Экспериментальные исследования повышения долговечности подвижных сопряжений агрегатов трансмиссии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экспериментальные исследования повышения долговечности подвижных сопряжений агрегатов трансмиссии

Скичко Д.В., Сергеенков В.Е., Мищенко М.К.



Аннотация

Статья содержит данные о проведении экспериментальных исследований повышения долговечности зубчатых зацеплений агрегатов трансмиссии. В работе раскрыто содержание методики проведения экспериментальных исследований влияния различных присадок на триботехнические свойства повреждённых сопряжений. Разработан метод ускоренного определения величины линейного износа подвижных сопряжений, позволяющий значительно сократить время исследований. Предложенная методика расчёта линейного износа позволяет быстро и точно измерять величины износа деталей машин. Представленная методика проведения экспериментальных исследований долговечности зубчатых зацеплений позволяет существенно повысить эффективность оценки применяемых присадок в маслах, а также значительно сократить продолжительность экспериментальных исследований.

Ключевые слова: смазочная среда, триботехнические свойства, линейный износ, характеристики изнашивания.



Experimental studies of increasing the durability of movable joints of transmission units

Skichko D.V., Sergeenkov V.E., Mishchenko M.K.

Abstract

The article contains data on the conduct of experimental studies of increasing the durability of the gearing of transmission units. The paper reveals the content of the methodology for conducting experimental studies of the influence of various additives on the tribotechnical properties of damaged mates. A method has been developed for the accelerated determination of the magnitude of the linear wear of movable mates, which makes it possible to significantly reduce the research time. The proposed method for calculating linear wear allows you to quickly and accurately measure the wear of machine parts. The presented method of carrying out experimental studies of the durability of gears can significantly increase the efficiency of evaluating the additives used in oils, as well as significantly reduce the duration of experimental studies.

Keywords: lubricating medium, tribological properties, linear wear, wear characteristics.



Трансмиссионные масла применяют для смазывания агрегатов силовой трансмиссии - коробок передач раздаточных коробок и главных передач, представляющих собой зубчатые передачи: цилиндрические, конические, спирально-конические, гипоидные.

Зубчатые передачи смазывают, как правило, методом погружения и разбрызгивания масла или под давлением в сочетании с разбрызгиванием. Условия работы зубчатых передач характеризуются высокими удельными давлениями в местах контактов зубьев, относительно большими скоростями перемещения трущихся поверхностей и значительными контактными температурами. Трущиеся детали зубчатых переда работают, как правило, в режиме граничной смазки, поэтому для восприятия высоких нагрузок, масло должно обладать достаточно большой вязкостью и хорошими смазывающими, противоизносными и противозадирными свойствами.

По ГОСТ 23652--79 в зависимости от вязкости, области применения и состава установлено восемь марок трансмиссионных масел: ТСп-14,5; ТЭп-15; ТСп-10; ТСп-14; ТАп-15В; ТСп-15К; ТСп-14гип, ТАД-17и.

Для проведения экспериментальных исследований смазочная среда для испытаний (масло ТСп- 15К) была выбрана с учетом рекомендаций для отечественной техники.

Анализ комплексного влияния различных факторов на функциональные свойства многофакторной системы позволяет осуществить метод математического моделирования такой системы. Для получения интерполяционной модели смазочной композиции, которая представляет смесь присадки СПФ-ТР и трансмиссионного масла ТСп-15К, нами использован математический метод планирования многофакторного эксперимента.

Изменения свойств поверхностных слоев в процессе трения вызываются действием факторов, зависящих от исходного состояния этих слоев и условий эксплуатации.

К эксплуатационным факторам, влияющим на формирование рабочего состояния поверхностных слоев, относятся:

скорость перемещения; нагрузка;

температурный режим в зоне контакта; смазочная среда.

Усилия в агрегатах трансмиссии автомобилей передаются от одной детали к другой через большие опорные площади, но, кроме того, нередко встречаются сосредоточенные линейные или точечные контакты. Поверхностные слои металла находятся под циклическими нагрузками, вызывающими деформацию металла. Пластическая деформация локальных объемов поверхностных слоев металла способствует его упрочнению.

Трибохимические и трибофизические изменения, обусловленные введением присадки в трибосистему, фиксируются следующими оценочными параметрами: износ, температура смазочной среды, момент трения.

Профилограмма позволяет получить графическую запись рельефа изношенной поверхности, что дает возможность судить о распределении по ней износа.

Поскольку величина износа и температура смазочной среды по уровню значимости выделяются из выходных параметров и оцениваются количественно, целесообразно именно, их, принять за критерии оптимизаций выборе типа и количества присадки, иначе говоря, интенсивность износа и температура смазочной среды являются функцией входных параметров.

Методика лабораторных испытаний состоит из двух этапов.

На первом этапе решается задача определения наилучшей концентрации присадки СПФ-ТР в трансмиссионное масло ТСп-15К. С этой целью реализуется серия однофакторных экспериментов, в которых изменяемыми факторами являются: скорость скольжения и нагрузка, действующие на испытываемые образцы.

С целью выявления закономерных изменений, происходящих в трибосистеме «ролик - ролик» при варьируемых:

XI - V_ск - скорости скольжения; х₂ - Р - нагрузке;

х₃ - А - количестве присадки, вводимой в смазочную среду. был использован статистический метод планирования многофакторного эксперимента с применением линейного множественного регрессионного анализа, позволившего получить максимально приближенные математические модели влияния факторов на принятые оценочные параметры:

У! - I - износ поверхности образца; у₂ - Т⁰С - температура смазочной среды.

При проведении однофакторных экспериментов уровни варьирования назначали в таком количестве, чтобы можно было проследить за влиянием фактора на процесс во всем диапазоне.

Обработка экспериментальных данных производилась в соответствии с применяемыми методиками с использованием компьютерной программы <^ТАТВТГСА 6.0». Результаты однофакторных экспериментов позволили установить наиболее рациональную концентрацию присадки СПФ-ТР при скоростях скольжения в диапазоне от 1 до 4 м/с.

Обобщенные зависимости величины износа и температуры от процентного содержания присадки по результатам однофакторных экспериментов представлены на Рис. 1, 2.

Рис. 1. Зависимость величины износа от содержания присадки в масляной среде при скорости скольжения 1 м/с

Рис. 2. Зависимость температуры образцов, в установившемся режиме от содержания присадки в масляной среде при скорости скольжения 1 м/с

долговечность зубчатое зацепление трансмиссия

Дальнейшие исследования влияния скорости скольжения и нагрузки в режиме избирательного переноса на принятые оценочные параметры проводились путем многофакторного эксперимента.

На втором этапе оценивается влияние присадки при действии нескольких изменяемых факторов и определяются условия проявление триботехнических эффектов.

Поскольку противоизносный и антифрикционный эффекты при действии присадок к трансмиссионным маслам в испытаниях проявляются постепенно, то для выявления этих эффектов действия испытания должны быть достаточно длительными.

Так как для проявления противоизносных действий требуется не меньше 90 минут работы в условиях* смазки, время проведения* пар трения из стали 40Хсоставило 440 минут. Для компенсации влияния случайных погрешностей в эксперименте, каждый опыт проводили на 4-х образцах, что позволило получить более точные результаты и упростить процесс математической обработки.

Для проведения лабораторных испытаний и определения условий проявления триботехнических эффектов использовался «Состав полифункциональный для применения в агрегатах трансмиссии ВАТ (СПФ-ТР)». Приготовление смазочных композиций требуемой концентрации осуществлялось разбавлением СПФ-ТР базовым трансмиссионным маслом ТСП-15К.

Испытания проводились на триботехническом комплексе, на базе машины трения 2070 СМТ-1. Общий вид комплекса представлен на Рис. 3, а схема проведения триботехнических испытаний ролик - ролик - на Рис. 4.

Рис. 3. Триботехнический комплекс на базе машины трения 2070 СМТ-1

Рис. 4. Схема триботехнического комплекса на базе машины трения 2070 СМТ-1:1 - пара трения «ролик-ролик»; 2 - индуктивный датчик момента трения; 3 - датчик температуры; 4 - ванна для смазочного материала; 5 - усилитель;6 - регистрирующий прибор

Основными триботехническими характеристиками являются: суммарная линейная интенсивность изнашивания J_изн, момент трения М_тр и температура поверхности трения Т⁰С. Определение момента трения и температуры предусмотрено конструкцией машины трения 2070 СМТ-1.

Для измерения износа I используется прибор ПМТ-3 (Рис. 5). С его помощью измеряется износ образцов (ролик) через изменение длины диагонали лунки, затем рассчитывается интенсивность изнашивания J_изн.

Рис. 5. Прибор ПМТ - 3.

Образцы для испытаний, геометрические размеры которых представлены на Рис. 6, изготовлены из стали 40Х, используемой для производства шестерен силовых передач большинства марок автомобильной техники.



Термическая обработка образцов производилась по технологии предприятия - изготовителя серийных шестерен:

- цементация на глубину до 1,5 мм;

- твердость по HRC 60 - 62.

Для исключения ошибок в сериях опытов все образцы имеют одинаковые параметры шероховатости. Шлифованием и полированием на станке добивались следующих параметров микрорельефа поверхности: шероховатость поверхности по Ид = 0,3 - 0,5.

Окончательное шлифование производилось с обеспечением соответствия размеров и направления микронеровностей поверхности образцов реальной микрогеометрии поверхностей зубьев шестерен.

После установки образцов на валы машины трения под нижний образец устанавливается ванна емкостью 50 мл с маслом таким образом, чтобы он был погружён в масло не менее чем на одну треть диаметра.

Во время испытаний велось непрерывное наблюдение и запись основных параметров трения.

Длительность испытаний принималась равной времени выхода на установившийся режим трения плюс 1 ч при использовании базового смазочного материала. После прекращения испытания разгружались образцы, производилась повторная запись нулевого значения момента трения. Поверхности трения образцов подвергались осмотру с помощью агрегатного микроскопа, измерялись параметры шероховатости поверхности трения и сравнивались с исходными значениями. Затем выполнялось, взвешивание образцов на электронных лабораторных весах и рассчитывая весовой износ.

Среднее значение момента трения М_тр определяется по записи на ленте регистрирующего прибора по формуле:



где: L_М - показания прибора на ленте;

К_М - чувствительность прибора при измерении момента трения.

Значение коэффициента трения образцов в периоды установившейся скорости изнашивания при постоянных значениях температуры образцов и смазочного материала рассчитывается по формуле

где: Rp - радиус образца (ролик);

Р - сила взаимодействия поверхностей трения образцов.

По результатам измерений износа определяется удельная нагрузка по следующей формуле

где: а_i - линейный износ образца, измеренный микроскопом, мм;

Ь - ширина образца, мм.

Среднее значение температуры образцов (Т, °С) определяется по записи на ленте регистрирующего прибора по формуле:

где: 666 L_Т - показания прибора на ленте;

К_Т - чувствительность прибора при измерении температуры.

Оценку шероховатости поверхности, которая является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности деталей и оказывает влияние на их эксплуатационные показатели, осуществляли с помощью профилографа-профилометра модели 250 с точностью до 0,1 мкм с трехкратной повторяемостью через каждые 120⁰ (Рис. 7.)

Рис. 7. Профилограф-профилометр модель 250

Построение профилограмм поверхностей трения образцов осуществляли до установки образцов на машину трения и после испытания. Измерения проводились при условии, что профиль неровностей не выходит из диапазона измерений профилографа для выбранного увеличения. Скорость трассирования составляла 6 мм/мин, отсечка шага 0,08; 0,25мм; горизонтальное увеличение (ГУ) 200; вертикальное увеличение (ВУ) 10000. Результаты измерений регистрировались профилограммой в прямоугольной системе координат.

Износ образца, определяя по выведенной формуле

где: - I - линейный износ испытуемой детали;

L - длина диагонали до проведения эксперимента;

L₁ - длина диагонали после проведения эксперимента; а - угол отпечатка индентера.

В ходе проведения эксперимента был разработан и апробирован метод ускоренного определения величины линейного износа поверхностей деталей.

Метод основан на расчёте изменения данных диагонали отпечатка индентера (алмазной пирамиды), сделанного на поверхности испытуемого образца с помощью микротвердометра ПМТ-3 после проведения испытания на машине трения.

Методика измерения линейного износа включает следующие операции:

1. Подготовка поверхности проведения измерений (промывка образца в растворителе и обезжиривателе)

2. Нанесение на поверхности образца двух параллельных линий (насечек) для облегчения нахождения места внедрения индентера микротвердометра (Рис. 8)

Рис. 8. Нанесение насечек на роликах

3. Установка и фиксация образца на предметном столе микротвердомера (Рис. 9).

Рис. 9. Установка и фиксация образца на столе микротвердомера: 1 - пластилин



3. Получение 1... 2 отпечатков индентера на поверхности испытуемого образца в соответствии с методикой определения микротвёрдости (Рис. 10).

Рис. 10. Вид отпечатков, индентера на образце: 1 - насечки; 2 - отпечатки индентера

4. Определения и расчёт длины диагонали L отпечатка индентера с помощью винтового окулярного микрометра (Рис. 11).

Рис. 11. Винтовой окулярный микрометр

Длина диагонали отпечатка (Рис. 12) индентера рассчитывается по формуле:



где: L - (мкм); длина диагонали; п - число делений окулярного микрометра;

0, 00032 - цена деления шкалы окуляра микрометра, мкм.

Рис. 12. Определение длины диагонали отпечатка: 1 - отпечаток; 2 - диагональ отпечатка

Линейный износ испытуемой поверхности образца I будет равен уменьшенного длины диагонали отпечатка

Предложенная методика определения величины линейного износа выгодно отличается от метода измерения износа по глубине вырезанной лунки более точным и быстрым измерением величины износа детали.

Предложенная методика проведения экспериментального исследование триботехнических сопряжений апробирована при использовании в трансмиссионных маслах различных присадок отечественного и зарубежного производства. Её применение позволяет значительно сократить продолжительность экспериментальных испытание присадок в трансмиссионных маслах

Применение результатов экспериментальных исследований при техническом обслуживании и ремонте автомобильной техники в конечном итоге приведёт к увеличению эксплуатационного ресурса деталей и, как следствие, увеличению срока службы и надёжности автомобильной техники.

Список литературы /References

1. Кудрявцев П.И. Не распространяющиеся усталостные трещины. М.: Машиностроение, 1982. 171 с.

2. Сергеенков В.Е., Молоков И.Е., Скичко Д.В. Основы материаловедения и технологии металлов, 2021.

3. Сергеенков В.Е., Молоков И.Е., Скичко Д.В., Мартенс О.В. Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение», 2017.

4. Сергеенков В.Е., Молоков И.Е., Скичко Д.В., Никоноров ЛН.Научно-методические основы стандартизации и сертификации, 2020.

Размещено на Allbest.ru