автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Исследование влияния состава и структуры упрочненного поверхностного слоя на долговечность тяжелонагруженных зубчатых колес

На правах рукописи

4849ЬВО

БОЛЬШАКОВА Марина Юрьевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ УПРОЧНЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Специальность: 05.16.09 - Материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

9 ИЮН 2011

Пермь-2011

4849586

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», Екатеринбург.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Гузанов Борис Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Симонов Юрий Николаевич

доктор технических наук, профессор Мальцева Людмила Алексеевна

Ведущая организация: Учреждение Российской Академии

наук «Институт машиноведения Уральского отделения РАН», г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится 24 июня 2011 года в 1 «1°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.188.02 при Пермском государственном техническом университете по адресу: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, ауд. 4236.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного технического университета

Автореферат разослан 21 мая 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ,

доктор технических наук, профессор Кривоносова Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Условия работы современного оборудования сопряжены с воздействием повышенных температур, больших ударных нагрузок и наличием сред, содержащих разнообразные внешние агрессивные химические вещества и абразивные частицы, что предъявляет к отдельным деталям чрезвычайно высокий уровень требований. Это в полной мере относится к зубчатым колесам, которые являются одними из наиболее нагруженных и ответственных элементов машин и агрегатов и нередко определяют долговечность оборудования в целом. В результате, обеспечение надежности и долговечности различных быстроизнашивающихся деталей при оптимальном запасе прочности является одной из важнейших задач при производстве современных машин.

При решении этой комплексной проблемы весьма перспективным можно считать методы повышения долговечности зубчатых колес с использованием технологий поверхностного упрочнения. Весь накопленный научно-производственный опыт, а также собственные исследования показывают необходимость адаптации любого метода под конкретную деталь в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации, в особенности при контактном динамическом воздействии. Все вышеизложенное позволило определить цель работы и сформулировать задачи исследования.

Цель исследования заключается в разработке и оптимизации технологий поверхностного упрочнения и защиты для повышения долговечности тяжело-нагруженных зубчатых колес, работающих в условиях значительных контактных знакопеременных механических и тепловых нагрузок.

Исходя из этого в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. На основе анализа повреждаемости обосновать критерии выбора упрочняющих и защитных технологий для повышения долговечности тяжелона-груженных зубчатых колес в зависимости от их типоразмера и условий работы с использованием прогрессивного доступного оборудования.

2. В условиях лабораторных, стендовых и полупромышленных испытаний исследовать комплекс физико-механических и эксплуатационных свойств упрочненных слоев и на основе этого обосновать режимы упрочняющих технологий с целью получения максимальной долговечности тяжелонагруженных зубчатых колес.

3. Провести расчеты функции надежности зубчатой передачи по критерию износа в вероятностном аспекте и определить влияние соотношения поверхностной твердости деталей на сопротивление износу в условиях контактного нагружения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены закономерности формирования упрочненного слоя при закалке ТВЧ в зависимости от различных внешних параметров в соответствии с разработанной матрицей эксперимента, что позволило применить этот метод к тяжелонагруженным крупномодульным зубчатым колесам с целью повышения эксплуатационных свойств.

2. Обоснованы пути повышения долговечности крупномодульных зубчатых передач за счет фиксированного содержания углерода и азота по глубине и

толщине в зависимости от типоразмера зубчатых колес, условий нанесения, химического состава используемых сплавов и условий их эксплуатации.

3. Предложен экспериментально-расчетный метод вероятностной оценки долговечности зубчатой передачи по критерию износа, что позволило установить оптимальное соотношение поверхностных твердостей деталей зубчатой пары, обеспечивающее значительное повышение ресурса контактной пары трения.

Практическая ценность: Проведенный комплекс исследований позволил разработать и передать к внедрению ряд технологий для повышения износостойкости тяжелонагруженных зубчатых колес механизмов передачи движения, в частности:

- технологию закалки ТВЧ крупномодульных шестерен редуктора механизма поворота экскаватора ЭКГ-5А с использованием в качестве охлаждающей среды 33% водного раствора глицерина, что позволило увеличить срок службы деталей с 21200 часов до 28700 часов;

- технологию приработки упрочненных цементацией зубчатых колес коробки скоростей токарно-револьверного станка типа 1341 после капитального ремонта с применением смазочной композиции, содержащей металлоплаки-рующую присадку МКФ-18У, что позволило снизить время приработки с 5 суток до 14 часов, а также обеспечить расчетную долговечность оборудования в течение полутора лет,

- технологию ионного азотирования зубчатых колес привода бурового насоса УНБ-600 с использованием оборудования фирмы мКЬОКИЕЯ }ОКЮЬГ\ что показало возможность увеличения срока службы зубчатых колес в реальных условиях эксплуатации с 4372 часов до 8264 часов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Сформулированный на основе анализа повреждаемости тяжелонагруженных зубчатых колес, работающих в составе изделия в сложных условиях эксплуатации, принцип выбора технологии поверхностного упрочнения и защиты с учетом типоразмера, геометрии и химического состава конкретной детали с использованием прогрессивного и доступного оборудования.

2. Разработанный на основе матрицы эксперимента режим индукционной закалки поверхности крупномодульных зубчатых шестерен, используемых в редукторе механизма поворота экскаватора ЭКГ-5А, с целью повышения эксплуатационных свойств изделия.

3. Установленную взаимосвязь микроструктуры упрочненных поверхностных слоев и комплексов свойств сегментов зубчатых колес и шестерен в зависимости от режимов высокочастотной закалки.

4. Зависимости микроструктуры, фазового состава, характера распределения микротвердости по толщине поверхностного слоя, механических свойств, контактной выносливости активных профилей зубьев и усталостной прочности при изгибе от режима упрочняющей обработки, включающей цементацию и ионное азотирование.

5. Результаты исследования влияния металлоплакирующей присадки МКФ-18У в смазочной среде закрытых узлов трения на размеры и форму пятна контакта зубьев, шероховатость поверхности трения на стадии приработки.

6. Экспериментально-расчетный метод вероятностной оценки долговечности зубчатой передачи по критерию износа.

Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждается использованием современных методов исследования, контролируемостью условий проведения экспериментов, воспроизводимостью результатов, проверкой их независимыми методами исследования и сравнением с литературными данными.

Личный вклад автора состоит в постановке целей и задач, разработке методологии исследования, интерпретации результатов и формулировке всех основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость работы. Основные эксперименты автор диссертации выполнила в творческих коллективах, что отражено в авторских составах опубликованных работ.

Апробация работы: Основные результаты работы доложены и обсуждены на IX Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные технологии в педагогике и на производстве» (Екатеринбург, 2003 г.); Научно-технической конференции «Наука - Образование - Производство», посвященной 60-летшо Нижнетагильского технологического института УГТУ-УПИ (Нижний Тагил, 2004 г.); Международной научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург, 2006); XII Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные технологии в педагогике и на производстве» (Екатеринбург, 2006 г.); Межрегиональная научно-техническая конференция «Теория и технология металлургического производства», посвященная 75-летнему юбилею ГОУ ВПО «МГТУ» (Магнитогорск, 2009 г.); «XVI Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные технологии в педагогике и на производстве» (Екатеринбург, 2010 г.); Межрегиональная 68-ая научно-техническая конференция «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (Магнитогорск, 2010 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 работ, в том числе три статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, включенных в реестр ВАК для публикации основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук (по техническим специальностям).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Результаты диссертации изложены на 148 страницах текста, содержат 43 рисунка, 16 таблиц. Список литературы включает 165 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложены основные вопросы, рассмотренные в диссертации и положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации посвящена аналитическому обзору литературы по проблеме повышения ресурса тяжелонагруженных зубчатых передач с целью выявления наиболее эффективных мер по обеспечению их высокой работоспособности.

Проведенный в этой главе анализ различных технологий поверхностного упрочнения показал необходимость индивидуального подхода к разработке технологии упрочнения тяжелонагруженных зубчатых колес конкретного типоразмера в различных машинах и агрегатах, что и послужило основой для постановки задач исследования в данной работе.

Во второй главе диссертации приводятся сведения о материалах и методике исследования.

Все исследования выполнены на широко используемых для изготовления зубчатых колес легированных сталях 34ХН1М и 20Х2Н4А. С целью выявления оптимального режима поверхностного упрочнения зубчатых колес, различные партии деталей подвергались закалке с нагревом токами высокой частоты, цементации и азотированию в плазме тлеющего разряда.

Закалку при индукционном нагреве крупномодульных шестерен проводили на машинных генераторах повышенной частоты типа ПВВ (напряжение генератора 380/190 В) с одновременным нагревом контактных поверхностей зубьев и впадин последовательно - «зуб за зубом».

Газовую цементацию зубчатых колес проводили в среде природного газа с капельным введением в рабочее пространство печи керосина при 930±5 °С в шахтной печи типа Ц100.

Процесс ионного азотирования экспериментальных зубчатых колес проводили на оборудовании фирмы "KLÖKNERIONON" в среде 50 % диссоциированного аммиака и 50 % аргона при температуре в рабочей камере Т = 510±5 °С и давлении 400 Па.

Изучение микроструктуры материалов осуществляли методами оптической микроскопии с использованием микроскопа Epityp-2, а поверхностную твердость оценивали по методу Виккерса на приборе ПМТ-3 и по методу Рок-велла на приборе ТКС-1М.

Рентгеноструктурные исследования проводили на дифрактометре «Дрон-3,0» в кобальтовом Ка- излучении, а оценку микрорельефа - с помощью микро-профилометра «Диавит» МГ-30 фирмы «МААГ». Для обнаружения поверхностных нарушений сплошности применяли магнитопорошковый метод магнитного контроля с использованием дефектоскопа типа ПМД-68.

Механические свойства исследуемых сталей после различных вариантов термической и химико-термической обработки проводили на испытательной машине Instron 5882 и маятниковом копре.

Стендовые испытания рабочих поверхностей исследуемых зубчатых колес на контактную выносливость проводили на стенде, действующем по схеме замкнутого силового контура, а испытания зубчатых колес на усталость при изгибе проводили на универсальной испытательной машине ZDM-lOQPu с гидропульсатором и частотой нагружения 750 циклов в минуту.

В третьей главе представлены результаты исследований по оценке влияния вида поверхностного упрочнения на долговечность тяжелонагруженных зубчатых колес.

По данным расчетов, проведенных на ОАО "Уралмашзавод" в соответствии с ГОСТ 21354-87 «Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность» зубчатые передачи электромехани-

ческого привода карьерного экскаватора ЭКГ-5А должны иметь расчетный ресурс не менее 40 тысяч часов, однако, как правило, эти детали в результате воздействия экстремальных условий эксплуатации имеют значительно меньшую долговечность и их замена производится после 20-г25 тысяч часов наработки. Анализ повреждаемости зубчатых колес и шестерен показал, что в подобных экстремальных условиях объемное упрочнение оказывается малоэффективным и не обеспечивает требуемого запаса прочности. В связи с этим для зубчатых передач механизма поворота экскаватора была предложена технология поверхностной закалки токами высокой частоты, обеспечивающая значительное повышение поверхностной твердости деталей при достаточно вязкой сердцевине.

Традиционно для проведения поверхностной закалки деталей после нагрева токами высокой частоты в качестве охлаждающей среды используют воду, реализуя технологию душевого охлаждения. С цепью определения оптимальных условий, обеспечивающих необходимое качество индукционной закалки крупномодульных зубчатых колес, была разработана матрица эксперимента, включающая в себя варьирование технологическими параметрами по выбору скорости движения индуктора вдоль закаливаемой поверхности, мощности генератора, и ряда других факторов. С учетом выбранных условий была осуществлена закалка партии опытных шестерен, используемых в редукторе механизма поворота экскаватора, с модулем т = 26 мм и числом зубьев г = 11 из стали 34ХН1М.

Варьирование параметров закалки позволило получить различные показатели закаленного слоя исследуемых деталей. Проведенные дюраметрические исследования с торца зубчатого колеса выявили, что эффективная толщина слоя по венцу зубчатого колеса практически всегда неравномерна и имеет максимальное значение на контактной поверхности зуба, несколько уменьшаясь по впадине. Величина разнотолщинности весьма невелика, не превышает 10% и ей можно пренебречь.

В ходе эксперимента были установлены оптимальные параметры закалки, соответствующие следующим значениям: мощность генератора - 45 кВт и скорость движения индуктора - 4 мм/с. Эти режимы позволили получить твердость поверхностного слоя равную 48-г50 НКС при глубине закаленного слоя 4,5-г5,0 мм, что соответствовало заданным значениям.

В то же время, как показали результаты контроля зубчатого колеса маг-нитопорошковым методом на всех закаленных зубьях, независимо от режима закалки, были обнаружены микротрещины, располагающиеся, в основном, на рабочей части зубьев и выходящие в отдельных случаях либо на вершины зубьев, либо в галтель у их основания. Весьма вероятно, что одним из основных факторов, оказывающих влияние на образование микротрещин, может являться применение воды в качестве охлаждающей жидкости.

С целью уменьшения количества трещин на закаленной поверхности зубьев при сохранении заданных параметров по твердости и толщине упрочненного слоя, в ходе работы была изучена возможность закалки деталей с различными режимами охлаждения, такими как охлаждение воздушно-водяной смесью, воздушной струей, а также 33% водным раствором глицерина. Индукционный нагрев для всех режимов охлаждения осуществлялся при оптимальных значениях

технологических параметров: мощности машинного генератора равной 45 кВт и скорости движения индуктора вдоль закаливаемой поверхности равной 4 мм/сек.

После проведения закалки с последующим охлаждением колеса воздушно-водяной смесью, при давлении смеси равном 0,7*0,75 атмосферы, требуемые значения по твердости (45*48 HRC) и глубине закаленного слоя (3,5*4,0 мм) были практически достигнуты. Однако результаты контроля магнитопорошковым методом также показали наличие микротрещин, располагающихся, в основном, на рабочей части зубьев, хотя и в незначительном количестве.

После проведения закалки и последующего охлаждения колеса воздушной струей под давлением 1,2 атмосферы, твердость рабочей поверхности зубьев составила 40*45 HRC при глубине закаленного слоя 3,0*4,0 мм. Эти значения не обеспечивают заданные параметры детали по твердости и толщине упрочненного слоя.

I Нами была предложена и исследована возможность применения в качестве

охлаждающей среды водного раствора глицерина. Были опробованы составы с различной концентрацией растворенного глицерина в интервале от 20% до 40%, однако наилучшие результаты были получены при соотношении воды и глицерины как 3:1. Индукционная закалка деталей с использованием в качестве закалочной среды 33% водного раствора глицерина проводилась с охлаждением деталей как за счет теплоотвода с поверхност и, так и за счет теплопередачи в охлажденную часть детали. Во избежание отпуска тыльных сторон зубьев в процессе закалки, обод зубчатого колеса дополнительно охлаждался водой. Предложенный режим охлаждения оказался наиболее приемлемым, так как при достигнутых значениях по твердости рабочей поверхности зубьев (46*49 HRC) и глубине закаленного слоя (4,0*4,5 мм), трещин в по-1 верхностном слое обнаружено не было. Металлогра-

фический анализ контактных поверхностей зубьев показал, что дополнительный теплоотвод с обода зубчатого колеса не приводит к фиксированным структурным изменениям и структурой поверхностного слоя является бесструктурный мелкоигольча-J тый мартенсит (рисунок 1).

Весьма важно, что при использовании в качестве охлаждающей среды 33% водного раствора глицерина наблюдается резкое повышение интенсивности охлаждения в перлитном интервале температур и уменьшение охлаждающей способности в мартенситном интервале. При такой ступенчатой закалке детали, тыльная сторона которой дополнительно охлаждалась водой, не происходит самоотпуск ее отдельных участков, который может способствовать образованию неоднородной полосчатой микроструктуры рабочей поверхности зубьев.

Для оценки работоспособности крупномодульных зубчатых колес после подобной технологии поверхностного упрочнения были проведены стендовые испытания колес на усталость при изгибе. Испытания проводились при пяти ступенях пульсирующей нагрузки, равной 550, 620, 690, 760, 830 МПа, близкой

Рисунок 1 - Микроструктура рабочей поверхности зубьев - мелкоигольчатый мартенсит, хЗОО

по значениям к нагрузкам, действующим на зубья колес при эксплуатации экскаватора. Полученное среднее экспериментальное значение предела выносливости зубьев стя/т составило 690 МПа, что обеспечивает требуемый запас прочности на весь расчетный ресурс изделия в условиях знакопеременных динамических нагрузок в соответствии с техническими требованиями ТУ-24-1-3011-78.

Экспертные оценки показали, что на зубьях колес ходовых редукторов экскаватора, несмотря на традиционную технологию цементации с последующей термической обработкой, уже через три месяца развивается обширный питтинг. Для повышения ресурса тяжелонагруженной зубчатой передачи редуктора хода была проведена оптимизация режимов цементации шестерен из стали 20Х2Н4А с модулем т = 10 мм и числом зубьев г = 11. В ходе эксперимента одна партия деталей была выдержана в рабочем пространстве печи в течение 6 часов, а другая - в течение 10 часов с целью получения различной глубины диффузионного слоя. По окончании процесса цементации обе партии зубчатых колес были подвергнуты комплексной термической обработке. В результате одна партия зубчатых колес имела эффективную толщину диффузионного слоя 0,7+0,9 мм при твердости поверхности 55-^57 НЯС, другая - эффективную толщину слоя 1,2-й,5 мм и твердость 58+60 НЯС. Твердость в сердцевине зуба для обеих партий колес составила 40+45 НЯС.

Для того, чтобы определить оптимальное значение глубины диффузионного слоя были проведены стендовые испытания рабочих поверхностей зубьев шестерен на контактную выносливость, которые проводили при базовом числе циклов нагружений не менее Ывы = 5-Ю7. Оценку контактной выносливости производили путем визуального осмотра рабочих поверхностей зубьев через каждые 10б циклов нагружения до появления на поверхности видимых дефектов.

Согласно полученным данным значения контактных напряжений для зубчатых колес с толщиной диффузионного слоя 1,2+1,5 мм составили 1950 МПа, а для колес с глубиной слоя 0,7+0,9 мм - 1450 МПа. -

Такое повышение контактной выносливости с . ' ...

увеличением времени цементации связано, в первую .

очередь, с увеличением количества углерода в слое от ^ '■ ?л\ •' .•: : / 0,7+0,8 % при И = 0,7+0,9 мм до 1,0+1,2 % при И = ".с

1,2+1,5 мм. В этом случае поверхностный слой приоб- •'*:'-У' ■ - '■'/■:■ ретает высокую твердость за счет полученной в ре- '' -

зультате термической обработки структуры мелко- ь игольчатого мартенсита с небольшим количеством ^

равномерно распределенных избыточных карбидов в

форме глобулей (рисунок 2). Однако чрезмерный рост Рисунок 2 - Распределение

с , , карбидов в цементованном

концентрации углерода по глубине диффузионного р

^ г- слое, х^ии

слоя может способствовать в заэвтектоиднои области

образованию карбидной сетки по бывшему зерну аустенита (рисунок 3). Образование подобной структуры нежелательно так как она может оказать негативное влияние на конечную долговечность при знакопеременном контактном на-гружении, что и показали результаты испытаний на усталость при изгибе.

Результаты испытаний зубчатых колес на усталость при изгибе показали, что предел выносливости при изгибе зубьев стл,„, с концентрацией углерода в слое до 0,8% составил 750 МПа, в то время как у зубьев с концентрацией углерода в слое до 1,2% не превысил 700 МПа. По-видимому, дальнейшее повышение концентрации углерода свыше указанного предела уже резко снизит предел выносливости при изгибе.

Таким образом, для зубчатых зацеплений

механизма хода экскаватора, передающих знакопеременные динамические нагрузки в условиях повышенной температуры окружающей среды, насыщенной абразивными частицами, наиболее оптимальной следует считать такую технологию цементации, которая обеспечивает получение диффузионного слоя с толщиной 1,2ч-1,5 мм и предельной концентрацией углерода в нем не свыше 1,0+1,2 %. Только в этом случае можно достигнуть наибольшей эксплуатационной долговечности зубчатых пар.

Для дальнейшего увеличения ресурса цементованных тяжелонагружен-ных зубчатых передач было предложено применить смазочные композиции, содержащие метаплоплакирующие присадки, которые включают антифрикционные металлы, способствующие самоорганизации защитного слоя. В работе приведены результаты эксперимента по приработке зубчатой передачи редуктора механизма хода экскаватора с применением смазочной композиции, содержащей трансмиссионное масло общего назначения АК-15 и 1ч-1,5 объемных % металлоплакирующей присадки МКФ-18У, а также определено ее влияние на ход процесса приработки.

Присадка МКФ-18У содержит около 22 % активного медьсодержащего компонента (олеат меди), олеиновой и других жирных кислот - около 25 %, меди металлической - примерно 0,9 %. Отличительной особенностью присадки МКФ-18У является большее содержание металлической мелкодисперсной меди, которая выпадает в осадок вместе с механическими примесями. В ходе исследования контролировали следующие параметры: величину пятна контакта, шероховатость контактной поверхности зубьев до и после приработки; наличие или отсутствие задиров на контактных поверхностях определяли при визуальном осмотре.

Контроль зубьев показал наличие плакирования медью рабочих поверхностей, а также отсутствие следов аварийного выкрашивания и задира. Так, например, рабочие поверхности зубьев шестерен и колеса покрыты слоем меди со следами медьорганических соединений. Визуально толщина покрытия различна по высоте зубьев, следов задиров и усталостного выкрашивания не обнаружено. Зубья приобрели бочкообразную форму, средние значения площадей пятен контакта исследованных зубьев составили: для I ступени - 62% от максимума, для II ступени - 74% (рисунок 4).

Рисунок 3 - Микроструктура диффузионного слоя зубьев после цементации с длительной выдержкой в рабочем ггоостшястве печи, хЗОО

По окончании приработки была замерена шероховатость рабочих поверхностей зубьев колеса в зоне фактического контакта. Результаты замеров показали, что шероховатость контактных поверхностей зубьев после приработки на обычном масле снижается в 3+4 раза, а после приработки с присадкой в 20+25 раз и составляет значение На < 0,8. Это позволяет сократить время приработки в 1,5+2 раза. Кроме того, металлоплакирование стальных поверхностей повышает износостойкость поверхностей трения и, как следствие, увеличивает ресурс данного изделия в 2+3 раза.

Металлографическое исследование рабочих поверхностей зубьев после приработки с присадкой МКФ-18У показало резкое. уменьшение количества рисок абразивного износа на контактных поверхностях зубьев. Контактная поверхность зубьев до и после приработки приведена на рисунке 5.

В наиболее тяжелых условиях эксплуатируется зубчатая передача бурового насоса УНБ-600, поэтому рассмотренные выше способы упрочнения рабочей поверхности не могут обеспечить значительного повышения долговечности. Вследствие этого для увеличения ресурса зубчатого зацепления был предложен такой метод поверхностного упрочнения, как ионное азотирование. С целью определения оптимального сочетания свойств азотированного слоя и более вязкой сердцевины зубчатого колеса было проведено азотирование в плазме тлеющего разряда деталей из стали 34ХН1М с модулем т = 10 мм, числом зубьев 2 = 25 и шириной венца Ът = 359 мм, для которых было выбрано два режима предварительной термообработки. В первом случае применялся оптимальный режим улучшения для крупномодульных зубчатых колес при котором температура отпуска составила 580±5оС, во втором случае температура отпуска была понижена до 540" °С. Полученные при этих режимах термообработки значения твердости стали равны соответственно 32+33 НКС и 34+35 НЯС.

Ионное азотирование экспериментальных зубчатых колес проводили по следующей схеме: вначале защитным чехлом был закрыт один сектор шестерни, а два сектора выдержали в плазме тлеющего разряда в течение 8 часов. После этого закрыли еще один сектор исследуемого зубчатого колеса, и вновь

Рисунок 4 - Пятна контакта на зубьях шестерни 1 ступени (а) и зубчатого колеса П ступени (б) ступени с модулем т = 6 мм

т'аУ

ч - *;' ■ ■

Рисунок 5 - Контактная поверхность зубьев, х400: а) до приработки; б) после приработки

ЩЙ11Й1

продолжили операцию азотирования в течение 16 часов. Таким образом, были получены шестерни, у которых один сектор был подвергнут только термической обработке, второй сектор был выдержан в плазме тлеющего разряда в течение 8 часов, а третий - в течение 24 часов.

Азотирование секторов зубчатых колес в течение 8 часов позволило получить поверхностную твердость изделия в пределах 65 - 66 НЯС при толщине азотированного слоя 0,25^-0,30 мм, а при азотировании в течение 24 часов твердость поверхностного слоя составила 70-^71 НЯС при толщине 0,30-4),40 мм. Выполненный рентгеноструктурный анализ образцов показал, что в очень тонких приповерхностных слоях зубьев шестерни, выдержанных в плазме тлеющего разряда в течение 8 часов, фиксируется наличие хрупкой е-фазы (БемЯ) (рисунок 6, а), а в поверхностных слоях зубьев, азотированных в течение 24 часов, преобладающей является у'-фаза (Ре41Ч) (рисунок 6, б). С течением времени доля у'-фазы (Ре41М) практически не изменяется, но диффузия азота вглубь металла приводит к трансформации образующейся за 8 часов е-фазы (Рег-зИ) в Ре3Ы - фазу.

В общем случае выявлена типичная структура азотированного слоя, состоящая из зоны железоазотистых соединений и следующей за ней диффузионной зоны, в которой содержание азота с увеличением глубины снижается до исходной концентрации в основном материале.

В ходе стендовых испытаний рабочих поверхностей зубьев на контактную выносливость редуктор нагружался таким образом, чтобы каждый сектор одной шестерни перекрывался двумя секторами сопряженной шестерни примерно в равных пропорциях. При этом в качестве экспериментальной была принята зубчатая передача с передаточным отношением равным единице, что позволило наблюдать взаимодействие зубьев ведущей и ведомой шестерен в постоянных парах. Таким образом, в редукторе одновременно исследовалось шесть сочетаний материалов (рисунок 7). Окончательно программа эксперимента включала шесть вариантов сборки стенда.

Исходя из критерия минимизации длительности испытаний, продолжительность каждого опыта была ограничена величиной N = 106 циклов нагруже-ния, что соответствует наработке Т = 24 ч, при частоте вращения вала электро-

Рисунок б - Микроструктура рабочей поверхности зубьев шестерни, хЗОО:

а) при г = 8 часов фиксируется 8-фаза,

б) при т = 24 часа преобладает у'-фаза

а ¿л * /А м п) - - ^ в лХ 'п \ I \ • \ 1

V Чу чл шД/ ч/ шУ / «и"*

Рисунок 7 - Схематическое изображение зубчатого зацепления: а - ведущая шестерня, б - ведомая шестерня; I - без азотирования, Д - время азотирования 8 часов, Ш - время азотирования 24 часа

двигателя п = 700 об/мин. При этом контактные напряжения в зубчатом зацеплении составляли величину стя = 950 МПа.

В качестве критерия для оценки процесса выкрашивания активных поверхностей зубьев была принята относительная протяженность зон выкрашивания на ножке зуба, определяемая как отношение суммы длин очагов выкрашивания к ширине фактического пятна контакта в данном сечении зуба:

к,=1ф 0)

1=1 /

где: к, - величина, описывающая степень выкрашивания активных поверхностей зубьев; /,, - протяженность фрагмента выкрашивания, определенная вдоль линии зацепления в рассматриваемом сечении зуба; Ь - ширина фактического пятна контакта в рассматриваемом сечении зуба.

Величина, описывающая степень выкрашивания активных поверхностей зубьев изменяется в пределах от 0 до 1. В качестве критерия начала прогрессирующего выкрашивания на рабочей поверхности зуба (питгинга) была принята суммарная площадь очагов повреждения 5'= 10^15 мм2, что составляет примерно 5-'-8 % от общей площади рабочей поверхности зуба. В общей сложности были исследованы 36 пар рассматриваемых сочетаний. Оценку степени выкрашивания проводили путем визуального осмотра зуба шестерни (рисунок 8, а), с зарисовкой картины разрушения (рисунок 8, б).

По окончании каждого опыта был вычислен коэффициент к/, характеризующий степень выкрашивания зубьев. Исследования показали, что наиболее высокая контактная выносливость наблюдается на участке шестерни с исходной твердостью заготовки 34-К35 ИКС и временем азотирования 24 часа, что соответствует наименьшему значению коэффициента к/.

В четвертой главе приведен вероятностный метод расчета долговечности тяжелонагруженных зубчатых колес по критерию износа.

Весьма важным является правильное соотношение твердое™ поверхности контактных пар трения, особенно в условиях ударных нагрузок. Для того, чтобы определить влияние соотношения твердости контактных поверхностей деталей тяжелонагруженной зубчатой передачи на сопротивление износу в условиях контактного нагружения, была использована зубчатая передача бурового насоса УНБ-600 из стали 34ХН1М с модулем т = 10 мм. Для деталей зубчатого зацепления были выбраны два способа ХТО. В одном случае контактную пару подвергали только цементации, с последующей комплексной термической обработкой, а в другом - зубчатое колесо обрабатывали по первому режиму, а шестерню подвергали азотированию в плазме тлеющего разряда. Ионное азотирование проводили на предварительно термически обработанных деталях по режиму термической обработки как после цементации.

Рисунок 8 - Картина разрушения зуба шестерни а) поврежденная шестерня, б) картина разрушения

В качестве экспериментальной установки был использован стенд, действующий по схеме замкнутого силового контура. Для оценки изнашивания деталей в ходе эксперимента была использована функциональная зависимость вероятности безотказной работы изнашиваемой детали от времени ее работы, полученная на основе модели формирования постепенного отказа, предложенная A.C. Прониковым, основным расчетным параметром которой является скорость изнашивания. Согласно данной методике, процесс изнашивания описывается следующей линейной зависимостью:

Я = а0 + vt, (2)

где Н величина износа в нормальном направлении к поверхности трения, м; а0 - начальное отклонение размеров детали, м; v - скорость изнашивания, м/с; t - время работы сопряжения, с.

Расчет производили из предположения, чгго зависимость величины износа поверхности детали от времени эксплуатации, без учета периода приработки, является линейной, и наиболее точно характеризует распределение ресурса деталей, длительное время работающих в условиях установившегося режима изнашивания. В качестве расчетной была принята модель абразивного изнашивания, так как в процессе этого вида износа происходит интенсивное разрушение трущихся поверхностей пар трения вследствие микропластических деформаций, микрорезания и других факторов.

В ходе расчета было предложено считать износ по рабочему профилю зуба практически равномерным. Такой подход обусловлен равномерным прижатием контактирующих поверхностей в процессе работы, что позволяет не учитывать изменение геометрии зуба в процессе изнашивания при сравнительно высокой твердости рабочих поверхностей колес.

Средний ресурс изнашивающихся деталей был определен по формуле:

Т = Hv~aa/vir- (3)

Как показали расчеты, средний ресурс шестерни 1 при P(f) = 0,5 составил примерно 3000 часов, зубчатого колеса 1 - примерно 17500 часов, шестерни 2 - примерно 9000 часов, а колеса 2 - примерно 19500 часов. Обобщив результаты, полученные в результате выполненного эксперимента и расчетов, функциональную зависимость вероятности безотказной работы зубчатых сопряжений по критерию достижения предельного износа от времени эксплуатации можно представить в виде графика, приведенного на рисунке 9.

Рисунок 9 - Функциональная зависимость вероятности безотказной работы Р(1) зубчатых сопряжений по критерию достижения предельного износа от времени эксплуатации,

где зубчатое колесо 1, шестерня 1 - подвергнуты цементации; зубчатое колесо 2 - подвергнуто цементации, шестерня 2 -ионному азотированию

Из графика видно, что зубчатое зацепление, имеющее в своем составе цементованное колесо и шестерню, подвергнутую ионному азотированию, имеет более длительный технический ресурс, чем зубчатая передача, состоящая только из цементованных деталей. При этом долговечность у азотированной шестерни оказалась в три раза выше, чем у цементованной.

ВЫВОДЫ

1. Разработан режим индукционной закалки поверхности крупномодульных зубчатых шестерен редуктора механизма поворота экскаватора ЭКГ-5А из стали 34ХН1М, включающий мощность машинного генератора равную 45 кВт, скорость движения индуктора - 4 мм/сек и использование в качестве закалочной среды 33% водного раствора глицерина с дополнительным охлаждением водой обода шестерни, что позволило увеличить срок службы деталей на 36 %.

2. Обосновано и экспериментально проверено соотношение толщины цементованного слоя на уровне 1,2+1,5 мм и предельной концентрации углерода в нем не свыше 1,0+1,2 % для получения максимальной работоспособности тяжелонагру-жешшх зубчатых колес из стали 20Х2Н4А редуктора хода экскаватора ЭКГ-5 А.

3. Установлено, что разработанная смазочная композиция, содержащая металлоплакирующую присадку МКФ-18У, позволяет снизить среднюю шероховатость рабочих поверхностей цементованных зубчатых колес в 20+25 раз за счет плакирования их медью. Это позволяет сократить время приработки в 1,5+2 раза и увеличить в 2+3 раза ресурс данного тапа изделий.

4. Установлена зависимость микроструктуры, фазового состава, характера распределения микротвердости по толщине поверхностного слоя, механических свойств, контактной выносливости активных профилей зубьев и усталостной прочности при изгибе от режима упрочняющей обработки тяжелонагру-женных зубчатых колес из стали 34ХН1М привода бурового насоса УНБ-600, включающей цементацию и ионное азотирование, что позволило практически на 90% увеличить срок службы деталей в реальных условиях эксплуатации.

5. Предложен экспериментально-расчетный метод вероятностной оценки долговечности зубчатой передачи по критерию износа. Определено оптимальное сочетание поверхностной твердости деталей зубчатого зацепления бурового насоса УНБ-600 по твердости рабочей поверхности, позволяющее значительно повысить технический ресурс контактной пары трения.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в журналах, указанных в перечне ВАК:

1. Большакова М.Ю., Гузанов Б.Н., Мигачева Г.Н. Влияние поверхностного упрочнения на надежность и работоспособность зубчатых колес / Вестник машиностроения. № 9. 2005. С. 56 - 59.

2. Большакова М.Ю., Гузанов Б.Н., Мигачева Г.Н. Определение оптимальных условий для проведения закалки при индукционном нагреве крупномодульных зубчатых колес / Вестник машиностроения. 2006. № 2.2006. С. 32 - 36.

3. Большакова М.Ю., Гузанов Б.Н., Мигачева Г.Н. Влияние структуры и состава цементованного слоя на работоспособность тяжелонагруженных зубчатых колес / Вестник машиностроения. № 3. 2006. С. 37 - 38.

Другие научные труды:

4. Большакова М.Ю., Мигачева Г.Н. Определение влияния среды трения на сопротивление вращению в подшипниках // В сб. Инновационные технологии в

педагогике и на производстве: Тез. докл. науч.-пракг. конф. мол. ученых и специалистов. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та. -2003. С. 183 - 184.

5. Большакова М.Ю., Мигачева Г.Н. Использование металлоплакирующей присадки МКФ-18У в тяжелонагружеиных узлах трения // В сб. Наука и производство: Опыт и перспективы развития. Материалы науч.-техн. конф. «Наука-Образование-Производство», В 3 т. Т. 1 - Нижний Тагил: Изд-во НТИ (ф) ГОУ ВПО УГТУ-УПИ - 2004. С. 165 - 167.

6. Большакова М.Ю., Мигачева Г.Н. Влияние технологической приработки на уровень надежности буровых насосов // Проблемы электроэнергетики, машиностроения и образования: Сб. науч. трудов / Под ред. Г.К. Смолина. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2005. С. 192 - 200.

7. Большакова М.Ю., Гузанов Б.Н., Мигачева Г.Н. Оценка контактной выносливости азотированных зубчатых колес // Проблемы электроэнергетики, машиностроения и образования: Сб. науч. трудов / Под ред. Г.К. Смолина. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2006. С. 67 - 74.

8. Большакова М.Ю., Гузанов Б.Н., Мигачева Г.Н. Исследование работоспособности ответственных деталей металлургического оборудования, подвергнутых ионному азотированию // В сб. Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России: Тез. докл. науч.-пракг. конф. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2006. С. 103 - 104.

9. Большакова М.Ю. Влияние режимов высокочастотной закалки крупномодульных зубчатых колес на параметры закаленного слоя // В сб. Инновационные технологии в педагогике и на производстве: Тез. докл. ХП Межрегион, науч.-прак. конф. мол. ученых и специалистов. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2006. С. 47 - 49.

10. Большакова М.Ю. Влияние соотношения поверхностной твердости контактной пары тяжелонагруженной зубчатой передачи на сопротивление усталостному износу //Теория и технология металлургического производства: Межрегион, сб. науч. тр. под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 9. - Магнитогорск: Изд-во ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. С. 226 - 230.

11. Большакова М.Ю. Влияние геометрии зацепления на триботехнические свойства тяжелонагружеиных зубчатых передач // В сб. Инновационные технологии в педагогике и на производстве: Тез. докл. XVI Всерос. науч.-прак. конф. мол. ученых и специалистов. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2010. С. 201-203.

12. Большакова М.Ю., Гузанов Б.Н., Мигачева Г.Н. Вероятностный метод расчета долговечности тяжелонагружеиных зубчатых колес по критерию износа // Теория и технология металлургического производства: Межрегион, сб. науч. тр. под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 10. - Магнитогорск: Изд-во ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. С. 193-204.

Подписано в печать«'. «у/Формат 60x84/16. Бумага для множ. аппаратов. Печать плоская. Усл.печ.л.4# Уч.-изд.л.^у/Гираж ¿ОР экз. Заказ № -У ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический

университет». Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11._

Ризограф ФГАОУ ВПО РГППУ. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, И.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Повышение ресурса тяжелонагруженных зубчаты передач с использованием технологий поверхностного упрочнения и защиты (аналитический обзор).

1.1. Особенности повреждения и закономерности изнашивания тяжелонагруженных зубчатых колес.

1.2. Методы и технологии повышения надежности зубчатых колес.

1.3. Оценка параметров надежности зубчатых колес в процессе эксплуатации и натурных испытаний.

1.4. Постановка задачи.

Глава 2. Материалы, методика испытаний и методы исследования.

2.1. Материалы, используемые в работе.

2.2. Методика испытаний зубчатых колес.

2.3. Методы исследования.

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований по оценке влияния вида поверхностного упрочнения на долговечность тяжелонагруженных зубчатых колес.

3.1. Повышение работоспособности зубчатых колес методом поверхностной закалки при индукционном нагреве токами высокой частоты.

3.2. Влияние структуры и состава цементованного слоя на работоспособность тяжелонагруженных зубчатых колес.

3.3. Повышение ресурса цементованных зубчатых колес в ходе технологической приработки пар трения путем применения металлоплакирующих, присадок.

3.4. Повышение работоспособности зубчатых колес методом ионного азотирования.

Выводы.

Глава 4. Вероятностный метод расчета долговечности тяжел онагруженных зубчатых колес по критерию износа.

Условия работы современного оборудования сопряжены с воздействием повышенных температур, больших ударных нагрузок и среды, содержащей агрессивные химические вещества и абразивные частицы, что предъявляет к отдельным деталям чрезвычайно высокий уровень требований. Это в полной мере относится к зубчатым колесам, которые являются одними из наиболее нагруженных и ответственных элементов машин и агрегатов и нередко определяют надежность и долговечность оборудования в целом.

Анализ повреждаемости зубчатых колес, эксплуатируемых при нестационарном тепловом и механическом нагружении, показывает, что преждевременный их выход из строя обусловлен главным образом процессами в поверхностных слоях зубьев. Именно здесь происходит первичное накопление различных объемных и структурных дефектов, способствующих интенсивному изнашиванию и развитию явлений контактной усталости, что резко снижает несущую способность всего изделия в целом. Поэтому повышение ресурса тяжелонагру-женных зубчатых передач в значительной степени зависит от работоспособности поверхностных слоев реальных узлов трения.

Следует отметить, что под тяжелонагруженной зубчатой передачей понимают передачу, условия работы которой сопряжены с воздействием значительных осевых и контактных нагрузок, повышенных температур и коррозионг но-активной среды. Как и любые другие, тяжелонагруженные зубчатые передачи имеют разнообразную модульность. Поэтому в зависимости от модуля могут быть предложены различные технологии поверхностного упрочнения зубчатых колес и шестерен.

Роль тонких поверхностных слоев металла в протекании процессов пластической деформации, зарождении и накоплении очагов разрушения во многом зависит от контакта с внешней средой. Механизм воздействия- внешней среды обусловлен ее агрегатным состоянием, агрессивностью, температурой и т.д., причем на практике большинство конструкционных материалов эксплуатируются в условиях комплексного взаимодействия указанных факторов.

Недостаточная герметичность редукторов и вследствие этого загрязнение смазки продуктами износа и абразивами, значительные контактные нагрузки по длине и профилю зуба существенно ускоряют процессы, протекающие в тонких поверхностных слоях. Комплексное повреждение зон контакта, характерное для трущихся поверхностей, связанное с явлениями схватывания, теплового разупрочнения, абразивными и усталостными процессами, рекристаллизацией и пластической деформацией значительно ускоряют структурные превращения в приповерхностных слоях деталей, что ощутимо облегчает там процесс зарождения и развития трещин. Подобные необратимые изменения физико-химических свойств и состояния поверхности могут привести к понижению несущей способности деталей в целом и, как следствие, преждевременному их разрушению. Определенное влияние на кинетику разрушения материалов оказывают внешние перегрузки, обусловленные динамическим характером рабочих нагрузок, высокой вибронапряженностью элементов конструкции колес и резонансными явлениями. В этом случае к контактным напряжениям, обусловленным воздействием окружной силы, добавляется дополнительная динамическая составляющая, что само по себе также способствует увеличению величины разрушающих напряжений.

Оценивая работоспособность современного оборудования необходимо учитывать, что в последние годы условия работы тяжелонагруженных зубчатых передач становятся все более сложными как по передаваемым нагрузкам и окружным скоростям, так и по температурному режиму. В результате проблема повышения их эксплуатационной стойкости становится еще более значимой с целью экономии металла, трудовых затрат и увеличения ресурса всего оборудования в целом. Другими словами, обеспечение надежности и долговечности различных быстроизнашивающихся деталей при оптимальном запасе прочности является одной из важнейших задач при производстве современных машин.

При решении этой комплексной проблемы весьма перспективным можно считать конструктивные и технологические методы повышения долговечности зубчатых колес. Конструктивные методы достаточно известны и широко используются на практике при производстве зубчатых передач. Технологические приемы также весьма многообразны и постоянно совершенствуются, и, что особенно важно, не требуют изменения геометрии зубчатых пар. В связи, с этим, возможности таких технологий значительно шире, однако целый ряд нерешенных проблем в практике и теории их создания обусловили в настоящее время значительный разрыв между существованием весьма большого количества разнообразных технологий и крайне ограниченным их использованием. Причем это относится даже к таким традиционным и весьма разработанным методам, как профильная модификация, технологическая приработка, а также к N применению смазок с различными противоизносными присадками. Весь накопленный научно-производственный опыт, а также собственные исследования показывают необходимость адаптации любого метода под конкретную деталь в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации, в особенности при контактном динамическом воздействии.

Для оценки применимости предлагаемых технологий повышения долговечности контактных пар весьма важным можно считать исследование таких свойств материалов, как изгибная и контактная прочность, противозадирная стойкость, структурная стабильность и ряд других, которые являются общепринятыми критериями надежности зубчатых передач. В любом случае, подобные испытания необходимо проводить в сравнении с уже известными и освоенными на производстве промышленными технологиями, которые рекомендованы к использованию на однотипных изделиях.

И здесь незаменимыми становятся стендовые испытания, моделирующие натурные и тем самым позволяющие получить достаточно достоверные экспериментальные результаты. Такой подход, с одной, стороны, дает возможность найти оптимальные пути повышения износостойкости поверхностного слоя в тяжелых эксплуатационных условиях, а с другой - более надежно рассчитать ресурс работы деталей с учетом различных влияющих факторов: материала, геометрии, технологии упрочнения и финишной обработки, внешних сред и других. Кроме того, проведение стендовых испытаний, достаточно близко воспроизводящих реальные условия, сокращает длительные, дорогостоящие и трудоемкие натурные испытания, что может принести большую практическую пользу. В частности, используя вероятностный метод, можно произвести расчет долговечности тяжелонагруженных зубчатых, колес по критерию износа. Все вышеизложенное позволило определить цель работы и сформулировать задачи исследования.

Цель исследования заключается в разработке и оптимизации технологий поверхностного упрочнения и защиты для повышения долговечности тяжело-нагруженных зубчатых колес, работающих в условиях значительных контактных знакопеременных механических и тепловых нагрузок.

Исходя из этого в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. На основе анализа повреждаемости обосновать критерии выбора упрочняющих и защитных технологий для повышения долговечности тяжелона-груженных зубчатых колес в зависимости от их типоразмера и условий работы с использованием прогрессивного доступного оборудования.

2. В условиях лабораторных, стендовых и полупромышленных испытаний исследовать комплекс физико-механических и эксплуатационных свойств упрочненных слоев и на основе этого обосновать режимы упрочняющих технологий с целью получения максимальной долговечности тяжелонагруженных зубчатых колес.

3. Провести расчеты функции надежности зубчатой передачи по критерию износа в вероятностном аспекте и определить влияние соотношения поверхностной твердости деталей на сопротивление износу в условиях контактного нагружения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены закономерности формирования упрочненного слоя при закалке ТВЧ в зависимости от различных внешних параметров в соответствии с разработанной матрицей эксперимента, что позволило применить этот метод к тяжелонагруженным крупномодульным зубчатым колесам с целью повышения эксплуатационных свойств.

2. Обоснованы пути повышения долговечности крупномодульных зубчатых передач за счет фиксированного содержания углерода и азота, по глубине и толщине в зависимости от типоразмера зубчатых колес, условий нанесения, химического состава используемых сплавов и условий их эксплуатации.

3. Предложен экспериментально-расчетный метод вероятностной оценки долговечности зубчатой передачи по критерию износа, что позволило установить оптимальное соотношение поверхностных твердостей деталей зубчатой пары, обеспечивающее значительное повышение ресурса контактной пары трения.

Практическая ценность диссертационной работы:

Проведенный комплекс исследований позволил разработать и передать к внедрению ряд технологий для повышения износостойкости тяжелонагружеы-ных зубчатых передач при производстве и изготовлении различных машин: и агрегатов горной и буровой техники, в частности:

- технологию закалки ТВЧ крупномодульных шестерен редуктора механизма поворота экскаватора ЭКГ-5А с использованием в качестве охлаждающей среды 33% водного раствора глицерина, что позволило увеличить срок службы деталей с 21200 часов до 28700 часов;

- технологию приработки упрочненных цементацией зубчатых колес коробки скоростей токарно-револьверного станка типа 1341 после капитального ремонта с применением смазочной композиции, содержащей металлоплаки-рующую присадку МКФ-18У, что позволило снизить время приработки с 5 суток до 14 часов, а также обеспечить расчетную долговечность оборудования в течение полутора лет;

- технологию ионного азотирования зубчатых колес привода бурового насоса УНБ-600 с использованием оборудования фирмы "КЬОКЫЕК 10Ы01\Г% что показало возможность увеличения срока службы зубчатых колес в реальных условиях эксплуатации с 4372 часов до 8264 часов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Сформулированный на основе анализа повреждаемости тяжел он:агру-женных зубчатых колес, работающих в составе изделия в сложных условиях эксплуатации, принцип выбора технологии поверхностного упрочнения: -и защиты с учетом типоразмера, геометрии и химического состава конкретной детали с использованием прогрессивного и доступного оборудования.

2. Разработанный на основе матрицы эксперимента режим индукционной закалки поверхности крупномодульных зубчатых шестерен, используемых в редукторе механизма поворота экскаватора ЭКГ-5А, с целью повышения эксплуатационных свойств изделия.

3. Установленную взаимосвязь микроструктуры упрочненных поверхностных слоев и комплексов свойств сегментов зубчатых колес и шестерен в зависимости от режимов высокочастотной закалки.

4. Зависимости микроструктуры, фазового состава, характера распределения микротвердости по толщине поверхностного слоя, механических свойств, контактной выносливости активных профилей зубьев и усталостной прочности при изгибе от режима упрочняющей обработки, включающей цементацию и ионное азотирование.

5. Результаты исследования влияния металлоплакирующей присадки МКФ-18У в смазочной среде закрытых узлов трения на размеры и форму пятна контакта зубьев, шероховатость поверхности трения на стадии приработки.

6. Экспериментально-расчетный метод вероятностной оценки долговечности зубчатой передачи по критерию износа.

Выводы

1. В соответствии с разработанной матрицей эксперимента по варьированию технологическими параметрами индукционной закалки были установлены закономерности формирования упрочненного слоя в зависимости от различных внешних факторов, что позволило оптимизировать этот метод применительно к крупномодульным зубчатым колесам из стали 34ХН1М с модулем т = 26 мм, используемым в редукторе механизма поворота экскаватора ЭКГ-5А. Эксперимент показал, что наиболее целесообразным оказалось использование при индукционной закалке в качестве закалочной среды 33% водного раствора глицерина с интенсивным отводом тепла с обода колеса. Этот режим охлаждения позволил получить необходимые значения по твердости рабочей поверхности, равные 46 ч- 49 НЯС, при глубине закаленного слоя 4,0 ч- 4,5 мм при отсутствии микротрещин в поверхностном слое опытных зубчатых колес.

2. Проведенные исследования показали, что для зубчатых колес из стали 20Х2Н4А с модулем' т = 10 мм редуктора хода экскаватора ЭКГ-5А наиболее оптимальной следует считать такую технологию цементации, которая обеспечивает получение диффузионного слоя с толщиной 1,2ч-1,5 мм и предельной« концентрацией углерода в нем не свыше 1,0ч-1,2 %. Настоящие результаты можно получить при цементации опытных деталей в течение 10 часов с последующей комплексной термической обработкой по следующему режиму: закалка от температуры Т = 820±5 °С, охлаждение в масле с последующим низкотемпературным отпуском.при температуре Т = 180±5 °С, охлаждение в масле. Только в этом случае можно достигнуть наибольшей эксплуатационной долговечности зубчатых пар.

3. Результаты испытаний тяжелонагруженной зубчатой передачи редуктора хода экскаватора ЭКГ-5А дают основание считать целесообразным введение в процессе технологической приработки в смазочную среду металлоплаки-рующей присадки МКФ-18У. Это позволяет снизить среднюю шероховатость рабочих поверхностей цементованных зубчатых колес в 20н-25 раз за счет плакирования рабочей поверхности зубьев медью и формирования благоприятного микрорельефа поверхностей трения. Кроме того, металлоплакирование стальных поверхностей повышает износостойкость поверхностей трения и, как следствие, увеличивает ресурс данного изделия в 2-т-З раза.

4. Проведенные испытания показали, что для тяжелонагруженных зубчатых колес бурового насоса УНБ-600 из стали 34ХН1М с модулем т = 10 мм, работающих в условиях износа при повышенных нагрузках, наилучшим оказывается ионное азотирование изделий с исходной твердостью заготовки 34-Н35 НЯС, полученной в процессе режима улучшения с температурой отпуска на уровне 540±5 °С, и временем азотирования 24 часа, позволяющим получить поверхностную твердость изделия в пределах 70-^71 НКС при толщине азотированного слоя 0,30-Ю,40 мм. Достигнутое оптимальное сочетание твердого поверхностного слоя с более вязкой и достаточно прочной сердцевиной колеса, обеспечивает высокую износоустойчивость деталей за счет того, что не происходит продавливания упрочненного слоя и за счет этого уменьшается степень выкрашивания активных поверхностей зубьев. Возрастание прочностных свойств обусловлено упрочнением поверхностных слоев нитридными фазами, которые значительно повышают износостойкость изделия, а правильно проведенная термическая обработка обеспечивает комплекс прочностных свойств его сердцевины.

ГЛАВА 4. ВЕРОЯТНОСТНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ПО КРИТЕРИЮ ИЗНОСА

Одним из основных условий, которому должна удовлетворять работа машин и другой техники, является их безотказная работа до предельного состояния в соответствии с техническими условиями эксплуатации в течение заданного периода времени. Для многих неремонтируемых изделий, в частности шестерен зубчатых передач, предельное состояние совпадает с отказом и определяет, по существу, долговечность детали.

Анализ методологии выбора показателей долговечности показывает, что наиболее приемлемый и простой способ выбора - это предварительная классификация изделий, условий их эксплуатации и последствий отказов. В работах [157, 158] предложена достаточно общая классификация факторов, обуславливающих выбор показателей долговечности. Выбор номенклатуры показателей долговечности проводят в соответствии с ГОСТ 27.003 - 90 «Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности». Примерный алгоритм выбора показателей долговечности в зависимости от классификационных признаков изделия приведен в таблице 15. В таблице использованы следующие обозначения показателей:

- Tpcp.cn - средний ресурс изделия до списания;

- Тсл.ср.сп - средний срок службы изделия до списания;

- Трхр.кр - средний ресурс изделия до капитального ремонта;

- Тсл ср кр - средний срок службы изделия до капитального ремонта;

- Тр.у.сп - установленный ресурс изделия до списания;

- Тр.у.кр - установленный ресурс изделия до капитального ремонта;

- Тсл.ухп - установленный срок службы изделия до списания;

- Тсл.у.кр - установленный срок службы изделия до капитального ремонта;

- Тр.у.сп - гамма-процентный ресурс изделия до списания;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ литературных данных показывает, что основными причинами, влияющими на надежность и долговечность тяжелонагруженных зубчатых колес, чаще всего является весьма низкое качество предварительной подготовки поверхностного слоя пар трения. В результате большинство отказов машин связано с изнашиванием в процессе эксплуатации рабочих поверхностей зубчатых передач вследствие схватывания, теплового, абразивного и усталостного разрушения активных поверхностей зубьев. Поэтому повышение ресурса оборудования в значительной степени зависит от износостойкости поверхностных слоев реальных узлов терния.

Показано, что наиболее эффективными средствами борьбы с изнашиванием являются технологические методы упрочнения поверхностных слоев металла с сохранением при этом высокой, пластичности и вязкости сердцевины детали. Технологические процессы должны обеспечивать изготовление деталей, размеры и физические свойства которых не изменяются в процессе эксплуатации под влиянием остаточных напряжений или структурной неоднородности. С этой целью используются методы профильной модификации, технологической приработки, поверхностного упрочнения, а также упрочнение и изменение свойств приповерхностных слоев в процессе эксплуатации различными противоизносными присадками к смазочным материалам. При контактном на-гружении определяющим фактором работоспособности является не толщина самой детали в установленных пределах, а свойства упрочненного слоя. Поэтому для различных условий эксплуатации необходимо разрабатывать и применять свои собственные технологии упрочнения в соответствии с возможностями и экономической целесообразностью.

Проведенный в этой главе анализ различных технологий поверхностного упрочнения показал необходимость индивидуального подхода к разработке технологии упрочнения тяжелонагруженных зубчатых колес конкретного типоразмера в различных машинах и агрегатах, что и послужило основой для постановки задач исследования в данной работе.

2. Все исследования выполнены на широко используемых для.изготовления зубчатых колес легированных сталях. С целью выявления оптимального режима поверхностного упрочнения зубчатых колес, различные партии деталей подвергались закалке с нагревом токами высокой частоты, цементации и азотированию в плазме тлеющего разряда.

В ходе работы для оценки работоспособности, подвергнутых различным режимам поверхностного упрочнения, зубчатых колес были проведены стендовые испытания опытных деталей на усталость при изгибе, а также испытания рабочих поверхностей исследуемых зубчатых колес на контактную выносливость.

Опытные зубчатые колеса были подвергнуты различным методам исследования с целью определения твердости на поверхности образцов, микроструктуры материалов после термической и химико-термической обработки, микрорельефа контактной поверхности зубьев. Для определения влияния структуры на механические свойства исследуемых сталей проводили статические и динамические испытания образцов после различных вариантов термической и-хими-ко-термической обработки.

3. В ходе проведенного исследования был разработан метод закалки с индукционным нагревом токами высокой частоты тяжелонагруженных крупномодульных зубчатых колес из стали 34ХН1М с модулем т = 26 мм и числозм зубьев г = 11, используемых в редукторе механизма поворота экскаватора ЭКГ-5А, включающий мощность машинного генератора равную 45 кВт, скорость движения индуктора - 4 мм/сек и использование в качестве закалочной среды 33% водного раствора глицерина с дополнительным охлаждением водой обода шестерни. Этот режим обеспечивает необходимые параметры по твердости рабочей поверхности, равные 46 ч- 49 НЯС, и глубине закаленного слоя

4,0 4,5 мм при отсутствии закалочных микротрещин, и тем самым позволяет увеличить срок службы деталей на 36 %.

4. Обосновано и экспериментально проверено соотношение толщины цементованного слоя и предельной концентрации углерода в нем для получения максимальной работоспособности тяжелонагруженных зубчатых колес из стали 20Х2Н4А с модулем т = 10 мм и числом зубьев г =\ \ редуктора хода экскаватора ЭКГ-5А. Наиболее оптимальной для подобных колес следует считать технологию цементации в течение 10 часов с последующей комплексной термической обработкой по следующему режиму: закалка от температуры Т = 820~5 °С, охлаждение в масле с последующим низкотемпературным отпуском при температуре Т = 180±5 °С, охлаждение в масле, которая обеспечивает получение диффузионного слоя с толщиной 1,2 -г 1,5 мм и предельной концентрацией углерода в нем не свыше 1,0 ч- 1,2 %. Однако следует отметить, что у упрочняемых деталей изменение размеров вследствие температурных деформаций в процессе цементации вызывает трудности в технологическом плане.

5. С целью дальнейшего увеличения ресурса зубчатых передач была проведена технологическая приработка пар трения с использованием смазочной композиции, содержащей металлоплакирующую присадку.

Установлено, что введение в смазочную среду металлоплакирующей присадки МКФ-18У в процессе приработки закрытых узлов трения зубчатой передачи редуктора хода экскаватора ЭКГ-5А, позволяет снизить среднюю шероховатость рабочих поверхностей цементованных зубчатых колес в 20 -г 25 раз за счет плакирования их медью, и тем самым увеличить долговечность изделия в 2 ч- 3 раза, а также снизить шум и повысить плавность работы механизмов.

6. Показана возможность целенаправленного регулирования структуры и фазового состава нитридных покрытий в условиях ионного азотирования тяжелонагруженных зубчатых колес бурового насоса УНБ-600 из стали 34ХН1М с модулем т = 10 мм. Установлено, что проведенная термическая обработка заготовки, состоящая из режима улучшения с температурой отпуска на уровне

540±5 °С, обеспечивает комплекс прочностных свойств сердцевины зубчатых колес, а нитридные покрытия, образованные в процессе ионного азотирования деталей в течение в течение 24 часов, позволяют получить поверхностную твердость изделия в пределах 70 71 Н11С при толщине азотированного слоя 0,30 0,40 мм, и тем самым, повышают износостойкость поверхностного слоя. Также определено, что низкая температура азотирования деталей в плазме тлеющего разряда позволяет устранить их коробление и, таким образом, избежать дорогостоящей последующей доводки геометрии на соответствие чертежу.

6. Установлена зависимость микроструктуры, фазового состава, характера распределения микротвердости по толщине поверхностного слоя, механических свойств, контактной выносливости активных профилей зубьев и усталостной прочности при изгибе от режима упрочняющей обработки тяжелонагру-женных зубчатых колес из стали 34ХН1М привода бурового насоса УНБ-600, включающей цементацию и ионное азотирование, что позволило практически на 90% увеличить срок службы деталей в реальных условиях эксплуатации.

7. Предложен экспериментально-расчетный метод вероятностной оценки долговечности зубчатой передачи по критерию износа. Определено оптимальное сочетание поверхностной твердости деталей зубчатого зацепления бурового насоса УНБ-600 по твердости рабочей поверхности, позволяющее значительно повысить технический ресурс цементованного зубчатого колеса, находящегося в паре с шестреней, упрочненной с помощью технологии ионного азотирования и, всей пары трения в целом, работающей в сложных климатических условиях под воздействием ударных нагрузок.

1. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.

2. Гребеник В.М., Гордиенко А.В., Цапко В.К. Повышение надежности металлургического оборудования: Справочник. М.: Металлургия, 1988. - 688 с.

3. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. - 408с.

4. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Исследование изнашивания металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1960.-315 с.

5. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М.: Наука, 1970.252 с.

6. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах,- Киев: Техшка, 1970. -395 с.

7. Костецкий Б.И. Классификация видов поверхностного разрушения и общая закономерность трения и изнашивания // Вестник машиностроения. 1984. № 11. -С. 10-13.

8. Шведков Е.Л. и др. Словарь справочник по трению, износу и смазке деталей машин. Киев: Наукова думка. 1979. - 188 с.

9. Black A.J., Kopalinsky Е.М., Oxley P.L.B. An asperity deformation model for ex-planing the mechanisms involved in metallic sliding friction and A review. Vol 207. London: I Mech E. 1993. P. 335 352.

10. Кинетика разрушения конструкционных сталей при трении / Ю.Н. Дроздов, JI.M. Рыбакова, И.П. Литвинов, Б.В. Павлик // Трение и износ. 1989. Е. Ю. № 5. -С. 773 -778.

11. Марченко Е.А. О природе разрушения поверхности металлов при трении. -М.: Наука. 1979. 118 с.

12. Ball A. Combating abrasive-corrosive wear in aggressive mining environment // Pienary Papers of The World Tribology Congress. Bath, UK: Bookcraft Limited. 1997. 300. P. 95 102.

13. Eleod A. Numerical modeling of particle detachment // Absrtacts of Papers of The World Tribology Congress. Bath, UK: Bookcraft Limited. 199,7. P. 44.

14. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин / Под ред. И.М. Федорченко. АН УССР. Ин-т проблем материаловедения. 2-е изд., пере-раб. и доп. - Киев: Наук, думка, 1990. - 264 с.

15. Дроздов Ю.Н. Развитие трибологии для экстремальных условий // Трибология и надежность машин: Сб. науч. тр. / АН СССР, Ин-т машиновеДения им-A.A. Благонравова; Отв. ред. B.C. Авдуевский, Ю.Н. Дроздов. 3Vl-: Наука, 1990.-С. 5-18.

16. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин. -М.: Высшая школа, 1991. 320 с.

17. Семенов А.П. Схватывание металлов и методы его предотвращения при трении // Трение и износ. 1980. Т. 1, № 2. С. 236 - 246.

18. Меделяев H.A. Основные закономерности процессов трения и изнашивания в парах трения гидравлических машин // Вестник машиностроения. 2004. №9,-С. 42-47.

19. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М.: Tvíain и построение, 1976. - 266 с.

20. Сорокин Г.М. О природе износостойкости стали при абразивном изнашивании // Вестник машиностроения. 1984. № 12. С. 25-27.

21. Сорокин Г.М. Прочность как основа механизма износостойкости сталей при абразивном изнашивании // Вестник машиностроения 1986. № 5. С. 11-15.

22. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Колокольников М.Г. Абразивное; изнашивание. М.: Машиностроение, 1990. - 220 с.

23. Кащеев В.Н. Закономерности абразивного изнашивания металлов и сплавов // Теория трения, износа и проблем стандартизации. Брянск, 1978. - С. IS 1 — 192.

24. Ткачев В.Н. Работоспособность деталей машин в условиях абразив1101,0 из~ нашивания. М.: Машиностроение, 1995. - 336 с.

25. Ткачев В.Н. Резервы решения проблемы,абразивного износа. М.: Машиностроение, 2000. - 60 с.

26. Зубчатые передачи: Справочник / Е.Г. Гинзбург, Н.Ф. Голованов, Н.Б. Фи-рун, Н.Т. Халебский. Л.: Машиностроение, 1980. - 416 с.

27. Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиноведения. М.: Машиностроение, 1984. - 223 с.

28. Аистов И.П. Оценка динамических нагрузок, действующих в зубчатом зацеплении шестеренного насоса авиационного назначения // Известия вузов. Машиностроение. 2005. № 2. С. 23 - 27.

29. Беляев А.Е. О повышении контактной прочности зубчатых передач с ростом окружной скорости. Известия Томского политехнического института, 1976, т. 226.-С. 71-75.

30. Буланже A.B., Палочкина Н.В., Фадеев В.З. Проектный расчет на прочность цилиндрических и конических зубчатых передач. М.: Изд — во МГТУ, 1992.-30 с.

31. Колеман В. Влияние монтажных смещений на прочность зубьев конических и гипоидных передач // Экспресс-информация. Детали машин. 1976. № 6. -С. 25-34.

32. Котляревский Г.П. Основы повышения надежности и долговечности горношахтного оборудования. М.: Изд-во «Недра», 1971. - 290 с.

33. Генкин М.Д., Рыжов М.А., Рыжов Н.М. Методы повышения нагрузочной способности зубчатых колес / В сб.: Надежность и качество зубчатых передач. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1967. 12 с.

34. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. — М.: Металлургия, 1983. 360 с.

35. Орлов В.В., Юдин Д.Л., Петраков А.П., Корноухов А.П. О деформационном поверхностном упрочнении зубчатых колес // Вестник машиностроения. 1979. № 1.-С. 17-19.

36. Петрусевич А.И., Генкин М.Д., Рыжов Н.М. Влияние шлифовочных прижо-гов на контактную выносливость цементованных и закаленных зубчатых колес // Вестник машиностроения. 1965. № 6. С. 7 - 13.

37. Якимов A.B. Оптимизация процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1075. - 176 с.

38. Исикава, Хаяси К., Йокаяма М. Температура поверхности и противозадир-ная стойкость тяжелонагруженных зубчатых колес // Конструирование и техн0~ логия машиностроения. Т.1. 1974. № 3. С. 421 -427.

39. Марченко Е.А. О природе разрушения поверхности материалов при трении. -М.: Наука, 1979. 118 с.

40. Елисеев Ю.С., Нежурин И.П. Предотвращение заедания в зубчаты* передачах // Техника машиностроения. 1998. №1.-С. 18-31.

41. Зак П.С., Соколов И.И., Кошкарева Л.И. Противозадирная стойкость сталей для высоконапряженных зубчатых передач // Вестник машиностроения- 1976. №3. С. 55-56.

42. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. - 542 с.

43. Ткачев В.Н. Работоспособность деталей машин в условиях абразИ®ного из" нашивания. М.: Машиностроение, 1995. - 335 с.

44. Сафонов Б.П. Влияние твердости сталей на триботехнические >сарактери-стики металла при изнашивании абразивом // Трение и износ. Т. 12. 1Р91. № 4. -С. 653 659.

45. Виноградов В.Н., Червяков И.Б., Леви С.М. Абразивное изнашивание в по~ токе твердых частиц // Вестник машиностроения. 1984. №12. С. 27 - 3 О

46. Икраимов У. Механизм и природа абразивного изнашивания. Ташкент. ФАН, 1979. - 132 с.

47. Клейс И.Р. О проблемах по определению абразивного износа в ст~рУе твеР~ дых частиц // Теория трения, износа и проблем стандартизации. Брянск? 1978. -С. 219-230.

48. Сорокин Г.М., Сафонов Б.П., Бегова A.A. Инженерные критерии выбора сталей по механическим свойствам для условий абразивного изнашивания // Вестник машиностроения. 2003. № 7. С. 35 - 37.

49. Сорокин Г.М. Инженерные критерии определения износостойкости сталей и сплавов при механическом изнашивании // Вестник машиностроения. 2001. № 11. С. 57-59.

50. Сорокин Г.М. Трибология сталей и сплавов. М.: Недра. 2000. - 317 с.

51. Фарков Г.С., Скрачковский Г.Г., Фарков А.Г. Расчет зубчатых передач на контактную прочность //Вестник машиностроения. 2003. № 12. С. 19-21.

52. Фадин Ю.А., Киреенко О.Ф. Определение износа узлов трения в процессе их эксплуатации // Вестник машиностроения. 2004. № 3. С. 27-32.

53. Алехин В.П., Шоршоров М.Х. Структурные особенности кинетики микропластической деформации вблизи свободной поверхности твердого тела // Физика и химия обработки материалов, 1974. №4. С. 107-121.

54. Костецкий Б.И. Фундаментальные основы поверхностной прочности материалов при тернии. Киев.: Знание, 1980. - 26 с.

55. Захаров С.М. Контактно-усталостные повреждения колес грузовых вагонов» /Под ред. С.М. Захарова. М.: Интекст, 2004. - 160 с.

56. Комбалов B.C. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов. Справочник под редакцией академика РАН К.В.Фролова и к.т.н. Е.А. Марченко. М., «Машиностроение», 2008. 383 с.

57. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука. 1985. - 226 с.

58. Грабар И.И. О структуре и строении поверхностных слоев сопряжения материалов трущихся пар // Трение и износ. Т. 2. 1990. № 4. С. 581 - 593.

59. Громаковский Д.Г. Разрушение поверхностей при трении и разработка кинетической модели изнашивания // Вестник машиностроения. 2000. № 1. -С. 3-9.

60. Пинчук В.Г. Исследование дислокационной структуры при трении // Долговечность трущихся деталей машин. М.: Машиностроение. 1987. - С. 231 - 244.

61. Асташкевич Б.М. Износостойкость и роль активных защитных слоев на поверхностях деталей цилиндропоршневой группы транспортных дизелей // Вестник машиностроения. 2000. № 1. С. 13 - 20.

62. Боуден Ф.П., Тэйбор Д. Трение и смазка твердых тел. М.: Машиностроение, 1968. - 543 с.

63. Долинская М.Д., Таран В.А. Технологические испытания промышленной продукции. М.: Изд-во стандартов, 1985. - 104 с.

64. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1985. - 424 с.

65. Фролов К.В., Дроздов Ю.Н., Пинегин C.B. Свойства поверхности в проблеме износостойкости машин // Машиноведение. 1979. № 5. С. 55 - 62.

66. Дроздов Ю.Н. Нелинейная динамика изнашивания // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 5. С. 45 - 55.

67. Решетов Д.Н., Иванов A.C., Фадеев В.З. Надежность машин. М.: Высшая школа, 1988. - 238 с.

68. Проников A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. - 591 с.

69. Сорокин Г.М., Сафонов Б.П., Бегова A.B. Инженерные критерии выбора сталей по механическим свойствам для условий абразивного изнашивания // Вестник машиностроения. 2003. № 7. С. 35 - 37.

70. Лахтин Ю.И., Коган Я.Д. Азотирование стали. М.: Машиностроение, 1976. - 256 с.

71. Айрапетов Э.Л., Браун Э.Д., Чичинадзе А.В. и др. Роль кромочного контакта в обеспечении контактной прочности зубчатых колес // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 9. С. 36 - 38.

72. Naruse С., Haisuka S., Nemoto R., Takahashi H. Influences of Tooth Profiles upon Limiting Load for Scoring and Frictional loss of Spur Gear // Bull JSME. 1984. № 27. P. 225.

73. Naruse C., Haisuka S., Nemoto R., Kurokawa K. Studies on Frictional loss, Temperature rise and Limiting for Scoring of Spur Gear // Bull. JSME. 1986. № 29. P. 248.

74. Петрусевич А.И., Генкин М.Д., Гринкевич B.K. Динамические нагрузки в зубчатых передачах с прямозубыми колесами. М.: Изд-во АН СССР, 1956. -131 с.

75. Генкин М.Д., Рыжов М.А., Рыжов Н.М. Повышение надежности тяжелона-груженных зубчатых передач. М.: Машиностроение, 1981. - 232 с.

76. Короткин В.И. Повышение нагрузочной способности цилиндрических передач Новикова рациональной продольной модификацией поверхностей зубьев // Вестник машиностроения. 2003. № 5. С. 16-22.

77. Retting Н. Innere dynamische rusatrkrafite bei Zahnradgetrieben // Antriebstechnik. 1977. 1977. № 11. ss. 655-658.

78. Тайц Б.А. Точность и контроль зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1972. - 346 с.

79. Михайлов В.Л. Экспериментальное исследование эффективности фланкирования при различных параметрах фланка. В кн.: Вопросы теории механизмов и машин. - М.: Станкин, 1958. - С. 26 -32.

80. Иосилевич Г.Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1988. - 368 с.

81. Дроздов Ю.Н., Пучков В.Н. Повышение долговечности узлов трения. Итоги науки и техники. Серия: машиностроительные материалы, конструкции и расчеты деталей машин. Гидропривод. Т. 10. М.: ВНИИТИ, 1988.

82. Калашников B.B. Количественная оценка в теории надежности. М.: Знание, 1989.-48 с.

83. Стрельников В.П. Оценка остаточного ресурса объектов на основе данных об отказах в процессе эксплуатации // Тяжелое машиностроение. 2004. № 1. -С. 11-13.

84. Надежность и эффективность в технике: Справочник в Ют. / Ред. Совет: B.C. Авдуевский (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1989. - Т. 6.: Экспериментальная обработка и испытания. - 375 с.

85. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. И.В. Кра-гельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. Кн. 1 - 400 с.

86. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / A.B. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун и др., Под общ. ред. A.B. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 2003.-573 с.

87. Вайншток В.В., Умаров И.К. Влияние смазочных материалов на абразивный износ поверхностей трения. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1987. - 59 с.

88. Гнатченко H.H., Бородин В.А., Репников В.Р. Автомобильные масла, смазки, присадки. Справочное пособие,- М.: ООО «Изд-во Полигон», 2000. 360 с.

89. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н., Нахимович Е. Влияние присадок к смазочным маслам на износостойкость трибосопряжений // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2002. № 4. С. 63 - 74.

90. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н., Третьяков Д.В. Влияние металлоплакирую-щих добавок к пластичным смазкам на работоспособность трибосопряжений // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 1. С. 54 - 66.

91. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н., Чулкин С.Н. Структурно-энергетический подход к оценке влияния смазочных композиций на износостойкость трибосопряжений. Ч. 1. Структурно-энергетическая модель изнашивания // Трение и износ. 2001. Т. 22. № 2. С. 168 - 172.

92. Елисеев Н.Ю. Исследование трения и изнашивания стальных пар в металло-содержащих смазочных материалах / Автореф. на соиск. ст. к.т.н. Моск. Гос. Акад. нефти и газа им. И.М. Губкина, 1997. 24 с.

93. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н. Влияние смазочных композиций с добавками на работоспособность трибосопряжений // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. № 1. С. 51 - 62.

94. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н., Дудко П.П. Повышение надежности трибосопряжений. С.-Пб.: Академия транспорта РФ, 2001. - 304 с.

95. Дроздов Ю.Н., Буяновский И.А. и др. Новая противоизносная и антифрикционная ресурсовосстанавливающая композиция присадок к смазочным материалам // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. № 5. -С. 50-53.

96. Заславский Ю.С., Артемьева В.П. Новое в трибологии смазочных материалов. М: Нефть и газ, 2001. - 480 с.

97. Трещёв С.Г., Лукиенко Л.В., Сазонов В.Д. О применение триботехнических составов для повышения ресурса тяжело нагруженных деталей машин // Вестник машиностроения. 2003. № 6. С. 39 - 42.

98. Буяновский И.А., Дроздов Ю.Н. и др. Антифрикционная ресурсовосстанавливающая композиция присадок для пластичных смазок // Вестник машиностроения. 2005. № 7. С. 34 - 37.

99. Шепеляковский К.З. Упрочнение деталей машин поверхностной закалкой при индукционном нагреве. -М.: Машиностроение, 1972. 287 с.

100. Крапошин B.C. Обработка поверхности металлических материалов лазерным излучением // Поверхность. 1982. № 3. С. 1-12.

101. Дубняков В.Н., Гаврилко Ю.П. Лазерная наплавка деталей тракторов // Тракторы и сельхозмашины. 1987. №2.-С.7-10.

102. Рыкалин H.H., Углов A.A. Состояние и перспективы лазерной технологии и металлургии // Поверхность. 1983. № 6. С. 5 - 16.

103. Кидин H.H. Физические основы электротермической обработки металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1969. 375 с.

104. Головин Г.Ф., Замятин М.М. Высокочастотная термическая обработка: Вопросы металловедения и технологии. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1990 - 239 с.

105. Головин Г.Ф., Зимин Н.В. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева / Под ред. А.Н. Шамова. 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1990. - 87 с.

106. Seulen G.W. Die Induktionschärtung von Grosskurbelwellen. -"Elektrowärme", B. 19, 1961, Nr. 10, S. 368 371.

107. Seulen G.W. Automatisirte Innduktions Harteanlage für Kurbelwellen. - "Industrie - Rundschau", Jahrgang, 16, 1961, H. 1, S. 8 - 13.

108. Рапопорт Э.Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла. -М.: Металлургия, 1993. 277 с.

109. Индукционная закалка сталей: учебное пособие / Ю.Д. Корягин, В.И. Филатов. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. - 52 с.

110. Исследование фрикционных свойств стали 12Х18Н10Т с боридными покрытиями при высоких температурах в вакууме / А.Л. Борисова, О.С. Гурвич, О.Б. Минков и др. Физ.-хим. мех. материалов, 1980. Т. 16. № 6. - С. 30 -33.

111. Ткачев В.Н., Фиштейн Б.М., Власенко В.Д., Уланов В.А. Методы повышения долговечности деталей машин. М.: Машиностроение, 1971.-271 с.

112. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. -М.: Металлургия, 1985. 256 с.

113. Бутенко В.И. Структурная самоорганизация материала поверхностного слоя обрабатываемой детали. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. - 168 с.

114. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1983. - 360 с.

115. Теснер Е.И. Критерий оценки работоспособности цементованных зубчатых колес, подверженных контактным разрушениям // Вестник машиностроения. 1986. №6.-С. 12-15.

116. Козловский И.С. Химико-термическая обработка шестерен. М.: Машиностроение, 1970. - 232 с.

117. Пилюшенко В.Л., Вихлевщук В.А., Лепорский С.В., Поживанов А.М. Научные и технологические основы микролегирования стали. М. : Металлургия, 1994. - 384 с.

118. Ложников Ю.И., Капуткина Л.М. Легирование азотом и упрочнение нержавеющих аустенитных и мартенситно-аустенитных стареющих сталей в процессе термомеханической обработки // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2004. № 5. С. 50-55.

119. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Структура и прочность азотированных сплавов. -М.: Металлургия, 1982. 174 с.

120. Банных O.A., Зинченко В.М., Прусаков Б.А., Сыропятов В.Я. Развитие азотирования в России. Первый период // Металловедение и термическая обработка металлов. 1999. № 7. С. 17 - 22.

121. Банных O.A., Зинченко В.М., Прусаков Б.А., Сыропятов В.Я. Развитие азотирования в России. Второй период (1940 1960): Классическое газовое азотирование // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 1.-С. 18-21.

122. Банных O.A., Зинченко В.М., Прусаков Б.А., Сыропятов В.Я. Развитие азотирования в России. Третий период (1960 1980): Низкотемпературная химико-термическая обработка (НХТО) // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 5. - С. 18-26.

123. Банных O.A., Зинченко В.М., Прусаков Б.А., Сыропятов В.Я. Развитие азотирования в России. Четвертый период (1980 н.в.): новые направления развития НХТО // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 4. -С. 3-9.

124. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Регулируемые процессы азотирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 1979. № 8. С. 59 -64.

125. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Межонов А.Е. и др. Устройство для регулирования состава газовой атмосферы при химико-термической обработке // Изв. вузов. Машиностроение. 1980. № 7. С. 108 - 111.

126. Шпис Х.-Й., X. Ле Тьен, X. Бирманн. Контролируемое азотирование // Металловедение и термическая обработка металлов. 2004. № 7. С. 7 - 11.

127. Spies H.-J. Stand und Entwicklung des kontrollierten Gasnitrierens // Neue Hiitte. 1991. V. 36. P. 255 262.

128. Арзамасов Б.Г., Братухин А.Г., Елисеев Ю.С., Панайоти Т.А. Ионная химико-термическая обработка сплавов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 1999. - 400 с.

129. Шпис Х.-Й. Вторая лекция Лахтинских мемориальных чтений // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 5. С. 4 - 17.

130. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Г.-Й., Бёмер 3. Теория и технология азотирования. М.: Металлургия, 1991. - 320 с.

131. Артемьев В.П. Влияние ионного азотирования на износостойкость сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. №4.-С. 10-11.

132. Jysk J. Praktische Bedeutung des Kohlenstoffs in s-Carbonitridshichten auf unlegierten Stahlen // Härterei Technische - Mitteilungen. 1977. № 1. S. 1 - 7.

133. Гребеник В.М., Цапко B.K. Надежность металлургического оборудования.- М.: Металлургия, 1980. 344 с.

134. Никберг И.М., Тищенко А.Н. Оптимальная долговечность оборудования металлургических предприятий. М.: Металлургия, 1974. - 200 с.

135. Кудрявцев В.Н. Зубчатые передачи. М.: Машгиз, 1967. - 264 с.

136. Морозов Б.М., Поротикова Р.Г. и др. Контроль качества продукции машиностроения. М.: Издательство стандартов, 1974. - 448 с.

137. Решетов Д.Н., Чатынян P.M., Фадеев В.З. Типовые переменные режимы нагружений деталей машин // Вестник машиностроения. 1980. № 2. С. 3 - 5.

138. Металловедение для машиностроения: Шмитт-Томас К.Г. Справочник / Пер. с нем. под ред. В.А. Скуднова. М.: Металлургия, 1995. - 512 с.

139. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982. - 632 с.

140. Мухамедов A.A., Тилабов Б.К. Повышение износостойкости деталей с твердосплавными покрытиями термической обработкой // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2003. № 12. С. 35-37.

141. Гребеник В.М., Гордиенко A.B., Цапко В.К. и др. Определение наработанного ресурса и срока службы деталей в процессе эксплуатации металлургического оборудования // Черная металлургия: Изв. вузов. 1979. № 4. С. 136 - 138.

142. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. Пер. с англ.- М.: Мир, 1980.-606 с.

143. Федюкин В.К., Дурнев В.Д., Лебедев В.Г. Методы оценки и управления качеством промышленной продукции. М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 2000. - 328 с.

144. Дроздов Ю.Н. Обобщенные характеристики для оценки износостойкости твердых тел. Трение и износ. Т. 1. 1990. С. 417 - 424.

145. Справочник по триботехнике в 3-х т. под общ. ред. М. Хебды, A.B. Чичи-надзе. М.: Машиностроение, 1989, 1990,1992.

146. Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брост-рем, H.A. Буше и др. М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.

147. Мурашко В.П. О функции накопления выкрашивания при контактной усталости / Детали машин: Респ. межвед. науч.-техн. сб. Вып. 19,1971. С. 114-118.

148. Горелик С.С., Расторгуев JI.H., Скаков Ю.А. Рентгенографический и элек-троннооптический анализ. -М.: Металлургия, 1970. 180 с.

149. Поляк М.С. Технология упрочнения. Технол. методы упрочнения. В 2 т. Т. 2.-М.: "Л.В.М. СКРИПТ", "Машиностроение", 1995. - 688 с.

150. ТУ-24-1-3011-78 Экскаватор карьерный ЭКГ-4,6В Электронный ресурс. -Первый машиностроительный портал. Информационно-поисковая система. -С.-Петербург: ЗАО «Первый Машиностроительный», 2006. Режим доступа: http ://www. 1 bm.ru

151. Разработка экспериментальных методов исследования моделей износа тя-желонагруженных зубчатых передач приводов машин/ Мигачева Г.Н., Кокша-ров С.А., Карпов С.Н., Пасуманский З.П. Надежность крупных машин: Сб. науч. тр./ НИИтяжмаш, 1990. - С. 44-56.

152. ГОСТ 27.003-90 Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности. М.: Изд-во стандартов, 1990.

153. Резиновский А .Я. Методика обоснованного выбора нормируемых показателей надежности // Надежность и контроль качества. 1987, № 9.

154. ГОСТ 27.301-95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. М.: Изд-во стандартов, 1995.

155. Гузанов Б.Н., Косицин C.B., Пугачева Н.Б. Упрочняющие защитные покрытия в машинстроении. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - 243 с.

156. Козловский И.С. Химико-термическая обработка шестерен. М.: Машиностроение, 1970. - 232 с.

157. Проников A.C. Параметрическая надежность машин. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002. - 560 с.

158. Крагельский И.В. Трение, изнашивание и смазка: справочник. М.: Машиностроение. Кн. 1. 1984. - 400 с.

159. Крагельский И.В. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

160. Методика выбора, нормирование и подтверждение показателей надежности буровых насосов // Технические условия 36 61 8100 МРИ - Екатеринбург, 1998.-31 с.