close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка метода технологического обеспечения противозадирной стойкости в кромочной зоне контактирования эвольвентных цилиндрических зубчатых колёс редукторов газотурбинных двигателей

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Жукова Светлана Ивановна
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОТИВОЗАДИРНОЙ
СТОЙКОСТИ В КРОМОЧНОЙ ЗОНЕ КОНТАКТИРОВАНИЯ ЭВОЛЬВЕНТНЫХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС РЕДУКТОРОВ ГАЗОТУРБИННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Специальность: 05.02.08 – Технология машиностроения
Автореферат
диссертации на соискание учѐной степени кандидата технических наук
Рыбинск - 2018
2
Работа
выполнена
в
федеральном
образовательном
учреждении
государственный
авиационный
государственном
высшего
образования
технический
университет
бюджетном
«Рыбинский
имени
П.А.
Соловьева» на кафедре «Мехатронных систем и процессов формообразования
имени С.С. Силина».
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор,
проректор по науке и инновациям
Кожина Татьяна Дмитриевна
Официальные оппоненты: Маликов Андрей Андреевич, д.т.н., профессор,
заведующий кафедрой «Технология
машиностроения» ФГБОУ ВО «Тульский
государственный университет»
Агапов Сергей Иванович, д.т.н., доцент,
профессор кафедры «Технология
машиностроения» ФГБОУ ВО «Волгоградский
государственный технический университет»
Ведущая организация:
ФГБОУ ВО «Пермский национальный
исследовательский политехнический университет»
Защита диссертации состоится 23.05.2018 г. в 12 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.210.01 в федеральном государственном
бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Рыбинский
государственный
авиационный
технический
университет
имени
П.А.
Соловьева» по адресу: 152934, г. Рыбинск, Ярославской области, ул. Пушкина,
53, ауд. Г-237.
С
диссертацией
можно
ознакомиться
федерального
(http://www.rsatu.ru)
образовательного
учреждения
государственный
авиационный
в
библиотеке
и
государственного
на
сайте
бюджетного
высшего
образования
технический
университет
«Рыбинский
имени
П.А.
Соловьева». Автореферат разослан «21» марта 2018г.
Учѐный секретарь диссертационного совета
д-р техн. наук, доцент
И.В. Надеждин
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Современные тенденции в развитии
конструкций машин – рост энергонасыщенности и быстроходности при
стремлении к компактности – обусловили ужесточение требований к качеству
технологического проектирования зубчатых передач с тем, чтобы уже на стадии
конструкторской
надѐжность
проработки
машины.
обеспечивалась
Одновременно
с
высокая
эксплуатационная
проектированием
деталей
ГТД
разрабатывается и технология их производства, то есть осуществляется поиск
конструктивно-технологического
решения
изготовления
деталей
и
его
оптимизация по эксплуатационным характеристикам. Применительно к зубчатым
передачам,
тенденции
повышения
динамической
напряжѐнности
и
быстроходности зубчатых колес при уменьшении их габаритов и массы, привели
к росту удельных нагрузок и скоростей скольжения, а также к тому, что
нагрузочная способность зачастую лимитируется противозадирной стойкостью
зубьев - способностью противостоять изнашиванию при схватывании в
результате глубинного вырывания материала и переноса его с одной поверхности
трения на другую, а также воздействию образовавшихся вследствие этого
неровностей на сопряжѐнную поверхность. Как показала практика эксплуатации
зубчатых передач редукторов ГТД, потеря работоспособности передачи чаще
всего происходит в кромочной зоне контакта зубьев, поэтому важно проводить
прогнозирование противозадирной стойкости именно в этой зоне.
Применение современных технологий производства, использование новых
марок сталей требует уточнения, а в отдельных случаях, пересмотра методов
расчетных и экспериментальных оценок эксплуатационных свойств зубчатых
передач. В то же время, зубчатые колеса редукторов ГТД отличаются большим
разнообразием форм, размеров и конструктивных особенностей, что затрудняет
процесс подбора оптимальных характеристик зубчатых передач и наиболее
эффективных с экономической точки зрения способов их производства.
Общей тенденцией является повышение качества рабочих поверхностей и
ужесточение требований к точности формообразования. Качество рабочих
поверхностей зубчатых колес формируется под влиянием конструктивных
факторов (модуля, числа зубьев и материала колѐс) и технологических факторов
(вида и режимов обработки). Таким образом, исследование, направленное на
технологическое
обеспечение
надѐжности
зубчатых
колѐс
по
критерию
4
противозадирной стойкости, является актуальной задачей машиностроения,
позволяющей
повысить
точность
оценки
работоспособности
зубчатых
зацеплений на стадии проектирования и обеспечить еѐ в процессе изготовления.
Степень
разработанности.
Вопросам
повышения
потивозадирной
стойкости зубчатых пар посвящены исследования Когаева В.П., Э.Л. Айрапетова,
Э.Д. Брауна, М.Д. Генкина, Ю.Н. Дроздова, Г.А. Журавлѐва. Исследованию задач
повышения качества изготовления деталей как интегральной характеристики
технологического процесса посвящены работы А.Г. Суслова, В.Ф. Безъязычного,
Б.А. Тайца, Э.В. Рыжова, А.А. Маликова и др. Существенный вклад в повышение
работоспособности редукторов внесли ряд научно-исследовательских, проектноконструкторских организаций и заводов: НПО «ЦНИИТМАШ», АО «НПЦ
газотурбостроения «Салют», ОАО «Гипроуглемаш», ФГБУ «ИМАШ РАН».
Целью настоящей работы является разработка метода технологического
обеспечения
требуемой
противозадирной
стойкости
в
кромочной
зоне
контактирования цилиндрических зубчатых колес редукторов ГТД. Под методом
технологического обеспечения требуемой противозадирной стойкости зубчатых
колес ГТД автор понимает совокупность технологических условий обеспечения
изготовления зубчатых колѐс различными способами зубошлифования по
заданным требованиям противозадирной стойкости.
Для достижения цели определены следующие задачи исследования:
- изучение физических процессов, протекающих в кромочной зоне контакта
рабочих поверхностей зубьев, позволяющих через технологию изготовления
зубчатых колѐс и условий еѐ осуществления обеспечить противозадирную
стойкость зубчатых пар.
- разработка способа оценки заедания зубчатых колес путѐм физикоматематического моделирования кромочного контакта зубьев; а также разработка
испытательного стенда для проведения комплексной оценки противозадирной
стойкости, которая обеспечивается назначением технологических условий
обработки пары зубчатых колѐс.
-
разработка
модели
прогнозирования
противозадирной
стойкости
зубчатых передач по удельной нагрузке заедания, контактным напряжениям и
выбору
технологических
функциональной
связи
технологией изготовления.
условий
с
обработки
характеристиками
на
основе
проектируемой
установления
передачи
и
5
- разработка технологических условий обеспечения противозадирной
стойкости зубчатых колѐс в кромочной зоне контактирования, представляющих
собой совокупность характеристик технологического процесса необходимых для
достижения требуемого качества зубчатых передач.
Научная новизна исследования состоит в:
 разработке
модели
технологического
обеспечения
изготовления
зубчатых колес, позволяющей на стадии проектирования передачи путѐм
решения задачи оптимизации
динамическому
критерию
удельных
нагрузок
в зоне
контакта
по
противозадирной стойкости прогнозировать
еѐ
работоспособность;
 установлении взаимосвязей, учитывающих совокупное влияние на
процесс заедания зубчатых колѐс геометрических, тепловых и динамических
факторов работы зубчатой пары;
 установлении
условий
позволяющих
корректировать
процесс
изготовления зубчатой пары различными способами зубошлифования в
соответствии с задаваемой величиной критерия противозадирной стойкости.
Практическая ценность работы состоит в разработке:
– технологических рекомендаций по обеспечению противозадирной
стойкости цилиндрических эвольвентных прямозубых зубчатых колѐс путѐм
оценки риска возникновения заедания в кромочной зоне контакта;
–
технологических
рекомендаций
по
экспериментальной
оценке
противозадирной стойкости и внедрении их в производство, а также в учебный
процесс переподготовки кадров, осуществляемый на базе Учебного центра ПАО
«ОДК-Сатурн».
–
испытательного
стенда
экспериментального
исследования
риска
возникновения заедания в кромочной зоне контакта зубьев для оценки
противозадирной стойкости зубчатых колѐс;
– способа моделирования зоны контактирования кромок зубьев (патент на
изобретение РФ № 2334210 от 20.03.2007г.).
Методология и методы исследования. В работе использовались: основные
положения технологии машиностроения с использованием теории надежности;
теория резания металлов; методики моделирования зубчатых зацеплений;
основные
положения
триботехники;
аналитической
и
дифференциальной
6
геометрии; теории оптимизации и подобия; использовались законы теоретической
механики и сопротивления материалов; применялись методы вычислительной
математики
и
математической
статистики;
использовались
современные
вычислительные средства и программное обеспечение.
Достоверность
экспериментальных
результатов
исследований
определена
по
на
основе
разработанной
расчѐтных
автором
и
физико-
математической модели, а также при сравнении с результатами исследований
других авторов, в том числе на реальных зубчатых передачах, с применением
статистических методов обработки данных.
Личный вклад автора состоит: в разработке метода и технологических
условий обеспечения изготовления зубчатых колѐс по динамическому критерию
противозадирной стойкости max q  f  X ; Q ; в анализе факторов влияющих на
противозадирную стойкость и описания связи процесса заедания зубчатой
передачи с технологией изготовления; в анализе существующих средств
экспериментальной оценки противозадирной стойкости зубчатых передач и в
разработке
способа
моделирования контакта зубьев, который позволяет
воспроизводить геометрические и кинематические условия взаимодействия
зубьев в кромочной зоне контактирования на простых образцах и проводить
оценку риска возникновения заедания, снизить затраты на проведение оценки
работоспособности за счѐт определения противозадирной стойкости зубчатой
передачи
на
стадии
еѐ
проектирования.
Данный
метод
формализован
непосредственно автором в виде модели и алгоритма расчѐта. Получены
экспериментальные результаты, позволяющие существенно проектирования.
Апробация
обсуждались
на
работы.
X
Материалы
Всероссийской
диссертационного
исследования
научно-технической
конференции
«Теплофизика технологических процессов», 2000 г., на международной научнопрактической конференции «Славянтрибо-7а», 2006 г., на научно-технических
конференциях в рамках II, III, IV Международного технологического форума
«Инновации. Технологии. Производство», 2015 г., 2016 г., 2017 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том
числе 2 - в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объѐм работы. Диссертационная работа состоит из введения,
4 глав, заключения, списка литературы из 161 наименования. Общий объѐм
работы составил 245 страниц машинописного текста, 62 рисунка, 30 таблиц.
7
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,
сформулированы цель и задачи исследования, изложены научная новизна и
положения, выносимые на защиту.
Первая глава содержит анализ методов обеспечения надѐжности зубчатых
передач:
исследование
работоспособности,
критериев
теорий
технологического,
возникновения
структуры
оценки
Выполнен
анализ
заедания.
теоретических и экспериментальных работ в области исследования причин
возникновения заедания зубчатых передач. Из анализа литературных источников
сделан вывод о том, что работоспособность зубчатых передач напрямую зависит
от точности их изготовления и качества рабочих поверхностей зубьев, и
формируется на всѐм протяжении технологического процесса. Вместе с тем
отсутствуют чѐткие рекомендации конструкторско-технологической подготовки
производства с целью прогнозирования противозадирной стойкости, что требует
проведения более детальных исследований в данном направлении. Установлено,
что на сегодняшний день представленные в литературных источниках критерии
обеспечения работоспособности носят частный характер и на их основе нельзя
разработать инженерные методики обеспечения противозадирной стойкости
зубчатых колес. Поэтому актуальной является задача разработки технологии и
технологических
условий
еѐ
осуществления,
позволяющих
обеспечить
противозадирную стойкость зубчатых колес, необходимую для обеспечения
надѐжности зубчатого зацепления на стадии проектирования.
Во
второй
главе
описаны
модель
управления
технологическим
обеспечением работоспособности (противозадирной стойкости) зубчатых колѐс и
модель управления конструкторско-технологической подготовкой производства
(Рисунок 1 и Рисунок 2). Модель технологического обеспечения противозадирной
стойкости зубчатых колѐс состоит в том, что на основании исходных данных,
включающих в себя технические требования к зубчатой передаче (окружная
скорость,
передаваемая
мощность,
режим
работы)
и
эксплуатационные
требования (Э) (удельная нагрузка заедания qзд, контактные напряжения σн и
критическая температура заедания θкр), выбирают степень точности передачи и
устанавливают требования к точности изготовления и к качеству поверхностного
слоя рабочих поверхностей зубьев.
8
Проектирование
зубчатой передачи
по заданным
требованиям
противозадирной
стойкости
(удельная
нагрузка заедания
qзд, контактные
напряжения σн,
критическая
температура в
зоне контакта θкр)
нет
Рекомендации по геометрическим
параметрам зубчатой пары
(кинематическая точность - допуск на
колебание длины общей нормали FƲwr,
плавность работы-отклонение шага fpb)
Параметры качества поверхностного
слоя (шероховатость, твѐрдость и т.д.)
- Параметры обрабатываемого
материала (λ, E, μ, C и. т.д.)
- Параметры зубообрабатывающего
инструмента (тип шлифовального круга,
размеры, класс точности и т.д.)
Оптимизация по
динамическому критерию
противозадирной стойкости
max q  f  X ; Q
Технология
изготовления
зубчатых
колѐс (способ
обработки,
режимы
резания, СОЖ,
точность
оборудования,
ХТО и др.)
-Характеристики шлифовального
круга (вид абразивного материала,
твѐрдость, зернистость, связка)
- Режимы обработки (S,V, t)
да
Передача спроектирована
Рисунок 1 – Блок-схема процесса проектирования зубчатых колѐс
Затем, на основании установленных качественных и количественных
взаимосвязей источников возникновения погрешностей с показателями точности
зубчатого колеса, а также путѐм обеспечения заданных параметров качества
поверхностного слоя зубьев зубчатых колѐс ( Q ) формируются требования к
технологии изготовления (Т): выбирается вариант обработки колес, назначаются
режимы резания: Э  {qзд , H ,кр }  Q   f pb , Rа ,..., H ,  , ост , Х М   T  {V , S , t}  {d з , з }
(где qзд - удельная нагрузка заедания, Н/м; σн - контактные напряжения, МПа; θкркритическая температура заедания, °С; f pb - отклонения шага зубьев, мкм; Ra среднее арифметическое отклонение профиля, мкм; H – твѐрдость материала
зубчатого колеса, МПа; ∆Ʃ - параметры наклѐпа поверхностного слоя (степень (%)
и глубина наклѐпа(мкм)); σост - остаточные напряжения на поверхности, МПа; Xм
– глубина дефектного слоя, мкм; V - скорость вращения шлифовального круга,
об/мин). Задача оптимизации обеспечения противозадирной стойкости
представлена через динамический критерий противозадирной стойкости целевую функцию удельной нагрузки заедания: max q  f  X ; Q , где Х={S,V,t},
Q={H,Ra,Ψba, fpb,  тр } – векторы внешних (условия обработки) и внутренних
параметров
(характеристики
передачи),
влияющие
на
назначение
9
технологических условий обработки (где S – продольная подача шлифовального
круга, мм/об; t - радиальная подача шлифовального круга, мм/ход; характеристики
абразивного инструмента – размер абразивного зерна d з и число абразивных
зѐрен на единице площади рабочей поверхности инструмента  з ;  тр - угол трения,
градус; Ψba – коэффициент ширины венца).
Рисунок 2 –Модель управления конструкторско-технологической подготовкой производства
Производится разработка варианта техпроцесса изготовления зубатых
колѐс: выбирается оптимальный вариант путѐм первоначального синтеза всех
допустимых вариантов техпроцессов в виде дерева графов (Рисунок 3), по
которому осуществляется окончательный выбор метода обработки рабочих
поверхностей
поверхностного
зубчатых
слоя
и
колес,
обеспечивающий
точность
размеров
в
получение
допустимых
параметров
пределах
с
минимальной себестоимостью (Рисунок 4). Для достоверности полученного
решения
по
технологическому
обеспечению
предлагается
исследовать
проектируемую передачу на специальном спроектированном стенде методами
физико-математического моделирования кромочного контакта зубьев на основе
теории подобия – с использованием критериев подобия перехода от модели к
реальной проектируемой передаче (Рисунок 5).
10
Рисунок 3 - Дерево графов
возможных маршрутов
технологических процессов
изготовления зубчатого колеса
(множество вершин графа «А» промежуточные
зубчатого
колеса
состояния
в
процессе
обработки; множество рѐбер «В»
- этапы изготовления зубчатого
колеса)
Рисунок 4 – Фрагмент алгоритма управления условиями обработки
Рисунок 5 – Модель управления
технологическим обеспечением
противозадирной стойкости зубчатых колѐс
Практическое подтверждение реализации технологического обеспечения
противозадирной
стойкости
показано
на
примере
анализа
техпроцесса
изготовления детали «Шестерня» из материала 12Х2Н4А-Ш-3 (Таблица 1).
11
Таблица 1- Сравнение вариантов техпроцесса (ТП) изготовления шестени 12Х2Н4А-Ш-3
Техпроцесс № 1
Техпроцесс № 2
Техпроцесс № 3
Последователь-
Зубофрезерование,
зубофрезерование, комбиниро-
зубофрезерование, цементация,
ность обработки
цементация,
ванная обработка (КО),
закалка, зубошлифование
закалка,
цементация, закалка,
совмещѐнное с последующим
зубошлифование
зубошлифование.
полированием
Шероховатость
Ra=0,4 мкм
Результаты
Rа=0,2 мкм
Ra=0,15-0,08 мкм
Микротвердость
Повысилась
точность
испытаний на раз-
σн = 347 МПа
поверхностного слоя шестерни
изготовления,
работанном стенде
HB=269 МПа
увеличивается на 15...20% по
шероховатость
по сравнению со
сравнению со стандартным
увеличилась
стандартным
ТП№1, что повысило удельную
способность
ТП№1
нагрузку заедания на 25%
контактной прочности на 35 %.
Поверхностно
Специальный
Дополнительное
-
оборудование/
деформирование
инструмент
пластическое
рабочих
уменьшилась
на
15%
и
несущая
зубьев
по
комбинированный
червячный
поверхностей зубьев методом
шлифовальный
круг
обкатки
дополнительно
специально
разработанным инструментом
с
приклеенной
полировальной частью
В главе 3 представлен разработанный автором испытательный стенд
оценки риска возникновения заедания в кромочной зоне контакта зубьев с целью
определения удельной нагрузки заедания моделируемой передачи qзд на простых
образцах (патент № 2334210 от 20.03.2007).
Рисунок 6 – Схема проектирования зубчатой пары с назначением технологических условий
12
Автором разработан алгоритм, укрупнѐнная схема которого представлена
на
Рисунке
6,
и
программа
расчѐта,
содержащие
последовательную
конструкторско-технологическую проработку вариантов изготовления зубчатых
колѐс с последующим моделированием кромочного контакта на образцах и
исследованием риска возникновения заедания на испытательном стенде, с
возможностью изменения ранее выбранных значений исходных данных в случае,
если полученное прогнозное значение удельной нагрузки заедания qзд окажется
меньше передаваемой, на которую рассчитана проектируемая зубчатая передача
(Рисунок 7).
...
Начало
ВводВвод
исходных
данных исходя из требований к
исходных данных исходя из требований к габаритным
габаритным
размерам
передачи
– выбор
исходного
размерам передачи
– выбор исходного
контура
(ГОСТ 9563-80,
ГОСТ
* *
контура (ГОСТ
9563-80,
ГОСТ
13755-81):
13755-81):
z1, z2, m,
x1, x2, α, h
a , c , ∆y, b1, b2 z1, z2, m, x1, x2,
α, ha*, c*, ∆y, b1, b2
1.1
1.2
Ввод исходных данных - выбор назначения
передачи и условий эксплуатации (закрытая или
Ввод исходных данных - выбор назначения передачи и
открытая
передача,
срок
частота
условий
эксплуатации
(закрытая
илислужбы,
открытая передача,
срок службы,
вращения и передаваемый
момент,
вращения
и частота
передаваемый
момент, реверсивная
реверсивная
или нереверсивная,
нагрузка
постоянная илиили
или
нереверсивная,
нагрузка
постоянная
переменная): ω1, М1, L
переменная):
ω1, М1, L
2.1
Ввод исходных данных Блока 2 - выбор материала
образцов и ХТО (ГОСТ 4543-71) (марка материала
и способ упрочняющей обработки): H1/, H2/, μ1/, μ2/,
E1/, E2/
Ввод исходных данных - выбор параметров
изготовления образцов (параметров поверхностного слоя,
последовательности и методов обработки (см. алгоритм .
Рисунок 2.11): Ra1/, Ra2/
2.2
...
Ввод исходных данных - выбор материала зубчатых
1.3
колѐс и ХТО (ГОСТ 4543-71) (марка материала и
способ упрочняющей обработки): H1, H2, μ1, μ2, E1, E2, C/
4.1
2.5
1.4
Ввод исходных данных - выбор параметров
изготовления исходя из типа производства
(степени точности, параметров поверхностного
слоя, последовательности и методов обработки,
зубообрабатывающего инструмента) (ГОСТ 164381, ГОСТ 6636-69): Ra1, Ra2, rкром, fpb1, fpb2 и т.д.
Расчѐт основных геометрических параметров зубчатой
передачи (ГОСТ 16532-70): аw, r1, r2, rw1, rw2, r01, r02, Re1, Re2,
rf1, rf2, i, h, ∆pb, δ, Ψba
1.5
Расчѐт предельной нагрузки заедания qзд и
контактных напряжений σHзд, полученных
экспериментальным путѐм
да
2.5 Принятие
4.3
решения
об изменении
значения аw или Ψba
4.2
σHзд >[σH] более чем
на 20%
нет
4.4
Вывод характеристик спроектированной зубчатой
передачи: z1, z2, m, x1, x2, α, ha*, c*, ∆y, b1, b2, аw, r1, r2,
rw1, rw2, r01, r02, Re1, Re2, rf1, rf2, i, h, ∆pb, δ и т.д.
...
Конец
Рисунок 7 – Фрагмент алгоритма расчѐта зубчатой передачи
В главе 4 представлены результаты экспериментальных исследований
влияния различных факторов на величину критической температуры (Рисунок 8),
а также сравнение расчѐтных и экспериментальных данных удельной нагрузки и
критической температуры заедания (Таблица 2), сформированы рекомендации по
обеспечению противозадирной стойкости, позволяющие обеспечить еѐ на стадии
кострукторско-технологической подготовки (Таблица 3): для зубчатых колѐс,
при длительной работе на окружных скоростях окр до 21 м/сек и скоростях
скольжения ск до 8,7 м/сек удельная нагрузка по критерию противозадирной
стойкости должна быть при изготовлении из конструкционных сталей в
пределах qзд =1,2-1,5.106 Н/м, для легированных сталей - 1,9-2,5.106 Н/м.
13
- от удельной нагрузки
(кривые 1 и 2 - при
высокой
и
низкой
вязкости масла);
- от твѐрдости рабочих
поверхностей
зубьев
(кривые 3 и 4 - при
малых
и
больших
скоростях скольжения);
0,5
0,9
1,3
1,7
. 6
Удельная нагрузка, q 10 Н/м
100
230
360
490
Твѐрдость, МПа
0
5
10
15
Скорость скольжения ск, м/с
0
50
100
150
2
Кинематическая вязкость масла µ50°С, м /с
- от скорости скольжения
(кривые 5 и 6 – при низкой и
высокой твѐрдости);
- от кинематической вязкости
масла (кривые 7 и 8 - при
больших и малых скоростях
скольжения).
Рисунок 8 – Зависимость
2,1
620
20
200
критической
температуры
заедания θкр(°С) от различных
факторов
Под критической температурой заедания θкр автор понимает нижнюю
границу температуры в зоне контакта для комбинации материала зубьев колѐс и
масла, определяющую прохождение передачи по динамическому критерию
противозадирной стойкости.
Таблица 2 - Сопоставление расчѐтных и экспериментальных значений удельной нагрузки
х2
20
20◦
0
0
21◦31'
+0,173
+0,173
Колесо
z2
1
19
92
40Х
2
33
33
20ХН3А
3
Скорость
скольж.ск, м/с
х1
Шестерня
z1
Удельная
нагрузка
заедания,
.
106 Н/м
Скорость
качения окр, м/с
Угол зацепления
α, градусы
Коэффициент
смещения
исходного
контура
Модуль m, мм
Число зубьев
Марка стали
№ варианта
заедания qзд (Н/м) и критической температуры заедания θкр (°С)
qрасч
qэксп
5,51
1,6
1,2
5,98
1,48
Критическая
температура
заедания,
°С
θкр
θкр
расч
эксп
1,5
85
123
1,8
2,07
298
301
…
8
23
45
20ХН3А
3
16◦34'
-0,293
-0,320
8,0
0,8
1,2
1,5
375
360
9
21
43
20ХН3А
3
25◦33'
+1,100
+0,418
20,8
0,2
1,6
1,9
378
353
10
26
19
40Х
4
20◦
-0,16
+0,78
2,5
0,5
0,9
1,2
164
162
14
Таблица 3 – Практические рекомендации по обеспечению целевой функции удельной
нагрузки заедания max q  f  X ; Q
Технологические условия финишной операции техпроцесса - зубошлифование
Применение высокотемпературных и высокопористых кругов, интенсивный подвод СОЖ в
зону резания. Назначение режимов (V, S, t): скорость вращения шлифовального круга n=
1450…1550 об/мин; продольная подача круга Sпрод= 0,5…0,8 мм/об (черновое); Sпрод=
0,2…0,3 мм/об (чистовое); радиальная подача круга Sрад= 0,04…0,05 мм/ход
Характеристики передачи
Удельная
Группы материалов
нагрузка
зубчатых колес
106 (Н/м)
Конструкционные стали
40, 45, 50, 55 и др.
Коэф.
Твѐр-
Шеро-
Отклонение
ширины
дость
ховатость
основного
венца
(МПа)
(мкм)
шага (мкм)
H
Ra
fp b
qmin
qmax
ba
1,2
1,5
0,3...0,4
200...
250
Легированные стали
40Х, 40ХН, 45Х, 35ХМЛ,
1,9
2,5
350...
0,2...0,25
0,15…
0,4
0…4
550
12ХН3А и др.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Автором
доказана
возможность
технологического
обеспечения
требуемой противозадирной стойкости цилиндрических эвольвентных зубчатых
передач редукторов ГТД в кромочной зоне контактирования, основанная на
параметрической оптимизации удельной нагрузки заедания по геометрическим
характеристикам зубчатой пары и технологическим условиям обработки. Она
обеспечивается на стадии проектирования путѐм выбора техпроцесса и
назначения технологических условий изготовления зубчатых колѐс.
2. Получен способ оценки противозадирной стойкости цилиндрических
прямозубых эвольвентных зубчатых колес. Способ даѐт возможность через
изменение геометрии зацепления и подбор оптимальных условий техпроцесса
изготовления пар зубчатых колѐс ГТД учитывать действие различных факторов и
повышать противозадирную стойкость наиболее эффективным в каждом
конкретном случае способом. Способ реализуется за счѐт увеличения удельной
нагрузки
заедания,
а
также
через
выбор
характеристик
техпроцесса,
технологических условий обработки и комплекса мер по уменьшению
критической температуры заедания.
15
3. Разработана модель, алгоритм и программа расчѐта на языке C# по
оценке риска возникновения заедания на стадии проектирования зубчатой
передачи, что позволяет обеспечить совместную согласованную работу
конструкторских и технологических служб и приводит к сокращению сроков и
затрат на постановку зубатых колѐс в производство.
4.
По
результатам
исследования
разработаны
рекомендации
по
обеспечению противозадирной стойкости для эвольвентных зубчатых колѐс
редукторов ГТД из конструкционной и легированной стали, позволяющие
обеспечить еѐ на стадии кострукторско-технологической подготовки путѐм
выбора технологических условий обработки (S,V,t), обеспечивающих целевую
функцию оптимизации по удельной нагрузке заедания max q  f  X ; Q в пределах
от 1,2 до 2,5106 Н/м. Данные рекомендации внедрены на ПАО «ОДК-Сатурн».
5. Разработка автора позволяет путѐм обеспечения геометрических
параметров
зубчатой
передачи,
подбора
техпроцессов
их
изготовления,
назначения режимов обработки оценивать качество и точность изготовления
рабочих поверхностей зубьев с учѐтом технологических особенностей их
изготовления, а также с высокой степенью достоверности предсказать риск
возникновения
заедания
ещѐ
на
стадии
конструкторско-технологической
проработки.
6. Использование результатов исследования, позволяет значительно
ускорить внедрение новых технологических решений, сократить конструкторскотехнологическую
подготовку
производства
и
снизить
себестоимость
изготовления на 10-20%.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ
среди них 2 издания, рекомендованных Перечнем ВАК РФ:
1 Жукова, С.И. Математическое и физическое моделирование кромочного
контакта зубьев эвольвентной передачи [Текст]/Вестник РГАТУ имени П.А.
Соловьева. № 4 (39).– 2016. – С.58–62.
2 Жукова, С.И. Прогнозирование противозадирной стойкости зубчатых
передач на стадии проектирования/ Вестник РГАТУ имени П.А. Соловьева, № 1
(40). – 2017. – С. 126–130.
16
В других изданиях:
3 Жукова, С.И. Повышение качественных показателей зубчатых колѐс
авиационных двигателей [Текст]/ Корнеев В.Д., С.И. Жукова// Тезисы докладов X
Всероссийской
научно-технической
конференции
«Теплофизика
технологических процессов»: В 2-х ч./ Под. ред. Б.Н. Леонова. – Рыбинск:
РГАТА. – 2000.– Ч.2. – С.48–49.
4 Жукова, С.И. Математическое и физическое моделирование кромочного
контакта зубьев эвольвентной передачи [Текст]/[Корнилов В.В.], Ефимов Е.В.,
Жукова С.И.//Славянтрибо-7а. Теоретические и прикладные новшества и
инновации обеспечения качества и конкурентоспособности инфраструктуры
сквозной логической поддержки трибообъектов и их производства: Материалы
международной научно-практической школы-конференции. В 3 т. – Рыбинск:
РГАТА, 2006. Т.2. – С. 129–133.
5 Жукова,
С.И.
Обеспечение
противозадирной
стойкости
тяжелонагруженной зубчатой передачи на стадии проектирования [Текст]/
[Корнилов В.В.], Жукова С.И.//Материалы Российской научно-технической
конференции «Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и
управление качеством в заготовительном производстве». - Рыбинск: РГАТА. –
2007. – Т. 2. – С. 227–231.
6 Жукова, С.И. Способ определения противозадирной стойкости зубьев
эвольвентных цилиндрических зубчатых передач на стадии проектирования
[Текст]/[Корнилов В.В.], Жукова С.И.//Материалы IV международной научнопрактической конференции «Наукоѐмкие технологи в машиностроении и
авиадвигателестроении»– Рыбинск: РГАТУ имени П.А. Соловьева – Т. 2. – 2012.
– С. 35–39.
в патентах:
1.Пат. № 2334210 Российская Федерация МПК G01N 3/56. Способ
определения противозадирной стойкости зубьев эвольвентной цилиндрической
зубчатой передачи [Текст]/[Корнилов В.В.], Жукова С.И.; заявитель
патентообладатель
ЗАО «Прочность». – №2007110206/28; заявл.
опубл. 20.09.2008; Бюл. №26. – 12с.: ил.
и
20.03.2007;
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа