WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«КРИТЕРИИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУР И ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ЗАДАННЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЗАКАЛЕННЫХ КРУПНОМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Розглянуті критерії ...»

ISSN 2078-7499. Сучасні технології в машинобудуванні, 2013, вип. 8

УДК 658.52

д-р техн. наук, Харьков, Украина

А.Н. Ш Е Л К О В О Й,

М И Р О Н Е Н К О, д-р техн. наук,

Е.В.

К Л О Ч К О, канд. техн. наук, Краматорск, Украина

А.А.

КРИТЕРИИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУР И ПАРАМЕТРОВ

СИСТЕМ ОБРАБОТКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ЗАДАННЫЕ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЗАКАЛЕННЫХ

КРУПНОМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Розглянуті критерії формування структур і параметрів систем обробки, що забезпечують задані експлуатаційні властивості загартованих крупномодульних зубчастих коліс, які характеризуються станом поверхневого шару зубчастих коліс, визначуваним технологією їх виготовлення. Здатність, що несе, і контактна взаємодія зубчастих коліс залежать від стану поверхневого шару в цілому: макровідхилення, хвилястості, шорсткості, физико-хімічних властивостей. Вибір системи параметрів поверхневого шару зубчастих коліс одночасно зумовлюється можливістю їх технологічного і метрологічного забезпечення.

Рассмотрены критерии формирования структур и параметров систем обработки, обеспечивающих заданные эксплуатационные свойства закаленных крупномодульных зубчатых колес, которые характеризуются состоянием поверхностного слоя зубчатых колес, определяемым технологией их изготовления.



Несущая способность и контактное взаимодействие зубчатых колес зависят от состояния поверхностного слоя в целом:

макроотклонения, волнистости, шероховатости, физико-химических свойств. Выбор системы параметров поверхностного слоя зубчатых колес одновременно предопределяется возможностью их технологического и метрологического обеспечения.

The criteria of forming of structures and parameters of the systems of treatment, providing the set operating properties hard-tempered large module of gear-wheels, which are characterized the state of superficial layer of gear-wheels, determined technology of their making, are considered. Bearing strength and contact co-operation of gear-wheels depend on the state of superficial layer on the whole: macrorejection, waviness, roughness, physical and chemical properties. The choice of the system of parameters of superficial layer of gear-wheels is simultaneously predetermined possibility of their technological and metrology providing.

© А.Н. Шелковой, Е.В. Мироненко, А.А. Клочко, 2013 ISSN2078-7499. Сучасш технологи'в машинобудувант, 2013, вип. 8 В веден ие К ритерии ф о р м и р о в а н и я с т р у к т у р п о в е р х н о с т н о г о с л о я з у б ч а т ы х колес явл яю тся п арам етры, обесп ечи ваю щ и е задан н ы е эксп луатац и он н ы е свойства зубчаты х передач. О дним из таких парам етром является коэф ф ициент трения, которы й определяет

–  –  –

коэффициент упрочнения молекулярных связей под действием в сжимающих напряжений; аг - коэффициент гистерезисных потерь при скольжении [2]; И - глубина взаимного внедрения микронеровностей контактирующих деталей.

В теории контактного взаимодействия показано, что давление на фактических площадках контакта определяется физико-механическими свойствами поверхностного слоя более пластичного материала Удельная сдвиговая прочность молекулярных связей в соответствии с работами Н. М. М ихина [2] определяется физико-механическим состоянием поверхностного слоя контактирующих зубчатых колес (3)

–  –  –





ISSN 2078-7499. Сучасні технології в машинобудуванні, 2013, вип. 8 число Авогадро (6,02 х 10 моль- ); к - постоянная Больцмана (1,38 х 10 );

Т и Тпл- температура в зоне контакта и температура плавления.

Глубина взаимного внедрения микронеровностей в период приработки определяется общими контактными деформациями стали из более пластического материала. В период нормального установившегося) износа величина внедрения определяется упругими контактными деформациями.

Таким образом, подставляя выражения (2), (3) в формулу (1), получим уравнения коэффициента трения для условий приработки:

(4 ) и нормального износа (5 ) Если для условий сухого трения уравнения (4) и (5) ^ вызывают сомнения, так как они базируются на молекулярно- механической теории трения И. В. Крагельского. показавшей свою жизнеспособность [2], то для условий граничного трения по влиянию параметров состояния поверхностного слоя контактирующих поверхностей на процесс трения имеются разные мнения [2, 4].

Учитывая это обстоятельство, были проведены эксперименты по исследованию влияния шероховатости на процесс граничного трения при различных скоростях трения и нагрузках. Исследования проводили на специальной машине трения (рис. 1) по схеме нагружения пары зубчатых колес и с помощью многофакторного эксперимента определялась зависимость влияние волнистости и макроотклонения на процесс трения [4, 5].

При проведении экспериментальных исследований на данной машине трения имелась возможность бесступенчатого изменения нагрузки

ISSN 2078-7499. Сучасні технології в машинобудуванні, 2013, вип. 8

и скорости скольжения. Ш естерни-инденторы (т = 6 м м, 2 = 24) и образцы были изготовлены из стали 34ХНМ, термообработанные до И ЯС 56...61.

Поверхность шестерен-инденторов зубошлифованием была доведена до Яг = 0,08 мкм.

Поверхности трения образцов (комплексно по 20 шт.) обрабатывали шлифованием или полированием с параметрами шероховатости, мкм:

–  –  –

5,24 1,98 0,49 0,20 12,1 1,2 Я2

–  –  –

Рисунок 1 - Специальная машина трения СМТ-1С испытания закаленных цилиндрических зубчатых колес Эксперименты на трение проводились при фиксированных скоростях ( V= 0,5; 1,9; 3,2 м/с) и плавно изменяющейся нагрузки от 0 до 200 Н, со скоростью изменения йЫ /йг = 1,45 Н/с.

Как видно из рис. 2, графики зависимости коэффициента трения от нагрузки для всех скоростей и шероховатостей имеют экстремальный характер, т.е. в начальный период при малых нагрузках коэффициент трения возрастает с увеличением нагрузки, а затем, достигнув своего максимального значения, постепенно уменьшается.

ISSN2078-7499. Сучаст технологи'в машинобудувант, 2013, вип. 8

–  –  –

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента трения-скольжения от нагрузки Причем с увеличением шероховатости поверхности трения экстремум смещается в зону меньших нагрузок. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований позволила установить, что нагрузка, соответствующая максимальному значению коэффициента трения, на 49 % коррелирована с шероховатостью поверхности трения и на 30 % со скоростью скольжения.

Уравнение регрессии, описывающее эту корреляционную связь, имеет следующий вид:

Каждый из участков изменения коэффициента трения, рассматриваемый отдельно, довольно тесно (на 70 - 80 %) связан с шероховатостью, нагрузкой и скоростью скольжения. Так, начальный участок этих кривых на 66 % описывается параметром шероховатости Я г, на 10 % скоростью скольжения и на 8 % - нагрузкой N. Замена параметра шероховатости Я г на Я а приводит к снижению корреляционной связи на 10 %.

Математическое уравнение, описывающее начальные участки этих кривых, имеет следующий вид:

ISSN 2078-7499. Сучасні технології в машинобудуванні, 2013, вип. 8

Второй участок этих кривых наиболее полно (81 %) описывается с введением параметра шероховатости Я а:

/ = ОД48/?2’08^ _0'09(О Д Ю 0'06 (8) Анализ полученных. результатов показывает, что шероховатость поверхности трения оказывает значительное влияние на коэффициент трения, так как изменение шероховатости в 30 раз приводит к изменению коэффициента трения в 2 раза, в то же время изменение условий трения (к = (цу)/Ы) в 100 раз приводит к изменению коэффициента трения в 1,6 раза. Причем наибольшее влияние на процесс трения шероховатость оказывает при больших скоростях и малых нагрузках.

Уменьшение шероховатости во всем диапазоне изменения скорости скольжения и нагрузки приводит к снижению коэффициента трения.

Большое значение при трении скольжения имеет вид трения:

жидкостное, граничное и схватывание.

Результаты экспериментального определения зон трения, соответствующих различным характерам процесса трения, при трении скольжения по шероховатой поверхности представлены на рис. 3. Анализ результатов этих исследований показывает, что шероховатость поверхности трения оказывает значительное влияние на перераспределение зон трения.

–  –  –

М атематическая обработка экспериментальных данных позволила получить уравнения для определения шероховатости поверхности трения соответствующей различным зонам трения:

I. Зона жидкостного трения ISSN 2078-7499. Сучасні технології в машинобудуванні, 2013, вип. 8 (9 ) II. Зона граничного трения III. Зона схватывания (1 1 ) Результаты проведенных исследований показали, что для граничного трения при обильной смазке с уменьшением шероховатости коэффициент трения также уменьшается и оптимум по шероховатости отсутствует в диапазоне всех исследуемых скоростей (и = 0,5... 3,2 м/с). При переходе из одной зоны в другую достаточно четко проявляется оптимум по шероховатости, особенно для невысоких скоростей скольжения и больших нагрузках.

Так, при невысоких скоростях скольжения (и 0,5 м/с) и больших нагрузках (Ы 300 Н) оптимальной шероховатостью является Яа = 2,0 мкм.

Для скоростей скольжения V = 0,5... 3,2 м/с и нагрузок N 100 Н оптимум по шероховатости смещается к Яа = 0,8 мкм.

Значения шероховатости являются оптимальными только для данных условий трения. Для других условий трения будут свои оптимальные значения шероховатости, однако с увеличением скорости скольжения оптимум будет смещаться к ее меньшим значениям. Анализ результатов исследований убедительно показывает, что шероховатость в значительной мере оказывает влияние на образование гидродинамического клина и его толщину в зоне трения скольжения.

Так, эмпирическое уравнение толщины масляной пленки, образуемой между эвольвентными поверхностями трения имеет следующий вид:

(1 2 ) Корреляционный анализ уравнения показывает, что толщ ина этой пленки на 35 % определяется шероховатостью поверхности. Таким образом, результаты экспериментов убедительно показывают, что шероховатость поверхности трения в значительной мере определяет возможность образования гидродинамического клина, оказывающего влияние на контактные перемещения при трении скольжения, толщину клина, вид трения и значение коэффициента трения для всех скоростей и нагрузок в области граничного трения.

ISSN 2078-7499. Сучасні технології в машинобудуванні, 2013, вип. 8

Процесс трения в значительной мере предопределяет износостойкость контактирующих цилиндрических зубчатых колес.

Износостойкость характеризуется способностью поверхностных слоев цилиндрических зубчатых колес сопротивляться разрушешю при трении скольжения, трении качения, а также при микроперемещениях, обусловленных воздействием вибраций (фреттинг-процесс).

Износ цилиндрических зубчатых колес приводит к потере точности, понижению КПД, понижению прочности, увеличению динамических нагрузок, увеличению шума зубчатых передач, которые являются следствием увеличения зазоров. Износ является причиной выхода из строя подавляющего большинства цилиндрических зубчатых колес.

Согласно теории И. В. Крагельского [2], интенсивность изнашивания деталей рассчитывается по формуле (13) где п - число циклов воздействия, которое приводит к разрушению материала.

Поверхностные остаточные напряжения ^приводят к соответствующему изменению данного числа циклов.

Это изменение учитывается с помощью коэффициента X, определяемого из равенства [3]:

(14) где а в - временное сопротивление разрыву; а а - действующая величина амплитудного напряжения в рабочем слое; 1 - параметр фрикционной У усталости при упругом контакте; %- коэффициент;

(1 5 ) где а - коэффициент, учитывающий отличие площади сечения выступов на уровне р от величины фактической площади контакта на том же уровне. В соответствии с разработанной теорией контактного взаимодействия деталей машин а = 1.

Согласно приведенной выше теории контактного взаимодействия ISSN2078-7499. Сучаст технологи'в машинобудувант, 2013, вип. 8

–  –  –

ISSN 2078-7499. Сучасні технології в машинобудуванні, 2013, вип. 8 поверхностного слоя, характеризующие их несущую способность, коэффициент трения и износостойкость.

Это указывает на необходимость введения понятия равновесное состояние поверхностного слоя контактирующих цилиндрических зубчатых колес и соответствующей оценки равновесного состояния поверхностного слоя контактирующих цилиндрических зубчатых колес и характеризуется параметром:

(18) значение которого рассчитывается по формуле (1 9 ) Принимая V = 2, 3Яа = Яр и подставляя выражение формулу (18), получим Значение комплексного параметра, обеспечивающего требуемую износостойкость, может быть рассчитано по формуле Испытания производили на маш ине трения (рис. 1). Результаты экспериментальных исследований поддерживают правильность приведенных выше гипотез и уравнений необходимость введения комплексного параметра для оценки состояния контактирующих поверхностей деталей.

Анализ результатов исследований, применительно к реальным цилиндрическим зубчатым колесам, показывает, что кривые износа не будут и иметь явно выраженного перехода от приработки к нормальному носу, как это наблюдается при испытаниях образцов.

Наличие на реальны хпповерхностях трения зубчатых колес макроотклонения, волнистости, шероховатости, остаточных напряжений и микротвердости обусловленных технологическими методами обработки,

ISSN2078-7499. Сучаст технологи'в машинобудувант, 2013, вип. 8

приводит к значительному изменению классической кривой износа.

Причем часто допустимая величина линейного износа цилиндрических зубчатых колес значительно меньше толщины поверхностного слоя с измененным состоянием. В процессе трения и износа реальных цилиндрических зубчатых колес, как правило, происходит постепенное уменьшение макроотклонения и волнистости контактирующих поверхностей, а следовательно, увеличение их контурной и номинальной площадей контакта, что приводит к увеличению площадок контакта и уменьшению фактических напряжений на этих площадках. Это должно вызывать постепенное и медленное уменьшение интенсивности износа и наклона кривой износа. Одновременно по мере износа в работу вступают новые поверхностные слои, имеющие другие физико-механические свойства, что может приводить к значительному отклонению кривой износа от общего характера ее изменения в сторону увеличения или уменьшения. Только после стабилизации макроотклонения, волнистости, шероховатости и физико-механических свойств поверхностей трения, т. е.

образования равновесного состояния поверхностного слоя, можно говорить о завершении процесса приработки, а это нередко наступает тогда, когда износ детали уже превысил допустимую величину. Конечно, образование равновесного состояния поверхности трения может завершиться и раньше, когда еще имеется определенная величина макроотклонения и номинальная площадь контакта еще не равна геометрической, но эту разницу компенсируют повышенная микротвердость или остаточные напряжения на данном уровне. По мере дальнейшего износа для поверхностей зубчатых зацеплений величина комплексного параметра Сх будет зависеть от интенсивности износа.

Иногда недостаточная маслоемкость поверхностей контактирующих цилиндрических крупномодульных зубчатых колес после износа наиболее выступающих неровностей в начальный периодтрения приводит к их схватыванию и интенсивному износу. В некоторых случаях вырывы металла способствуют образование масляных карманов и переходу к нормальному износу. Этот процесс может повторяться неоднократно. В отдельных случаях как правило при качении с проскальзыванием, при длительной эксплуатации может происходить накопление поверхностных ISSN2078-7499. Сучаст технологи'в машинобудувант, 2013, вип. 8

–  –  –

ф орм ул п ри кручен ии и сдвиге (22) п ри растяги ван и и и и зги бе ISSN2078-7499. Сучасш технологи'в машинобудувант, 2013, вип. 8 где у коэффициент, по данным работы [6] после механических методов обработки у = 1; ? высота неровностей поверхности; р - радиус впадин.

И. А.

Одинг предложил оценивать изменение сопротивления усталости в зависимости от шероховатости поверхности с помощью эмпирического коэффициента Т [3]:

где !

7- предел выносливости при изгибе; а коэффициент, зависящий от метода обработки цилиндрических зубчатых колес: при полировании а = 0;

при скоростном зубофрезеровании фрезами, оснащенными режущими пластинками из твердого сплава и минералокерамики 0,004; при чистовом зубофрезеровании фрезами 0,006; при черновом зубофрезеровании фрезами 0,010.

Результаты этих теоретических и экспериментальных исследований показывают, что неровности, образующиеся на поверхности деталей при их обработке, являются концентраторами напряжений и служат одной из причин снижения предела выносливости.

Таким образом, учитывая данные работ [2, 3, 6], получим уравнение для расчета коэффициента концентрации напряжений:

–  –  –

м акси м альн ой вы соты н еровн остей ш ероховатости и глуби н ы и х сглаж ивания, среднего ш ага н еровн остей п роф и ля ш ероховатости и отн оси тельн ой дли н ы оп орн ой ли н и н а уровн е средней.

Рисунок 4 - Сопротивлениеусталости поверхностей контактирующих цилиндрических крупномодульных зубчатых колес

–  –  –

П ри обеспечении прочности цилиндрических крупном одульны х колес (2 7 )

–  –  –

обеспечивается с н аи м ен ьш ей себестоим остью.

М оделируя условия работы цилиндрических крупном одульны х колес и сравнивая результаты теорети чески х исследований с данны м и, полученны м и н а эксп ери м ен тальн ы х устан овках и п ри и сследован и и н а «раб очи х осях», с учетом м асш таб н ого ф актора оп ределяем оп ти м альн ы е зн ачен и я п арам етров

–  –  –

ISSN 2078-7499. Сучасні технології в машинобудуванні, 2013, вип. 8 обеспечивается с наим еньш ей себестоим остью.

М оделируя условия работы цилиндрических крупном одульны х колес и сравн и вая результаты теорети чески х и сследован и й с дан н ы м и, п олучен н ы м и н а эксп ери м ен тальн ы х устан овках и п ри и сследован и и н а «рабочи х осях», с

–  –  –

возм ож н остью и х техн ологи ческого и м етрологи ческого обесп ечен и я.

Перечень источников литературы: 1. Демкин, Н. Б. Качество поверхности и контакт деталей машин / Н. Б. Демкин, Э. В. Рыжов. - М., 1981. - 244 с. 2. Крагельский, И. В.

Основы расчетов на трение и износ / И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Комбалов. - М.: Машиностроение, 1977. - 525 с. 3. Суслов, А. Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей / А. Г. Суслов. - М.

:

Машиностроение, 1987. - 208 с. 4. Тимофеев Ю.В. Научные предпосылки определения условий формирования величин упрочненного слоя при формообразовании крупномодульных зубчатых колес / Ю. В. Тимофеев, А. Н. Шелковой, А. А. Клочко //

Вісник Національного технічного університету КПІ: зб. наук. пр. Тематичний випуск:

Проблеми механічного приводу. - Київ : НТУ КПІ, 2012. - № 64. - С. 288-293.

5. Технология производства и методы методы обеспечения качества зубчатых колес и передач / Под общ. ред. В. Е. Старжинского, М. М Кане. - С-Пб. : Профессия, 2007. с. 6. Елизаветин, М. А. Технологические способы повышения долговечности машин. / М. А. Елизаветин, Э. А. Сатель. - М., 1969. - 400 с.

Похожие работы:

«Один из самых доступных и распространенных инструментов для работы с видео файлами предоставляет видеохостинг YouTube. Здесь пользователи могут добавлять, просматривать, комментировать и делиться теми или иными видео...»

«С.В. Шидловский АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ. ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ СТРУКТУРЫ Томск Издание осуществлено при поддержке УДК 681.5 Российского фонда фундаментальных ББК 32.965; 32.815 исследований по проекту 06-08-060...»

«19 января (1 февраля) Священномученик Петр (Скипетров) Священномученик Петр родился 4 июня 1863 года в селе Станки Вязниковского уезда Владимирской губернии в семье священника Иоанна Скипетрова. После окончания Шуйского...»

«автор: Евгений ЖОВТИС, Председатель Совета Бюро "В НАЧАЛЕ XXI ВЕКА ПРИХОДИТСЯ ГОВОРИТЬ ОБ ОСТРОМ КРИЗИСЕ КОНЦЕПЦИИ ПРАВ ЧЕЛОВЕКА" Выступление на открытии Седьмой Ассамблеи Всемирного Движения за Демократию, Лима, 14 октября 2012 г. Госпожа Кэмпбелл, господин Гершман, участники Седьмой Ассамблеи Всемирного дви...»

«Пояснительная записка Данная программа была разработана на основе программы 1976 года ДОСААФ СССР по обучению молодежи военно-прикладным специальностям для успешной службы в армии в деле защиты своей Родины от возможных военных агрессий, а также требований Министерства просвещения СССР по подготовке...»

«УДК 343.9 ББК 67.51 КИБЕРПРЕСТУПНОСТЬ КАК НОВАЯ КРИМИНАЛЬНАЯ УГРОЗА Немов Максим Владимирович 1 курс магистратуры направления "Теория и практика применения уголовного закона" ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ Ачинский филиал Россия, г. Ачинск E-mail: maxnemov@mail.ru. Аннотация: Киберпреступность — это с...»

«Мария Борисовна Кановская Лечение травами. 365 ответов и вопросов http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=2450965 М.Кановская / Лечение травами. 356 ответов и вопросов: АСТ, Сова; Москва, СПБ; 2010 ISBN 978-5-17-068291-1 Аннотация Лекарственные растения могут оказать нам неоценимую помощь. В природной "аптеке"...»

«МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 55" Технология разработки и реализации адаптированной основной образовательной программы начального общего образования обучающихся с тяжелыми нарушениями...»

«(версия на 1.01.14) ЧАСТЬ 4 СОРЕВНОВАНИЯ ПО ГОРНОМУ ВЕЛОСИПЕДУ Глава 1 ОБЩИЕ ПРАВИЛА § 1. Типы гонок 4.1.001 Соревновательные дисциплины по горному велосипеду: A. Кросс-кантри: XC(Часть II гонки кросс-кантри) Олимпийский крос...»

«ДЕСНИЦА И ШУЙЦА ЛЬВА ТОЛСТОГО I Есть два типа социологических исследований. Одни исследователи принимают за точку отправления судьбы общества или цивилизации, сводят задачу науки к познанию существующего и не могут или не желают дать руководящую...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.