автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Научные основы восстановления работоспособности судовых главных передач при ремонте

На правах рукописи

У

МАМОНТОВ Виктор Андреевич

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СУДОВЫХ ГЛАВНЫХ ПЕРЕДАЧ

ПРИ РЕМОНТЕ

Специальность: 05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

2 2 НОЯ 2012

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Астрахань — 2012

005055325

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Черненко В.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный

сотрудник Лысенков П.М. ЗАО «Производственное объединение «Сигма», Санкт-

Петербург.

i

доктор технических наук, профессор Матвеев Ю.И. ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта», Нижний Новгород.

доктор технических наук, профессор Цветков Ю.Н. ФБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций».

Ведущая организация: ОАО «Центр технологии судостроения и

судоремонта», Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится «27» декабря 2012 г. в 10:00 час. на заседание диссертационного совета Д 307.001.07 при Астраханском государственном техническом университете по адресу: 414 025, г. Астрахань, ул. Татищева 16. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГТУ.

i

Автореферат разослан 2012 г. 1 j

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

S-

А.В. Кораблин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Модернизация экономики является одной из страте-ических задач перспективного развития нашей страны. Модернизация предполагает нновационный путь развития всего промышленного производства на основе широко-о и эффективного использования передовых отечественных и зарубежных техноло-ий, а также внедрения результатов научных исследований для повышения его техни-о-технологического уровня.

Это в полной мере относится и к судоремонтному производству. За последние 15...20 лет морской торговый, рыболовный и речной флот практически не пополнялся удами, поэтому их значительная часть, находящаяся в эксплуатации, в настоящее ремя имеет возраст около 20...25 лет и более. А современные темпы замены флота не могут компенсировать фактическое старение судов и их списание.

В этих условиях для выполнения флотом своих задач необходимо изыскивать "олее совершенные формы технической эксплуатации и прежде всего повышения качества и эффективности ремонта судовых технических средств.

Известно, что около 14% аварий судов происходит из-за некачественного ремонта технических средств. Утраченные функциональные параметры восстанавливаются при капитальном ремонте только на 60...70% от исходного значения, причем за-раты на ремонт сравнимы со стоимостью нового оборудования, а то и превосходят ее.

Пути решения этих проблем нашли отражение в стратегии развития судострои-ельной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу и по-:тавили их в ряд приоритетных общенациональных и народохозяйственных задач со-ременного этапа экономического развития нашей страны.

Объектами исследования в диссертационной работе являются зубчатые колеса и ;удовые валы главных передач, представляющие собой ответственные элементы судо-ых энергетических установок. В процессе эксплуатации они приобретают различные дефекты и повреждения, многие из которых служат основанием для прекращения их гехнического использования и постановки судна в ремонт. Существующие в судоре-онте технологии их восстановления трудоемки, весьма затратны, имеют высокую сравнительную долю ручного труда, требуют применения точного технологического оборудования и оснастки, высокой квалификации персонала и не всегда обеспечивают «обходимое качество ремонта, надежности и долговечности.

Поэтому исследования, направленные на разработку высокоэффективных тех-дологий восстановления, обеспечивающих снижение затрат на ремонт, сроков ремон-а, повышение качества и надежности отремонтированных технических средств, яв-1яются актуальными.

Цель работы - повышение эффективности технической эксплуатации флота тутем исследования, разработки, научного обоснования и использования в судоре-онтном производстве инновационных технологий, обеспечивающих снижение продолжительности, затрат и стоимости ремонта зубчатых колес и валов судовых главных ередач (СГП) при сохранении заданных показателей их надежности.

Цель достигнута решением следующих задач:

— исследование и обоснование норм шероховатости переходных поверхностей |убьев колес СГП для повышения их ремонтопригодности;

— исследование и разработка технологии восстановления судовых валов термо-леханической правкой с учетом явления ползучести;

— разработка и обоснование методики прогнозирования долговечности судовых

валов с трещинами;

-обоснование способа продления долговечности судовых валов в эксплуатации;

- разработка и обоснование технологии восстановления работоспособности валов с трещинами при ремонте;

- разработка рекомендаций по использованию новых, полученных в данном исследовании, технологий.

Методы решения задач исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. При исследовании влияния шероховатости переходных поверхностей колес СГП на изгибную выносливость зубьев использованы статистическая теория подобия усталостного разрушения, физико-технологическа теория неровностей технической поверхности, теория суперпозиций эффекта размерного формообразования технических поверхностей, положения классической теори упругости, а также метод конечных элементов, методы планирования эксперимента, методы проведения усталостных испытаний, в т. ч. метод «лестницы», методы статистической обработки результатов экспериментальных исследований.

При исследовании и разработке технологии правки судовых валов были применены теория ползучести и релаксации напряжений и методы микроструктурного анализа металлов.

Методика прогнозирования долговечности судовых валов с трещинами, а такж исследования по разработке технологии восстановления их работоспособности базируются на основных положениях механики разрушения и теории нераспространяю-щихся усталостных трещин.

Эксперименты выполнены в лаборатории Астраханского государственного технического университета и на судоремонтных заводах в реальных условиях производства.

Новые научные результаты:

1. Разработаны научные основы совершенствования технологии ремонта зубчатых колес и валов судовых главных передач.

2. Установлены закономерности и количественные оценки влияния шероховатости поверхностей, упрочняемых цементацией, азотированием и поверхностной закалкой нагревом токами высокой частоты (ТВЧ), на циклическую прочность зубьев коле и других деталей ответственного назначения из высокопрочных марок сталей.

3. Разработана математическая модель термомеханической правки, позволяющая определить величину выправления вала при ремонте с использованием процесса ползучести.

4. Разработана методика прогнозирования остаточной долговечности судовьв валов с трещинами в эксплуатации.

5. Теоретически обоснована и экспериментально исследована технология оста новки роста трещин на судовых валах с помощью поверхностного пластического де формирования (ППД).

Практическая ценность. Диссертационная работа направлена на повышени эффективности технической эксплуатации флота путем исследования, разработкр научного обоснования и использования при ремонте инновационных технологий. Ре зультаты работы позволяют:

- установить научно обоснованные нормы шероховатости переходных повер> ностей зубьев, упрочняемых цементацией, азотированием и поверхностной закалко

игревом ТВЧ, колес СГП, тем самым совершенствовать технологический процесс эемонта, повысить их технологичность и ремонтопригодность;

- использовать результаты исследования в расчетах при проектировании зубча-гых колес СГП новых конструкций;

- использовать результаты исследований при разработке технических условий т ремонт зубчатых колес и различных деталей ответственного назначения, упрочняе-

ых указанными методами;

- разработать технологию правки судовых валов с учетом процесса ползучести, тозволяющую восстанавливать валы с большими величинами прогибов, не снижающей циклической прочности и обеспечивающей стабильность формы вала;

- продлить долговечность судовых валов с трещинами, обеспечивая увеличе-ие срока эксплуатации судна и сокращение вынужденных простоев на подготовку к емонту;

- разработать и научно обосновать технологию восстановления работоспособ-ости судовых валов с трещинами при их ремонте.

Реализация результатов работы. Результаты исследований по обоснованию орм шероховатости переходных поверхностей зубьев, упрочняемых цементацией, зотированием и поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, внедрены в технологическом процессе изготовления колес судовых главных турбозубчатых агрегатов в ПО «Ка-ужский турбинный завод» (г. Калуга), а также в технологическом процессе ремонта гудовых дизель-редукторных агрегатов на судоремонтном предприятии СевероКаспийского морского пароходства (г. Астрахань) и в Федеральном государственном унитарном предприятии «Каспгипрорыбфлот» (г. Астрахань). Эти результаты могут ыть использованы в расчете зубчатых колес на выносливость при изгибе по ГОСТ 1354-87; в расчетах деталей, подвергаемых поверхностному упрочнению, по ГОСТ 5504-82 «Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопро-ивления усталости».

Разработанная технология правки судовых валов с учетом ползучести использо-ана на ЗАО «Судостроительно-судоремонтный завод им. Ленина» (г. Астрахань) при емонте валопроводов и баллеров рулей.

Методика прогнозирования долговечности судовых валов с трещинами принята сведению Астраханским филиалом Российского морского Регистра судоходства. Ре-ультаты исследования и технология восстановления работоспособности судовых ва-ов с трещинами приняты к внедрению в ОАО «Судоремонтный завод Слип» (г. Аст-ахань).

Научно-методические материалы диссертационной работы использованы в ис-ледовательских работах кафедр судостроения и энергетических комплексов морской ехники и технологии металлов Астраханского государственного технического уни-ерситета, в пяти защищенных диссертационных работах, выполненных под руководством соискателя, в лекционных курсах, в курсовых и дипломных проектах в процессе одготовки морских инженеров, бакалавров и магистров.

Апробаиия работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы были доложены на научно-технических конференциях Ленинградского кораблестроительного института (1981-1986 гг.); технических совещаниях ОГТ и СКВ ПО «Калужский турбинный завод» (г. Калуга, 1983 г.), на научно-техническом совещании в ЦНИИ имени акад. А.Н. Крылова (г. Ленинград. 1983 г.); на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (г.

Астрахань, 1983-2012 гг.); научно-техническом семинаре «Актуальные проблемы судовой энергетики в АГТУ» (г. Астрахань, 2000 - 2004 гг.); международной научно конференции «Динамика и прочность исполнительных механизмов и машин» (г. Астрахань, 2002 и 2004 гг.); международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию АГТУ (г. Астрахань, 2000 г.); заседаниях Ученого Совета Каспийского филиала Дагестанского гос. университета (г. Каспийск, 2004 и 2005 гг.); на международной научной конференции, посвященной 75-летию основания АГТУ (г. Астрахань, 2005 г.); на третьем международном симпозиуме по транспортной триботехник (Санкт-Петербургский гос. политехнический университет, 2005 г.); на 9-й международной практической конференции по технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологическо оснастки (Санкт-Петербургский гос. политехнический университет, 2007 г.); всероссийской научной конференции «V сессия научного совета РАН по механике деформируемого твердого тела» (г. Астрахань, 2011 г.); Х-м всероссийском съезде по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (г. Нижний Новгород, 2011 г.); 14-й международной научно-практической конференции по технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта (Санкт-Петербургский гос. политехнический университет, 2012 г.).

Работа соответствует программе возрождения торгового флота России, программе поддержки возрождения Российского торгового флота на Каспии, а также стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 г. и н дальнейшую перспективу и выполнялась по планам госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ Астраханского государственного технического университета.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований по теме диссертационной работы отражены в 54 публикациях, из них в автореферате приведены 42.

Структура и объем работы. Диссертация представлена в форме рукописи в двух томах. Первый том состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных источников из 233 наименований и изложен на 338 страницах, включая 118 рисунков и 29 таблиц. Во втором томе представлены введение и 5 приложений к диссертационной работе, изложенные на 135 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены современные проблемы судоремонтного производства и выполнен анализ технико-экономической эффективности восстановления судовых технических средств при ремонте; проанализированы показатели, определяющие надежность технических средств при восстановлении и ремонте; рассмотрены принципы восстановления и обоснована актуальность восстановления зубчатых колес и судовых валов главных передач; на основе анализа сформулированы цель и задачи настоящего исследования.

Вторая глава посвящена исследованию и обоснованию норм шероховатости переходных поверхностей зубчатых колес судовых главных передач.

Главные передачи являются составной частью судовых турбозубчатых и дизель-редукторных агрегатов. К ним предъявляются высокие требования по надежности i долговечности.

Современные зубчатые колеса СГП работают в тяжелых эксплуатационны? условиях. Окружные скорости в зацеплении достигают 100... 150 м/с, а контактны! напряжения — 500...600 МПа. При этом зубчатые передачи передают вращающие м<~

6

енты до нескольких тысяч килоньютонометров, а передаваемые мощности достигают есятков тысяч киловатт. В зависимости от назначения зубчатые колеса выполняются о 3, 4 и 5 степеням точности. Зубчатые передачи главных турбозубчатых агрегатов роектируются с неограниченным сроком службы и высокими требованиями по бес-умности и безвибрационности.

Зубчатые колеса СГП сочетают большие габариты, сложный профиль зубьев и ысокую точность по нормам кинематической точности, плавности работы и контакта убьев в передаче, а также высокие требования по шероховатости поверхности зубьев, елительный диаметр может достигать 4000 мм и более с шириной зубчатого венца ли полушеврона в пределах 500...600 мм.

Для азотируемых колес применяют хромоникелемолибденовые стали марки 0ХН2МФА, 30Х2Н2МФА, 36ХН1МФА, ЗвХНЗМФА, 38ХНМФА и др. Для цементи-уемых колес используют хромоникелевые и хромоникельмолибденовые стали типа 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20ХН2МА, 20ХНЗА, 18Х2Н4МА и др. Для колес, упрочняемых поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, нашли применение высокопрочные хроми-тые и хромоникелевые стали 40Х, 45Х, 40ХН, 45ХН, 50ХН и им подобных.

Известно, что наиболее распространенными видами повреждения зубьев явля-тся усталостные контактные разрушения эвольвентного профиля (питтинг) и уста-остная поломка зуба - один из наиболее опасных видов разрушения. Как правило, оломка зуба у современных СГП выводит зубчатые колеса из строя и фактически вляется аварией всего турбозубчатого и дизель-редукторного агрегатов. В этом слу-ае зубчатые колеса подвергают ремонту на специализированных судоремонтных предприятиях по специальной технологии. Применение традиционных методов производства и ремонта зубчатых колес не может обеспечить высоких технических требований к СГП. При изготовлении колес используют прецизионные токарные, карусель-но-шлифовальные и зуборезные станки с установкой их на виброизолирующем фун-аменте в специальных помещениях с термоконстантными условиями. Зубообработка производится прецизионными фрезами, отличающимися от обычных увеличенным иаметром, увеличенной длиной режущей части и повышенным числом режущих кромок. Длительность нарезания крупных колес составляет 5...7 суток непрерывной работы станка. Для обеспечения высокой степени точности зубьев азотируемые колеса подвергаются селективному шевингованию, цементируемые и упрочняемые поверхностной закалкой нагревом ТВЧ - шлифованию.

Для повышения изгибной выносливости переходные поверхности (выкружки) и впадины зубьев, не участвующие в зацеплении, перед проведением цементации, азо-ирования или поверхностной закалки нагревом ТВЧ подвергают полированию абразивной лентой вручную с помощью пневмотурбинок до исчезновения продольных рисок, обеспечивая заданные техническими условиями нормы шероховатости Яг 3,2...4,0 и в дальнейшем не обрабатываются. Трудоемкость ручной операции полирования составляет 10... 15 % общей трудоемкости изготовления комплекта колес.

Для повышения контактной и изгибной выносливости зубья колес подвергают азотированию, цементации или поверхностной закалке нагревом ТВЧ, в зависимости от материала зубчатых колес, причем азотирование является окончательной операцией технологического процесса. Цементированные колеса подвергают объемной закалке с низким отпуском, а упрочненные поверхностной закалкой нагревом ТВЧ - низкому отпуску. После термических операций боковые эвольвентные профили зубьев шлифуются при обильном охлаждении, причем касание шлифовальным кругом переходных поверхностей и впадин не допускается. Зубошлифование устраняет погрешности

7

формы и размеров колес, вызванных цементацией и закалкой. В дальнейшем эволь-вентный профиль и переходные поверхности зубьев дополнительно упрочняются гидродробеструйной обработкой стальными шариками.

Назначение высоких норм шероховатости переходных поверхностей объясняется стремлением уменьшить концентрацию напряжений в корне зуба от микронеровностей. Отсутствие в литературе устоявшихся сведений о влиянии шероховатости на характеристики изгибной выносливости зубьев, а также других деталей, упрочняемых азотированием, цементацией и поверхностной закалкой нагревом ТВЧ не может служить страховкой конструкторов от возможных ошибок.

Известно, что продольные риски на переходных поверхностях, образующиеся в процессе зубонарезания, влияют на изгибную выносливость, снижая ее. Однако влияние рисок и других поверхностных дефектов на выносливость проявляется неодинаково и зависит от высоты микронеровностей, материала деталей, наличия упрочняющей обработки и ее вида, схемы нагружения и других факторов.

О влиянии шероховатости переходных поверхностей под упрочнение азотированием, цементацией и поверхностной закалкой нагревом ТВЧ на выносливость зубьев в литературе нет единого мнения. Наряду с данными о существенном влиянии на выносливость имеются сведения о том, что поверхностная упрочняющая обработка устраняет отрицательное влияние следов механической обработки и дефектов поверхности в виде царапин, мелких надрезов и рисок на изгибную выносливость деталей в связи с особенностью зарождения усталостных трещин. Очаг зарождения трещины в этом случае смещается в подслойную зону на границу упрочненного слоя и сердцевины. Поэтому микронеровности поверхности перестают оказывать какое-либо влияние на выносливость.

С учетом приведенных особенностей усталостного разрушения поверхностно упрочняемых деталей требование Rz 3,2...4,0 мкм к шероховатости переходных поверхностей зубьев под упрочнение колес цементацией, азотированием и поверхностной закалкой нагревом ТВЧ представляется недостаточно обоснованным.

Большой вклад в изучение вопросов выносливости деталей машин, в то числе зубчатых колес внесли C.B. Серенсен, В.Н. Когаев, P.M. Шнейдерович, В.И. Кудрявцев, В.Н. Кудрявцев, Н.И. Колчин, Н.В. Олейник, В.Г. Гинзбург, P.M. Пратусевич, P.P. Гальпер, Ю.А. Державец, Н. Rettig и др.

Проблемам исследования и совершенствования методов цементации посвящены работы А.Д. Ассонова, М.Е. Блантера, Ю.М. Лахтина, А.И. Минкевича, И.Е. Конторо-вича, И.С. Козловского, B.C. Сагарадзе и других.

Существенный вклад в разработку, исследование и внедрение в производство методов поверхностной закалки внесли работы В.П. Вологдина, Н.В. Зимина, А.И. Гардина, К.З. Шепеляковского, В.И. Богданова, Н.В. Беляева и других.

Вопросам разработки и совершенствования прогрессивных методов азотирования посвящены работы A.A. Юргенсона, Ю.М. Лахтина, И.Е. Конторовича, А.Н. Минкевича и других.

Вопросы изучения природы возникновения микронеровностей, исследование влияния технологических способов и режимов резания на образование шероховатости, анализ микрорельефа поверхности после механической обработки нашли отражение i работах П.Е. Дьяченко, Э.В. Рыжова, Ю.Г. Шнейдера, М.О. Якобсона, А.А.Маталина А.И. Исаева, И.В. Дунина-Барковского, Ю.Р. Витенберга, А.П. Хусу, Б.Д. Грозина \ других.

На основе анализа с учетом противоречивости приведенных результатов опрг

8

елены задачи исследования влияния шероховатости переходных поверхностей колес, упрочняемых цементацией, азотированием и поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, а изгибную выносливость их зубьев.

Методологической основой исследования является физико-технологическая еория неровностей поверхности, изложенная в трудах проф. И.В. Дунина-Барковского. Она связывает технологическое происхождение неровностей поверхно-ти с физическими свойствами, определяющими эксплуатационное качество деталей, включает теорему суперпозиции, теорему о размерных параметрах и теорему о системе размерных и физико-механических параметрах технической поверхности, кото-ые положены в основу моделирования шероховатости переходных поверхностей на руглых образцах и опытных зубчатых колесах и разработки технологии их изготов-ения, а также обоснования условий проведения усталостных испытаний и оценки лияния шероховатости поверхности деталей, упрочняемых азотированием, цемента-ией и поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, на характеристики изгибной выносли-ости.

Зубья солнечных колес и эпициклов СГП при работе нагружены односторонней агрузкой, изменяющейся по пульсирующему циклу, зубья сателлитов - двусторонней иклической нагрузкой, изменяющейся по симметричному циклу. В связи с этим вли-ние шероховатости переходных поверхностей на изгибную выносливость зубьев бы-о исследовано на опытных колесах модуля 6 мм при пульсирующей нагрузке и на руглых образцах с выточкой при симметричном цикле консольным изгибом путем роведения сравнительных усталостных испытаний.

Для переноса результатов испытаний круглых образцов на натурные зубья ко-ес использована методика моделирования напряженного состояния в корне зуба на руглых образцах, предложенная проф. В.П. Когаевым. Она основана на статистиче-кой теории подобия усталостного разрушения деталей, согласно которой функции аспределения долговечности и предельных напряжений для образцов разных диаметров при переменном изгибе совпадают в случае постоянного отношения диаметра об-азца к максимальному относительному градиенту напряжений.

Основным условием подобия усталостного разрушения при использовании кри-ерия разрушения в виде амплитуды наибольших напряжений может служить уравнение:

х-и) = А-В-\В= + 2Р-Б, (1)

&

где: <ттах = сг„ • аа - максимальное напряжение в зоне концентрации; ¡.¡О - критерий подобия усталостного разрушения; а„ - номинальное напряжение; А и В - постоянные материала; аа - теоретический коэффициент концентрации напряжений; Ь - часть периметра опасного поперечного сечения, в точках которого действуют максимальные напряжения, пропорциональные характерному размеру сечения; в- относительный максимальный градиент напряжений в зоне концентраций,

определяемый по формуле: ^ = —---. ДлЯ круглого образца с выточкой

* ^"тах

— 2 2

определяется по формуле Г. Нейбера: ° = р~ радиус выточкн;

диаметр образца; квантиль нормального распределения, соответствующая вероятности Р, %; среднеквадратичное отклонение величины х = 1в(сгтах - и) ; и - нижняя граница предела выносливости, /5(сгтах < и) = 0.

Моделирование состоит в выполнении равенства критериев подобия усталостного разрушения у круглого образца и реального зуба: р I , Т ,

ооразца зуои „

- ' Задача сводится к определению от-

образца зуба

носительного градиента первого главного напряжения

в корне зуба: (7 зуба — '

^ шах

Определение изгибных напряжений в корне зу- _

ба натурных колес проведено методом конечных эле- Рисунок 1 - Расчетная схема зуба ментов путем решения плоской задачи теории упругости для сечений, нормальных срединной плоскости зуба (рисунок 1) по программам БЕМАР и КАЭТКАМ

Относительные градиенты напряжений определены от точки на переходной поверхности зуба, где действуют максимальные изгибные напряжения, в направлении тела зуба, нормальном этой поверхности.

В настоящем исследовании, имеющем сравнительный характер, использованы образцы с полукруглыми выточками (рисунки 2а, 26).

Размеры выточек определены расчетом на основе данных, полученных методом конечных элементов. Образцы, моделирующие зубья колес модулей 3, 8 и 10 мм, имеют диаметры опасного сечения: 7,5; 10 и 20 мм, радиусы выточек - 10; 18 и 28 мм, причем теоретические коэффициенты концентрации напряжений от геометрической формы составляют аа=1,\; аа= 1,2; аа= 1,3 соответственно.

В качестве опытных колес приняты колеса модуля 6 мм, близкого к натурным

а) в)

а) — образцы диаметра 10 мм; б) — образцы диаметра 20 мм; в) - колесо модулем 6 мм Рисунок 2 - Круглые образцы и экспериментальное колесо 10

убчатым колесам (рисунок 2в).

Азотируемые образцы и опытные колеса изготовлены из стали 36Х2Н2МФА, ементируемые образцы и колеса - из стали 12ХНЗА, а упрочняемые поверхностной акалкой нагревом ТВЧ - из стали 40ХН. Химический состав сталей соответствует ОСТ 4543-71, механические свойства стали 36Х2Н2МФА - категории прочности Т75, стали 12ХНЗА -КТ70, стали 40ХН- КТ75 по ГОСТ 8479-70. Измерение, оцен-а и анализ шероховатости поверхностей в исследовании проводился по параметру Яг ак физически обоснованному и метрологически обеспеченному.

Влияние шероховатости переходных поверхностей азотируемых колес на циническую прочность изучалось при дискретном изменении шероховатости в диапазоне 2 3,2; 10; 40 и 160 мкм, цементируемых и поверхностно - закаливаемых нагревом ВЧ - в диапазоне Яг 0,4; 4; 40; 130 и 250 мкм. Верхний уровень (Яг 3,2 и Яг 4,0 мкм) взят с учетом требований, предъявляемых к шероховатости переходных поверхностей олес СГП, нижний - таким, чтобы заведомо повлиял на циклическую прочность.

При механической обработке образцов для получения шероховатости Яг 10; 40 и 160 мкм на выточках использовано планирование эксперимента, которое позволило айти оптимальные режимы резания и определить математическую зависимость:

= /(х,;х2;х3), (2)

де: у - высота микронеровностей по параметру Яг\

х1 - скорость резания (м/мин); х2— подача (мм/об); -х3 - глубина резания (мм).

Глубина упрочнения, а также твердость поверхности при азотировании, цемен-ации и поверхностной закалке нагревом ТВЧ соответствует оптимальным значениям с точки зрения обеспечения максимальной выносливости.

Оценка необходимого количества образцов для исследований проведена на основе статистических методов с учетом заданной точности и надежности средних значений и среднеквадратических отклонений пределов выносливости.

Усталостные испытания образцов проведены на установках типа ЛКИ-2Р круговым изгибом с постоянными амплитудными значениями напряжений при гармонической форме цикла на базе: азотированные образцы - 2-107 циклов, цементированные и упрочненные поверхностной закалкой нагревом ТВЧ - 1-Ю7 циклов. Испытания зубьев проводили на механическом пульсаторе при пульсирующей нагрузке, точка приложения которой находилась на расстоянии, равном половине модуля от вершины

зуба, на базе 2-106 циклов.

При статистической обработке результатов циклических испытаний применены методы линейного регрессионного анализа, методы значимости отличия средних и дисперсий, а также методы корреляционного анализа.

Анализ циклических исследований круглых образцов и зубьев опытных колес показал, что на изломах образцов и зубьев (рисунок 3) фокус излома при напряжениях, близких к пределу выносливости, расположен под упрочненным слоем. При высоких уровнях напряжений фокус излома перемещался на поверхность образцов и зубьев, особенно на образцах и зубьях с грубой шероховатостью. Поломка зубьев начиналась на стороне растяжения с появления усталостной трещины на переходной поверхности. Развитие трещины происходило по нормали к переходной поверхности зуба (рисунок

4).

По результатам усталостных испытаний азотированных образов и зубьев построены 24 кривые усталости, наклонные ветви которых определены на трех уровнях

напряжений; на основе испытаний цементированных образцов и зубьев построены 15 кривых усталости; согласно результатов испытаний образцов и зубьев, упрочняемых поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, - 19 кривых усталости. Часть кривых усталости представлена на рисунках 5-8.

Адекватность линейных моделей проверена сравнением по критерию Фишера дисперсий внутри системы и относительно эмпирической линии регрессии. Значения дисперсий, полученных в регрессионном анализе, позволила определить доверительные интервалы регрессии для доверительной вероятности 0,9.

Анализ кривых усталости показывает, что они имеют одинаковый вид: левые части кривых имеют разный наклон, увеличивающийся при уменьшении шероховатости.

По результатам испытаний методом «лестницы» установлено, что у азотированных образцов и зубьев при увеличении шероховатости в диапазоне Яг 3,2...160 мкм происходит снижение средних значений пределов выносливости, составляющее для образцов 8... 10%, для зубьев - 20%, причем более заметное снижение наблюдается в диапазоне от Яг 40 до Яг 160 мкм. В диапазоне Яг 3,2...40 мкм средние значения пределов выносливости образцов и зубьев практически не зависят от шероховатости.

Анализ усталостных испытаний цементированных образцов и зубьев показывает, что в диапазоне шероховатости Яг 0,4...250 мкм снижение средних значений пределов выносливости образцов составляет 15...18 %, зубьев - 18...20%. Причем в диапазоне шероховатости Яг 3,2...10 мкм снижение пределов выносливости образцов и зубьев одинаково и составляет 4...5% .

Оценка результатов усталостных испытании образцов и зубьев, упрочненных поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, показывает, что в диапазоне Яг 0,4...250 мкм снижение средних значений пределов выносливости образцов составляет 20...24%, зубьев — 25...28% . В диапазоне Яг 4,0...130 мкм снижение средних пределов выносливости составляет 5...10%, причем в диапазоне Яг 4,0...40 мкм снижение средних пределов выносливости для образцов и зубьев одинаково и составляет 2...4%.

При увеличении шероховатости замечено возрастание среднеквадратического отклонения пределов выносливости образцов и зубьев, упрочняемых цементацией и азотированием, характер зависимости которых одинаков (рисунок 9). Для образцов и зубьев, упрочненных поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, при увеличении шероховатости наблюдается обратное, т.е. снижение среднеквадратического отклонения пределов выносливости в исследуемом диапазоне шероховатости (рисунок 10).

При расчетах зубчатых колес на изгибную выносливость имеет практическое применение лишь нижнее значение границы доверительного интервала предела вы

Рисунок 3 - Изломы азотированного образца диаметра 7,5 мм и зуба опытного колеса модуля 6 мм 1 - фокус излома; 2 - гладкая наклепанная зона; 3 - фронт распространения трещины; 4 - зона хрупкого разрушения

Рисунок 5 - Кривые усталости азотированных образцов диаметра 7,5 мм (аа = 1,3) при изменении шероховатости в диапазоне & 3,2... 160 мкм

иь

700

X

о Р^Атн

□ Я,Мт я Н^ТЗОнкн О

< ! 6 7 !дН

Рисунок 7 - Кривые усталости поверхностно-закаленных нагревом ТВЧ образцов диаметра 10 мм аа = 1,0 в диапазоне шероховатости Я: 0,4. . .250 мкм

ИЬ 700

со о о И,'3.2ккн • Ъ'Юж о И^Омкм С Ц^ШЗнт

ээ\

101

\ *чч \®

\ К * *

•Ч

3 < 5 6 1дН

Рисунок 6 - Кривые усталости азотированных зубьев колеса модуля тп = 6 мм с шероховатостью переходных поверхностей зубьев в диапазоне й? 3,2... 160 мкм

4 5 6 1д N

Рисунок 8 - Кривые усталости цементированных образцов диаметра 10 мм с шероховатостью Дг 40 мкм при изменении концентрации напряжений от сц, = 1,0 до а„= 1,2.

носливости.

Учитывая высокий проектный уровень надежности СГП, оценка влияния шероховатости на выносливость проведена с использованием в качестве гарантированного значения предела выносливости его нижнего доверительного значения, найденного для уровня доверительной вероятности 0,9987. Она показывает более заметное снижение нижних доверительных значений пределов выносливости азотированных и цементированных образцов и зубьев по сравнению с зависимостью средних значений пределов выносливости от шероховатости. Это объясняется тем, что при увеличении шероховатости возрастают среднеквадратические отклонения пределов выносливости. Для азотированных образцов и зубьев в диапазоне шероховатости Яг 3,2...40 мкм снижение

нижних доверительных значений пределов выносливости составило 8... 10%, в диапазоне Яг 3,2...160 мкм для образцов — 30%, зубьев - 42% (рисунок 11).

Для цементированных образцов и зубьев в диапазоне Яг 3,2... 10 мкм снижение нижних доверительных значений пределов выносливости составило 6...10%, в диапазоне Яг 0,4...250 мкм для образцов - 28%, зубьев - 47%.

£ .

ш

20

/

у л

о—-*'

г

1

мкм

Рисунок 9 - Зависимость среднеквадратического отклонения пределов выносливости 5с ) от шероховатости в диапазоне Лг 3,2... 160 мкм О - образцы диаметра 7,5 мм = 1,3), круговой изгиб;

Э - образцы диаметра 7,5 мм {а„ = 1,0), круговой изгиб;

0 - зубья т = 6 мм, пульсирующий цикл.

О 1 10 100 т

Рисунок 10 - Зависимость среднеквадратического отклонения пределов выносливости поверхностно-закаленных нагревом ТВЧ образцов от шероховатости поверхности в диапазоне Лг 0,4...250 мкм

600

т.

1

\

10 100 Рисунок 11 - Зависимость предела выносливости от шероховатости азотированных образцов диаметра 7,5 мм = 1,0) при круговом изгибе в диапазоне шероховатости & 3,2... 160 мкм о - среднее значение предела выносливости; - - нижнее доверительное значение предела выносливости

Рисунок 12 - Зависимость предела выносливости поверхностно-упрочненных нагревом ТВЧ зубьев экспериментальных колес модуля 6 мм от шероховатости переходных поверхностей в диапазоне Лг 0,4...250 мкм. • - среднее значение предела выносливости; — нижнее доверительное значение предела выносливости

Для образцов и зубьев, упрочненных поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, нижние доверительные значения пределов выносливости с увеличением шероховатости снижаются менее заметно, чем средние. В диапазоне шероховатости Яг 4,0...40 мкм снижение нижних доверительных значений пределов выносливости образцов и зубьев составило 1...3%, в диапазоне Яг 0,4...250 мкм для образцов - 18%, зубьев -20% (рисунок 12).

В области ограниченной выносливости характер влияния шероховатости на вы

носливость подобен зависимости средних значении пределов выносливости от шероховатости: ограниченные пределы выносливости, определенные на разных базах снижаются при увеличении шероховатости, следует отметить, в большей степени на малых базах.

Анализ влияния шероховатости на долговечность на уровнях напряжении, на которых испытывались образцы и зубья показал, что при увеличении шероховатости долговечности образцов и зубьев снижаются, а среднеквадратические отклонения долговечности возрастают у азотированных и цементированных образцов и зубьев, а у поверхностно закаленных нагревом ТВЧ образцов и зубьев снижаются, что указывает на неслучайность зависимости среднеквадратических отклонений пределов выносливости при симметричном и пульсирующем циклах изменения напряжений от шероховатости. Характер зависимостей среднеквадратических отклонений долговечности образцов и зубьев, как показывают результаты исследования, одинаков.

Влияние абсолютных размеров поперечного сечения круглых образцов диаметра 7,5; 10 и 20 мм с одинаковой шероховатостью на предел выносливости составило: для азотированных - примерно 10%, для цементированных - около 2%, для поверхностно-закаленных нагревом ТВЧ - З...6%.

Для оценки шероховатости переходных поверхностей колес СГП после чистового зубофрезерования в технологическом процессе их изготовления или ремонта проведен ее статистический анализ. Анализ выполнен с помощью случайной выборки пяти сателлитов модуля 8 мм, трех сателлитов модуля 10 мм, пяти эпициклов модуля 8 мм и четырех эпициклов модуля 10 мм.

Статистическая обработка результатов измерений свидетельствует о том, что распределение фактической шероховатости переходных поверхностей зубьев подчиняется нормальному закону (рисунок 13). С доверительной вероятностью 0,9987 шероховатость переходных поверхностей зубьев сателлитов модуля 8 мм составила Кг 6,11±2,03 мкм, модуля 10 мм - Кг 6,3±2,1 мкм; шероховатость переходных поверхностей эпициклов модуля 8 мм с той же доверительной вероятностью составила Кг 18,6±8,16 мкм; модуля 10 мм — Кг 19,2±8,7 мкм.

На основе полученных результатов разработаны рекомендации по изменению норм шероховатости переходных поверхностей и впадин колес СГП. Установленная исследованиями практическая неизменность усталостных характеристик в определенных диапазонах шероховатости дает возможность изменить существующие нормы шероховатости переходных поверхностей и впадин колес СГП под азотирование, цементацию и поверхностную закалку нагревом ТВЧ: для азотируемых колес норму шероховатости Кг: 3,2 мкм на Кг 10 мкм с ограничением высоты микронеровностей по наиболее глубокой риске до значения Ятах 16 мкм; для цементируемых колес - с Яг 3,2 до Кг 10 мкм с ограничением наибольшей высоты микронеровностей до Ктах 12...14 мкм; для колес, упрочняемых поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, - с Кг 4 на Кг 20 мкм с ограничением максимальной высоты микронеровностей до Ктах 25...30 мкм.

Научно обоснованные нормы шероховатости позволяют устранить из технологического процесса трудоемкую ручную опе-

15

« 5 6 7 в Я,, ним

Рисунок 13 - Полигон распределения шероховатости переходных поверхностей зубьев сателлитов модулей тп = 8 и 10 мм

рацию полирования впадин и переходных поверхностей зубьев, тем самым повысить ремонтопригодность СГП при соблюдении высоких показателей их надежности.

Третья глава посвящена исследованию и разработке технологии восстановления судовых валов термомеханической правкой.

Наряду с другими дефектами частыми являются искривления оси валов, полученные в эксплуатации по разным причинам. По данным судоремонтных заводов их число составляет (8...10) % от общего количества дефектов. В практике ремонта для устранения прогибов судовых валов применяются различные способы правки: механическая, термическая, термомеханическая и правка методом релаксации напряжений. Первые три способа имеют недостаток, проявляющийся в нестабильности геометрической формы валов, полученной в результате правки. Наблюдаются явления самопроизвольного частичного или полного возврата вала к исходной (до правки) форме, а также к заметному снижению усталостной прочности валов после правки.

Наиболее приемлемым способом правки с точки зрения универсальности и обеспечения надежности и долговечности после ремонта является термомеханическая правка релаксацией напряжений. Правка этим способом заключается в том, что вал устанавливается на опоры, на участке его максимального искривления подвергается нагреву по всей окружности до температуры 600...650°С. При помощи нажимного приспособления создается упругий прогиб в сторону, противоположную имеющемуся искривлению, с последующей выдержкой в нагруженном состоянии. При этом часть упругой деформации в течение некоторого времени переходит в пластическую и вал выпрямляется. Величина упругой деформации, переходящей в пластическую, зависит от температуры нагрева и релаксационных характеристик материала вала. Количество нажимов при правке зависит от величины стрелки прогиба вала и результатов выправления при первом нажиме. Параметры правки по этому способу определяются с помощью аналитических зависимостей стрелки прогиба от усилия, создаваемого при правке, используемых в сопротивлении материалов, и не учитывают явление ползучести в процессе правки - физической основы выправления вала.

Исследованию и разработке способов термомеханической правки посвящены работы H.H. Северова, И.В. Энгель-Крона, Н.К. Лемзакова, A.M. Подсушного, Э.Е. Фролова, и др.

В зависимости от температуры и уровня приложенного напряжения ползучесть протекает по разным законам. Для исследования и разработки технологии правки с учетом ползучести, выполняемой при температуре 650°С, необходимо дальнейшее изучение и аналитическое описание высокотемпературной ползучести для стали 35, используемой для изготовления судовых валов, в процессе нагружения поперечным изгибом.

Большой вклад в изучение вопросов пластической деформации в условиях ползучести внесли труды И.А. Одинга, Ю.Н. Работнова, H.H. Малинина, Г.Ф. Лепина, И.И. Гольденблата, В.И. Черненко, В.Л. Бажанова, Л.М. Качанова и др.

Судовые валы подвергаются в эксплуатации циклическим нагрузкам. Для обеспечения их надежности и долговечности эффективным и простым методом повышения циклической прочности является поверхностное пластическое деформирование (ППД) обкатывающим роликом.

Изучению вопросов циклической прочности и износам судовых валов посвящены работы Г.Н. Филимонова, Л.Т. Балацкого, А.Г. Рохлина, B.C. Кравченко, Е.В. Би-рули, П.М. Лысенкова, Ю.И. Матвеева, Ю.Н. Цветкова, O.K. Мелехова, Р.Г. Погорец-кого, М.М. Мацейко и др.

С учетом приведенных особенностей ремонта деталей класса валов возникла задача исследования и разработки научно-обоснованной технологии правки на основе теории ползучести.

Для установления аналитической зависимости между параметрами правки: стрелкой прогиба вала, температурой нагрева, величиной нагрузки и коэффициентами жаропрочности материала вала при заданной температуре использована одна из теорий ползучести - теория упрочнения. В теории упрочнения предполагается, что при фиксированной температуре существует зависимость между деформацией ползучести еп, ее скоростью ¿п и напряжением а . Основное уравнение в степенной форме описывается следующим выражением:

= у-ст'

(3)

где: а , р — коэффициенты, определяемые с помощью кривых ползучести. При условии, когда напряжение и температура постоянны во времени, выражение (3) имеет вид:

, \

у • <т • еу*а ,

(4)

Рисунок 14 - Схема правки вала

Максимальное значение начального прогиба согласно расчетной схеме правки вала (рисунок 14) вычисляется по формуле:

/ =

6 •£•./■/

(г2-/2+62)-

Р(*-а)3

(5)

где: Р - усилие, создаваемое при правке;

а - расстояние от левой опоры до линии приложения нагрузки; Ъ - расстояние от правой опоры до линии приложения нагрузки; Е - модуль упругости материала вала при температуре правки; 3- момент инерции сечения вала в месте максимального прогиба; г - расстояние от левой опоры до места максимального прогиба вала; / - расстояние между опорами.

В произвольный момент времени 1> 0 прогиб будет складываться из упругого прогиба и прогиба, обусловленного ползучестью материала:

дг;0 = /(г;0)+/„(г;0, (6)

Прогиб, вызванный ползучестью вала, описывается уравнением:

1

-Р — Р-а]1+" 1 — 1 х

{¡-:)в -(а +Ь )--^-;----

Л-У^нГ С-Ь-(\ + 1) + а

где: / - время выдержки под нагрузкой в процессе правки;

сI

1

■А

1+а+Ь

А = \(} + а)у\\+а

ь -сіг - обобщенный момент инерции поперечного сечения вала; (1 + а)2

,В = -

,С = -

1 + а

(\ + сс + Р)-(2 + 2сс + Р) Х + сс + Р

Полученное выражение (7) позволяет определить величину выправления вала за счет ползучести при заданном времени правки, постоянных значениях температурного режима и нагрузки в зависимости от геометрических размеров вала.

Коэффициенты жаропрочности а, р и у, входящие в уравнение (3), определены

по экспериментальным кривым ползучести, построенным в координатах стрелки прогиба / от времени / (рисунок 15) на основе результатов правки экспериментальных образцов и составляют а = 5,31; Р = 6,05; у = 10~71-89.

Расчетные кривые ползучести, полученные по формуле (7) с использованием коэффициентов жаропрочности, хорошо согласуются с экспериментальными кривыми ползучести (рисунок 15).

В процессе правки образцов установлена величина начального упругого прогиба, переходящего в пластический, за время выдержки продолжительностью в 1 час.

Релаксационная характеристика стали 35 при температуре 650°С и выдержке один час составила © = 0,72, т.е. 72% от начальной величины упругого прогиба переходит в пластическую при правке.

Используя значения полученных коэффициентов а ,р,у и зависимость (7),

ІММ

0.7 0.5 0,3 0,1

"Г; --

1

¡2

О

300 900 1500 2100,

' 1, сек

Рисунок 15 - Кривые ползучести образцов диаметра 20 мм: экспериментальные кривые - сплошные, расчетные кривые - штриховые

■ - а = 78 МПа, • - а = 39 МПа установлено выражение для определения прогиба в процессе правки, вызванного ползучестью при температуре 650°С:

Л == 9.35 -10~13

, -0.96 0.17 ^ пр ' 1

Ра

(/_Г)"* -г-Ъ"* -(а1 +Ьг)

1+1

2.77-10"12 ••/,

-0.96 0.17

(8)

где:

= 4 х'

1 сЬ

#

- «обобщенный» момент инерции поперечного сечения образца

На основе полученных аналитических зависимостей разработаны режимы и проведена опытная правка четырех серий образцов со стрелками прогиба 1, 3, 4, 5 мм по 24 образца в каждой серии.

Конструкция образцов (рисунок 16) разработана с учетом возможности прове-

дения не только термомеханическои правки, но и сравнительных усталостных испытаний поперечным изгибом при вращении. Образцы изготовлены из стали 35 в соответствии с ГОСТ 8536 - 79. Механические свойства поковок соответствуют категории прочности КМ 28, IV группа.

Рисунок 16 - Конструкция экспериментального образца.

Правка была проведена по схеме (рисунок 14). Усилие при правке создавалось нажимным устройством, а его величина определялась по формуле:

Р = -

. • I • Я • (І

(н),

(9)

где:

32 -а-{1-1)

сгтах = 0,5ав , МПа - максимальное напряжение при I = 650°С для упруго деформированного образца;

сгв - предел прочности материала образца при / = 650°С.

Контроль усилия правки осуществлялся по величине стрелки упругого прогиба образца. Стрелка прогиба подсчитывается по формуле:

/„ =

Р-Ь-г

Сг2-12+Ь2)-

Р(г-аУ 6 У

(мм),

(10)

Анализ результатов правки показал, что расчетные значения устраняемого прогиба, полученные на основе установленных зависимостей, хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Усталостные испытания образцов проведены на установке консольным изгибом при симметричном цикле изменения напряжений на базе 107 циклов. Кривые усталости недеформированных (контрольных) и выправленных образцов с различными стрелками прогиба представлены на рисунке 17.

Анализ кривых усталости показывает, что правка образцов практически не влияет не только на средние значения пределов выносливости, но и на нижние доверительные значения пределов выносливости выправленных образцов для доверительной вероятности 0,95. Наблюдаемое снижение составляет около 3%, что практически незначительно. В области ограниченной выносливости влияние стрелки прогиба на характеристики усталости более заметное. Наклонные ветви кривых усталости для образцов с различной стрелкой прогиба имеют разный наклон, увеличивающийся при повышении стрелки прогиба.

В связи с некоторым влиянием результатов правки на характеристики сопротивления усталости проведено исследование влияния 1111Д обкатывающим роликом выправленных образцов на предел выносливости. Образцы были упрочнены на глубину 1,5 мм, являющуюся оптимальной для образцов данного диаметра.

19

Установлено, что ППД выправленных образцов повышает средние значения пределов выносливости на 10%.

Экспериментальные исследования на образцах, а также опытная правка натурного вала, показывают, что разработанная технология правки не снижает изгибную выносливость, не изменяет структуру материала и обеспечивает последующую стабильность формы вала после правки.

В четвертой главе представлены теоретические и экспериментальные исследования для разработки методики прогнозирования долговечности судовых валов с трещинами.

Наиболее опасными повреждениями в судовых валах являются усталостные трещины. Под действием циклических нагрузок трещина, зарождаясь, как правило, в поверхностных слоях, развивается вглубь вала и, в конечном итоге, приводит к внезапной поломке.

Изучение повреждений и поломок валов показало, что наиболее повреждаемые участки вала следующие: участок шпоночного паза, подступичная часть в районе большого основания конуса и промежуток между торцами ступицы и облицовки; участки вала под торцами облицовок; межоблицовочное пространство (при раздельных облицовках).

В процессе освидетельствования или дефектации гребных валов, в основном, встречаются следующие виды трещин: трещины, которые располагаются по окружности, т.е. перпендикулярно оси вала; наклонно оси вала, примерно под углом 45...60°; х - образные трещины, а также одновременно несколько трещин.

При наличии трещин любого вида и размера Правилами Российского морского Регистра судоходства и других классификационных обществ эксплуатация гребных валов запрещена. Судно должно выводиться из эксплуатации и находиться в вынужденном простое продолжительное время. Возникает также проблема оценки работоспособности вала с трещиной и его долговечности для осуществления перехода судна от места, где обнаружили трещину до порта приписки или судоремонтного предприятия для выполнения ремонта. При известной долговечности вала с трещиной до поломки при эксплуатации валопровода на номинальной мощности ДВС или на долевых режимах, можно было бы продлить его эксплуатацию на время подготовки к ремонту. При этом простой судна сокращается в несколько раз.

В литературе приводятся методики прогнозирования долговечности для разных изделий, материалов и условий возникновения трещин. Имеются такие методики для изделий судового машиностроения, в т. ч. для шатунов ДВС с трещинами. Однако для судовых валов такие сведения отсутствуют.

Столь строгие требования, предъявляемые к судовым валам, обусловлены тем, что трещина, как концентратор напряжений при циклических нагрузках может привести к мгновенному усталостному разрушению. Однако исследователями установлено, что процесс развития трещины может быть весьма длительным и зависит от скорости ее роста. Современный анализ развития трещин базируется на концепциях механики разрушения. Она устанавливает количественную связь между действующим на тело напряжением, формой и размерами трещин и сопротивлением материала стабильному

20

а. ИПа

275

250

225

г4 [1

% V г2

-3 %-1-

4 5 6 1дШ

Рисунок 17 - Кривые усталости экспериментальных образцов. 1 - недеформированные образцы; образцы со стрелкой прогиба: 2 - 1 мм; 3-3 мм; 4-4 мм; 5-5 мм

или нестабильному развитию трещин.

Основополагающими работами в этой области являются исследования П. Пэри-са, Ф. Эрдогана, Л.М. Школьника, И.В. Кудрявцева, В.Т. Трощенко, В.В. Панасюка, В.К. Румба, С .Я. Яремы и др.

Установлено, что стадию распространения трещины от зарождения до полного разрушения образца или детали можно разделить на три характерных этапа, различающихся механизмом ее роста. Первый этап характеризуется небольшой скоростью, т.к. трещина еще мала, а ее продвижение происходит преимущественно вдоль полос скольжения. Основную часть составляет второй этап, когда трещина растет с примерно постоянной скоростью в направлении, перпендикулярном наибольшим напряжениям. На третьем этапе, когда трещина имеет уже достаточно большие размеры, скорость ее роста быстро увеличивается и происходит практически мгновенное хрупкое разрушение.

В механике разрушения согласно теории Д. Ирвина трещина представляется в виде эллипса с острыми краями (рисунок 18). Край трещины является очень сильным концентратором напряжений, от которого зависит развитие трещины, а скорость ее развития зависит от коэффициента интенсивности напряжений (КИН).

Механика разрушения представляет собой развитие теории хрупкого разрушения Гриффитса, на основании которой Д. д Ирвин установил зависимость между длиной трещины в бесконечной пластине и напряжением в вершине трещины. Эти параметры были связаны коэффициентом интенсивности напряжений:

= сгу[тг~чл , (11)

где: К] - коэффициент интенсивности напряжений;

а - номинальное напряжение в сечении брутто, МПа; а — полу длина трещины, мм. П. Пэрис и Ф. Эрдоган, обобщив большое количество экспериментальных результатов, прирост длины трещины за цикл выразили зависимостью:

— = С(ДК,)", (12)

Рисунок 18 - Напряженно-деформированное состояние в вершине трещины

где: 1 - длина трещины, мм; Ы— число циклов;

Сил- константы, определяемые экспериментально. Значения п обычно находятся в пределах 2 < п < 6 , хотя известны и значительные отклонения. Графической интерпретацией уравнения (12) является кривая разрушения (рисунок 19). Кривую принято делить на три характерных участка: А, В и С. Нижняя часть кривой на участке А асимптотически приближается к пороговому значению коэффициента интенсивности напряжений АК1Ь , ниже которого трещины не развиваются или растут с такой малой скоростью, что ее обнаружить экспериментально не удается. Режимы нагружения на участке А принято называть припороговыми. К участку В относится прямолинейная часть кривой, описываемая уравнением Пэриса (12). Для этого участка

Щь 6К,ь.МПа'м1

Рисунок 19 - Кривая усталостного разрушения

характерны средние скорости роста трещин КГ^.ЛСГ3 мм/цикл. Участок С характеризуется повышенной скоростью роста трещин; это участок нестабильного роста трещин, или катастрофического разрушения. На этом участке К, близок к вязкости разрушения при статической нагрузке К1с.

Диаграмма усталостного разрушения является основной характеристикой развития трещины на всем периоде ее существования. Наибольший интерес с точки зрения прогнозирования, а так же влияния на развитие трещины, является средний участок диаграммы - период стабильного роста, когда наблюдается линейная зависимость в логарифмических координатах между скоростью развития трещин и размахом КИН. Этот участок кривой наиболее точно описывается уравнением Пэриса.

В данном исследовании поставлена задача построить кривую усталостного разрушения круглых образцов (рисунок 20) из стали 35 по ГОСТ 1050-88. Форма и материал образцов выбраны в результате физического моделирования условий нагружения и материала натурных судовых валов.

Скорость роста трещин определялась при усталостных испытаниях образцов круговым консольным изгибом на экспериментальной установке. В процессе испытаний фиксировалась длина трещин по окружности сечения / и соответствующее ей количество циклов нагружения N. Производилось двухступенчатое нагружение: при высоком уровне напряжений о", = 295 МПа происходило зарождение трещины, при низком - сг2 = 265 МПа - непосредственное развитие, при котором определялись параметры скорости роста трещины I и N. Коэффициент интенсивности напряжений для данного вида образцов определялся по формуле:

32-Р-Ь ЛА

КМ - -]~'М> (13)

7Г-П2

где: Р - нагрузка на образец; £> - диаметр опасного сечения;

Ь — расстояние от точки приложения нагрузки до опасного сечения; М — параметр, определяемый по формуле:

М= 0.4 • Я + 2.61 • Я2 + (0.0096• Я + 0.0056• Я2)3 \ (14)

-5

21 2.2 23 2<, 25 26 27 ЩШ Рисунок 20 - Средний участок диаграммы усталостного разрушения экспериментальных образцов.

Я - геометрический параметр:

>

Расчет параметров диаграммы производился на ЭВМ. В результате расчета получены значения и ^ДК,, на основе которых построен средний участок диа-I¿V

граммы усталостного разрушения моделей судовых валов (рисунок 20). Коэффициент п вычисляется по следующей формуле:

5>,-Зо2

(іб)

I и

где: х = - значения по оси абсцисс диаграммы;

.

у = щ--значения по оси ординат диаграммы;

с1Ы

х = —^х, у = — У > - средние значения абсцисс и ординат диаграммы; I -

I 1=1 ^ ¡=1

число точек в расчетном интервале. Коэффициент С определяется по формуле:

1 ёС = у-п-х, (17)

В результате расчетов были получены средние значения, равные: п = 4 и С = 1,6 - Ю-15 (МПа • л/мм )"" мм/цикл.

Методика расчета долговечности основывается на приведенном выше выражении Пэриса, в котором прирост длины трещины за цикл выражается зависимостью (12).

^ = С(АКГ, (18)

Согласно модели Д. Ирвина коэффициент интенсивности напряжений является функцией напряжения и длины трещины:

К = уст,-4тГа, (19)

где: о", — эквивалентное напряжение в сечении брутто, МПА;

а — полудлина трещины, мм;

у — функция, учитывающая геометрию трещины и схему нагружения. Из формул (13) и (19) получаем формулу для определения функции .у:

у = ]--М, (20)

V я-а

Из формулы (12) скорость роста трещин может быть представлена в виде:

% = (21)

Отсюда получим число циклов, которое характеризует долговечность:

\ ДА*)

'о

где: /0 - начальный размер трещины, мм; 1к - конечный размер трещины, мм. Из формул (12), (19), (21) и (22) число циклов определяется:

Т---да)

Проинтегрировав выражение (23), получим:

1 1

" =-;--/ГТ--^г ' (24)

(л —2)С-пг-у" ■До-,"

где: До\, - размах напряжения, МПа, Лег, = о"тах - сгт!п ; при симметричном цикле нагружения Дсгэ = 2-аэ.

Эквивалентные напряжения егэ в материале гребного вала на кормовой дейд-вудной опоре определяются по формуле (25):

о\ = „

[Ь- )а+а2-^2' (25)

где: Ь - длина судна между перпендикулярами, м; Ь

Ьп =--относительная длина судна;

100

г - касательные напряжения, МПа;

т3кр - эквивалентные напряжения с учетом крутильных колебаний;

аа - амплитуда переменных напряжений изгиба, МПа;

Ъ - коэффициент, отражающий характер наклона кривой усталости материала

гребного вала;

а - отношение пределов выносливости материала гребного вала при изгибе и

при кручении.

Таким образом, получена формула (24) для определения долговечности валов с трещинами.

Расчет показателей долговечности гребных валов с трещинами в зависимости от их начальных размеров, возникающих в районе большого основания конуса под гребной винт, под концами облицовок и в районе шпоночного паза в работе выполнен для трех судов. Исходными условиями расчета являются начальная длина трещины, равная 0,1 мм и конечная, которая определяется критическим размером трещины и составляет 0,2с/, где с/- диаметр вала.

Анализ результатов расчета показывает на возможность при известных начальных размерах трещины прогнозировать долговечность валов до поломки, скорость развития трещины и остаточную долговечность. В зависимости от конструкции, размеров вала, мощности ДВС долговечность гребных валов с трещинами может составлять от нескольких недель до нескольких месяцев. Валы с трещинами, расположенными под углом 45°, имеют более высокую долговечность в сравнении с трещинами, раз-

вивающимися перпендикулярно оси вала, примерно на 5...7%. Остаточная долговечность валов с трещинами в районе большого основания конуса является самой низкой в сравнении с трещинами на других участках.

Результаты расчета показателей долговечности гребных валов с трещинами показывают, что при эксплуатации ДВС на долевых режимах (75, 50 и 40)% мощности, остаточный ресурс возрастает от 2 до 12 раз по сравнению с номинальным.

Сравнение результатов расчета показателей долговечности и результатов, полученных на основе экспериментов на образцах - моделях судового вала показывает, что методика прогнозирования долговечности судовых валов с трещинами имеет достаточно высокую надежность, среднее значение погрешности метода расчета остаточного ресурса гребных валов с трещинами составляет около 7%.

Результаты исследования позволяют продлить долговечность гребных валов с трещинами в эксплуатации, уменьшить вынужденные простои судна, снизить затраты на ремонт и сроки его выполнения.

Пятая глава посвящена исследованию и разработке технологии восстановления судовых валов с трещинами.

Практика эксплуатации деталей типа валов показывает, что не все трещины имеют способность развиваться и приводить к разрушению. Такие трещины называются нераспространяющиеся и не вызывают усталостных поломок.

В последние годы идет интенсивное изучение причин и механизмов появления нераспространяющихся трещин на деталях при различных условиях нагружения, среды и материалов, а также исследования по разработке методов торможения усталостных трещин, в т. ч. использование для этих целей современных методов упрочнения.

Большой объем данных по исследованию нераспространяющихся трещин накоплен в космической и авиационной технике, а также в атомной энергетике, где ремонт или замена деталей не осуществимы в силу невозможности проведения таких работ или огромных затрат на них.

Для судовых валов подобные сведения отсутствуют. Гребные валы, как указывалось, согласно Правилам Российского морского Регистра судоходства, как правило, бракуют после обнаружения трещин любых размеров. Стоимость нового вала в зависимости от марки материала, конструкции и размеров составляет от сотен тысяч до нескольких миллионов рублей.

Одним из наиболее эффективных и технологически простых способов упрочнения деталей типа валов является ППД, которое по литературным данным можно успешно применить для торможения развития усталостных трещин. Использование ППД путем обкатывания судовых валов роликом позволило бы частично или полностью восстановить их ресурс, уменьшить затраты на ремонт и сроки его выполнения. Остановку развития трещин можно рассматривать с двух позиций: благотворного действия остаточных сжимающих напряжений после ППД и изменения свойств материала и напряженно-деформированного состояния в вершине трещины. При наведении остаточных напряжений в поверхностном слое происходит уменьшение суммарных напряжений до величин существенно более низких, чем соответствующее суммарное напряжение у поверхности до появления трещины. При увеличении жесткости напряженного состояния у вершины усталостной трещины происходит стеснение пластической деформации, накопление которой необходимо для ее дальнейшего роста. Увеличение жесткости напряженного состояния происходит практически всегда при поверхностном упрочнении, которое ведет к упрочнению материала в вершине усталостной трещины. В этом случае необходимым условием является то, чтобы вершина трещины

25

находилась в зоне действия остаточных напряжений сжатия.

Изучение влияния ППД на характеристики изгибной циклической прочности проведено на образцах-моделях судового вала (рисунок 16), на рабочей поверхности которых получены трещины определенной глубины. Глубина трещин является определяющим фактором и должна быть связана с глубиной упрочнения ППД. По литературным данным оптимальной считается глубина упрочнения, составляющая (0,1...0,15)./?, где R - радиус вала. В связи с тем, что оптимальная глубина упрочнения образцов диаметром 20 мм составляет 1,5 мм, для исследования получены трещины глубиной 1 и 2 мм. При этом трещины меньшей глубины будут находиться в упрочненном слое, а вершины трещин большей глубины - выходить за пределы упрочнения. Для выращивания трещин на рабочей поверхности образцов разработана методика их выращивания. Выращивание трещин проводилось на экспериментальной усталостной установке круговым изгибом по схеме нагружения, адекватной условиям нагружения вала. Поскольку глубина трещины недоступна для прямого измерения, ее величина была определена по скорости развития трещины. На низком уровне напряжений образец испытывался на протяжении 5 • К)4 ч-105 циклов до получения трещин длиной 11... 15 мм, затем обламывался вручную и проводился анализ излома, обмер трещины и определение скорости ее роста.

Анализ изломов (рисунок 20) показал, что полученные трещины имеют серповидную форму, характерную для изломов натурных валов в эксплуатации. Определена зависимость между глубиной серповидной трещины и ее длиной по окружности сечения, которая для трещин глубиной от 0,5 мм до 3,2 мм имеет вид:

h = 0,428-/, (26)

где: h - глубина трещины; / - длина трещины по окружности сечения.

По результатам испытаний построены зависимости скоростей роста трещин на образцах.

Определено среднее значение скорости роста трещин, составляющее 2,423 -10"4 мм/цикл.

Упрочнение образцов с трещинами произведено специальным однороликовым приспособлением. Для обкатывания рассчитаны режимы упрочнения и геометрические размеры ролика. Уточнение расчетных значений глубины упрочненного слоя проведено путем сравнения с замерами микротвердости на микрошлифах.

Испытания на усталость (рисунок 21) показали, что образцы с трещинами глубиной 1 мм имеют предел выносливости меньше предела выносливости контрольных образцов без трещин на 60%, а образцов с трещинами 2 мм - на 72%. Обкатывание роликом повысило сопротивление усталости образцов с трещинами 1 мм на 105% по сравнению с необкатанными образцами с трещинами. При этом снижение предела выносливости по сравнению с образцами без трещин составило 18 %. Для образцов с трещинами глубиной 2 мм повышение предела выносливости после ППД составило 120%, а снижение по сравнению с контрольными - около 38%.

В области ограниченной выносливости на базах испытаний 105 и 106 циклов и на уровнях напряжений 175 и 225 МПа установлено также повышение долговечности образцов, Рисунок 20 - Изломы образцов с серповидной трещинои

упрочненных обкатыванием по сравнению с

26

неупрочненными образцами с трещинами.

Исследованием установлено, что условием эффективного торможения трещин является ее полное залегание в упрочненном слое. При этом предельная глубина трещины, которая не снижает циклической прочности, составляет 0,1...0,15 от радиуса вала. Для судов, имеющих

250

150

50

» "Vv. <i\sQ ( ^VJ* - со 1

• ч»» • \ газ \ • 4

о V z V\ а V-

V \

\ \

IgN

1 — образцы без трещин;

2 - образцы с трещинами глубиной I мм неупрочненные;

3 - образцы с трещинами глубиной 2мм неупрочненные;

4 - образцы с трещинами глубиной 1мм, упрочненные ППД;

5 — образцы с трещинами глубиной 2 мм, упрочненные ППД

Рисунок 21 - Кривые усталости образцов без трещин, образцов с трещинами глубиной 1 и 2 мм неупрочненных и образцов с трещинами глубиной 1 и 2 мм, упрочненных обкатыванием

диаметры гребных и промежуточных валов в диапазоне 110...250 мм, глубина трещины не должна превышать 11...35 мм, а длина - 19...45 мм. По нормативным документам судовые валы рассчитываются на усталостную прочность по допускаемым напряжениям, составляющим для промежуточных валов 35 МПа, для гребных - 25 МПа. Это свидетельствует о низком уровне напряжений, возникающих в судовых валах при эксплуатации. С учетом масштабного фактора пределы выносливости натурных валов составляют 150...170 МПа для валов диаметром 110...250 мм. Следовательно, уровни действующих напряжений в 3...4 раза ниже пределов выносливости судовых валов и поэтому можно утверждать, что трещины при таком малом уровне напряжений не будут развиваться.

С учетом изложенных рекомендаций разработана технология восстановления работоспособности судовых валов с трещинами ППД путем обкатывания роликом.

Основные выводы по работе

Целью работы было повышение эффективности технической эксплуатации флота путем исследования, научного обоснования и использования в судоремонтном производстве инновационных технологий, обеспечивающих снижение продолжительности, затрат и стоимости ремонта судовых технических средств. Разработка методологии исследования является одним из результатов настоящей работы.

1. Установлены закономерности влияния шероховатости переходных поверхностей колес, упрочняемых азотированием, цементацией и поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, на изгибную выносливость зубьев при пульсирующем и симметричном циклах изменения напряжений. Получены количественные оценки этого влияния в исследуемых диапазонах шероховатости.

2. На основе результатов исследований установлены научно обоснованные нормы шероховатости переходных поверхностей и впадин зубьев, упрочняемых азотиро-

ванием, цементацией и поверхностной закалкой нагревом ТВЧ, колес СГП. Новые нормы позволили устранить операцию ручного полирования из технологического процесса изготовления и ремонта колес, снизить трудоемкость и повысить их ремонтопригодность.

3. Созданы научные основы разработки и проектирования высоконагруженных деталей и элементов конструкций ответственного служебного назначения, подвергаемых упрочнению азотированием, цементацией и поверхностной закалкой нагревом ТВЧ.

4. Предложены рекомендации по существенному уточнению коэффициента, учитывающего шероховатость переходной поверхности, в расчете зубчатых колес на прочность при изгибе по ГОСТ 21354-87; в расчетах деталей подвергаемых поверхностному упрочнению, по ГОСТ 25504-82 «Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости».

5. Разработана технология термомеханической правки судовых валов с учетом процесса ползучести. С целью научного обоснования технологии правки разработаны теоретические зависимости параметров правки с использованием теории ползучести -теории упрочнения. Получены экспериментальные кривые ползучести для определения коэффициентов жаропрочности при оптимальных режимах правки. Экспериментальные исследования циклической прочности на образцах - моделях судового вала показывают, что разработанная технология правки не снижает изгибную выносливость, не изменяет структуру материала и обеспечивает последующую стабильность формы вала после правки и необходимый ресурс.

6. Для обоснования продления долговечности судовых валов с трещинами на основе теории механики разрушения деталей разработана методика прогнозирования остаточного ресурса валов. Расчетами установлено, что гребные валы с трещинами могут иметь высокий остаточный ресурс до поломки. При эксплуатации ДВС на номинальном режиме для рассмотренных судов остаточный ресурс составляет от 1060 до 4570 часов; при эксплуатации ДВС на долевых режимах остаточный ресурс возрастает от 2 до 12 раз по сравнению с номинальным режимом. Определено, что остаточный ресурс гребного вала с трещинами зависит от их начального размера и диаметра. При увеличении диаметра вала на 10 мм остаточный ресурс вала с трещиной повышается в 1,5 раза.

7. Экспериментально установлена средняя скорость роста трещин, а также соотношение между глубиной серповидной трещины и ее длиной по окружности в стали 35. Подтвержден факт остановки развития трещин путем изменения уровня действующих напряжений, а также путем поверхностного пластического деформирования обкатывающим роликом. Установлено, что условием эффективного торможения роста трещины служит полное ее залегание в упрочненном слое. Предельная глубина трещины, которая не снижает циклической прочности, составляет (0,1...0,15) Я, где Л -радиус вала. На основе исследований разработана технология восстановления работоспособности судовых валов с трещинами путем обкатывания роликом.

8. Разработаны практические рекомендации, инновационные методы и технологии восстановления зубчатых колес и судовых валов главных передач, обеспечивающие снижение продолжительности, затрат, сроков и стоимости их ремонта при сохранении заданных показателей надежности.

9. Методические материалы и результаты исследования используются в учебном процессе Астраханского государственного технического университета при подготовке морских инженеров, бакалавров и магистров.

28

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Монография

1. Мамонтов В .А., Рубан А.Р., Саламех А. Влияние шероховатости впадин и переходных поверхностей колес судовых главных передач, упрочняемых технологическими методами, на изгибную выносливость зубьев: моногр.: Астрахань: Изд-во АГТУ, 2007. - 140 с.

Статьи в изданиях, соответствующих перечню ВАК и приравненных к ним

2. Мамонтов В.А., Рубан А.Р., Саламех Али. Экспериментальное определение влияния шероховатости переходных поверхностей зубчатых колес, подвергнутых упрочнению закалкой токами высокой частоты // Транспортное дело России. Специальный выпуск № 4. Морские технологии, энергетика и транспорт. М.: Морские вести, 2005.-С. 18-21.

3. Мамонтов В .А. Выращивание усталостных трещин на круглых образцах [Текст] // Кужахметов Т.А., Иксанов Р.У. // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2007. -№3(38)-С. 135-138.

4. Мамонтов В.А. Способы определения теоретического коэффициента концентрации напряжений от микронеровностей поверхностей реального профиля поверхностей деталей / Мамонтов В.А., Синельщикова О.Н. // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2008. - № 2 (43). - С. 84-89.

5. Доан Ван Тинь. Оценка работоспособности судовых валов с трещинами [Текст] / Доан Ван Тинь, В.А. Мамонтов // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2008. -№ 2 (43). - С. 145-148.

6. Мамонтов В.А. Методика оценки долговечности коленчатого вала судового ДВС по реальному профилю микронеровностей его поверхностей / В.А. Мамонтов, О.Н. Синельщикова // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2008. № 5 (46). - С. 50-53.

7. Доан Ван Тинь. Расчет долговечности судовых валов с трещинами, наклонными к оси вала [Текст] / В.А. Мамонтов, Доан Ван Тинь // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2008. - № 5 (46). - С. 39-43.

8. Мамонтов В.А. Построение диаграммы усталостного разрушения моделей судовых валов [Текст] / Т.А. Кужахметов, Р.У. Иксанов, Доан Ван Тинь // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2008. - № 5 (46). - С. 44-49.

9. Рубан А.Р., Мамонтов В.А. Цементация как способ упрочнения деталей, работающих при циклических нагрузках // Материалы Международной научной конференции, посвященной 70-летию АГТУ: В 3 т. /Астрахан. гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2001. - Т. 3. - С. 289-291.

Ю.Мамонтов В .А., Рубан А.Р., Саламех А.Х. Шероховатость переходных поверхностей зубьев колес, упрочняемых поверхностной закалкой токами высокой частоты, и их изгибная выносливость // Труды третьего международного симпозиума по транспортной триботехники «ТРАНСТРИБО - 2005». - СПб: Изд-во СПбГПУ, 2005. -С. 175-181.

11. Кужахметов Т.А. Экспериментальное определение скорости роста усталостных трещин на моделях судовых валов [Текст] / Т.А. Кужахметов, Р.У. Иксанов, В.А. Мамонтов // Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: В 2 ч. Часть 1: Материалы 9-й Международной практической конференции; - СПб.: Изд-во: Политехи, ун-та, 2007.-С. 409-412.

12.Куличкин H.B. Результаты усталостных испытаний круглых образцов, подвергнутых термомеханической правке [Текст] / Куличкин Н.В., Чеботарев Ю.В., Мамонтов В.А. // Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: В 2 ч. Часть 1: Материалы 9-й Международной практической конференции; - СПб.: Изд-во Политехи. ун-та, 2007. - С. 413-416.

13.Мамонтов В.А., Рубан А.Р., Саламех Али. Сопротивление усталости цементированных зубьев колес судовых редукторов с разной шероховатостью переходных поверхностей // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: В 2 ч. Часть 1: Материалы 9-й Международной практической конференции; - СПб.: Изд-во Политехи. ун-та, 2007. - С. 426-431.

М.Мамонтов В.А. О роли остаточных напряжений при поверхностном упрочнении деталей // Материалы Международной научной конференции, посвященной 70-летию АГТУ: В 3 т. /Астрахан. гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2001. - Т. 3. - С. 276-278.

15. Саламех А., Мамонтов В.А. Поверхностная закалка как способ упрочнения деталей, испытывающих переменные нагрузки II Материалы Международной научной конференции, посвященной 70-летию АГТУ: В 3 т. /Астрахан. гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2001. - Т. 3. - С. 291-294.

16. Мамонтов В.А. Влияние поверхностного пластического деформирования на усталостные характеристики моделей судовых валов с трещинами [Текст] / Т.А. Ку-жахметов, Р.У. Иксанов // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2008. - № 2 (38). - С. 137-139.

17. Мамонтов В.А. Прогнозирование долговечности гребного вала с трещинами танкера «Волгонефть» проекта 1577, 550А [Текст] / В.А. Мамонтов, Доан Ван Тинь // Перспективы использования результатов фундаментальных научных исследований в судостроении и эксплуатации флота Юга России: Сборник материалов международного научного семинара. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2009. - С. 52-56.

18. Мамонтов В.А., Рубан А.Р., Халявкин A.A. Расчет поперечных колебаний ва-лопроводов с учетом длины и жесткости дейдвудных подшипников // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2010. - 2 серия: Морская техника и технология. - С. 30-33.

19. Мамонтов В.А., Миронов А.И., Халявкин A.A. Исследование параметрических колебаний валопроводов судов. // Вест. гос. Нижегородского ун-та им Н.И. Лобачевского. - № 4. - Часть 5. - Н.Новгород: Изд-во ННГУ им Н.И. Лобачевского, 2011. С. 2333-2334.

20. Мамонтов В.А., Рубан А.Р., Саламех А. Шероховатость поверхности и выносливость зубчатых колес судовых главных передач. Технология упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика. В 1 ч. Часть 1: материалы 14-й Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2012. - С. 298-304.

21.Динь Дык Лок, Мамонтов В.А. Разработка и исследование методики определения параметров упрочняющих технологий при ремонте. Технология упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика. В 1 ч. Часть 1: материалы 14-й Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2012.-С. 112-115.

Другие издания

22. Исследование и разработка технологических способов повышения надежности уровня механизации изготовления энергетических турбин, механизмов и теплооб-енных аппаратов. Отчет / Ленинград, кораблестроит. ин-та. Рук. П.А. Дорошенко. -7036338. - Л.: 1981 - 73 с. (Исполнитель разделов 4-8 - Мамонтов В.А.).

23. Рохлин А.Г., Бируля Е.В., Мамонтов В.А. Шероховатость выкружек зубьев и згибная выносливость азотируемых колёс // Труды ЛКИ: Вопросы изготовления, варки и монтажа судостроительных конструкций. - 1982. - С.45^16.

24. Мамонтов В.А. Моделирование напряженного состояния в корне зуба зубча-ого колеса на круглых образцах // Труды ЛКИ: Вопросы изготовления, сварки и мон-ажа судостроительных конструкций. —1982. С. 66—68.

25. Мамонтов В.А. Анализ требований к шероховатости выкружек азотируемых зубчатых колёс // Труды Калининград, техн. ин-та. вып.: Проектирование и эксплуата-

ия энергетических установок промысловых судов. - 1982. -№97. С. 121-122.

26. Исследование и разработка технологических способов повышения надежности уровня механизации изготовления энергетических турбин, механизмов и теплооб-енных аппаратов. Раздел 2. Исследование влияния шероховатости выкружек на изги-ную выносливость азотируемых колёс судовых планетарных редукторов. Отчет / Ле-инград, кораблестроит. ин-та. Рук. Дорошенко. П.А. - У71612. - Л.: 1983. — 105 с. Исполнитель раздела 2 — Мамонтов В.А.).

27. Мамонтов В.А. Опыт использования метода планирования эксперимента при еханической обработке деталей с фасонными поверхностями и // Научно-

гехнический сборник «Судостроение и судоремонт» Волжско-Камское межобластное равление ВНТО им. ак. А.Н. Крылова. - Астрахань, 1989. - С. 33-37.

28. Мамонтов В.А. Результаты определения градиента первого главного напряже-ия в корне зубьев колес судовых редукторов // Научно-технический сборник «Судо-

гтроение и судоремонт» Волжско-Камское межобластное правление ВНТО им. ак. А.Н. Крылова. - Астрахань, 1989. - С. 44-48.

29. Мамонтов В.А. Зависимость качества азотированного слоя от шероховатости зотируемой поверхности // Судоремонт флота рыбной промышленности. Производ-твенно-технический сборник № 72. - М.: Транспорт, 1990. - С. 10-13.

30. Мамонтов В.А Оценка шероховатости впадин и переходных поверхностей убьев колес судового редуктора // Судоремонт флота рыбной промышленности. Про-зводственно-технический сборник № 73. - М.: Транспорт, 1990. - С. 28-31.

31. Мамонтов В.А. Влияние шероховатости переходных поверхностей зубьев на згибную выносливость азотируемых колес, обработанных дробью // Труды Астраханского технического института: Краткие результаты научной деятельности институ-

а.-Астрахань, 1990.-С. 118-120.

32. Мамонтов В.А., Боловин В.Г., Рубан А.Р. Способы оценки влияния коэффици-нта концентрации напряжений от шероховатости поверхности деталей, испытывающих переменные нагрузки // Вестник Астраханского государственного технического университета. Сборник научных трудов. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2000. - С. 107— 109.

33. Ruban A.R., Salameh A.Kh., Mamontov V.A., Aluanskiy R.I. Experimental plant or bending fatigue tests of gear wheels by pulsating load // Наука и технология: междуна-одный сборник научных трудов. - Атырау: Атырауский институт нефти и газа. 2002.

-Вып. 1.-Часть 1.-С. 131-133.

34.Кашкаров A.A., Мамонтов В.А. Методика исследования влияния шероховато-

31

сти переходных поверхностей зубьев, упрочняемых поверхностным пластическим де формированием, на их изгибную выносливость // Проблемы динамики и прочност исполнительных механизмов и машин: Материалы науч. конф. - Астрахан. гос. техн ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ. - 2002. - С. 278-280.

35. Мамонтов В.А. Способы правки судовых валов / В.А. Мамонтов, Н.В. Кулич кин // Проблема динамики и прочности исполнительных механизмов и машин: Мате риалы науч. конф. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2002 - С. 306-309.

36. Рубан А.Р., Саламех А.Х., Мамонтов В.А. Методика изготовления экспери ментальных образцов для оценки влияния шероховатости цементируемых поверхно стей на изгибную выносливость // Вестник Астраханского государственного техниче ского университета. Научный журнал. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2004. - С. 51-54.

37. Рубан А.Р., Мамонтов В.А. Влияние шероховатости переходных поверхности зубьев на долговечность цементируемых зубчатых колес // Вестник Астраханской государственного технического университета. Научный журнал. — Астрахань: Изд-вс АГТУ, 2005. - С. 52-54.

38. Мамонтов В.А., Рубан А.Р. Влияние шероховатости впадин и переходных по верхностей зубьев колес, упрочняемых цементацией, на характеристики выносливоеп // Вестник Астраханского государственного технического университета. Научны! журнал. — Астрахань: Изд-во АГТУ, 2006. - С. 242-245 .

39. Мамонтов В.А., Саламех А.Х., Рубан А.Р. Исследование влияния шероховато сти переходных поверхностей зубьев колес, упрочняемых поверхностной закалко! ТВЧ, на изгибную выносливость // Вестник Астраханского государственного технического университета. Научный журнал. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2007. - С. 67-68.

40. Мамонтов В.А. Шероховатость поверхности деталей, упрочняемых азотиро ванием, и сопротивление усталости при нестационарном нагружении // Вестник Астраханского государственного технического университета. Научный журнал. - Астра хань: Изд-во АГТУ, 2006. - С. 246-251.

41.Мамонтов В.А., Кашкаров A.A. Исследование влияния шероховатости поверхности круглых образцов, упрочненных обкатыванием роликом на их долговеч ность // Вестник Астраханского государственного технического университета. Науч ный журнал. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2007. - С. 68-70.

42. Мамонтов В.А Влияние шероховатости поверхности деталей, упрочняемы) азотированием на сопротивление усталости при нестационарном нагружении // Кон структорское и технологическое обеспечение надежности машин (2006, сентябрь) Материалы науч. конф. /Дагестанский гос. техн. ун-т. - Махачкала: Изд-во ДГТУ 2006,- 188 с.-С. 80-85.

Мамонтов Виктор Андреевич Научные основы восстановления работоспособности судовых главных передач при ремонте. Автореф. дисс. на соискание ученой степени доктора технических наук.

Подписано в печать 27.09.2012 Тираж 120 экз. Заказ № 361 Отпечатано в типографии ФГБОУ ВПО «АГТУ»

Введение.

1. Технико-экономическая эффективность восстановления судовых технических средств при ремонте.

2. Исследование и обоснование норм шероховатости переходных поверхностей зубчатых колес судовых главных передач.

2.1. Виды, особенности конструкции и технические требования к зубчатым колесам.

2.2. Анализ характерных износов и повреждений зубчатых колес.

2.3. Анализ основных способов ремонта зубчатых колес.

2.4. Анализ поверхностного упрочнения зубьев колес главных передач.

2.5. Оценка влияния шероховатости переходных поверхностей на изги-бную выносливость зубьев упрочняемых колес.

2.6. Методика исследования влияния шероховатости переходных поверхностей колес главных передач на изгибную выносливость зубьев.

2.6.1. Теоретические основы моделирования шероховатости переходных поверхностей зубьев.

2.6.2. Моделирование напряженного состояния в корне зуба колеса на круглых образцах.

2.6.3. Конструкция и технология изготовления круглых образцов с выточкой и опытных зубчатых колес.

2.6.4. Планирование эксперимента при механической обработке образцов с разной шероховатостью.

2.6.5. Экспериментальные установки для циклических испытаний круглых образцов и опытных зубчатых колес.

2.6.6. Методика статистической обработки результатов циклических испытаний.

2.7. Исследование влияния шероховатости переходных поверхностей колес, упрочняемых химико-термической обработкой и поверхностной закалкой ТВЧ, на циклическую изгибную прочность зубьев.

2.7.1. Влияние шероховатости переходных поверхностей колес, упрочняемых газовой цементацией, на сопротивление циклическому изгибу зубьев.

2.7.2. Влияние шероховатости переходных поверхностей колес, упрочняемых азотированием, на сопротивление циклическому изгибу зубьев.

2.7.3. Влияние шероховатости переходных поверхностей колес, упрочняемых закалкой токами высокой частоты, на сопротивление циклическому изгибу зубьев.

2.8. Статистическая оценка шероховатости переходных поверхностей и впадин зубчатых колес главных передач.

2.9. Рекомендации по использованию результатов исследования.

2.10. Выводы.

3. Исследование и разработка технологии восстановления судовых валов термомеханической правкой.

3.1. Анализ конструкции, технологии изготовления и ремонта судовых валов.

3.2. Циклическая прочность судовых валов.

3.3. Механизм протекания ползучести и релаксации напряжений в металлах.

3.4. Теоретические основы термомеханической правки с учетом явления ползучести.

3.5. Разработка методики и результаты термомеханической правки экспериментальных образцов.

3.5.1. Определение режимов и результаты экспериментальных исследований образцов, подвергнутых правке.

3.5.2. Определение коэффициента жаропрочности и режимов правки.

Влияние правки на микроструктуру образцов.

3.6. Результаты исследования влияния термомеханической правки образцов на их изгибную выносливость.

3.7. Технология правки натурного вала на основе явления ползучести.

3.8. Выводы.

4. Прогнозирование долговечности судовых валов с трещинами.

4.1. Повреждения судовых валов при эксплуатации и их ремонт.

4.2. Виды трещин, возникающих в судовых валах и оценка их характеристик.

4.3. Эксплуатационные факторы, влияющие на процесс развития трещин в валах.

4.4. Теоретические основы исследования развития трещин в судовых валах.

4.4.1. Природа и механизм возникновения трещин при циклическом нагружении.

4.4.2. Развитие трещин с позиций механики разрушения.

4.4.3. Коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещин.

4.4.4. Методика прогнозирования долговечности вала с трещинами.

4.5. Расчет долговечности гребных валов с трещинами:.

4.6. Способы продления долговечности гребных валов с трещинами.

4.7. Рекомендации по использованию результатов исследования.

4.8. Выводы.

5. Исследование и разработка технологии восстановления судовых валов с трещинами.

5.1. Повышение циклической прочности поверхностным пластическим деформированием.

5.2. ^распространяющиеся усталостные трещины в металлических деталях.

5.3. Теоретические основы торможения трещин в судовых валах.

5.3.1. Торможение скорости роста усталостных трещин изменением уровня действующих напряжений.

5.3.2. Торможение скорости роста усталостных трещин изменением напряженно-деформированного состояния в вершине трещины.

5.4. Методика и результаты выращивания трещин на экспериментальных образцах.

5.4.1. Методика выращивания трещин на экспериментальных образцах.

5.4.2. Результаты испытаний по определению скорости роста трещин.

5.5. Пластическое деформирование экспериментальных образцов с трещинами.

5.6. Исследование влияния поверхностного пластического деформирования на усталостные характеристики экспериментальных образцов.

5.7. Рекомендации по использованию результатов исследования.

5.8. Разработка технологии восстановления работоспособности судового вала с трещинами путем обкатывания роликом.

5.9. Выводы.

Модернизация экономики является одной из стратегических задач перспективного развития нашей страны. Модернизация предполагает инновационный путь развития всего промышленного производства на основе широкого и эффективного использования передовых отечественных и зарубежных технологий и разработок и внедрения результатов научных исследований для повышения его технического и технологического уровня.

Это в полной мере относится и к судоремонтному производству. За последние 15.20 лет морской торговый, рыболовный и речной флот практически не пополнялся судами, поэтому их значительная часть, находящаяся в эксплуатации, в настоящее время имеет возраст около 20.25 лет и более. А современные темпы замены флота не могут компенсировать фактическое старение судов и их списание.

В этих условиях для выполнения флотом своих задач необходимо изыскивать более совершенные формы технической эксплуатации, и, прежде всего, качества и эффективности ремонта судовых технических средств.

Известно, что около 14% аварий судов происходит из-за некачественного ремонта технических средств. Утраченные функциональные параметры восстанавливаются при капитальном ремонте только на 60.70% от исходного значения, причем затраты на ремонт сравнимы со стоимостью нового оборудования.

В связи с этим особо актуальной проблемой является разработка высокоэффективных технологий восстановления судовых технических средств, обеспечивающих снижение затрат на ремонт, сроков ремонта и повышения надежности отремонтированных технических средств.

Решение этой проблемы в диссертационной работе осуществляется по трем направлениям: повышение технологичности зубчатых колес при ремонте судовых главных передач, восстановление деформированных судовых валов термомеханической правкой и продление долговечности судовых валов с трещинами в эксплуатации.

По каждому направлению разработаны методологические основы и выполнены теоретические и экспериментальные исследования.

По первому направлению выполнено исследование и научное обоснование норм шероховатости переходных поверхностей 'зубчатых колес ответственного назначения, упрочняемых цементацией, азотированием и поверхностной закалкой нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). По второму направлению разработана и научно обоснована технология правки валов на основе ползучести. Третье направление реализовано разработкой методики прогнозирования долговечности судового вала с трещинами, а также исследованиями и разработкой технологии остановки развития трещин в судовых валах.

Проведенные исследования позволили кроме практических результатов - снижения трудоемкости ремонта, экономии материальных и трудовых затрат и повышения технического и технологического уровня ремонта судовых технических средств - получить научные результаты, имеющие актуальность и новизну.

9. Результаты работы приняты к внедрению в ОАО СРЗ «СЛИП» (г. Астрахань) (Приложение А.5).

Целью работы является повышение эффективности технической эксплуатации флота путем исследования, разработки, научного обоснования и использования в судоремонтном производстве инновационных технологий, обеспечивающих снижение продолжительности, затрат и стоимости ремонта судовых технических средств.

Разработка основ методологии исследования является одним из результатов настоящей работы.

1. Установлены закономерности влияния шероховатости переходных поверхностей колес, упрочняемых азотированием, цементацией и поверхностной закалкой ТВЧ, на изгибную выносливость зубьев при пульсирующем и симметричном циклах изменения напряжений. Получены количественные оценки этого влияния в исследуемых диапазонах шероховатости.

2. На основе результатов исследований установлены научно обоснованные нормы шероховатости впадин и переходных поверхностей зубьев, упрочняемых азотированием, цементацией и поверхностной закалкой ТВЧ, колес судовых главных передач.

Новые нормы позволили устранить операцию ручного полирования из технологического процесса изготовления и ремонта колес, снизить трудоемкость и повысить их технологичность.

3. Созданы научные основы разработки и проектирования высоконагру-женных машин, механизмов и элементов конструкций ответственного служебного назначения, подвергаемых упрочнению азотированием, цементацией и поверхностной закалкой ТВЧ.

4. Предложены рекомендации по существенному уточнению коэффициента, учитывающего шероховатость переходной поверхности, в расчете зубчатых колес на выносливость при изгибе по ГОСТ 21354-87; в расчетах деталей, подвергаемых поверхностному упрочнению, по ГОСТ 25504-82 «Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости».

5. Разработана технология термомеханической'правки судовых валов с учетом явления ползучести. С целью научного обоснования технологии правки разработаны теоретические зависимости параметров правки с использованием теории ползучести - теории упрочнения. Получены экспериментальные кривые ползучести для определения коэффициента жаропрочности при оптимальных режимах правки. Экспериментальные исследования циклической прочности на образцах-моделях судового вала показывают, что разработанная технология правки не снижает изгибную выносливость, не изменяет структуру материала, а также обеспечивает последующую стабильность формы вала после правки.

6. Для обоснования продления долговечности судовых валов с трещинами на основе теории механики разрушения деталей разработана методика прогнозирования остаточного ресурса валов. Расчетами установлено, что гребные валы с трещинами могут иметь высокий остаточный ресурс до поломки. При эксплуатации ДВС на номинальном режиме для рассмотренных судов остаточный ресурс составляет от 1060 до 4570 часов; при эксплуатации ДВС на долевых режимах остаточный ресурс возрастает от 2 до 12 раз по сравнению с номинальным режимом. Определено, что остаточный ресурс гребного вала с трещинами значительно зависит от их начального размера и диаметра.

7. Экспериментально установлена средняя скорость роста трещин, а также соотношение между глубиной серповидной трещины и ее длиной по окружности в стали 35. Подтверждено явление остановки развития трещин путем изменения уровня действующих напряжений, а также путем ППД обкатывающим роликом. Установлено, что условием эффективного торможения роста трещины является полное залегание ее в упрочненном слое. Предельная глубина трещины, которая не снижает циклической прочности, составляет (0,1. .0,15)Ядет, где: Кдет - радиус вала. На основе исследований разработана технология восстановления работоспособности судовых валов с трещинами путем обкатывания роликом.

8. Разработаны практические рекомендации, инновационные методы и технологии восстановления зубчатых колес и судовых валов главных передач, обеспечивающие снижение продолжительности, затрат, сроков и стоимости их ремонта при сохранении заданных показателей надежности.

9. Методические материалы и результаты исследования используются в учебном процессе при подготовке морских инженеров, бакалавров и магистров.

1. Алексеев В.Г. Некоторые закономерности роста трещин при циклических нагрузках / В.Г. Алексеев // Выбор и обоснование методов и норм контроля качества сварных соединений. Л.: ДАНТП, 1976.-с. 36-43.

2. Андреев Н. Т., Борчевский O.A., Луговых В.Г. и др. Ремонт судов. -Л.: Судостроение, 1972. 568 с.

3. Аристов Ю. К. Ремонт речных судов Текст.: справочник / Ю. К. Аристов, Ф. Ф. Бенуа, А. А. Вышеславцев [и др.] ; под ред. А. Ф. Видецкого. М.: Транспорт, 1988. -431 с.

4. Армягов A.A. О закономерности рассеяния скорости роста усталостной трещины Текст. / A.A. Армягов, Г.С. Нешпор // Физико-химическая механика материалов. 1985. - №5. - С. 59-62.

5. Арутюнян Н. X. Некоторые вопросы ползучести Текст. / Н. X. Арутюнян. М.: ГИТТЛ, 1952. - 323 с.

6. Архипов И.А. Повышение изгибной выносливости высоконапряженных зубчатых колес. Дис.канд. техн. наук. -М., 1971. -254 с.

7. Бабот М. Н. Организация и технология судоремонта Текст.: учебник / М. Н. Бабот. Л.: Судостроение, 1985. - 224 с.

8. Балацкий Л. Г. Повреждения гребных валов Текст. / Л. Г. Ба-лацкий, Г. И Филимонов. М.: Транспорт, 1970. - 141 с.

9. Балацкий Л. Г. Ремонт гребных валов Текст. / Л. Г. Балацкий. -Одесса: Маяк, 1970. 58 с.

10. Балацкий Л.Т. Анализ повреждений гребных валов на крупнотоннажных нефтеналивных судах типа «Прага» / Л.Т. Балацкий и др. // Морской флот, 1970. № 2.

11. Балацкий JI.T. О развитии трещин в процессе усталости при фретинге / JI.T. Балацкий, Г.Н. Филимонов // Судостроение, 1968.-№ 11.

12. Балацкий JI.T. Усталость валов в соединениях / Л.Т. Балацкий. -Киев: Технпса, 1972. 180 с.

13. Балина B.C. Прочность, долговечность и трещиностойкость при длительном циклическом нагружении Текст. / B.C. Балина, Г.Г. Медякшас. СПб.: Политехника, 1994. - 204 с.

14. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978. - 184 с.

15. Балякин O.K. Технология судоремонта. М.: Транспорт, 1974.

16. Барит Г.Ю. Основы технологии судового машиностроения. Л.: Судостроение, 1972. - 248 с.

17. Белкин Л.М. Повышение сопротивления усталости плоских деталей пластическим деформированием Текст. : дис. канд. техн. наук / Л.М. Белкин. Краматорск, 1983. - 262 с.

18. Белкин Л.М. Упрочнение поверхностным пластическим деформированием плоских деталей Текст. / Л.М. Белкин, С.М. Гензе-лев, И.Д. Иофин, В.М. Белкин // Вестник машиностроения. -1984.-№ 9.-с. 32-34.

19. Беньковский Д.Д., Сторожев В.П., Кондратенко B.C. Технология судоремонта. Учеб. для высших учебных заведений / Под общ. ред. В.П. Сторожева. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1986.-286 с.

20. Березин В. JI. Сооружение и ремонт газонефтепроводов Текст. / В. JI Березин, Н. В. Бобрицкий, П. П. Бородавкин [и др.]. М.: Недра, 1972. - 352 с.

21. Бернштейн M. JI. Механические свойства металлов Текст. / М. JI. Бернштейн, В. А. Займовский. М.: Металлургия, 1979. - 495 с.

22. Биргер И. А. Прочность. Устойчивость. Колебания Текст. / И.

23. A. Биргер, Я. Г. Пановко, В. В. Болотин и др.. М.: Машиностроение, 1968. - Т.1-3.

24. Бойцов Б.В. Некоторые закономерности расположения очага усталостного разрушения в поверхностно упрочненном материале Текст. / Б.В. Бойцов, Т.Н. Кравченко, В.Ф. Аулов // Вестник машиностроения. 1985. - № 6. - с. 8-11.

25. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций /

26. B.В. Болотин. М.: Машиностроение, 1984. - 312 с.

27. Борздыка А. М. Релаксация напряжений в металлах и сплавах Текст. / А. М. Борздыка, JT. Б. Гецов. М.: Металлургия, 1978. -256 с.

28. Бородулин М.П. Производство и проектирование крупногабаритных конических зубчатых передач//Вестник машиностроения, 1992 №1.-с. 12-15.

29. Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами Текст. / В.М. Браславский. М.: Машиностроение, 1975. -160 с.

30. Броек Д. Основы механики разрушения / Д. Броек. М.: Высшая школа, 1980.-367 с.

31. Валы и оси. Конструирование и расчет /C.B. Серенсен и др. -М.: Машиностроение, 1970. 319 с.

32. Вандышев В.П. Статистические параметры сопротивления усталости сталей 45 и 40Х при пиковых перегрузках. В кн.: Механическая усталость в статистическом аспекте. М.: Машиностроение, 1969.-с. 63-67.

33. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов. М.: Машиностроение, 1964. 275 с.

34. Восстановление изношенных деталей судовых ДВС и устройств на предприятиях Минморфлота / Н.С. Молодцов. В/О «Морте-хинформреклама» // Морской транспорт. Сер. «Судоремонт», Вып. № 1 (11), 1984.-53 с.

35. Гаврилов B.C. Техническая эксплуатация судовых дизельных установок / B.C. Гаврилов и др. М.: Транспорт, 1975. - 296 с.

36. Гаврильева Т.Ф. Начальный этап развития усталостной трещины в оценках ресурса элемента конструкции Текст. : дис. канд. техн. наук / Т.Ф. Гаврильева. СПб, 1998.

37. Гайдаенко Г.А. Влияние шероховатости на контактную выносливость некоторых марок сталей. Дис.канд. техн. наук. -Минск, 1971.- 145 с.

38. Гальпер P.P., Леванов B.JI. Изгибная прочность азотированных передач. В кн.: Зубчатые и червячные передачи/Под ред. Н.И. Колчина. JL: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1974. -с. 95-104.

39. Гальпер P.P., Начинкин В.Л., Филаткин А.Ф. Влияние азотирования и термообработки зубчатых колес на изгибную прочность их зубьев // Судостроение, 1976. № 6 - с. 26-28.

40. Гальянов А. П. Технология и организация судоремонта в рыбной промышленности Текст. / А. П. Гальянов. М.: Агропромиздат, 1988.-303 с.

41. Голиков В.И. Технология изготовления точных цилиндрических зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1968. — 160 с.

42. Головин Г.В., Зимин Н.В. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева. Л.: Машиностроение, 1990. - 87 с.

43. Гольденблат И. И. Длительная прочность в машиностроении Текст. / И. И. Гольденблат, В. Л. Бажанов, В. А. Копнов. М.: Машиностроение, 1977. -248 с.

44. Гоман Г. М. Фреттинг коррозия гребных валов крупнотоннажных судов Текст. / Г. М. Гоман // Технология судостроения. -1970.-№8. -С. 15-20.

45. Гордеева Т.А. Анализ изломов при оценке надежности материалов Текст. / Т.А. Гордеева, И.П. Жегина. М.: Машиностроение, 1978.-200 с.

46. ГОСТ 20495-75 Упрочнение металлических изделий поверхностной химико-термической обработкой. Характеристики и свойства диффузионного слоя. Термины и определения.

47. ГОСТ 21354-87 Передачи зубчатые цилиндрические эвольвент-ные внешнего зацепления. Расчет на прочность. Взамен ГОСТ 21354-75.

48. ГОСТ 25.502-79 Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.

49. ГОСТ 25.504-82 Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости.

50. Гохфельд Д. А. Пластичность и ползучесть элементов конструкций при повторных нагружениях Текст. / Д. А. Гохфельд, О. С. Судаков. -М.: Машиностроение, 1984. 256 с.

51. Грозинская З.П. Повышение сопротивления усталости обкатыванием шариками Текст. / З.П. Грозинская, М.Я. Гальперин // Металловедение и термическая обработка металлов. 1962. -№2.-с. 43-45.

52. Гудков A.A. Трещиностойкость стали Текст. / A.A. Гудков. -М.: Металлургия, 1989. 376 с.

53. Демичев А.Д. Поверхностная закалка индукционным способом. -Л.: Машиностроение, 1979. 80 с.

54. Дмитриченко С.С. Закономерности развития усталостных трещин в металлоконструкциях машин Текст. / С.С. Дмитриченко, Л.П. Шевченко, А.П. Давыдов // Вестник машиностроения. -1974.-№12.-с. 3-6.

55. Доан Ван Тинь. Разработка и обоснование методики прогнозирования долговечности судовых валов с трещинами при ремонте. Дис. .канд. техн. наук. Астрахань, 2009. - 139 с.

56. Дорошенко П. А. Технология производства судовых энергетических установок Текст. / П. А. Дорошенко, А. Г. Рохлин, В. П. Булатов [и др.]. Л.: Судостроение, 1988. - 440 с.

57. Дрозд М. С. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации Текст. / М. С. Дрозд, М. М. Матлин, Ю. И. Сидякин. М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.

58. Дрозд М. С. Расчет распространения пластической деформации в зоне контакта тел произвольной кривизны Текст. / М. С. Дрозд, А. В. Федоров, Ю. И. Сидякин // Вестник машиностроения. 1972.-№ 1.-с. 54-57.

59. Дунин-Барковский И.В., Карташова А.Н. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. М.: Машиностроение, 1978. 232 с.

60. Душенко В. А. Правка гребного вала Текст. / В. А. Душенко// Судоремонт флота рыбной промышленности. 1988. - № 66. -с. 35.

61. Дьяченко Л.Е. Исследование зависимости микрогеометрии поверхности от условий механической обработки. М.; Л.: АН СССР, 1949.-256 с.

62. Еленевский Д.С. Исследование сопротивления усталости цементированных шестерен в связи с некоторыми конструктивными и технологическими факторами. Дис.канд. техн. наук. М., 1959.- 177 с.

63. Емельянов В. Н. Правка деталей машин поверхностным пластическим деформированием // Вестник НовГУ. Сер. Естеств. и техн. науки. - 1996. - № 3. - с. 21-24.

64. Емельянов В. Н. Прецизионная правка валов поверхностным пластическим деформированием Текст. / В. Н. Емельянов // Машиностроитель. 2001. -№ 1. - с. 9-10.

65. Зайнуллин P.C. Безопасное развитие трещин в элементах оболо-чечных конструкций Текст. / P.C. Зайнуллин, Е.М. Морозов. -СПб.: Недра, 2005,- 167 с.

66. Зенкевич О. Метод конечных элементов в'технике. М.: Недра, 1974.-239 с.

67. Золоторевский В. С. Механические свойства металлов Текст. / В. С. Золоторевский. 2-е изд. - М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

68. Иванова B.C. Природа усталости металлов Текст. / B.C. Иванова, В.Ф. Терентьев. М.: Металлургия, 1975. - 455 с.

69. Инженерия поверхности деталей // Колл. авт.; под ред. А.Г. Суслова. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.

70. Искрицкий Д.Е. Усталость металлов в конструкциях Текст. / Д.Е. Искрицкий. -М.: Физматгиз, 1960. 87 е.

71. Йех Я. Термическая обработка стали Текст. : справочник / Ярослав Йех; перевод с чешского И. А. Грязновой; под ред. Ю. Г. Андреева, В. Б. Фридман. М.: Металлургия, 1979. - 263 с.

72. Каминский A.A. Деформационное упрочнение и разрушение металлов при переменных процессах нагружения Текст. / A.A. Каминский, В.И. Бастуй. Киев: Наукова думка, 1985. - 167 с.

73. Карпенко Г.В. Влияние механической обработки на прочность и выносливость сталей Текст. / Г.В. Карпенко. Москва - Киев: Машгиз, 1959.- 186 с.

74. Карпунин В. Ф. Монтаж и ремонт оборудования предприятий и судов рыбной промышленности Текст. / В. Ф. Карпунин. М.: Пищевая промышленность, 1975. - 224 с.

75. Кершенбаум Я. М. Ремонт и монтаж нефтепромыслового оборудования Текст. / Я. М. Кершенбаум, М. Я. Юдолович. М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы (ГОСТОПТЕХИЗДАТ), 1962. -396 с.

76. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М.: Машиностроение, 1977. —232 с.

77. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин: Учебное пособие для машиностр. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1991. - 319 с.

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

79. Колмаков А.Г. Методы измерения твердости Текст.: справочное издание / А.Г. Колмаков, В.Ф. Терентьев, М.Б. Бакиров. -М.: Интермет Инжиниринг, 2000. 128 с.

80. Комаров В.В., Курылев A.C. Валопроводы рыбопромысловых судов. 4.1: Конструкция, эксплуатация и общие вопросы проектирования. Астрахань: Изд-во АГТУ, 1997. - 166 с.

81. Коновалов JI.B., Воронцева Г.В., Шишорина О.И., Васюкевич Т.И. Прогнозирование масштабного эффекта // Вестник машиностроения, 1984, №6. с. 7-11.

82. Конторович И.Е. Современные методы термохимической обработки и их влияние на усталостную прочность. В кн.: Повышение долговечности машин. М.: Машгиз, 1956. - с. 36-41.

83. Кораблев А.И. Повышение несущей способности и надежности зубчатых передач технологическими, конструктивными и эксплуатационными методами. Дис.канд. техн. наук. М., 1965.- 826 с.

84. Кораблев А.И., Решетов Д.Н. Повышение несущей способности и долговечности зубчатых передач. М.: Машиностроение, 1968. -288 с.

85. Кохан Н. М. Ремонт валопроводов морских судов Текст.: б-ка судомеханика / Н. М. Кохан, В. И. Друт. М.: Транспорт, 1980.- 240 с.

86. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов / С. Коцаньда. -М.: Металлургия, 1976.-455 с.

87. Кравцов Т. Г. Восстановление деталей при ремонте судов Текст. / Т. Г. Кравцов, В. П. Сторожев. М.: Транспорт, 1981. -119 с.

88. Кравчук B.C. Исследование и расчетная оценка выносливости деталей с поверхностным упрочнением Текст. : дис. канд. техн. наук / B.C. Кравчук. Одесса, 1978. - 175 с.

89. Кудрявцев И. В. Повышение прочности и долговечности машин поверхностным наклепом Текст. / И. В. Кудрявцев [и др.]. — М.: Машиностроение, 1970. 144 с.

90. Кудрявцев И.В. Влияние масштабного фактора на усталость надрезанных валов Текст. / И.В. Кудрявцев, В.М. Андренко, Е.В. Рымынова // Вестник машиностроения. 1975. - №1. - с. 24-26.

91. Кудрявцев И.В. Выносливость поверхностно наклепанных валиков с надрезами Текст. / И.В. Кудрявцев, Л.М. Розенман // Металловедение и термическая обработка металлов. 1961. - №3. -с.55-57.

92. Кудрявцев И.В. Задержка развития трещин усталости в результате применения поверхностного наклепа Текст. / И.В. Кудрявцев // Вестник машиностроения. 1972. - №1. - с. 57-60.

93. Кудрявцев И.В. Современное состояние и основные направления в области упрочнения деталей машин поверхностным наклепом Текст. / И.В. Кудрявцев. Москва, 1958. - 44 с.

94. Кудрявцев И.В. Способ повышения усталостной прочности ступенчатых валов в зоне галтелей Текст. / И.В. Кудрявцев, A.A. Попов // Вестник машиностроения. 1973. - №1. - с. 50-53.

95. Кудрявцев И.В. Усталость крупных деталей машин Текст. / И.В. Кудрявцев [и др.]. М.: Машиностроение, 1981. - 237 с.

96. Кудрявцев П.И. Нераспроетраняющиеся усталостные трещины Текст. / П.И. Кудрявцев. М.: Машиностроение, 1982. - 171 с.

97. Кужахметов Т.А. Разработка и обоснование технологии восстановления работоспособности судовых валов с трещинами при ремонте. Дис. .канд. техн. наук. Астрахань, 2009. - 124 с.

98. Куличкин Н.В. Обоснование и разработка технологии восстановления судовых валов термомеханической правкой. Дис.канд. техн. наук. Астрахань, 2007. - 125 с.

99. Лахтин Ю.М. Низкотемпературные процессы насыщения стали азотом и углеродом//Металловедение и термическая обработка, 1970 №4. с.61-69.

100. Лахтин Ю.М. Новое в металловедении и обеспечении надежности и долговечности деталей машин методами термической обработки. М.: МАДИ, 1976. 98 с.

101. Лебедев В.Л. Прогнозирование роста трещин малоцикловой усталости Текст. : дис. канд. техн. наук / В.Л. Лебедев. -Москва, 1996.- 121 с.

102. Лебедев О.Н. Двигатели внутреннего сгорания речных судов / О.Н. Лебедев и др. -М.: Транспорт, 1990. 328 с.

103. Леванов В.Л. Влияние асимметрии цикла на изломную прочность зубчатых передач. — В кн.: Проектирование и производство планетарных передач. Л.: ЛДНТИ, 1967. с. 102-111.

104. Лемзаков Н. К. Правка валов роторов паровых турбин методом релаксации напряжений Текст. / Н. К. Лемзаков // Ремонт оборудования турбинных цехов электростанций: кн. М.; Л.: Энергия, 1966.-с. 97-116.

105. Липсман В. С. Ремонт технологического оборудования предприятий пищевой промышленности Текст. / В. С. Липсман. -М.: Пищевая промышленность, 1970. -496 с.

106. Людвик П. Основы технологической механики Текст. / П. Людвик // Расчеты на прочность. — М.: Машиностроение. — 1971.-Вып. 15.-с. 132-166.

107. Малинин Н. Н. Ползучесть элементов машин Текст. / Н. Н. Малинин // Расчеты на прочность: кн. М.: Машиностроение. -1969.-Вып. 14.-с. 217-267.

108. Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести Текст. / Н. Н. Малинин. М.: Машиностроение, 1975. -399 с.

109. Мамонтов В. А. Восстановление деталей типа валов пластическим деформированием в условиях судоремонтного производства Текст.: Обзорная информация / В. А. Мамонтов, Н. В. По-падин, В. В. Харитонов // ВНИЭРХ. М. - 1992. - № 1. - с. 1 -21.

110. Мамонтов В.А. Изменение норм шероховатости выкружек зубьев для повышения технологичности азотируемых колес судовых планетарных редукторов. Дис. канд. техн. наук. Л., 1984. -239 с.

111. Маркелов Б.А. Исследование нагрузочной способности цементованных и цианированных зубчатых колес. Дис.канд. техн. наук. -Л., 1969. -204 с.

112. Махутов H.A. Исследование напряженно-деформированного состояния резинокордной оболочки Текст. / H.A. Махутов, Б.А. Щеглов, А.П. Евдокимов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. - № 1.-е. 50-56.

113. Мемелова Е.Г. Исследование влияния поверхностного упрочнения на выносливость стали 18Х2Н4ВА при осевых нагрузках. Дис.канд. техн. наук. Минск, 1969. - 168 с.

114. Методы и средства оценки трещиностойкости конструкционных материалов Текст. // Сборник научн. трудов / под общ. ред. В.В. Панасюка. Киев: Наукова Думка, 1981.-313 с.

115. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка стали. М.: Машгиз, 1950.-363 с.

116. Мир-Салим-Заде М.В. Влияние пластических деформаций на рост периодической системы трещин в стрингерных панелях Текст. / М.В. Мир-Салим-Заде // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. - № 3. - с. 49-56.

117. Мир-Салим-Заде М.В. Зарождение дефекта типа трещины в клепанной панели Текст. / М.В. Мир-Салим-Заде // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2006. - № 4. - с. 45-51.

118. Можаровский Н. С. Теория пластичности и ползучести в инженерном деле Текст. / Н. С. Можаровский. 1991. - 263 с.

119. Молочек В. А. Ремонт паровых турбин. М.: Энергия, 1966.

120. Морозов В.И., Шубина Н.Б. Наклеп дробью тяжелонагружен-ных зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1972. 105 с.

121. Муравьев А.Н., Фасолько О.Ю., Пляка Р.В. Основы технологии ремонта и реновации судового энергетического оборудования: Учеб. пособие. СПб.: СПбГМТУ, 2003. 130 с.

122. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические принципы планирования экстремальных экспериментов. — М.: Наука, 1964. — 128 с.

123. Нейбер Г. Концентрация напряжений. М.; JL: Гостехиздат, 1947. 204 с.

124. Нестеренко Г.И. Влияние длительной эксплуатации самолетов на свойства материалов их конструкций Текст. / Г.И. Нестеренко, В.Н. Басов, Б.Г. Нестеренко, В.Г. Петрушенко // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2006. - № 4. - с. 41-50.

125. Нестеренко Г.И. Расчет скорости роста усталостных трещин Текст. / Г.И. Нестеренко. М.: Б.И., 1992. - 30 с.

126. Ниманн Г., Реттиг Г. Способы повышения контактной выносливости зубьев зубчатых колес. Детали машин, 1968 - № 20.- с. 26-36.

127. Новые материалы в азотировании. М.: НИИинформтяжмаш, 1977.

128. Овумян Г.Г. и др. Повышение производительности и качества чистового зубонарезания / Г.Г. Овумян, Е.В. Езерский, С.А. Хухрий. М.: Машиностроение, 1979. - 64 с.

129. Одинг И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов. М.: Машгиз, 1962. - 260 с.

130. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей ППД Текст.: справочник / Л.Г. Одинцов. М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.

131. Определение характеристик сопротивлению развитию трещины (трещиностойкости) металлов при циклическом нагружении Текст.: методические указания // Физико-химическая механика материалов. 1979. - № 3. - с. 83-97.

132. ОСТ 5.4097-85. Валы судовых валопроводов. Общие технически условия Текст. Введ. 1987- 01- 01. - М.: Йзд-во стандартов, 1985.- 106 с.

133. OCT 5.9049-78. Валы гребные судовых валопроводов. Типовой технологический процесс упрочнения Текст. Введ. 1980- 0101. -М. : Изд-во стандартов, 1978. - 12 с.

134. ОСТ 5.9648-76. Валы судовых валопроводов. Типовые технологические процессы изготовления Текст. Введ. 1978 - 01- 01. -М. : Изд-во стандартов, 1976. - 122 с.

135. Остроумов В.П., Елизаветин М.А. Повышение прочности зубчатых колес. М.: Свердловск. 1962. 90 с.

136. Пантюхин К.И. Исследование концентрации напряжений в зубьях азотированных зубчатых колес // Зубчатые и червячные передачи: под ред. Н.И. Колчина. JL: Машиностроение, 1974. -с. 104-112.

137. Панько И.Н. Оценка трещиностойкости валов при сложном напряженном состоянии Текст. / И.Н. Панько, Р.В. Ризнычук, A.B. Капинос // Физико-химическая механика материалов. -1985.-№4.-С. 71-76.

138. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием Текст. / Д.Д. Папшев. -М.: Машиностроение, 1978. 152 с.

139. Партон В.З. Механика упругопластических разрушений / В.З. Партон, Е.В. Морозов. М.: Наука, 1985. - 504 с.

140. Питухин A.B., Ефимов Ю.Т. Влияние шероховатости переходной поверхности зубчатых колес на сопротивление усталости // Вестник машиностроения, 1995 №6. с. 12-15.

141. Плескунин В.И., Воронина Е.Д. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте / Под ред. засл. деят. науки и техники РСФСР, докт. техн. наук проф. A.B. Башарина. Д.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1979. - 232 с.

142. Погорецкий Р.Г. К вопросу о влиянии длины образцов на циклическую прочность стали Текст. / Р.Г. Погорецкий, Г.В. Карпенко // Заводская лаборатория. 1965. - № 12. - С. 1497-1501.

143. Подсушный А. М. Ремонт судовых паротурбинных агрегатов Текст. / А. М. Подсушный, Э. Е. Фролов. М.: Транспорт, 1985.-216 с.

144. Покора Н.И. Влияние качества поверхности выкружки зубьев на их прочность при изгибе. Дис.канд. техн. наук. Одесса, 1954.-206 с.

145. Поляков В.Н. Исследование влияния пластической деформации на усталостную прочность композиционного материала Текст. : автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук / В.Н. Поляков. Волгоград, 1972.

146. Пратусевич Р.И. Исследование прочности и долговечности зубчатых колес станков. — В кн.: Надежность и качество зубчатых передач. М.: НИИинформтяжмаш, 1966. с. 1-17.

147. Пратусевич P.M., Решетов Д.Н. Изгибная прочность зубьев губчатых колес станков // Станки и инструмент, 1965, № 1. с.28-31.