автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Повышение сроков службы тяжелонагруженных тихоходных зубчатых передач на основе структурно-энергетического подхода

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1.Основные теории трения

1.2.Основные теории изнашивания

1.3.Влияние смазки на трение и изнашивание.

1.4.Работа зубчатых передач

1.5.Исследование влияния смазочных материалов на работоспособность зубчатых передач.

1.6.Постановка задачи исследования.

Глава П. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, УСТАНОВКИ, ПРИБОРЫ,

МАТЕРИАЛЫ И СРЕДЫ.

2.1.Методологические принципы исследования поверхностей трения деталей машин.

2.2.Экспериментальная установка.

2.3.Физические методы-исследования.

2.4.Выбор материалов пары трения, их поверхностной обработки и смазки.■.

2.5.Методы изучения показателей трения и износа.

2.6.Математическая обработка результатов исследований

Глава Ш. ПАСПОРТИЗАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ КСЯЕС

3.1.Паспорта зубчатых колес

3.2.Анализ результатов паспортизации и выявления ведущего вида разрушения.

Глава 1У. дШШРШШМШШ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1.Исследование нормального изнашивания и повреждаемости образцов из стали 45.

4.2.Исследования основных показателей трения, микротвердости и структуры поверхностей при трении в различных смазочных средах.

4.3.Исследование основных показателей трения, микротвердости и структуры поверхностей при трении в различных смазочных средах с присадками.

Плава У. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1.Введение

5.2.Физическая модель схватывания I рода.

5.3.Структурно-энергетические критерии управления процессом схватывания I рода.

5.4.Управление изнашивания устранение схватывания I рода, возникающего в крупногабаритных тихоходных зубчатых колесах.

5.5.Анализ результатов исследований.

5.6.1.Результаты паспортизации.

5.5.2.Анализ результатов лабораторных исследований.

Плава У1. КОНКРЕТНЫЕ РЖОМЕНДАЦИИ ПО УСТРАНЕНИЮ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС.

Глава УЛ. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-85 года и на период до 1990 года", принятых ХШ съездом КПСС, к числу особо важных отнесена проблема повышения качества, надежности, экономичности и производительности машин, оборудования и других изделий машиностроения [I]. Решение этой задачи в значительной степени осуществляется в процессе проектирования, когда разрабатывают конструкцию прибора или машины, выбирают материалы для изготовления деталей, определяют наиболее рациональные их формы, размеры и точность, решают вопросы технологичности, экономичности и эксплуатации.

Основной задачей развития современного машиностроения - базы технического прогресса всех отраслей народного хозяйства СССР - является создание новых производительных машин, а также усовершенствование их, направленное к повышению качества, надежности и долговечности. Исключительно важное место в современном машиностроении занимают зубчатые передачи, габариты, вес и стоимость которых, как правило, определяют габариты, вес и стоимость самих машин, для которых они предназначены.

Отечественное машиностроение характеризуется высокими требованиями, направленными к обеспечению работы машин с необходимой надежностью, которая в большой степени зависит от качества работы зубчатых передач. Все это указывает на необходимость изыскания путей к повышению нагрузочной способности и долговечности зубчатых передач.

Особо важное место в отраслях промышленности приобретает производство строительных материалов, обеспечивающее необходимые для строительства материалы и изделия. Основной задачей капитального строительства в СССР и других социалистических странах является наращивание производственного потенциала стран на новом техническом уровне, сооружение жилищ и объектов коммунального бытового и социально-культурного назначения. Главным строительным материалом является цемент, производство которого всегда было важнейшей задачей промышленности строительных материалов. Задачи увеличения производства цемента, повышение долговечности и надежности машин и оборудований цементных заводов особенно актуальны.

Главным оборудованием для производства цемента является вращающаяся печь. Привод печи осуществляется хфупногабаритной тихоходной зубчатой передачей, работоспособность, долговечность и надежность которой определяют работу печи в целом. Выход из строя этой передачи оказывает серьезные затруднения в выпуске готовой продукции и несет большие экономические потери.

В других отраслях промышленности также работают крупногабаритные тихоходные зубчатые передачи / передачи мельниц, прокатных станов и т.п./ работоспособность и надежность которых оказывают' решающее влияние на производство продукции завода, выход их из строя оборачивается большими экономическими потерями.

Несущая способность и долговечность здупногабаритных тихоходных тяжелонагруженных зубчатых передач ограничивается износом, величина и время развития которого существенно зависят от условий эксплуатации / от внешних механических воздействий, сорта масла и присадки, от температуры и т.п./.

При неблагоприятных условиях эксплуатации этих зубчатых передач на трущихся поверхностях зубьев возникает повреждаемость /схватывание, абразивная повреждаемость, коррозия/, резко снижающая долговечность и являющаяся главной причиной выхода из строя машин.

Данная работа посвящена исследованию долговечности и надежности крупногабаритных тихоходных зубчатых передач. Работа состоит из семи глав: в первой произведен обзор литературных данных по изучению зубчатых передач и дана постановка задачи работы; во - второй изложены методики исследований и обработки результатов; в третьей приведены результаты паспортизации изучаемой зубчатой передачи; в четвертой представлены результаты лабораторных исследований; в пятой дано обсуждение результатов исследований; в шестой изложены рекомендации по повышению долговечности и надежности крупногабаритных тихоходных зубчатых передач; седьмая глава посвящена общим выводам.

Б настощей работе с помощью наиболее обоснованного и на дежного метода диагностики - паспортизации используя различ ных методов исследований от визуального осмотра до детальных микроскопических и металлографических анализов, выявлены про цессы разрушения трущихся поверхностей зубчатых колес крупно габаритной тихоходной зубчатой передачи. На основе результа тов подробных лабораторных исследование!, воспроизводящих веду щий вид изнашивания и повреждаемости зубчатых колес, с помощью обобщенных энергетических критериев структзгрно-энергетической теории трения и изнашивания установлены главные факторы, оп ределяющие диапазоны нормальных процессов механо-хшлического трения и изнашивания и критические точки перехода к явлениягл поверйдаемости.Выполненная работа позволяет сделать следующие общие выво ды: • Ведущие'! видом разрзгшения трущихся поверхностей рассматри ваемой зубчатой пары является схватывание I рода, характеризу ющееся интенсивным повреддением трущихся поверхностей, искаже нием подповерхностных структур, наклепом, вырыванием и нали панием основного материала, интенсивной пластической деформа цией. Причиной возникновения суватывания I рода является низ кая прочность вторичных структур, защщающих основной матери ал от повреждаемости, и не эффективное механическое разделение трущихся поверхностей /тонкие и непрочные, „смазочные слои/. • Сопутствующшли видами изнашивания являются нормальное ме хано-хшлическое изнашивание и механо-химическая форма абразив ного износа. - Для исследования возникновения и устранения схватывания I рода был разработан надежный экспериглентальный метод. Экспери менты проводились на машине трения МИ-Ш с образцагли шайбы и призмы, изготовленных из стали 45 в стоженном состоянии. На этой машине успешно воспроизведен ведущий вид повреждаемости, схватывание I рода. • На основе стрз'ктурно-энергетической теории трения и изнаши вания построенная модель схватывания I рода и схема управления разрушением поверхностей трения свидетельствуют о том, что при менение смазок с присадками является эффективным и самым ЭКОНОМРГЧ ным средством в устранении нежелательного вида повреждаемости труш.ихся поверхностей деталей машин. Поэтому при лабораторных экспериментах для исследования устранения схватывания I рода были использованы различные смазочные масла с разными сортами эффективных присадок. • В результате лабораторных исследований выявлены закономер ности изменения сил трения /удельной работы трения/, влияния смазки, температуры и структуры поверхностных слоев. Величины температуры, измеренной при критических нагрузках при однотип ных присадках изменяются в узких пределах. В диапазоне нормаль ных механо-хиглических процессов трения и изнашивания величины коэффициента трения и энергоемкости по тепловому показателю яв ляются постоянными. Ш значительное изменение показывает воз никновение повреждаемости. Фотографии трущихся поверхностей иллюстрируют характер изменения процессов на поверхностях тре ния. - На основе схемы управления процессом схватывания I рода были выбраны наиболее эффективные пути снижения интенсивности изнашивания зубчатых колес крупногабаритных тихоходных передач: повышение вязкости и окислительной стабильности смазочного ма сла, применение высокоэффективной многокомпонентной присадки и защита смазочной системы от загрязнений. • Саглым эффективным средством устранения схватывания I рода явился выбор оптимальных смазочных материалов, критериями кото рого являются высокий уровень критической нагрузки F^p и низ кий уровень коэффивдентов трения/U . На основе этих критериев самым эффективным смазочным материалом оказалось масло5АЕ 140 с присадкой ВИР-1 2,5 вес %,