Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

нять на машинах пульсаторного типа при знакопостоянном цик­ ле с небольшим коэффициентом асимметрии.

При проведении сравнительных испытаний для выявления влияния того или иного фактора на циклическую прочность зуб­ чатых колес обычно строят графики зависимости числа циклов нагружения N от изгибающих напряжений о. Желательно про­ водить испытания на базе 10 млн. циклов, так как в реальных передачах число цплов напряжений зубьев колес обычно превы­ шает эту цифру.

Рис. 82. Схема нагружения при определении долговечности зубчатых колес на установке Харьковского политехнического института

Испытания на выносливость с помощью пульсатора при базе испытаний 5—10 млн. циклов требуют много времени. Большая производительность исследований может быть достигнута при применении специальных испытательных стендов. В Харьков­ ском политехническом институте им. В. И. Ленина спроектиро­ вана высокопроизводительная установка, позволяющая испыты­ вать зубчатые колеса на изгиб зубьев при любом положитель­ ном коэффициенте асимметрии. Установка состоит из испыта­ тельной машины, измерительных средств с регистрирующей аппаратурой и тарировочного устройства. Основным узлом испы­ тательной машины является нагружатель инерционного типа, возбуждающий рабочую силу и имитирующий реальные усло­ вия зацепления зубчатой пары колесо — рейка (рис. 82). На ма­ шине установлены четыре нагружателя. Одновременно испы­ тывают восемь зубчатых колес. Нагружение зубьев производит­ ся Т-образным рычагом 3 со сменными шлифованными накладками 4, сидящими на оси 5. Испытуемые зубчатые коле­ са 6 расклинены прижимными планками 8 с помощью болтов

7. В вилке нижнего конца рычага 3 на оси 10 на двух радиаль­ ных шарикоподшипниках насажен диск 2, ступицы которого служат ведомым шкивом клиноременной передачи 11. На диске 2 укреплен груз 1, являющийся неуравновешенной массой. Час­ тота вращения диска 3000 об/мин. Возникающая при этом пере­ менная по направлению центробежная сила передается на зуб испытываемого колеса.

Вследствие изменения веса груза и его положения на диске, а также вследствие прижатия к зубчатым колесам планок 8 при регулировке силы затягивания болтом 7 можно получить асим­ метричный цикл нагрузки на зубья с любым положительным ко­ эффициентом асимметрии от 0 до 1 с наибольшей рабочей си­ лой. Каждый рычаг нагружателя снабжен автоматическими вы­ ключателями 9, отключающими двигатель после поломки зуба испытуемого колеса.

Напряжения, возникающие в материале зуба, подсчитыва­ ются по тангенциальной силе, действующей на зуб и измеряемой с помощью электрических проволочных датчиков сопротивле­ ния по соответствующим деформациям. Четыре датчика наклеи­ вают на зуб нагружателя. Регистрация процесса производится визуально, по экрану осциллографа или по записи на фото­ пленку.

Натурные испытания для определения долговечности зубча­ тых колес часто проводят на специальных машинах, работаю­ щих по замкнутому методу. На этих машинах устанавливают две или более одинаковые пары зубчатых колес с общим переда­ точным отношением і = 1. Нагрузка на зубчатую пару создает­ ся с помощью динамометра кручения в состоянии покоя.

Для приведения испытуемых пар во вращение служат моторвесы, представляющие собой шунтовой электродвигатель посто­ янного тока мощностью 4,2 кВт с номинальным числом оборотов 1400 в минуту. Статор двигателя подвижно укреплен в двух сферических шарикоподшипниках, наружные кольца которых закреплены в стойках так, что двигатель может качаться отно­ сительно своей оси. Уравновешивая статор гирями, можно оп­ ределить момент на валу двигателя, идущий на преодоление сил трения по всей системе.

Созданы стенды для обкатки и испытания зубчатых и чер­ вячных передач большой мощности по замкнутому методу, пре­ имущества которого заключаются в значительном снижении мощности приводного электродвигателя и упрощении тормоз­ ных устройств.

Очень часто необходимо определить влияние смазочных ма­ сел на работу и долговечность зубчатых колес. Для таких испы­ таний созданы специальные установки. В установке лаборато­ рии горной механики Института горного дела АН СССР состав и свойства масла определяются методом радиоактивных изото­ пов при активировании их специальными вставками из изотопа

Ag110. На головке каждого зуба для вставок делают по четыре отверстия.

Для испытания червячных передач ЦНИИТМАШ исполь­ зовал установку, с помощью которой определяли износ и измене­ ние к. п. д. червячных передач в зависимости от нагрузки кру­ тящим моментом М и отношения мощности N к частоте вра­ щения п при различных сочетаниях материалов червячной пары и различных способах упрочнения. Результаты испытаний при­ ведены на рис. 83. Кривые 1, 2 и 3 характеризуют изменение

Ч.%

п

имеет беспористое хромовое покрытие (первый случай), пористое хромовое покрытие с мелкой сеткой каналов (второй случай), пористое хромовое покрытие с крупной сеткой каналов (третий случай). Кривая 4 относится к случаю, когда зубчатое колесо изготовлено из бронзы Бр.АЖ 9-4, а червяк — из улучшенной стали 45 без покрытия.

Наибольший к. п. д. (см. рис. 83) имеют червячные пары, у которых зубчатое колесо изготовлено из чугуна СЧ 18-36, а чер­ вяк покрыт пористым хромом с крупной сеткой каналов.

При определении износостойкости зубчатых колес, как и других деталей машин, предварительно производят их прира­ ботку, а затем основное испытание. Во избежание задиров на­ гружение при приработке и основном испытании следует произ­ водить ступенями. Испытание прекращают при появлении зади­ ров или других дефектов. Результаты испытаний зубчатых колес на контактную выносливость в зависимости от изменения того или иного параметра, характеризующего качество зубчатого ко­ леса, представляются в виде соответствующих кривых.

Определение долговечности шарнирно-болтовых соединений.

Многие машины и механизмы выходят из строя вследствие из­ носа шарнирно-болтовых соединений. В настоящее время прово­ дятся большие работы по повышению надежности этих сое­ динений путем выбора наиболее износостойких материалов, улучшения конструкции и повышения уровня технической эксплуатации, а также упрочнения рабочих поверхностей де­

талей.

Шарнирно-болтовые соединения работают при высоких удельных нагрузках, малых скоростях скольжения, низкой и вы­ сокой температуре поверхностей трения, граничных условиях смазки и часто в присутствии на трущихся поверхностях абразив­ ных частиц. Наиболее характерны для шарнирно-болтовых сое­ динений следующие виды износа: абразивный в результате дис­ пергирования отдельных участков поверхности трения и молеку­ лярного схватывания и износ поверхности в результате трения и коррозии.

При конструировании и в процессе производства машин не­ обходимо проверять долговечность шарнирно-болтовых соеди­ нений. Для этой цели В. С. Борисовым, А. И. Прохоровым и Д. Н. Гаркуновым сконструирована машина 77МТ-2. При про­ ведении испытаний на этой машине следует иметь в виду, что износ болта или втулки сказывается на изменении нагрузки об­ разцов. Поэтому после приработки, не останавливая машину, необходимо отрегулировать нагрузку до заданной. При испыта­ нии угол поворота втулки относительно болта назначают в соот­ ветствии с условиями эксплуатации соединения, обычно около 50—60°. В процессе ипытания можно охлаждать узел нагруже­ ния H подводить смазку к испытуемым образцам. Износ прове­ ряют обычными средствами.

Для исследования износостойкости, надежности шарниров во ВНИИМЕТМАШе разработана машина для одновременного испытания четырех шарниров при качательном движении в су­ хой или мокрой абразивной среде. В машине использован прин­ цип действия установки для испытания на изнашивание шарни­ ров гусениц тракторов в среде сухого абразива.

Конструкция машины позволяет исследовать долговечность шарниров и определять влияние на износ и долговечность дав­ ления, размеров шарнира, угла качания шарнира, скорости скольжения, материала пары, твердости, поверхностных покры­ тий, шероховатости поверхности, характера абразива, зазоров, способов защиты шарнира от загрязнения.

Прочность многих материалов при длительном действии ста­ тической нагрузки даже при температуре, близкой к комнатной, значительно ниже, чем при кратковременном действии. Такое явление получило название усталости или замедленного разру­ шения. Разрушение считается замедленным, если оно наступи­ ло за время более значительное, чем необходимое для развития упругой деформации.

В связи с тем, что случаи самопроизвольного разрушения

приспособление для исследования склонности болтов к замед­ ленному разрушению.

Перед началом испытания приспособление в собранном виде

ной силы, которую необходимо сообщить образцу. При достижении необходимой нагрузки гайку испытуемого образца затягивают и сжимающую нагрузку снимают; после этого обра­ зец начинает воспринимать разрывную силу, которая регистри­ руется на шкале индикатора. С помощью описанного приспо­ собления можно испытывать болты и другие подобные детали на замедленное разрушение как в нормальных, так и в специ­ альных условиях. В другом случае приспособление с образцом помещают в камеры, где поддерживаются требуемые для выпол­ нения эксперимента специальные условия (температура, влаж­ ность, давление).

Описанные выше исследования позволяют установить экономически целесообразный срок службы изготовленных деталей машин с учетом их физического изнашивания, стоимо­ сти ремонта и морального старения, на основе этого определяют показатели оптимальной долговечности по отдельным деталям, сборочным единицам и машинам.

Определение долговечности отдельных деталей и сборочных единиц сложных машин в эксплуатационных условиях. При вы­ боре оптимальной долговечности машин необходимо учитывать

вэксплуатационных условиях или в условиях, приближающихся

кэксплуатационным.

На машине вертикального типа Всесоюзного научно-исследо­

локомотива.

В установке для определения долговечности станины станка типа 1А62 или 1К62 основной базовой частью и в то же время испытуемой деталью служит станина. Долговечность станин станков лимитируется износом направляющих, изнашивающим элементом которых является каретка станка.

Для получения сравнительных данных по долговечности станин с различным качеством поверхностного слоя и материала направляющих создают два отдельных участка на этих направ­ ляющих, например один незакаленный, а другой закаленный или

упрочненный каким-либо способом. В этом случае на каждом из участков направляющей устанавливается своя каретка, однако обе они имеют одинаковую нагрузку и смазку и перемещаются синхронно, с одной и той же скоростью.

На верхней части каретки устанавливается груз необходи­ мого веса. Каретка перемещается по станине со скоростью

ческим счетчиком, включение которого производит блокприставка одного из магнитных пускателей электродвигателя.

Износ направляющих определяют двумя способами — инди­ катором, закрепленным на стойке специального мостика, и при помощи лунок, нанесенных на направляющие. Износ ходового винта измеряется специальным приспособлением. Эта установка является простым и универсальным устройством для исследо­ вания долговечности станин, ходовых винтов и маточных гаек кареток токарных станков, позволяющих максимально прибли­ зить условия испытаний к реальным эксплуатационным условиям.

Кроме установки для исследования долговечности станин и кареток на заводе «Красный пролетарий» были разработаны

ивнедрены установки для испытания надежности в условиях,, близких к производственным, поперечного винта каретки, меха­ низма управления фартуком, переборной рукоятки передней бабки станка, механизма набора величины подачи.

Влаборатории износостойкости Института машиноведения АН СССР разработан прибор для вырезания и измерения лунок. Прибор позволяет определять износ по методу вырезных лунок цилиндровых втулок двигателя 2Д-100 и других судо­ вых и тепловозных двигателей, у которых диаметр втулки бо­ лее 207 мм.

Спомощью такого прибора определяют износ в условиях эксплуатации. При этом с двигателя снимают верхнюю крышку

иверхние шатуны (коленчатые валы не удаляют) и приборвводят в цилиндровые втулки сверху при максимальном удале­ нии шатунной шейки вала от вертикальной оси цилиндровой втулки.

Вкачестве примера установки для испытания деталей и сбо­ рочных единиц на долговечность в эксплуатационных условиях при высокой температуре может служить установка для испы­ тания турбинных лопаток при температуре 850° С. Установка разработана в ЦНИИТМАШе. Установка представляет собой'