Автореферат (Разработка метода обеспечения работоспособности винтовых сопряжений с твердосмазочными покрытиями), страница 3

Режимыиспытания образцов: скорость трения 0,173 м/с, площадь взаимногоперекрытия образцов 0,00024 м2, номинальное давление 0,15 МПа. Образцысчитались изношенными при повышении коэффициента трения на 30% отпервоначального. Представленные на рисунке 4 результаты позволяютсделать вывод о наличии рациональной шероховатости Rа=1,76 дляконтробразцов, взаимодействующих с образцом с ТСП.80000n2,цикл.70000600005000040000300002000010000000,511,522,533,5Ra,мкмРисунок 4 – Влияние исходной шероховатости контробразцов надолговечность покрытия ВНИИ НП-212.Результаты исследования эволюции микрогеометрии контробразцовпри фрикционном взаимодействии ТСП с поверхностями, имеющимиразличную исходную шероховатость, представлены в таблице 2.Таблица 2 – Эволюция микрогеометрии контробразцовRaRpSmtm№ образцаRq (мкм)(мкм)(мкм)(мм)0,050,170,0370,471-после приработки 0,0351-после исчерпания0,050,070,20,0410,65ресурса1,061,373,40,10,613-после приработки3-после исчерпания1,151,42,960,1820,59ресурсаВидно, что высотные параметры микрогеометрии контробразцов,достигаютминимума по окончанию приработки и возрастают послеисчерпания ресурса ТСП, не достигая своих исходных значений.Анализ поверхности образца с ВНИИ НП-212 и взаимодействующего сним контробразца 3 показал, что основная часть материала ТСП, послеприработки, за счѐт фрикционного переноса с поверхности образцаформирует покрытие на шероховатой поверхности контробразца.

Потеряработоспособности пары трения происходит при полном локальном износе10покрытия на поверхностях образца и контробразца. При анализе образца сТСП и взаимодействующего с ним контробразца 1, имеющего меньшуюшероховатость, существенного фрикционного переноса материала ТСП на ихповерхность после приработки не обнаружено.Результаты сравнительного анализа химического состава (таблица 3)разномасштабных зон 1-го и 3-го контробразцов после исчерпания ресурсаТСП показывают низкое содержание элементов Mo и S, образующих MoS2,на поверхности контробразца 1. Однако на его поверхности присутствуютчастицы износа ВНИИ НП-212.Таблица 3 – Содержание химических элементов на поверхности контробр.№спектра1234№контрообр.Содержание хим.

элемента, %CNOSiSFeMo155,609,048,52-11,658,506,69351,089,2512,49-14,254,528,40174,423,284,580,120,8616,200,55368,387,494,970,1012,200,086,94141,26-6,55-1,2550,130,82344,1211,7911,19-20,550,1712,53142,0843,6312,006,3311,65-1,5819,2748,942,011,0811,433Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что при возрастаниишероховатости, ТСП аккумулируется во впадинах контробразца, чтопозволяет задерживаться покрытию в зоне контакта, тем самым повышатьдолговечность пары трения.

В тоже время, при увеличении исходнойшероховатости более Ra 1,6 мкм, ТСП толщиной 20 мкм не достаточно,чтобы заполнить впадины на поверхности контробразца, что объясняетсяснижением долговечности.Результаты исследований влияния шероховатости на размер частицизноса покрытия ВНИИ НП-212 при различных шероховатостяхконтробразцов показывают, что наиболее равномерное распределениеразмера частиц износа ТСП происходит при шероховатости равнойсоответствующей 3-му контробразцу (Таблица 1).Исследования размеров частиц износа ТСП для пар трения сконтробразцами, имеющими различную исходную шероховатость,показывают, что для реализованных режимов и условий испытанийраспределение средних размеров частиц износа в зависимости отшероховатости имеет минимум соответствующий 3-му контробразцу(Таблица 1).Результаты экспериментальных исследований влияния исходныхтолщин покрытий δ, наносимых на образцы, на число циклов n1 до окончанияих приработки для исследуемых контробразцов показывают, что увеличениетолщины ТСП приводит к увеличению продолжительности приработки партрения.

При этом с увеличением высотных параметров микрогеометрииконтробразцов (Ra, Rp) продолжительности приработки также увеличивается.11Проведенный комплекс исследований показал, что наиболеерациональной из исследованных является шероховатость соответствующаяконтробразцу 3.Пятая глава посвящена управлению параметров и разработкеметодики обеспечения работоспособности винтовых передач с ТСП иноминально неподвижных резьбовых сопряжений с ТСП.Основным параметром, определяющим работоспособность резьбовыхпередач с ТСП, является максимальная несущая способность. При расчетахмаксимальной несущей способности, необходимо опираться на расчетыконтактных давлений, возникающих на витках.Уравнение осевой нагрузки , воспринимаемой i-м витком винтовогосопряжения, можно выразить в виде:Fi  qk Ai cos 2(5)где– угол профиля;– средние контактные давления; i –номинальная площадь контакта i-го витка.Учитывая, что максимальное давление сосредоточено на первом витке,при проектировании винтовых передач с ТСП необходимо производитьрасчет допускаемых нагрузок на данный виток:F   d 4ht,712KJ K2mз11т1, 5Rp 0,2 кр  кр r  0,05 2 rR p2 12(6)где– номинальная высота профиля винтового сопряжения,–средний диаметр резьбы,  кр – критическое внедрение произвольноговыступа шероховатой поверхности в ТСП;– толщина ТСП; – среднийрадиус вершин микронеровностей поверхности гайки;– высотанаибольшего выступа профиля шероховатой поверхности гайки;–относительная опорная длина профиля по средней линии,– параметраппроксимации опорной кривой;;– гамма функция ; J1– упругая постоянная ТСП; Кm – коэффициент неравномерности нагрузки повиткам составляет.Решая систему уравнений (1), (3), (4), (5) и (6) можно произвестирасчет максимальной несущей способности винтовых пар с ТСП.

При этом,учитывая соотношения и зависимости по влиянию используемых материалов,шероховатости изготовления гайки, шага резьбы, толщины покрытия идругих параметров на распределение нагрузки по виткам, можно снижатьнагрузку на первый виток, тем самым управлять параметрами винтовых пар сТСП.Методика обеспечения работоспособности винтовых пар с ТСПпредставлена на рисунке 5.Основнымипараметрами,определяющимиработоспособностьноминально неподвижных резьбовых сопряжений, является усилие затяжки.Данный параметр предотвращает разгерметизацию резьбового соединения.Для улучшения характеристик необходимо обеспечить максимальновозможное усилие затяжки. Также стандартные резьбы выполняют близкими12к условию равной прочности на четыре возможных вида разрушения: разрывстержня болта по внутреннему диаметру, на срез, смятие или изгиб резьбы.Для определения данных параметров номинально неподвижногорезьбового сопряжения с ТСП необходимо решить систему уравнения иопределить силы Fi , создаваемые силой F  Fзат  Fa при воздействииотрывающей силы Fa .

При этом необходимо производить расчет припластическом деформировании ТСП (3).зат(7)l д 1   FaE д Aд F зат  (1   ) Fa c д  д Aд0,5F   зат  Aд 1  F1  3,266 R p 1 Ai HVt m   F1   rR p  A HVt   3,266m  i0,54 4 FaE5 1 l 0  0,5 H 2 l1  2  2dd1 1  F1 3,266 R p 1 Ai HVt m   F1  rR p  A HVt   3,266m  i45 1где χFa – нагрузка на винт, создаваемая силой Fa; lд – высота деталей;Eд – модуль упругости материала деталей; Aд – площадь поверхностиконтакта деталей; εд – коэффициент влияния масштаба контактирующихповерхностей деталей; cд – коэффициент влияния шероховатостиконтактирующих поверхностей деталей; d – диаметр винта; d1 – внутреннийдиаметр резьбы винта; l0 – длина гладкой части винта; H1, H2 – высота гайкии головки винта; l1 – длина нарезанной нагруженной части винта.Учитывая соотношения и зависимости по влиянию используемыхматериалов, шероховатости изготовления гайки, шага резьбы, толщиныпокрытия и других параметров на распределение нагрузки по виткам, можноуправлять параметрами номинально неподвижных резьбовых сопряжений сТСП.

Методика обеспечения работоспособности аналогична с методикой длявинтовых пар с ТСП.По результатам проведенных исследований была разработана методикаСТП ЦИ029, по которой изготовлена и внедрена на узле формированиястеклохолста ООО «Альстром Тверь» винтовая пара с покрытием ВНИИ НП212 № ЦИ029.000.000 СБ. В результате внедрения данного винтовогосопряжения удалось достичь снижения брака готовой продукции.Также к положительным эффектам внедрения винтового сопряжения сТСП можно отнести: пониженный износ в режиме старт-стоп, снижениенагрузки на первый виток в результате использования ТСП, которое приводитк повышению максимальной несущей способности и износостойкостивинтового сопряжения.13ТСПРисунок 5 – Методика обеспечения работоспособности винтовых пар сПримечание 1. Кроме осевой нагрузки, к винтовым сопряжениям могутпредъявляться и другие требования (например, шаг резьбы, наружныйдиаметр резьбы).Примечание 2.

Если в блоке «Исходные данные» к винтовомусопряжению с ТСП предъявлялись дополнительные параметры, то данныхпараметров не будет в данном блоке.14ВЫВОДЫПолучены теоретические и экспериментальные зависимости, которыепозволили разработать методику обеспечения работоспособности винтовыхсопряжений с ТСП. При проведении теоретических и экспериментальныхисследований получены следующие результаты:1. Разработана методика обеспечения и повышения работоспособностивинтовых передач с ТСП и номинально неподвижных резьбовых сопряженийс ТСП;2. Получены расчетные соотношения, позволяющие прогнозироватьраспределение нагрузки по виткам трибосопряжения типа винтовая пара сТСП, а также соответствующие значения коэффициента неравномерностираспределения нагрузки K m , в зависимости от физических свойств покрытия,шероховатости гайки, шага резьбы, нагрузки, толщины покрытия приупругом и пластическом контакте.

Теоретические исследования показывают,что при использовании ТСП K m принимает значения от 0,70 до 0,93.3. Разработана методика и оборудование для экспериментальногоисследования фрикционного взаимодействия пар трений с ТСП в широкихнагрузочно-скоростных диапазонах режимов испытаний;4. Получена экспериментальная зависимость влияния шероховатостиконтртела на износостойкость пар трения с ТСП. Исследована наиболеерациональная шероховатость контртела.