Пара трения: вал - зубчатая муфта

Нагруженность пары трения

Контурное давление, возникающее в паре трения: вал - зубчатая муфта определяется по формуле:

, (3.7)

где D_н – величина натяга, м;

d – диаметр вала, м.

Величина контурного давления для минимального натяга D_н.min = 3 мкм определяется по формуле:

, (3.8)

, (3.9)

где d₂ – наружный диаметр ступицы, м;

d – диаметр вала, м;

Е – модуль упругости, МПа (для стали Е = 2,1 × 10⁵ МПа).

Тогда

Величину контурного давления для максимального натяга D_н.max = 68 мкм:

Возможный вид изнашивания

Так как данное сопряжение в паре трения высоко нагружено, то необходимо сделать проверку на реализацию внешнего трения. Для этого должно соблюдаться условие:

, (3.10)

где НВ – твердость по Бринеллю менее твердого тела, МПа;

D- комплексная характеристика шероховатости.

, (3.11)

где t₀ и b фрикционные характеристики определяются по таблице [9];

Р_с – контурное давление, МПа.

Условие внешнего трения выглядит следующим образом:

,

В данном случае Р_{с min} = 2,14 МПа, то есть необходимое условие внешнего трения выполняется.

Наиболее характерным видом износа в данном случае является фреттинг-коррозия. Этот вид износа наиболее распространен на посадочных поверхностях полумуфт, зубчатых колес, подшипников качения, в деталях кривошипно–шатунных механизмов.

На интенсивность процесса изнашивания существенное влияние оказывает количество циклов нагружения.

Характерным признаком процесса фреттинг-коррозии в подвижных соединениях являются наличие темных полос по границам сопряжения. В соединениях с натягом в месте контакта появляются продукты окисления от светло-красно-коричневого до темно-коричневого цвета.

Обоснование и выбор материала вала и муфты.

Предотвратить или замедлить развитие процесса фреттинг-коррозии можно путем повышения твердости одной из деталей.

Так как вал передает большой крутящий момент, то для него целесообразно выбрать материал с лучшими механическими свойствами, чем для муфты.

В соответствии с данным видом изнашивания для вала выбирается материал сталь 40ХН, s_в = 120 МПа, s_т = 95 МПа, HRC = 50.

Материал муфты – сталь 45, s_в = 120 МПа, s_т = 95 МПа, HRC = 48.

Упрочняющая обработка

Повышение твердости достигается применением термической обработки улучшения (закалка с высоким отпуском). Ожидаемые механические свойства после термической обработки s_в = 140 МПа, s_т = 115 МПа, HRC = 55.

Смазочный материал

Для замедления фреттинг-коррозии применяется смазочный материал с противоизносными присадками. В данном случае жидкую смазку применять нельзя, поэтому применяется пластическая смазка, закладываемая в муфту. Муфта смазывается при каждом ремонте.

3.1.3 Пара трения: вал-подшипник качения (3-я ступень тихоходного вала) цилиндрического редуктора

Контурное давление возникающее в паре трения вал-подшипник качения определяется по формуле:

, (3.12)

где D_н – величина натяга, м;

d – диаметр вала, d = 0,135 м;

D_{н min} = 3 мкм (посадка d Н7/p6).

Величина контурного давления для минимального натяга определяется по формуле:

, (3.13)

Е – модуль упругости, МПа (для стали Е = 2,1 × 10⁵ МПа).

Тогда

Определяется величина контурного давления для максимального натяга D_н.max = 68 мкм

Восстановление работоспособности узла трения вал – подшипник качения

При превышении величины износа допустимого значения предполагается следующие мероприятия по восстановлению работоспособности узла.

При износе посадочных мест под подшипники качения восстановление упрочнения поврежденной поверхности осуществляется физико-химическим способом упрочнения: электролитическое осаждение пленки (хромирование).

При износе подшипника производится его замена на новый.

Необходимо сделать проверку на реализацию внешнего трения. Для этого должно соблюдаться условие:

, (3.14)

где t_n = t₀ +b×НВ;

t₀ и b фрикционные характеристики определяются по таблице t₀ = 184 МПа;

b = 0,055; при НВ = 3410 МПа;

Р_с – контурное давление, МПа.

Условие внешнего трения выглядит следующим образом:

,

В данном случае Р_{с min} , то есть необходимое условие внешнего трения выполняется.

Наиболее подходящим видом износа будет являться фреттинг – коррозия. Этот вид износа наиболее распространен на посадочных поверхностях полумуфт, колес зубчатых подшипниках качения.

Обоснование и выбор материала вала

Для уменьшения износа и предотвращения других видов повреждений необходимо обеспечить повышенную твердость контактирующих поверхностей. В качестве материала вала выбирается сталь 45, s_в = 150 МПа, s_т = 80 МПа, HB = 2500 МПа.

Материал подшипника определяется по ГОСТ 8338-75.

Упрочняющая обработка

Повышение твердости достигается применением термической обработки улучшения (закалка с высоким отпуском). Ожидаемые механические свойства после термической обработки s_в = 210 МПа, s_т = 100 МПа. Вид закалки – поверхностная в смазке.

Смазочный материал

Для смазки подшипников качения при изнашивании фреттинг-коррозии используют смазочный материал с противоизносными присадками. Жидкий смазочный материал заливается в картер редуктора, смазка происходит постоянно путем разбрызгивания.