Диссертация (Разработка метода обеспечения работоспособности винтовых сопряжений с твердосмазочными покрытиями), страница 8

Расчѐты, проведѐнные при упругом деформировании ТСП изсеребра, для винта, имеющего 20 витков, который соответствует прототипу ивинтов, имеющих 5, 10 и 15 витков представлены на рисунке 3.2 [74].Fi/F %2520151050045 витков810 витков1215 витков1620n20 витковРисунок 3.2Распределение относительной нагрузки Fi /F по виткам n резьбовогосопряжения при упругом контакте.Параметры микрогеометрии шероховатой поверхности витка гайкисоответствовали еѐ обработке получистовым точением (Таблица 3.2), ахарактеристики винтовой передачи базовому варианту (Таблица 3.1). Награфике по оси ординат откладывается относительная нагрузка на виток⁄ , где– рассчитанная нагрузка на виток, Н; – номинальная нагрузка навинтовую передачу, Н.

А по оси абсцисс порядковый номер витка гайки. Каквидно из представленных данных, снижение числа витков приводит кзавышению максимальной нагрузки на виток более чем на 60%. Очевидно,что для точных численных результатов необходимо использовать системууравнений соответствующую прототипу, а в случае качественной оценкивлияния того или иного параметра возможно применение упрощѐнныхсистем.62На рисунке 3.3 для тех же условий приведены данные о влиянииматериала покрытия на распределения нагрузок по виткам резьбовогосопряжения в случае упругого деформирования ТСП. Из графиков следует,что покрытие ФБФ-74Д является более мягким, чем серебряноеиобеспечивает меньшую жѐсткость стыка в витках резьбового сопряжения иболее равномерное распределение нагрузки между ними [74].Fi/F, %14,0012,00110,008,0026,004,002,000,0005101520 nРисунок 3.3Распределение относительной нагрузки Fi /F по виткам n резьбовогосопряжения с серебряным ТСП (1) и с ФБФ-74Д (2) при упругом контакте.Эффект выравнивания распределения нагрузки между витками приупругом контакте происходит при ухудшении качества поверхности виткагайки (рисунок 3.4), которое также приводит к уменьшению жѐсткости стыкашероховатая поверхность витка гайки - ТСП нанесѐнное на поверхностьвитка винта.

В данном случае расчѐты проводились для ТСП из серебратакже в условиях его упругого деформирования для случаев обработки гайкиполучистовым и тонким точением (Таблица 3.2).63Fi/F, %25,0020,0015,00110,0025,000,00051020 n15Рисунок 3.4Распределение относительной нагрузки Fi /F по виткам n резьбовогосопряжения при Ra = 2,5мкм (1) и Ra = 6,3 мкм (2) при упругом контакте.На рисунке 3.5 показано распределение нагрузки по виткам резьбовогосопряжения с ТСП при различных шагах резьбы. Расчѐты проводились дляТСП из серебра в условиях упругого деформирования. Расчеты показывают,что при уменьшении шага резьбы, происходит более равномерноераспределение нагрузки.Fi/F, %20,0015,00210,0015,000,0005101520nРисунок 3.5Распределение относительной нагрузки Fi/F по виткам n резьбовогосопряжения при Р = 1 мм (1) и Р = 2 мм (2) при упругом контакте.64На графике (рисунок 3.6) видно, что при увеличении нагрузки,относительная нагрузка распределяется менее равномерно по виткамвинтовой пары с ТСП при упругом контакте.

Расчеты приведены длясеребряного покрытия.Fi/F, %25,0020,0015,0010,005,000,0005F = 23 H10F = 46 H1520 nF = 115 HРисунок 3.6Распределение относительной нагрузки Fi/F по виткам n резьбовогосопряжения при различных нагрузках при упругом контакте.Влияние толщины покрытия не оказывает существенное влияние нараспределения нагрузки по виткам винтового сопряжения при упругомдеформировании ТСП (рисунок 3.7). Расчѐты проводились для покрытияФБФ-74Д толщиной 5 и 20 мкм для случая обработки гайки получистовымточением.65Fi/F, %7,006,5016,005,5025,004,504,0005101520nРисунок 3.7Распределение относительной нагрузки Fi /F по виткам n резьбовогосопряжения при δ = 5 мкм (1) и δ = 20 мкм (2) при упругом контактеПолученные расчетные соотношения, позволяют прогнозироватьраспределение нагрузки по виткам трибосопряжения типа винтовая пара сТСП в зависимости от физических свойств покрытия, шероховатости гайки,шага резьбы, нагрузки, толщины покрытия при упругом деформированииТСП.3.2.2 При пластическом контактеАналитическое соотношение для расчѐта деформаций в случаепластического деформирования ТСП, нанесѐнного на поверхность винта, сшероховатой поверхностью i-го витка гайки можно записать в виде [73]:(где()⁄;√)⁄(3.3)– микротвѐрдость ТСП по Виккерсу.Решая систему уравнений, описываемую соотношениями (3.1) и (3.3),получим зависимость распределения нагрузок от различных факторов дляслучая пластического деформирования ТСП в винтовом сопряжении.

Данная66система уравненийне может быть решена аналитически,поэтомуисследование влияния ТСП на распределение нагрузки по виткам резьбовыхсопряжений возможно только численными методами.На рисунке 3.8 при условиях, что параметры микрогеометриишероховатой поверхности витка гайки соответствовали еѐ обработкеполучистовым точением (Таблица 3.2), а характеристики винтовой передачибазовому варианту (Таблица 3.1), приведены данные о влиянии материалапокрытия на распределения нагрузок по виткам резьбового сопряжения вслучае пластического деформирования ТСП. Из графиков следует, чтопокрытие ФБФ-74Д являясь более мягким, чем серебряное обеспечиваетменьшую жѐсткость стыка в витках резьбового сопряжения и болееравномерное распределение нагрузки между ними [74].

Для ФБФ-74Дпервый и второй витки резьбы воспринимают 15,6% (соответственно 8,1% и7,5%) от общей нагрузки. С учетом этого коэффициент неравномерностинагрузки по виткам составляет Кm = 0,93.Fi/F %3025201151025005101520nРисунок 3.8Распределение относительной нагрузки Fi /F по виткам n резьбовогосопряжения с серебряным ТСП (1) и с ФБФ-74Д (2) при пластическомконтакте.67Аналогичный эффект выравнивания распределения нагрузки междувитками происходит при ухудшении качества поверхности витка гайки(рисунок 3.9), которое также приводит к уменьшению жѐсткости стыкашероховатая поверхность витка гайки – ТСП нанесѐнное на поверхностьвитка винта.

В данном случае расчѐты проводились для ТСП из серебратакже в условиях его пластического деформирования для случаев обработкигайки получистовым и тонким точением (Таблица 3.2).Fi/F %605040230201100048121620nРисунок 3.9Распределение относительной нагрузки Fi /F по виткам n резьбовогосопряжения при Ra = 2,5мкм (1) и Ra = 0,63 мкм (2) при пластическомконтакте.На рисунке 3.10 показано распределение нагрузки по виткамрезьбового сопряжения с ТСП при различных шагах резьбы. Расчѐтыпроводились для ТСП из серебра в условиях пластического деформирования.Расчеты показывают, что при уменьшении шага резьбы, происходит болееравномерное распределение нагрузки.68Fi/F, %40,0035,0030,0025,0020,0015,0010,005,000,002105101520nРисунок 3.10Распределение относительной нагрузки Fi/F по виткам n резьбовогосопряжения при Р = 1 мм (1) и Р = 2 мм (2) при пластическом контакте.На рисунке 3.11 видно, что при увеличении нагрузки, относительнаянагрузка распределяется менее равномерно по виткам винтовой пары с ТСПпри пластическом контакте.

Расчеты приведены для серебряного покрытияпри получистовой обработке.Fi/F, %30,0020,0010,000,0005F= 23 Н10F= 46 Н15F= 115 Н20 nРисунок 3.11Распределение относительной нагрузки Fi/F по виткам n резьбовогосопряжения при различных нагрузках при пластическом контакте.Влияние толщины покрытия не показало еѐ существенное влияние(рисунок 3.12) на распределения нагрузки между витками. Здесь расчѐтыпроводились для покрытияФБФ-74Д толщиной 5 и 20 мкм в условиях69пластическогодеформированияТСПдляслучаяобработкигайкиполучистовым точением.Fi/F %71625405101520nРисунок 3.12Распределение относительной нагрузки Fi /F по виткам n резьбовогосопряжения при δ = 5 мкм (1) и δ = 20 мкм (2) при пластическом контакте.Полученные расчетные соотношения, позволяют прогнозироватьраспределение нагрузки по виткам трибосопряжения типа винтовая пара сТСП в зависимости от физических свойств покрытия, шероховатости гайки,шагарезьбы,нагрузки,толщиныпокрытияприпластическомдеформировании ТСП.3.2.3.

Анализ результатов расчетаНа рисунке 3.13 для винтового сопряжения, имеющего 20 витков,представлено сравнение распределения нагрузок по виткам при упругом ипластическом деформировании ТСП шероховатой поверхностью витка гайки.В данном случае численные исследования также проводились для ТСП изсеребра при тех же, что и в предыдущем случае параметрах микрогеометриишероховатой поверхности витка гайкиихарактеристиках винтовойпередачи [74].70Fi/F %30252021510150048121620 nРисунок 3.13Распределение относительной нагрузки Fi /F по виткам n резьбовогосопряжения при упругой (1) и пластической (2) деформации.Для серебряного покрытия при пластическом контакте первые двавитка воспринимают 44,5% (соответственно 26,1% и 18,4%) от общейнагрузки. С учетом этого коэффициент неравномерности нагрузки по виткамсоставляет Кm = 0,70.