Автореферат (1143694), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Егорова проведена оценка влияния действительногонаправления нормали и значения давления в различных точках боковойповерхности витка на точность результатов расчета момента и КПД ввинтовой паре. В результате исследований была разработана программарасчета винтового механизма при возможных законах распределениядавления на рабочей поверхности витка, которая позволяет получатьуточненные данные по несущей способности винтового механизма и КПД.Работы данных ученых не охватывают область исследования винтовыхпар с ТСП. Поэтому задача обеспечения работоспособности винтовыхсопряжений с ТСП, используемых в машинах, является актуальной и имеетважное научное и практическое значение.Вовторойглаверассматриваютсяметодыисредстваэкспериментального исследования работы.Для испытаний в качестве ТСП использовалось композиционноепокрытие ВНИИНП- 212 на основе мочевиноформальдегидной смолы снаполнителем MoS2, нанесенное на образцы из стали 45.
Фактическиезначения средних исходных толщин покрытий, определяемых с помощьюмногофункционального прибора Константа К5, изменялось от 16 до 34 мкм.Контробразцы изготовлялись из стали 45 и имели изотропнуюшероховатость, получаемую доводкой их поверхностей с помощьюкорундовых порошков и алмазных паст. Средние значения исходныхпараметров микрогеометрии контробразцов, определѐнных с помощьюпрофилографа TR200, представлены в Таблице 1.5Таблица 1 – Исходные параметры микрогеометрии контробразцовtm№ образца Ra (мкм)Rq (мкм) Rp (мкм) Sm (мм)0,6910,080,110,290,030,4820,260,340,770,040,5931,762,224,970,080,3643,44,39,90,21Для проведения испытаний разработано и создано устройство дляиспытаний материалов на трение и износ (УМТИ) (рисунок 1) свозможностью вывода данных на ПК.
В основе конструкции устройствалежит техническое решение, защищенное патентом на изобретение №2531124от 20.10.2014. Характеристики УМТИ: диапазон частот вращения образца220-1500 об/мин, отклонение от точности измерения параметров ± 0,2%.Рисунок 1 – УМТИ.Здесь в патроне станка 1 закреплѐн адаптер 2, приводящий во вращениеверхний образец 3, а силоизмерительная система УМТИ 4, установлена настоле 5 нагружающего устройства 6. Применение нагружающего устройстване обязательно, т.к. в УМТИ ведѐтся непрерывное измерение нормальнойнагрузки и она может создаваться через приводы подач станка.
Элементыэлектронного измерительного блока представлены датчиками 7, электронноцифровыми измерительными приборами ―Микрон‖ 8, АЦП 9, ПК 10 иприбором для управления прерываниями испытаний объединѐнным сосчѐтчиком полных оборотов адаптера 11.Дляисследованиямикроструктурыповерхностейобразцовиспользовался металлографический микроскоп Альтами МЕТ 1М, дляисследования микроструктуры поверхностей и количественного анализахимического состава образцов использовался растровый электронныймикроскоп JEOL JSM-6610LV с аналитической приставкой Oxford INCAEnergy 350 X-Max 20.6В третьей главе рассмотрены результаты исследований распределениянагрузки по виткам трибосопряжений типа винтовая пара ствердосмазочными покрытиями.При взаимодействии шероховатой поверхности витка гайки споверхностью витка винта, на которую нанесено ТСП, возникающиеконтактные деформации существенно больше объѐмных деформаций витков.Поэтому в уравнениях совместности перемещений деформации витковзаменим, на соответствующие контактные деформации шероховатойповерхности с поверхностью, на которую нанесено ТСП.Для рассматриваемой задачи условие равновесия и уравнениясовместности перемещений Ивановым А.С.
была получена следующаясистема уравнений:(1)где – осевая нагрузка воспринимаемая резьбовым сопряжением; – осеваянагрузка воспринимаемая i-м витком резьбового сопряжения; n – числовитков гайки; – контактная деформация шероховатой поверхностью i-го∑⁄витка гайки ТСП нанесѐнного на поверхность винта;–∑⁄удлинение тела винта между i-м и i+1 витками;–укорочение тела гайки между i-м и i+1 витками; P – шаг резьбы;–модули упругости материалов винта и гайки; Aв, Aг – минимальные площадипоперечного сечения винта и гайки.Для решения системы уравнений (1) необходимо знать контактныедеформации, возникающие при внедрении шероховатой поверхности вповерхность имеющую ТСП.Предложены аналитические соотношения для расчѐта контактныхдеформаций шероховатых поверхностей с ТСП при их упругой ипластической деформации.
Для случая упругой деформации ТСПнанесѐнного на поверхность винта шероховатой поверхностью i-го виткагайки можно записать:⁄⁄√(2)√()⁄где -[(К)√п];пв;пп;в;– толщина ТСП;– средний радиус вершин микронеровностейповерхности гайки;– высота наибольшего выступа профиля шероховатойповерхности гайки;– проекция номинальной площади контакта виткарезьбы на плоскость перпендикулярную оси резьбового сопряжения;–относительная опорная длина профиля по средней линии,– параметраппроксимации опорной кривой;;– гамма функция ; ,7– коэффициенты Пуассона материалов ТСП и винта; п– модулиупругости материалов ТСП и винта; Jп, Jв – упругие постоянные ТСП и винта.Для пластической деформации ТСП контактyю деформацию можнопредставить в виде:()√⁄⁄(3)где– микротвѐрдость ТСП по Виккерсу.() ;Таким образом, получены две нелинейные системы уравнений дляслучая упругого и пластического деформирования ТСП в резьбовомсопряжении, описываемые соотношениями (1), (2) и (1), (3) соответственно.Системы уравнений решались с помощью специализированногопрограммного обеспечения.
При расчѐтах использовались геометрическиеразмеры, материалы и номинальная нагрузка реальной винтовой передачи сТСП на основе политетрафторэтилена марки ФБФ-74Д и серебра.Расчѐты, проведѐнные при упругом деформировании ТСП из серебра,для винтового сопряжения, имеющего 20, 15, 10 и 5 витков показывают, чторасчѐты по винтовому сопряжению с 5 витками приводят к завышениюмаксимальной нагрузки на виток более чем на 60%.На рисунке 2 для винтового сопряжения с серебряным покрытием,имеющего 20 витков, представлено сравнение распределения нагрузок повиткам резьбового сопряжения при упругих и пластических деформацияхТСП шероховатой поверхностью витка гайки. Результаты сравнительныхрасчѐтов показывают, что при упругих деформациях покрытия нагрузкамежду витками распределяется более равномерно, поэтому в случаепластического характера деформаций ТСП условия эксплуатации резьбовогосопряжения являются более жѐсткими.
Для серебряного покрытия припластическом контакте первые два витка воспринимают 44,5%(соответственно 26,1% и 18,4%) от общей нагрузки. С учетом этогокоэффициент неравномерности нагрузки по виткам составляет Кm = 0,70. Приупругой деформации первый и второй витки резьбы воспринимают 24,6%(соответственно 13,4% и 11,2%), а Кm = 0,84.Fi/F %30252015105021048121620nРисунок 2 – Распределение относительной нагрузки Fi /F по виткам nрезьбового сопряжения при упругой (1) и пластической (2) деформации.Для тех же условий было исследовано влияние механических свойствматериала покрытия на распределения нагрузок по виткам резьбовогосопряжения в случае пластического деформирования ТСП (рисунок 3).Покрытие ФБФ-74Д являясь более мягким, чем серебряное, обеспечиваетменьшую жѐсткость стыка в витках резьбового сопряжения и болееравномерное распределение нагрузки между ними.
Для ФБФ-74Д первый и8второй витки резьбы воспринимают 15,6% (соответственно 8,1% и 7,5%) отобщей нагрузки. С учетом этого коэффициент неравномерности нагрузки повиткам составляет Кm = 0,93.Fi/F %30120210005101520nРисунок 3 – Распределение относительной нагрузки Fi /F по виткам nрезьбового сопряжения с серебряным ТСП (1) и с ФБФ-74Д (2) припластическом контакте.Аналогичный эффект выравнивания распределения нагрузки междувитками происходит при ухудшении качества поверхности витка гайки,которое также приводит к уменьшению жѐсткости стыка шероховатойповерхности витка гайки и ТСП, нанесѐнного на поверхность витка винта.
Вданном случае расчѐты проводились для ТСП из серебра также в условиях егопластического деформирования для случаев обработки гайки получистовым итонким точением.Влияние толщины покрытия ФБФ-74Д в пределах от 5 мкм до 20 мкмне показало еѐ существенное влияние на распределения нагрузки междувитками при пластическом и упругом деформирования ТСП. Также расчетыпоказали незначительное влияние абсолютного значения номинальнойнагрузки на еѐ распределение между витками в винтовой передаче.Полученные 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 и пластическомконтакте. В свою очередь это позволяет управлять функциональнымисвойствами винтовых пар с ТСП и оценивать их работоспособность.В решении Н.Е.
Жуковского о распределении нагрузки между виткамирезьбы без использования ТСП показано, что первый и второй витки резьбывоспринимают 57% (соответственно 34% и 23%) от общей нагрузки. С учетомэтого коэффициент неравномерности нагрузки K m по виткам крепежнойметрической резьбы с учетом пластических деформаций принимает значенияот 0,55 до 0,75.Часто расчеты резьбы выполняют в форме расчетов по среднимноминальным напряжениям, полагая K m 1 .
Это связано с приближеннымгеометрическим подобием резьб разных размеров и с тем, что допускаемыенапряжения выбирают на основе испытаний резьбовых соединений илиданных эксплуатации. Поэтому в методиках проектирования винтовыхсопряжений, основанных на теоретических исследованиях принимать K m 1нельзя. Полученные в работе соотношения показывают, что прииспользовании ТСП в винтовых сопряжениях коэффициент K m принимаетзначения от 0,70 до 0,93.9В четвертой главе рассмотрены результаты экспериментальныхисследований трибосопряжений с ТСП.Экспериментальное исследование долговечности ТСП, на примереВНИИ НП-212, в зависимости от исходной шероховатости контробразца,проводилось на разработанной УМТИ при торцевой схеме трения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
