Повышение долговечности нагруженных зубчатых передач Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция « Технология производства ракетно-космической техники»

2 этап. Анализ нормативно-технической документации.

3 этап. Анализ технологического процесса изготовления протяжки.

4 этап. Определить физико-механические свойства материалов протяжки и обрабатываемой детали (ЦЗЛ предприятия).

5 этап. Провести патентный поиск по протяжкам и способам протягивания.

© Кочкина Г. В., Зверинцев В. В., Колмагоров Е. Н.,

Зверинцева Л. В., 2011

УДК 621. 002.5-19

В. В. Махиянов Научный руководитель - Г. Ф. Тарасов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ НАГРУЖЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработан способ повышения износостойкости силовых зубчатых передач, позволяющий увеличить срок их службы и производительность измельчителя.

Зубчатые передачи находят широкое применение в приводах различных машин и механизмов, выполняя как кинематические, так и силовые функции. Известна область применения зубчатой передачи в качестве измельчителя отходов производства в дезинтеграторе с целью получения мелкодисперсных порошков.

Диспергирование материалов в 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 (измельчитель). При этом существенно снижается производительность измельчения. В связи с изложенным обеспечение выполнения заданных функций дезинтегратором может быть достигнуто за счет достижения высокой износостойкости основных его элементов - зубчатых колес.

Работа зубчатого зацепления сопровождается весьма распространенными явлениями: фрикционной усталостью и абразивным износом. Абразивом служат частицы материала зубчатых колес, образующиеся при усталостном выкрашивании и продукты износа. В силовых зубчатых передачах, например дезинтеграторе, где роль измельчителя выполняет торцовое зубчатое зацепление, абразивом является размалываемый материал.

Абразивный износ характеризуется высокой интенсивностью разрушения поверхностного слоя материала и его механического разупрочнения (образование и развитие дефектов структуры, повышение внутренних напряжений, охрупчивание материала). На изнашиваемой поверхности развивается широкий спектр контактных напряжений, из-за неравномерного распределения нагрузок в локальных зонах, свя-

занных с разнообразием абразивных частиц по геометрической форме и размерам. В результате изнашивания происходит изменение формы и размеров зубьев зубчатых колес, снижается производительность дезинтегратора. Увеличение бокового зазора между зубьями приводит к тому, что достижение заданной дисперсности измельчаемых материалов становится возможным при значительном увеличении числа размолов, либо достичь ее вообще невозможно. Замена зубчатого зацепления связана с существенными затратами. Наиболее эффективным и рациональным способом обеспечения заданных выходных параметров измельчителя является повышение износостойкости его основных деталей, т. е. зубчатых колес.

Известны конструктивные и технологические способы повышения износостойкости деталей машин, при которых поставленная цель достигается либо изменением конструкции детали, либо путем поверхностного упрочнения материала [1]. Применительно к силовой зубчатой передаче дезинтегратора оба этих метода неприемлемы, так как изменение конструкции зубьев зубчатого зацепления невозможно, а технологические способы (термическая обработка, изменение марки материала, упрочение наклепом и т. д.) не всегда дают желаемый результат. Изготовление зубчатых колес из высокоизносостойких материалов существенно повышает их стоимость. Применение термообработки может обеспечить высокую износостойкость, но при этом может не обеспечиться необходимая прочность, что приведет к поломке зубьев.

Особенностью зубчатой передачи дезинтегратора является различное число контактов ведущего и ведомых колес зацепления с измельчаемым материалов, из-за разного числа зубьев. В связи с этим при повышении их износостойкости целесообразно сочетание различных способов упрочнения ведущего и ведомого колес, чтобы обеспечить их равностойкость, т. е равную их долговечность. Достигается это следующим образом.

На ведомое зубчатое колесо наносится износостойкий материал равномерным слоем по всей

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

поверхности. На ведущем колесе выполняются канавки глубиной до 2 мм по всей ширине колеса, которые заполняются износостойким материалом, выступающим над рабочей поверхностью. По сути дела осуществляется армирование рабочей поверхности ведущего колеса износостойким материалом. Высота выступающей части износостойкого материала над поверхностью зуба зависит от условий работы зацепления и может составлять 0,1...0,2 мм. В качестве износостойких материалов могут применяться кобальтовые сплавы (стеллиты), карбидные сплавы на основе сор-майта и т. д. Износостойкий материал, выступающий над рабочей поверхностью зуба выполняет роль концентратора нагрузки, что способствует снижению давления на основной материал зубчатого колеса.

При вращении, зубчатое колесо выступающими частями износостойкого материала, вступает в контакт с поверхностью ведомого колеса, покрытой по всей поверхности также износостойким материалом. Большая часть нагрузки, возникающей в зубчатом зацеплении сосредотачивается на небольшой площадке. Изнашивание основного материала зубчатого колеса происходит под меньшими усилиями, что, естественно, снижает интенсивность этого процесса. Изнашивание выступающего материала происходит с меньшей интенсивностью, так как он обладает высо-

кой сопротивляемостью к разрушению абразивными частицами. Происходит выравнивание скоростей изнашивания износостойкого покрытия зубчатого колеса и основного его материала. Сосредоточенная в зоне контакта нагрузка выступающей части износостойкого материала и рабочей поверхности зуба ведомого колеса нагрузка интенсифицирует процесс разрушения измельчаемого материала.

Изложенный способ повышения износостойкости обеспечивает высокую долговечность зубьев силовых зубчатых передач. Он может использоваться для широкой номенклатуры передаточных механизмов, в которых зубчатые колеса подвергаются интенсивному изнашиванию.

Данный способ повышения износостойкости защищен патентом Российской Федерации [2].

Библиографические ссылки

1. Гаркунов Д. Н. Триботехника. М. : Машиностроение. 1989.

2. Зубчатая передача. Патент Российской Федерации на изобретение. № 2086837 от 10.08.97 г. Заявка № 93049163. Авт. Тарасов Г. Ф, Курешов В. А. и др.

© Махиянов В. В., Тарасов Г. Ф., 2011

УДК 621.793.74

Л. С. Мачалин, М. В. Киселев, И. Ф. Зуйков Научный руководитель - Н. А. Амельченко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОДВИЖНОГО ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА НАГРЕВА

Рассмотрены изменения микроструктуры в поверхностном слое за счет воздействия подвижного локального источника нагрева. Показано, что поверхностная изотермическая обработка способствует повышению микротвердости и эксплуатационных характеристик изделий.

Важнейшими показателями надежности современных машин, технологического оборудования и механизмов разного назначения является их высокая надежность при работе в различных условиях. Интенсивный износ контактируемых поверхностей деталей в процессе эксплуатации является основной причиной нарушения требуемой точности и вызывает необходимость проведения незапланированных профилактических мероприятий.

Для повышения износостойкости поверхностного слоя материала быстро изнашиваемых деталей используют известные технологические приемы, наиболее распространенными из которых являются термообработка и нанесение специальных покрытий.

Исследования микроструктуры и физико-механических свойств показывают, что по ряду технических характеристик напыленные покрытия существенно отличаются от своих компактных материалов. Кроме того, отмечено разрушение покрытий в период эксплуатации изделий, основной причиной которых яв-

ляется низкий уровень адгезии и образование микротрещин в результате проявления остаточных напряжений.

В последнее время практикуется поверхностное упрочнение с применением локального точечного нагрева изделий, приводящего к значительному повышению износостойкости рабочих поверхностей. Данное направление является перспективным и требует проведения дальнейших исследований.

В настоящей работе рассматривается возможность применения плазменной технологии для выполнения работ по поверхностной термической обработке тонколистовых конструкций, режущего инструмента и готовых деталей. Поверхностную обработку образцов проводили методом сканирования поверхности изделия относительно источника нагрева, в качестве которого использовали плазменную струю и электронный луч.

Для проведения экспериментов были использованы образцы из легированных инструментальных ста-