Оптимизация скоростей качения и скольжения при приработке трущихся поверхностей с линейчатым контактом

Одной из важнейших задач современного машиностроения является обеспечение потребителей машинами и механизмами, имеющими высокую эксплуатационную надежность и долговечность. Свидетельством этого являются материалы ХХУ1 съезда КПСС, указания «Основных направлений экономического и социального развития СССР на 1981;1985 годы и на период до 1990 года», решения Пленумов ЦК КПСС. Надежность, долговечность, а так же и нагрузочная способность машин и механизмов в значительной степени определяются интенсивностью и видом изнашивания их трущихся деталей. Доказательством этого служит то, что 80−90% деталей машин выходит из строя по причине износа.

Необходимые для обеспечения достаточной надежности, долговечности и нагрузочной способности показатели качества трущихся поверхностей деталей машин в процессе изготовления, как правило, не достигаются. Отчасти это объясняется экономическими соображениями — необходимое соответствие геометрии и микрогеометрии оптимально требует значительных затрат, специального дорогостоящего оборудования и специальной технологии. Отчасти же, и это следует иметь в виду при оценке возможностей и разработке технологии приработки, вообще не созданы способы и оборудование для придания узлам трения необходимых положительных свойств. К таким свойствам относятся механические показатели и определенный уровень активности поверхностных слоев рабочих участков трущихся деталей и особые, обусловленные граничными процессами при трении, реологические свойства пристенных слоев смазки. При существующем уровне машиностроительного производства эти свойства могут быть достигнуты только в процессе работы узла трения, при этом в определенном режиме.

В результате в начале эксплуатации, когда начинают действовать полные нагрузки и даже перегрузки, а узлы трения имеют качество, полученное при обработке, наблюдается повреждение деталей, срок службы машин и механизмов в целом значительно сокращается, нагрузочная способность и надежность снижаются.

Это явилось основанием для широкого использования в процессе изготовления и ремонта машин специальной предэксплуатационной операции — приработки. Необходимость и важность приработки обще-признана и обоснована многими исследователями — В. Н. Кудрявцевым, А. Й. Петрусевичем, И. В. Крагельским, Б. Й. Костецким, М. В. Райко, Ю. Н. Дроздовым и другие.

Согласно ГОСТ 23.002−78 «Приработка — изменение геометрии поверхностей трения и физико-химических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения.». Для достижения необходимого эффекта машину, узлы трения которой подвергаются приработке, в этот начальный период ставят в специально выбранный режим работы, при котором в кратчайший срок достигается требуемое качество.

Однако пути реализации этой цели достаточно не разработаны. Отсутствуют обоснованные рекомендации по выбору режима в разных конкретных условиях, по выбору смазочной среды и целого ряда других существенно влияющих факторов. По этой причине, а так же с целью снижения затрат и времени приработку во многих случаях проводят только в степени, необходимой для предотвращения выхода из строя трущихся поверхностей в начальный период эксплуатации. В то же время исследованиями, особенно последнего времени, показано, что при определенных условиях приработки могут быть в несколько раз повышены долговечность по выкрашиванию, уменьшена интенсивность истирания, повышена чистота прирабатываемых поверхностей. Экономическая выгода, получаемая от такой качественной приработки, намного превышает увеличенные затраты на ее проведение.

Качественная приработка применяемыми методами требует значи-• тельных затрат времени — время приработки нередко соизмеримо с временем, затрачиваетит?: на изготовление прирабатываемых деталей. Требования кассового производства., по вручения его экономической эффективно сти приводят к тому, кто в проявленных условиях приработку не доводят до конца, ограничиваясь получением минимального, допускаемого техническими условиями, показателя — размера пятна контакта. В результате эксплуатационные качества трущихся деталей оказываются ниже достижимых.

Цель и основные задачи работы. Целью работы является исследование приработки тихоходных зубчатых передач и разработка рекомендаций по выбору оптимальных режимов. Зубчатые передачи являются наиболее распространенным узлом из подвергающихся приработке. Б тихоходных передачах протекает специфический — граничный ренин трения, хатктешзуюгтийся особыми сказочными' процессами, и поз тощ/" они х. х. о 1 а- ~ ' / и ' требмют специальных условий для пртгпаботки. и 1 и I I х.

В настоящей работе, на основании приведенных исследований, предлагается способ, позволяющий значительно сократить время приработки, повысить экономность этой технологической операции при обеспечении высоких показателей качества прирабатываемых поверхностей.

Исследовалась приработка поверхностей, иьмитирующих рабочие поверхности зубьев зубчатых передач. Выбор в качестве объекта исследований именно таких поверхностей объясняется тем, что передачи зацеплением вообще и зубчатые передали в частности являются наиболее распространенными узлами из подвергающихся тжоаботке., Поста,.

Д. д. О ?1¹ — > • точно указать, что количество изготовляемых в СССР ежедневно зубчатых колес превышает 1,5 млн., и большинство из них подвергается приработке. Нужно учесть также, что процессы приработки зубчатых передач исследованы меньше и представляют большие трудности для исследования, чем другие узлы трения, например, подшипники скольжения.

В работе использованы результаты нового в практике исследования смазочных процессов, но весьма информативного метода — метода. измерения толщины смазочных слоев. Для характеристики происходящих при трении измерений в поверхностных слоях металла применен метод по авторскому свидетельству 304 075, позволяющий измерить их электрическое сопротивление в процессе эксперимента. Как показала, практика исследований, такие измерения представляют существенные сведения для характеристики процесса приработки.

Научная новизна — исследован механизм и установлены некотогу — 11 111 I .11 I И I. г 5 О ше закономерности смазочных процессов в неустановившихся условио. а. х ' о о ях трения при приработке поверхностей с локальным контактом при качении с большими скольжениями, повоенных температурах, разных нагрузках и скоростях.

Практическая значимость — разработан новый метод приработки.

— в условиях уменьшения частоты вращения прирабатываемых деталей, позволяющий значительно сократить время, затрачиваемое на приработка при высоком качестве •.

На защиту выносятся:

— результаты исследования смазочного действия в неустановившихся условиях ттоитэаботки с переменными скоростями, большими скольженияи .1. Л. -Iд- ' ми и повышенными температурами ;

— .метод ускорения процесса приработки поверхностей с локальным контактом в режиме последовательного уменьшения частоты вращения.

Апробация результатов — основные результаты работы докладывались на. 1-Всесоюзной научно-практической конференции «Повышение надежности смазываемых узлов трения авиационной техники на основе совершенствования технологии применения и унификации смазочных материалов». М., 1983 — на У1-Веесоюзной научно-технической конпе-ренции" Зксплуатационные свойства авиационных топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей". Киев, 1985.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 2 печатных работы — I авторское свидетельство и 3 работы в печати.

В Ы В О Д Ы '.

1. Рассмотрение известных методов приработки, направлений их развития иустановленных ограничений в развитии показало возмож.

Jо X X. ность оптимизации процесса путем использования режима частых остановок или снижения скорости.

2. Исследования процессов остановки и запуска позволило установить особенности сказочного. действия в этих условиях, возможность.

I. t/ 7 предотвращения схватывания при сохранении необходимой для приработки высокой интенсивности изнашивания.

3. Приработка с периодическим уменьшением частоты вращения пох j 1. I п о X i зволила уточнить данные о двух периодах — периоде преимущественного выглаживания и периоде формирования смазочных слоев. Установлено резкое снижение толщины смазочного слоя в результате уменьшения ча. стоты вращения, что интенсифицирует изнашивание.

4. Время приработки до окончания первичного процесса формирования смазочных слоев на мягких и твердых сталях в режиме частых остановок составляет 4−8 мин., что в 5−8 раз меньше, чем при приработке с постоянной скоростью.

5. В режиме частых остановок приработка может производиться на одном уровне нагрузки.

6. В отличие от приработки с постоянной скоростью при частых остановках ярко выражен процесс смены граничных слоев — переход от адсорбционных к СОП, сопровождающийся временным снижением уровня смазочного действия.

7. При приработке с частыми остановками могут использоваться разные способы сокращения времени и улучшения качества — приработоч-ные масла и присадки, специальные газовые среды, изменение температуры и др.

ОСНОВНЫЕ ВЫВ0.11Д И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. Целью приработки зубчатых передач в промышленных условиях является получение пятна контакта нормированного размера и уменьшение шероховатости. Вследствии ограничения времени технологической приработки ее возможности в повышении долговечности, надежности и нагрузочной способности передач путем формирования вторичных структур в трущихся поверхностях и граничных структур в смазочных слоях не реализуются.

Общепринятый режим приработки заключается в ступенчатом увеличении нагрузки. Условия увеличения и время работы при каждой нагрузке не обоснованы и сильно разнятся даже для передач одного назначения.

2. Экспериментam установлено, что в условиях, моделирующих работу тихоходных зубчатых передач реакция смазочных слоев на изменение скоростей качения и скольжения, контактных напряжений и температуры свидетельствует о граничном характере протекающих, смазочных процессов. Установленный граничный характер смазочного действия показывает, что управление процесса, ми приработки тихоходных зубчатых передач следует производить путем воздействия на граничные процессы взаимодействия масло-металл, а не на гидродинамические показатели режима.

3. Исследованиями подтверждены найденные ранее основные закономерности приработки при ступенчатом увеличении нагрузки и малых скоростях качения:

— постоянство конечных значений толщины смазочного слоя на всех этапах приработки, что связано с особенностями возрастания пятна контакта и постоянством давлений в контакте ;

— снижением конечных значений толщины смазочного слоя после достижения наибольших возможных размеров пятна контакта и минимальной шероховатости.

4. Увеличение скорости ск. ольяения сокращает время выглаживания трущихся поверхностей и образования пятна контакта, но увеличивает время качественной приработки.

5. Повышение температуры приработки до наибольших рабочих /100°/, несмотря на сопровождающее нагрев снижение вязкости масел, к сокращению времени приработки при малых скоростях качения под ступенчато возрастающей нагрузкой не приводит из-за образования высокотемпературных граничных смазочных слоев типа СОП, интенсивно снижающих интенсивность изнашивания.

6. Использование эффекта ухудшения смазочного действия /снижения толщины смазочного слоя/, наблюдающего с я при контактном трении в диапазоне температур 50−70° существенного ускорения приработки не вызывает из-за временного характера этого ухудшения.

7.

Введение

присадок и насыщение масел газами в условиях тихоходных зубчатых передач позволяет сокращать время приработки и повышать ее качество при разных режимах приработки /с изменением нагрузки, скорости/ и может быть использовано как дополнительное средство оптимизации приработки.

8. Приработка при малых скоростях качения в условиях отрицательных температур, вследствие образования смазочных слоев большой толщины, протекает медленно. Ускорение может быть достигнуто применением присадок ПАВ, 35 и др., снижающих толщину смазочного слоя.

9. Режим ступенчатого увеличения скорости при постоянной нагрузке не создает условий для качественной приработки.

10. Приработка со ступенчатым уменьшением скорости и постоянной нагцузке столь же эс^ективна, как и пшработка со ступенчатым.

X О, А а * X х V увеличением нагрузки и постоянной скорости, подчиняется тем же основным закономерностям. Преимуществом такой приработки является ушэошение обошлования /притботочных стендов/, т.к. отпадает с^'ХТ х"/'" 1 X ->~ необходимость в сложных юегтлитуу’емьтх нагрмжаюших устройствах. f ' J. t/ j. 4J J. V i tJ x.

II. Выполнение исследования позволила разработать принципиально новый режим для приработки — с частыми остановками при постоянной величине нагрузки. Испытания показали, что предлагаемый режим позволяет сократить время приработки в несколько раз. Новый режим можно рекомендовать вместо общепринятого режима с увеличе-ни ем нагруз ки.

— L U.