварному соединению не наблюдаются. При выполнении сварного соединения, как показано на рис. 1, б, с помощью сварки трением механическая прочность сварного соединения кардана оказывается
несколько выше прочности основного металла вилки. При сплю­щивании трубы разрушение происходит по основному металлу вилки.

Предел выносливости карданных валов, сваренных трением [31, не ниже предела выносливости карданных валов, изготовленных с применением дуговой сварки. Наличие отворотов при сварке трением несколько снижает предел выносливости [2]. Однако проведенные нами исследования этого не подтвердили.

2. Конструктивное оформление сварных соединений и способ их выполнения должны обеспечить минимальный развод ушков вилки / по размеру 118_0,о7 и минимальную несоосность отверстий ф 39„0,о4 (рис. 1, а). Проведенные экспериментальные дорожные исследо­вания показали, что несоосность отверстий ф 39 должна быть в пределах не более 0,04. Карданные передачи, изготовленные с такими точностями, в сочетании с рядом других мер, обеспечи­вают их работоспособность на пробег автомобиля в 250 тыс. км.

Сварные соединения типа, показанного на рис. 1, я, не обеспечи­вают указанных требований, так как дуговая автоматическая сварка вызывает деформацию ушков и смещение осей отверстий, а перекос подшипников резко снижает долговечность карданной передачи.

При значительной деформации необходимую соосность отверстий можно получить только путем расточки или хонингования кардана в сборе, что резко удорожает стоимость изготовления кардана. Требуемая точность, изготовления может быть получена примене­нием соединений, показанных на рис. 1, б. При размере 94 мм от торца вилки до оси отверстий ушков несоосность ушков в результате сварки находится в пределах 0,010—0,02 мм.

Стабильность размеров и минимальные деформации объясняются: уменьшением времени нагрева стыкового соединения с 20 с при дуговой сварке до 4 с при сварке трением, при этом температура нагрева несколько ниже, чем при сварке в С02 и составляет 1100—1200° С;

увеличением расстояния от оси шва до оси отверстия ушков с 72 мм при дуговой сварке до 94 мм при стыковой сварке трением (без изменения длины штамповки за счет ее полного использования);

большей равномерностью нагрева всего сечения при сварке трением.

Шлицевую втулку 2 кардана с уплотнительной заглушкой 4 (рис. 1, б) также сваривают встык трением. Сварное соединение шлицевой втулки 2, заглушки 4 и трубы кардана 3 (рис. 1, б) должно быть герметичным во избежание попадания смазки из шлицевой втулки в трубу кардана. Наилучших результатов достигают при предварительной запрессовке заглушки во втулку, что исключает ее выпадание или перекос при последующей сварке трением. Одно­временная сварка двух стыков обеспечивает требуемые чертежом соосность всего карданного вала, а также правильное положение оси шлица втулки относительно оси кардана (со смещением в пре­делах 2°).

Вал рулевого управления является одной из наи­более ответственных деталей при эксплуатации автомобиля.

Наибольшую надежность соединения достигают применением стыковой сварки трением наконечника 1 из стали 45 и трубы 2 из стали 35 (рис. 2, а) вместо контактной сварки оплавлением. Это главным образом объясняется стабильностью режима сварки трением. При сварке оплавлением внешняя поверхность трубы под­вергалась шлифованию — на бесцентрово-шлифовальном станке. Ввиду наличия некоторой неконцентричности чистота поверхности, а следовательно, и переходное сопротивление не являются постоян­ными. Брак при сварке оплавлением составлял 1,5—2%, при сварке

	7Г77УУ
	у мшнишжА	ш

«)

2Ї2 250 11 17 222 250) *сГ рш 1 yTya Й V' і к 5 г*» 3,5 ¥ 3,5 чг-

2,5 1 S)

Рис. 2. Вал рулевого управления:

■ сварка трением; б — твердость ИВ сварного соединения (сварка трением): 1 — на­конечник; 2 —- труба

трением менее 0,1%. Незначительное увеличение твердости в стыке (рис. 2, б), сваренном трением, исключает необходимость примене­ния термообработки перед срезжой отворотов.

Сварные соединения в рулевом управлении рассчитывают, опре­деляя момент сопротивления повороту колес на месте (Л1С, кгс-м) и по величине сопротивления определяют нагрузки в деталях рулевого управления [10]:

где Ga — нагрузка на переднюю ось, кгс;

— коэффициент трения шины о грунт; рш —давление воздуха в шине, кгс/см2.

Эта эмпирическая формула дает достаточно близкие к действи­тельности результаты.

Для расчета прочности сварного соединения вала руля принят автомобиль ЗИЛ-ММЗ-555, у кбторого нагрузка на переднюю ось принимается 2840 кгс, давление в шинах 3,5 кгс/см2, коэффициент трения р. = 0,85. Тогда Мс = 230 кгс-м. Эта расчетная величина согласуется с тензометрированием на автомобиле, при котором момент оказался равным 200—260 кгс-м.

Учитывая, что передаточное число (отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота вала рулевой сошки) рулевого механизма машины і = 20 [10], к валу руля может быть гіршґожен момент ~ 10—13 кгс-м. С учетом неожиданного препятствия можно принять момент, приложенный к валу руля, УИр = 26 - ь 30 кгс-м.

Испытания сварного соединения вала руля на кручение пока­зали, что разрушение происходит по основному металлу при прило­жении момента 205—224 кгс-м. Сварка трением обеспечивает равно - прочность сварного соединения основному металлу. Таким образом, предусмотренное чертежом сечение основнбго металла обеспечивает запас прочности пе = 8.

Картеры ведущих мостов. В машинах с зависимой подвеской ведущий мост можно рассматривать, для предваритель­ного расчета, как пустотелую жесткую балку, связывающую колеса и работающую на изгиб. Наиболее опасным является сечение А—Af совпадающее с осью рессор (рис. 3, а), которое рассчитывают на поперечный изгиб моментом Мв (кгс-м) силой Q с учетом коэф­фициента динамичности Яд = 2,0 + 2,5:

MB = QBR„

где 2Q — нагрузка на шины колес, кгс; В — полуразность между колеей. колес и расстоянием между рессорами, см.

d-ц — d

Толщиной стенки 6 = —2— обычно задаются для грузовых

автомобилей в пределах 8—13 мм.

Диаметр рукава <2в определяют из условия

db-d* QBRK

0,1

dB М. '

Из данных табл. 1 (рис. 3, а) следует, что фактически принятое значение расчетного напряжения для картеров ЗИЛ-130 и ГАЗ-53 не превышает а = 10 кгс/мм2 и запас прочности сварного соедине­ния находится в пределах 3—4.

Сварное соединение цапфы с балкой картера моста является одним из наиболее нагруженных, особенно в двухосных автомобилях. В соответствии с результатами длительных испытаний сварные соединения балки автомобиля ЗИЛ-130 (двухосного) должны выдер­живать без разрушения пульсирующую нагрузку 17 т на базе 10е циклов испытания. Выносливость сварного соединения опреде­ляют экспериментально, путем стендовых усталостных испытаний. Мост нагружают по рессорным площадкам пульсирующей нагрузкой с максимумом, равным (2 2,5) 2Q, что воспроизводит достаточно

верно дорожные условия эксплуатации. Стрела прогиба (мм) при

частоте пульсаций 120—130 циклов в минуту не должна превышать / - 0,00125 К (рис. 3, б).

Выносливость картеров при наклонном положении банджо резко снижается.

Рис. 3. Картер ведущего моста: а — опасное сечение А—А; б -*■ стрела прогиба

Возможны два типа сварных соединений картера с цапфой (рис. 4, б, в).

При прямоугольном сечении балки картера и цапфы предел выносливости имеет большой разброс показаний. Это объясняется тем, что выдержать заданный R9 на балке при горячей штамповке, а тем более на цапфе, изготовляемой на горизонтально-ковочных машинах, не представляется возможным. Разброс по толщине

1. Картеры ведущих мостов Параметры ЗИЛ-130 ЗИЛ-131 зил-ізов ГАЗ-53 Грузоподъемность, Т...................... 5,0 6,0 7,5 4,0 Нагрузка на шины 2Q, кгс. . . 6950 7900 9000 5250 Колея колесная, мм....................... 1790 1790 1790 1650 Расстояние между рессорами, мм. 1016 1016 1016 1015 Полу разность между колеей колес и расстоянием между рессо­рами В, мм............................................................ 387 387 387 318 Изгибающий момент в сечении A —A MB = QB, кгс-м..................................... 134 500 153 000 174 000 80 000 1V7 SW—sW, w~ ш см3.............................................. 144 144 174 110 Напряжение а = ~ , кгс/см2 . . 932 1006 1000 810 Предел текучести картера аг, кгс/см2............................................................. 3200 3200 3200 3200 Запас прочности картера яе = GT а 3,43 3,02 3,2 3,95

стенки в радиусной части колеблется в пределах 10—15 мм. Сварное стыковое соединение в этом случае выполняют со значительными дефектами: смещением кромки, наплывом металла, что резко сни­жает выносливость. Сварка балок сечением как на рис. 4, в, может осуществляться дуговой сваркой в среде С02 и сваркой трением. Достижение полного проплавления по всему сечению стабильно обеспечивается применением сварки трением. Для обеспечения полного проплавления при дуговой сварке необходимо вводить специальные подкладки (ва избежание протекания металла шва). Трудности ввода подкладки и наличие неплотностей, образующихся между медной подкладкой и необработанной внутренней поверх­ностью балки картера, практически делают нецелесообразным такой способ сварки. Иногда применяют соединение, показанное на рис. 4, г, которое позволяет получить стабильный провар по всему сечению. Наличие остающейся подкладки вводит в конструк­цию соединения естественный концентратор напряжений и значи­тельно снижает усталостную прочность. Наиболее работоспособным является соединение, выполненное сваркой трением (рис. 4, в).

Помимо приведенных выше преимуществ по сравнению со сты­ковой сваркой оплавлением сварка трением цапф и балок картера позволяет отказаться от дорогостоящей операции срезки грата и брызг металла, неизбежных при контактной сварке оплавлением. Наличие брызг металла и грата на внутренней полости картера
недопустимо. Попадание брызг металла или грата в масляную ванну приводит к выходу из строя зубчатой передачи.

Значительную роль при выборе сварного соединения играют марка металла и характер термообработки. При производстве кар­теров ведущих мостов автомобилей ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131 до послед­него времени применяли на цапфе 4 (рис. 4, а) сталь 40Х, а на

А-А

R9

±

в)

г J А1 5 •

'/////?/£

г)

	К
	т
	%

Рис. 4. Сварные соединения картера ведущего моста:

а — общий вид; б — прямоугольное сечение балки; в —- круглое сечение балки; г — со­единение в замок; д — неправильное сварное соединение накладки; е — правильное свар­ное соединение электрозаклепкой; ж — правильное сварное соединение кольцевым швом; 1 — фланец картера; 2 — крышка картера; 3 — балка картера; 4 — цапфа; 5 — фланец

цапфы картера

балке 3 сталь 40 для картеров ЗИЛ-130 и сталь 35 для картеров ЗИЛ-131. Сварные балки подвергали объемной термообработке: закалке и отпуску. При указанном конструктивном сочетании металла цапфы и балки закалку балки можно было осуществлять только в масле. Эффект закалки резко снижался. Анализ многолет­них усталостных и механических испытаний балки картера поз­волил установить:

наиболее нагруженной зоной в мостах ЗИЛ-130 при вертикально расположенном банджо является зона стыкового сварного соеди­нения;

в мостах ЗИЛ-131 при горизонтальном расположении банджо, кроме зоны стыкового сварного соединения, значительные напря­
жения концентрируются на участке перехода от крышки 2 (рис. 4) к балке картера 3;

крайне опасные при движении автомобиля разрушения наблю­даются в зоне сварки круглого тормозного фланца 5 (рис. 4).

В условиях эксплуатации выявились еще два слабых места: образование трещин и разрушение по сварному соединению реак­тивных рычагов; быстрый износ балки картера в местах установки кронштейна рессор.

На мостах ЗИЛ-130 разрушения начинались в нижней части зоны стыкового соединения — там, где развиваются в условиях эксплуа­тации значительные растягивающие напряжения. На мостах ЗИЛ-131, устанавливаемых горизонтально, разрушения, как пра­вило, начинались со стороны крышки, в зоне сварного шва, так как здесь также развивались значительные растягивающие напряже­ния.

Ряд конструктивно-технологических решений позволил заметно улучшить технологичность и работоспособность сварных мостов.

Для балки картера мостов ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131 была предложена сталь 17ГС, а для цапф — сталь 35. Процесс объемной термообра­ботки заменен процессом термообработки т. в. ч., что позволило ликвидировать огромные закалочные и отпускные электропечи. При этом жесткость балки при разрушающей нагрузке не измени­лась. Учитывая особенности работы балки картера, применительно к мостам ЗИЛ-130, ЗИЛ-131 термообработка предусматривает: нормализацию стыкового сварного соединения для ликвидации структурного концентратора напряжений;

закалку цапфы т. в. ч. и получение при этом мелкозернистой структуры, хорошо работающей на износ [13];

дополнительную термообработку зоны стыкового шва, обеспе­чивающую создание остаточных напряжений сжатия в наиболее опасной зоне — нижней плоскости стыкового соединения.

Усталостные испытания мостов, изготовленных из стали 17ГС и подвергнутых описанной термообработке, проводились на стенде «пульсирующие домкраты ПД» со знакопеременным нагружением 2QRr = 17,0 т на базе 106 циклов. Нагрузка прикладывалась в вертикальной плоскости к рессорным площадкам.

Средняя долговечность картеров ЗИЛ-131, изготовленных из стали 17ГС, оказалась несколько выше средней долговечности картеров, изготовленных из стали 35. При этом более высокая стабильность результатов (рис. 5) испытаний картеров из стали 17ГС указывает на меньшую вероятность разрушения.

На участке перехода крышки картера к балке имеется конструк­тивный концентратор в месте перехода крышки толщиной 6 мм на картер толщиной 10 мм, а также технологический, ввиду наличия усиления кольцевого шва. Применение обработки дробью опасного участка позволило создать в этой зоне остаточные сжимающие
напряжения и увеличить среднюю величину предела выносливости в 3—4 раза.

При существующей конструкции картеров тормозной круглый фланец из стали 35 устанавливают на цапфе из стали 40Х и свари­вают двумя кольцевыми швами. Качественная дуговая сварка таких сталей затруднена [17]. Применение круглого сечения конца балки картера (рис. 4, в), а также внедрение стали 17ГС позволили пере­нести установку круглого фланца на балку картера вместо цапфы.

0,95 М 0,8 0,7 0,6 і 0,5 !«г

—I—ГГ 1780000

-1

Д оверительные ^ бооооо

границы #=90 %

7200000-

■й

I

і

Доверительный границы ^-90%, J092 ООО^

I!

Ж 10’

□ - сераиные

О* по новой технологии

Ж

4 6 810* 2 Число циклов *)

І в 8107 Z

1Q3

Ч - s 8Юе г Число циклов Ч)

* В 8W7

Рис. 5. Кривые распределения долговечности картеров: а — передних; б — задних; / — сталь 35; 2 — стали 17Г1С и 17ГС

Установка круглого фланца на балку создает, однако, дополни­тельную жесткость и приводит к повышенной концентрации напря­жений. Так как сварной шов расположен близко к зоне конструк­тивного концентратора в месте перехода прямоугольного сечения в круглое, концентрация напряжений еще более растет. Наличие полностью замкнутого кольцевого шва препятствует пластиче­скому деформированию на участке фланца в нижней плоскости, где развиваются растягивающие напряжения. Поэтому сварной коль­цевой шов на фланце целесообразно выполнять с разрывом в пре­делах угла 90° в зоне растянутых волокон.

При усталостных испытаниях картеры со сплошным швом выдер­жали N і = 488 900, N2 = 756 ООО и Л[3 = 726 399 циклов, а кар­теры с разомкнутыми на 90° швами выдержали при той же величине нагружения N± = 1 037 158 и iV2 = 1 015 574 циклов.

Для предотвращения износа балки картера в местах крепления кронштейна опоры рессор на балку устанавливают дополнительную накладку. Применение сварного соединения, показанного на рис. 4, д, резко снижает усталостную прочность, так как сварной шов располагается рядом с радиусной частью балки, в которой в значительной мере исчерпана пластичность металла. Наиболее целесообразно применять сварные соединения, показанные на рис. 4, е—жу которые обеспечивают высокий предел выносливости. В этом случае шов располагают вблизи нейтральной оси.

Реактивные штанги применяют в трехосных автомо­билях для предотвращения проворота мостов — среднего и заднего в момент торможения или поворота, они связывают кронштейны

Рис. 6. Реактивная штанга:

а — стыковая сварка оплавлением; б — сварка трением; 1 — наконечник; 2 — труба

530±0,5

530і 0,5

п

рамы с реактивными рычагами на картере моста. Реактивные штанги испытывают в процессе эксплуатации знакопеременное нагружение, растяжение, сжатие. Испытания на выносливость показали, что при сварке трением достигается увеличение последней в 1,6—2 раза в зависимости от конструкции штанги.

При сварке реактивных штанг (рис. 6) должно быть обеспечено отклонение по размеру 530 в пределах ±0,5 и непараллельность плоскостей П и Пг в пределах 1 мм (рис. 6, б).

Применение стыковой сварки оплавлением заставляет исполь­зовать нетехнологичные штамповки с удлиненным хвостовиком, припуск на оплавление составляет 6—7 мм на сторону. При этом наличие видманштетовой структуры в зоне перегрева требует нормализации сварного соединения, а сварочные деформации вынуж­дают применять расточку ушков после сварки., Сварка трением позволяет обходиться без последующей термообработки, припуск на осадку составляет всего 3—4 мм на сторону. Кроме того, сварка трением дает возможность сваривать детали /, окончательно обра­ботанные в соответствии с чертежом, с деталями 2 и выдерживать указанные выше требования чертежа.

Сварные соединения деталей второй степени ответственности. Замена заклепочных соединений сваркой без существенного изме­нения конструкции не приводит к увеличению усталостной проч­ности рамы. Сварные точки для крепления поперечин к лонжерону, выполняемые либо контактной сваркой, либо дуговой сваркой,.

являются примерно такими же концентраторами напряжений, ка­кими являются отверстия, пробиваемые для заклепочного соеди­нения.

Наиболее высокая усталостная прочность применительно к кон­струкции сварной рамы достигнута применением стали 10Г2Б. Близ­кие показания по выносливости имеет разработанная также Укр - НИИМЕТ сталь 15ГЮТ.

Рис. 7. Сварная рама:

а — стыковое соединение трубчатых поперечин с отбортовками в лонжеро­нах; б — стыковое сое­динение трубчатых попе­речин без отбортовок в лонжеронах; в — соединения лонжеронов с поперечинами открытого типа, двутаврового сечения; г — соеди­нения лонжеронов" с поперечинами открытого типа, швеллерного сечения; д — сварные соединения швеллерной поперечины с лонже­роном рамы; 1 — косынка; 2 — полка лонжерона; 3 — поперечина

В сварной раме основные конструктивные изменения претерпе­вают поперечины рамы. Разработаны, испытаны и применяются поперечины: трубчатые, закрытые и открытые — двухтаврового или швеллерного сечений.

Рамы с трубчатыми поперечинами обладают определенными преимуществами. Приложение к такой раме кососим­метричных нагрузок не вызывает значительных дополнительных напряжений лонжеронов от кручения, так как, не будучи стеснен­ными в узлах, лонжероны, по причине их малой жесткости на кру­чение будут закручиваться без существенного сопротивления (рис. 7). Основное сопротивление кручению будет восприниматься попере­чинами. Трубчатые поперечины обеспечивают равномерное распре-

деление напряжений как по сечению, так и по длине поперечины. Возможны два варианта соединения трубчатых поперечин с вер­тикальными стенками лонжеронов: стыковые соединения попере­чин к выштамповкам с отбортовками в лонжероне (рис. 7, а); сты­ковые соединения поперечин к стенкам лонжеронов (рис. 7, б).

Наиболее благоприятными являются первые соединения, выпол­няемые контактной сваркой оплавлением. При отсутствии отборто - вок сварку следует производить на жестких режимах, при плотности тока в 2—3 раза большей, чем при обычной сварке встык. Такую конструкцию с применением дуговой сварки, используют в грузо­вых автомобилях грузоподъемностью до 3 т фирмы Мерседес-Бенц.

Сварные рамы ЗИЛ-ММЗ-555 с присоединением трубчатых попе­речин к лонжерону (рис. 7; б) подвергли испытаниям на специальной дороге, отличающейся симметрично расположенными неровностями, где рама подвержена повторно ударным малоцикловым нагрузкам. Испытания показали, что даже при наличии резкого перехода от стенки лонжерона к трубчатой поперечине сварная рама при пов­торно ударных нагрузках по работоспособности не уступает кле­паной раме.

Исследования, проведенные в Институте электросварки им. Е. О. Патона и НАМИ, показали, что сварная рама с трубчатыми поперечинами сечением 89 х 4,75 в исходном состоянии обладает жесткостью на 40% больше клепаной рамы. Так, значения крутя­щего момента для угла закручивания 5° (допускаемого по условиям эксплуатации) составили для клепаной рамы Мк = 400 кгс-м, а для сварной Мк = 555 кгс-м. Как уже отмечалось, фактическая жесткость клепаной рамы в условиях эксплуатации еще ниже.

При принятой конструктивной схеме рамы жесткость рамы при закручивании определяют поперечины. Следовательно, снизить жесткость можно уменьшением значения полярного момента сече­ния трубы: /р == 0,1 (D4— dl) см4. Однако выбор необходимого сечения труб затрудняется ограниченностью типоразмеров в стан­дарте. Это в основном ограничивает использование сварных рам в нашей промышленности.

Возможности увеличения работоспособности сварных рам данной ' конструкции за счет уменьшения конструктивного концентратора при переходе от стенки лонжерона к трубчатой поперечине путем применения выштамповок с отбортовками в лонжероне в достаточной мере не исследованы.

Рамы с открытыми поперечинами двутаврового (рис. 7, в) и швеллерного типов (рис. 7, г) могут иметь крепления:

косынками 1 (рис. 7, 5) кольцевым швом дуговой сваркой к пол­кам поперечины, и косынками 1 к полкам лонжерона 2 (рис. 7, д) точечной (или рельефной) контактной сваркой;

косынками 1 к поперечине и к полкам лонжерона точечной (или рельефной) контактной сваркой.

При толщине металла лонжерона 6,25 мм оптимальный диаметр сварных точек 22—23 мм, сварку выполняют с проковкой на повы­шенном давлении. По данным Института электросварки им. О. Е. Па­тона применение рельефной сварки вместо точечной ввиду отсут­ствия вмятин в местах постановки точек (примерно 20% от толщины металла), являющихся концентраторами напряжений, увеличивает выносливость такого соединения на 25%. Кольцевой шов обладает необходимым пределом выносливости при ф 60 мм. Достоинства такого шва в том, что начало и конец шва, являющиеся обычно концентраторами напряжений, здесь совмещены и замкнуты.

Испытания рам, построенных с поперечинами (второй и третьей) двутаврового сечения, на специальной дороге ЗИЛа показали, что вторая поперечина сварной рамы (наиболее нагруженная в рамах автомобилей ЗИЛ-ММЗ-555) проходила до появления первого по­вреждения в 3 раза больший путь, чем вторая поперечина клепаной серийной рамы.

Результаты испытания в условиях полного бездорожья указан­ных сварных рам и клепаных серийных рам ЗИЛ-ММЗ-555 при сред­ней скорости движения 50—60 км приведены в табл. 2.

2. Результаты дорожных испытаний сварных и серийных клепаных рам автомобиля ЗИЛ-ММЗ-555 Тип рамы Пробег, мм Дефекты Сварная 164 900 119 400 54 900 75 600 Трещина по сварному соединению стенки с пол­кой второй поперечины Трещина на полке лонжерона в зоне прилега­ния первой поперечины После пробега 83 500 км трещина по сварному шву полки второй поперечины Дефектов нет Клепаная 104 700 130 800 169 900 84 200 Трещина после 80600 км на вертикальной стен­ке правого лонжерона в зоне крепления передне­го кронштейна кабины После пробега 120 000 км трещина кронштейна второй поперечины Дефектов нет После пробега 74 000 км трещина кронштейна второй поперечины

Слабым местом рам с двутавровыми поперечинами являются швы на самой поперечине двутаврового сечения, что выразилось в появ­лении трещин по сварному шву полки поперечины. Применение поперечин швеллерного сечения позволит значительно увеличить выносливость сварных рам.

Топливные баки грузовых автомобилей емкостью 125, 170, 250 л изготовляют двух типов: составные типа «мыльница» (рис. 8, а) и свертные (рис. 8, з).

Сварные соединения топливных баков должны обеспечить проч­ность и герметичность в условиях вибрации бака в дорожных ус-

Лайка. а — топливный бак типа «мыльница»; б — паяное соединение фланца с половинкой топ­ливного бака; в — паяные соединения наливной трубы; г — паяное соединение горло­вины бака; д — рельефная сварка фланца с половинкой бака; е — шовная сварка с раз - давлением кромок наливной трубы; ж — шовная или дуговая сварка горловины бака; з — шовная сварка топливного бака свертного типа; / — труба; 2 — горловина; 3 — фла­нец; 4 — половинка бака; 5 — паранитовое кольцо; 6 — обечайка; 7 — донышко

ловиях. Для снижения гидравлических ударов применяют специаль­ные перегородки, крепление которых осуществляют точечной свар­кой.

Штамповка половинок бака с глубокой вытяжкой затруднена, поэтому для увеличения емкости, как правило, применяют баки свертного типа. Они позволяют унифицировать различные по ем­кости баки за счет изменения длины без изменения сечения, что способствует автоматизации процессов сварки.

Большинство выпускаемых топливных баков имеет паяные соединения фланцев (рис. 8, б), горловины (рис. 8, г), наливной трубы (рис. 8, в), обеспечивающие герметичность. Для получения необходимой прочности и облегчения сборки соединения перед пайкой сваривают точечной сваркой.

Наиболее рациональными и экономически целесообразными яв­ляются разработанные лабораторией сварки ЗИЛа сварные соеди­нения фланцев (рис. 8, д), наливной трубы (рис. 8, ё) и горловины (рис. 8, ж).

В предложенном соединении фланца 3 с половинкой бака 4 (рис. 8, д) толщиной 1,2 мм образуется естественный рельеф между отбортовкой отверстия ф 40 под 45° и внутренним диаметром фланца толщиной 4 мм. Сварка осуществляется на специальной конденса­торной машине МРК-4.

Кратковременность процесса при высоких плотностях тока обе­спечивает минимальную зону термического влияния. Свинцовое, или цинковое покрытие металла практически не нарушается. Парони - товое кольцо 5 предупреждает возможное шунтирование и обеспе­чивает необходимую плотность прилегания фланца к баку.

Наливная труба в сварном исполнении (рис. 8, ё) отличается устранением дополнительной детали горловины 2 (рис. 8, в) и изго­товлением наливной трубы из одной заготовки. Шовная сварка с раздавливанием кромок позволяет резко увеличить скорости сварки до 10 м/мин вместо обычных; 2 м/мин, так как Сварное соедине­ние образуется без получения литого ядра за счет совместного пластического деформирования [16]. При этом повышаются требо­вания к точности величины нахлеста в пределах (1—1,5)6 (б — толщина металла).

Горловина наливной трубы 2 под замок для крышки в этом случае образуется методом раскатки.

Применение сварных соединений бака вместо паяных позволяет с высокой экономической целесообразностью перевести изготовле­ние баков на полностью автоматизированную линию.

При производстве свертных баков участки продольного шва обечайки 6 (рис. 8, з) под запрессовку донышек 7 желательно вы­полнять с раздавливанием кромок, а перед установкой донышек под роликовую сварку осуществлять экспандирование обечайки, позволяющее фиксировать точные размеры обечайки.

Колесо грузового автомобиля состоит из обода и диска. Обод изготовляют из специального профиля стали СтЗкп толщиной 6 мм. Диск колеса штампуют из листовой стали 15 кп или СтЗкп, толщиной 8 мм. Обод колеса завивают из заготовок опреде­ленной длины, спрямляют концы длиной до 150 мм для облегчения зажима при стыковой сварке. Перед сваркой концы обода обреза­ются в размер.

После стыковой сварки непрерывным оплавлением и снятия грата осуществляют раскатку — экспандирование обода для при­дания необходимой формы, снятия остаточных напряжений и контроля качества стыкового шва.

Диск колеса в современных установках автоматически запрессо­вывается в обод колеса. При запрессовке обода осуществляется

его правка путем калибровки цилиндрической части обода и правки боковой закраины его в процессе напрессовки обода на диск.

В результате этого радиальное и торцовое биения не превы­шают на колесах ЗИЛ-130 2,0—2,5 мм, против 3,0 мм, предусмотрен­ных ГОСТ 10409—63 *.

Сварку внутренних и наружных швов диска осуществляют на специальных двухголовочных автоматах в среде С02 проволокой диаметром 4—5 мм при скорости сварки порядка 90 м/ч, катетом 6 мм.

Проведенные стендовые испытания колес, у которых выполнен только внутренний шов, на переменный изгиб [12] показали высокий предел выносливости сварных соединений, выполненных сваркой в С02. Введение наружного шва увеличивает общую жесткость колеса и несколько снижает выносливость. Дорожные испытания автомобилей ГАЗ-53 на колесах с внутренним швом показали их высокую выносливость. При этом разрушение происходит в зоне болтовых отверстий. При сварке двумя швами — внутренним и наружным, обнаруживаются также разрушения в зоне спиц диска1 по радиусу.

Сварные соединения деталей третьей степени ответственности.

Кабина и оперение. В конструкциях цельнометаллической кабины и оперения грузового автомобиля (рис. 9, а), так же как и кузова легкового автомобиля, в основном используют нахлесточ­ные соединения под точечную или рельефную сварку. Их получают путем отбортовки (рис. 9, б), подштамповки (рис. 9, в), забортовки (рис. 9,>г), гибки (рис. 9, д) и других способов соединения элемен­тов кабины.

При проектировании сварных соединений необходимо:

избегать расположения точек, выходящих на лицевую поверх­ность (если эту поверхность не удается закрыть декоративной накладкой), так как зачистка вмятин перед окраской приводит к утонению металла до 0,2 от его толщины и снижает прочность конструкции;

исключать размещение точек на лекальных кривых поверхно­стях, а также на поверхностях с малым радиусом, подгонка кото­рых под сварку крайне затруднена;

размещать точки с учетом максимальной доступности механи­зированными способами сварки.

Современное производство кабин характерно применением авто­матических линий сварки как отдельных узлов (пол, двери), так и кабины в сборе [18]. Автоматизация процессов сборки и сварки кабины предусматривает унификацию выпускаемых кабин при условии обеспечения взаимозаменяемости отдельных элементов кабины. Унификация кабин семейства автомобилей ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131 предусматривает одинаковые размеры сопрягаемых поверх­ностей, образующих сварные соединения. При этом геометриче-

12 Под ред. Куркина С. А.

ская форма и размеры элементов кабины различной модификации вне зоны расположения сварных соединений могут быть различ­ными.

г-г

Обеспечение взаимозаменяемости штампованных элементов ка­бины представляет определенные трудности, так как на детали,

в -*1

б •*1

Рис. 9. Сварные соединения кабины грузового автомобиля: а — кабина в сборе; б — д — различные типы сварных соединений кабины; е, ж — соединение боковой стойки с нижней панелью; 1 — боковая стойка; 2 - г нижняя панель

получаемые методом холодной штамповки, как у нас, так и за ру­бежом система допусков не разработана.

Для обеспечения взаимозаменяемости вводят систему контроль­ных мероприятий:

изготовляют контрольные приспособления на каждую штамповку (за исключением деталей, которые могут быть проверены универ-

сальным способом), а также на отдельные сварные подузлы, строго в соответствии с мастер-моделями и требованиями чертежа;

осуществляют доводку штамповок в соответствии с контрольными приспособлениями (а не наоборот);

изготовляют объемные шаблоны (тайпсы) для периодической подгонки штампов, по мере износа их рабочих частей, а также для подналадки сварочных приспособлений, контрэлектродов и элек­тродов;

изготовляют мастер-макет кабины (пластмассовый или алюми­ниевый) для периодической подналадки сборочных приспособ­лений;

собирают контрольную кабину на винтах (до пуска кабины в производство); контрольная кабина, собранная на винтах, поз­воляет определить технологичность сварных соединений и разрабо­тать необходимые меры по изменению конструкции изделия или штампа. Контрольная кабина позволяет судить о стабильности штамповок в течение длительного времени (несколько лет) путем периодической установки новых штамповок на ранее собранную кабину.

Контрольная кабина, собранная на винтах из сварных подузлов, позволяет оценить правильность конструкции сварочных приспособ­лений.

В условиях эксплуатации усталостная прочность кабины и ее сварных соединений в значительной мере зависит от постоянства жесткости рамы.

Средний угол закручивания рамы при движении автомобиля ГАЗ-53 по грунтовой дороге составляет ±3,5°, что соответствует вертикальным перемещениям точек переднего и заднего крепления кабины на раме соответственно ±10 мм и ±4 мм. Наибольший угол закручивания составляет ±7,5° и соответственно перемеще­ние достигает ±22,0 и ±10,0 мм.

Напряжения в передних кронштейнах крепления кабины при движении по булыжнику со скоростью 70 км/ч достигают 2640—4200 кгс/см2 [11].

Работоспособность и прочность кабины и оперения в значи­тельной мере зависят от правильного выбора конструкции и техно­логичности как штамповок, так и кабины в сборе.

В кабине грузового автомобиля ЗИЛ-130 при дорожных испыта­ниях в результате вибрационных нагрузок были обнаружены тре­щины длиной до 25 мм в зоне соединения наружной боковой стойки и нижней панели, в зоне отбортовки крыльев, а также в поясной линии панели задка.

Анализ первого дефекта показал, что причинами его являются:

нетехнологичность конструкции стыков штамповок, в резуль­тате чего на нижней панели 2 (см. рис. 9, ё) после отрезки и флан - цовки (в виду прямого угла) образуются надрывы металла;

острый угол, предусмотренный конструкцией кабин, при соеди­нении стойки 1 и нижней панели 2 является концентратором напря­жений.

Стык наружной панели и стойки был смещен на 40 мм в сторону РТ дверного проема (рис. 9, ж). Острый угол, образующийся в стыке нижней панели и стойки, исключен. Нижняя панель выполнена радиусом 25 мм, в зоне перехода к стойке. На панели двери вместо

острого угла введена соответственно отбортовка радиусом 20 мм. Такое конструктивное решение внедрено при производстве кабин и позволило полностью исключить указанный дефект.

При компоновке крыла со щитом двигателя предусматривался технологический вырез в отбортовке крыла (рис. 10).

Наличие такого выреза приводило к образованию концентра­торов напряжений и являлось причиной усталостных разрушений. После отмены выреза в крыле и введения соответствующей подштам - повки в щите двигателя разрушения в зоне крыла исключены.

Разрушения в поясной линии панели задка объяснялись тем, что уже при штамповке в зоне перехода в значительной степени исчерпывалась пластичность металла. Введение нагрева газовой горелкой с целью восстановления пластичности и снятия наклепа позволило исключить разрушение.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

Детали первой степени ответственности. Карданные валы про­веряют статически, крутящим моментом 460 кгс»м в количестве один кардан от партии в 1000 шт. При внедрении сварки трением качество сварки хорошо контролируется встроенными в сварочную машину блоками контроля режима (усилия давления при нагреве, усилия давления при осадке, скорости осадки). При нарушении установленного режима сварка автоматически прекращается. По условиям эксплуатации необходима периодическая проверка свар­ных соединений кардана на выносливость.

Картеры ведущих мостов проверяют на выносливость пульсирую­щей нагрузкой. Величина нагрузки зависит от-типа автомобиля и характера нагружения. Картеры автомобилей ЗИЛ-130 испытывают нагрузкой 17,0 т на базе N = 106 циклов, приложенной равномерно к местам крепления подушек рессор.

Испытывается один картер каждого типа автомобиля от партии 10 тыс. шт. При неудовлетворительных результатах количество испытуемых картеров удваивают. Усталостную прочность сварных соединений тормозного фланца проверяют периодически (один раз в квартал) путем приложения сложного нагружения крутящим моментом Мк = 2500 кгс-м и одновременно изгибающим моментом МИ = 1695 кгс-м.

Герметичность швов проверяют на каждом картере избыточным давлением 0,25 кгс/см2 в водяной ванне.

Реактивные штанги проверяют на статическую прочность уси­лием 25 т. Испытывают одну деталь от партии 10 тыс. шт.

Детали второй степени ответственности. Топливные баки про­ходят 100%-ный контроль на герметичность избыточным давлением 0,25 кгс/см2 в ванне с водой. При внедрении сварного варианта бака с высокой надежностью герметичности швов вводят 100%-ный вакуумный контроль с последующей проверкой в ванне с водой места дефекта незначительной части баков.

Выносливость соединений перегородок бака периодически прове­ряется в предварительно наполненном баке на специальном стенде с жесткими условиями вибрации.

Проверка качества стыкового соединения обода колеса осуще­ствляется в процессе экспандирования.

Качество швов диска с ободом, выполненных дуговой сваркой, периодически проверяют на выносливость изгибающим моментом.

Детали третьей степени ответственности. Механическая проч­ность точечных и рельефных соединений на кабине и оперении проверяется путем систематического разрушения по всем сварным точкам. В чертеже на. каждый подузел сварной точке присваивают определенный номер, а также указывают номер «уварочной машины. При обнаружении непровара сварку узла или детали на этом рабо­чем месте возобновляют только после удовлетворительного повтор­ного испытания. Такая «обратная» связь позволяет при определен­ной технологической дисциплине достигать высоких качественных показателей [19].