CC BY
33
Секция « Технология производства ракетно-космической техники»
УДК 621.81.(075)
Е. К. Козлов Научный руководитель - Г. Ф. Тарасов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ИЗНОС ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
Рассматриваются вопросы изнашивания зубчатых колес торцового зубчатого зацепления имельчителя. Приводятся сравнительные характеристики изнашивания зубчатых колес с плоскими и выпукло-вогнутыми боковыми поверхностями.
Диспергирование материалов в измельчителе (дезинтеграторе) осуществляется путем истирания их между боковыми поверхностями зубьев торцового зубчатого зацепления. Рабочие поверхности зубьев испытывают большие удельные давления. Результатом такого взаимодействия является износ зубьев зубчатых колес, и как следствие, изменение формы, размеров и состояния их рабочих поверхностей. Увеличение бокового зазора между зубьями зубчатого зацепления ведет к укрупнению продуктов размола, что делает процесс диспергирования более продолжительным, так как требуется большее количество пропусков измельчаемых материалов через дезинтегратор. При этом существенно снижается производительность измельчения. Обеспечение выполнения заданных функций дезинтегратором может быть достигнуто за счет достижения высокой износостойкости основных его элементов - зубчатых колес.
Торцовая зубчатая передача измельчителя, в сравнении цилиндрическим зацеплением, имеет ряд преимуществ. К ним следует отнести технологичность, компактность, высокую изгибную прочность зубьев, отсутствие застревания продуктов размола во впадинах и возможность регулировки бокового зазора между зубьями, а также возможность образования передачи без подрезания, без заострения с достаточной плавностью зацепления.
При работе измельчителя (дезинтегратора) применялись два вида торцовых зубчатых передач: с плоской боковой поверхностью зубьев и выпукло-вогнутой боковой поверхностью. В плоскозубом зацеплении зуб шестерни работает в усиленном режиме износа, а зацепление в режиме скольжения благоприятном для измельчения хрупких и пластичных материалов. В выпукло-вогнутом зацеплении преобладает качение с постоянным скольжением и малой относительной скоростью движения. Это позволяет увеличить время контакта измельчаемого материала с боковой поверхностью зуба, то есть по существу путь трения. Находясь большее время в зоне истирания измельчение происходит до меньшей дисперсности. Следовательно, для получения заданной дисперсности требуется меньшее число проходов через имель-читель.
По эффективности измельчения и по стойкости рабочих поверхностей из двух вариантов зацепления предпочтение имеет выпукло-вогнутое, так как обладает большей плавностью зацепления и имеет повышенный коэффициент скольжения. Благодаря этим достоинствам выпукло-вогнутое зацепление можно
использовать для измельчения вязкоупругих материалов.
Измельчение металлической стружки охватывает широкий диапазон режимов абразивного изнашивания в зависимости от соотношения твердостей измельчаемого материала и материала зубчатых колес. В первом приближении можно считать, что измельчение отходов из чистых металлов (например, алюминиевой стружки) и низкоуглеродистых сталей соответствует режиму изнашивания зубчатых колес, когда твердости измельчаемого материала и зубьев зубчатых колес измельчителя примерно одинаковы. На изношенной поверхности видны царапины на фоне относительно гладкой боковой поверхности зуба зубчатого колеса. На поверхности зуба зубчатого колеса, контактирующей с измельчаемым материалом отчетливо видны царапины и вырывы. Увеличение твердости измельчаемых материалов усиливает процесс микрорезания (образование продуктов износа при однократном прохождении абразивной частицы по поверхности детали) рабочих поверхностей зубьев зубчатых колес. В этом режиме работы измельчителя на поверхности зубчатых колес отчетливо видны не только следы микрорезания, но и вырывы металла с поверхности. Кроме того, в поверхностном слое материала образуются макро- и микротрещины, которые можно наблюдать при незначительном увеличении. Изношенная поверхность в этом случае имеет высокую степень шероховатости, на которой отчетливо просматриваются многочисленные царапины глубиной порядка 30.. .50 мкм, длина которых в некоторых случаях достигает всей ширины зубчатого колеса.
Безусловно, что в этих случаях интенсивность изнашивания зубчатых колес очень высока. Измерения бокового зазора зубчатого зацепления показали, что при измельчении металлической стружки предельно допустимая его величина, при которой невозможно получение порошка заданной дисперсности достигается примерно за 150....200 часов работы измельчителя. Заданная крупность получаемого порошка достигается только после 6. 7 пропусков стружки через дезинтегратор. Это существенно увеличивает время переработки отходов, а значит и снижает производительность дезинтегратора. Дальнейшая его эксплуатация становится не эффективной и требуется либо регулировка зазора между зубьями, либо их замена. Однако регулировку зазора можно производить лишь 2.3 раза в ограниченном диапазоне, так как чрезмерный износ ведет к ослаблению зубчатого колеса и возможна его поломка. Продолжительные исследова-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
ния и тщательный анализ условий работы дезинтегратора показали, что для нормального его функционирования в течение продолжительного времени необходимо обеспечение высокой износостойкости его основного органа - колес зубчатого зацепления.
Применение зубчатых колес с выпукло-вогнутой боковой поверхностью позволяет увеличить продолжительность работы измеличителя до достижения предельного износа практически в два раза. Достижение предельно допустимой величины износа происходит за 300-350 часов работы измельчителя. В выпукло-вогнутом зацеплении площадь контакта зубьев больше, чем в прямозубом торцовом зацеплении, поэтому удельные давления уменьшаются, что естественно ведет к снижению интенсивности изнашивания зубьев зубчатых колес. Одновременно с этим за счет большей площади контакта зубьев измельчаемый материал более длительное время находится в зоне измельчения под действием сдвиговых и линейных растягивающих деформаций. Сдвиговые деформации
способствуют развитию плоскостей скольжения при пластических деформациях и возникновению микротрещин на границах зерен. Растягивающие деформации раскрывают микротрещины и приводят к разрушению частиц материала на более мелкие составляющие. С этой точки зрения и основываясь на результатах расчета можно сделать вывод о необходимости уменьшения коэффициента трения между зубьями дезинтегратора и измельчаемым материалом.
Уменьшить коэффициент трения можно повышением твердости поверхностей зубьев зубчатых колес, что равнозначно повышению их износостойкости. Это достигается различными способами: термической обработкой, нанесением на поверхность зуба износостойкого покрытия, применением износостойких материалов для изготовления зубчатых колес и т. д. Выбор способа повышения износостойкости является задачей дальнейших исследований.
© Козлов Е. К., Тарасов Г. Ф., 2011
УДК 621.6.09: 534.01
И. К. Корнилов, К. И. Лалетин, С. В. Беседин Научный руководитель - Ю. А. Филиппов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОСОБЕННОСТИ БАЛАНСИРОВКИ ЖЕСТКИХ РОТОРОВ
Определены значения допустимых дисбалансов для жёсткого ротора, установленного в подшипники качения.
В производстве изделий АКТ используются различные механизмы, содержащие тела вращения. Нами рассмотрен типовой ротор изделия с массой трот = = 3,243 кг (3243 г), максимальной эксплуатационной частотой вращения пэ макс = 3320 мин-1 установленный на подшипниках качения № 214 ГОСТ 8338-75 в опоре А и № 314 ГОСТ 8328-75 в опоре В. Оба подшипника 6 кл точности по ГОСТ 520-2002 устанавливаются на цапфы ротора по посадке Ь6/И6. Эксплуатационные дисбалансы на заданный технический ресурс в 10 000 ч приняты 20 % от табличного допустимого удельного дисбаланса. Расстояние от опоры А до центра масс ЬА = 217 мм, до плоскостей коррекции и плоскостей измерения 1 и 2 ¡х = = 112 мм, 12 = /п = = 392 мм. Класс точности балансировки ротора в2,5.
1. По чертежу ротора при пэ макс = 3320 мин по верхней границе для класса точности балансировки в2,5 по ГОСТ ИСО 1940-1-2007 [3] находим табличный допустимый удельный дисбаланс ротора
ест. доп. табл = 8 мкм = 0,008 мм.
2. Балансировку ротора проводим на балансировочном станке модели 9714 на цапфах ротора без собственных подшипников. Для этого случая применима формула [1]
П = т е - О — О
ст. доп. верх рот ст. табл ст.т ст.э *
(1)
где Ост. т - значение главного вектора технологических дисбалансов изделия, ротор которого балансировался не в сборе; Ост. э - значение главного вектора эксплуатационных дисбалансов изделия.
Определим слагаемые правой части.
трот ест.табл = 3 243 • 0,008 = 25,94 г • мм;
О = т е = т
ст. т рот под рот
• 0,5 (81 +52) =
Динамическая модель ротора
= 3 243• 0,5 (0,02 + 0,025) = 72,97г• мм,
где епод - наибольшее возможное смещение центра масс ротора от посадки подшипников, когда оба подшипника работают по первому режиму, т. е. местным нагружением; 81 = 20 мкм = 0,02 мм - поле допуска 0 70 отверстий подшипников по ГОСТ 520-2002, оно одинаково для монтируемых на ротор подшипников;
