Файл: Крылов К.А. Повышение износостойкости деталей самолетов.pdf

свойства. Для обеспечения нормального процесса трения доста­ точно нанесения на трущиеся поверхности пленки дисульфида молибдена толщиной поряда 10 мкм.

Наносят дисульфид молибдена на трущиеся 'Поверхности в ви­ де .комплексных паст. Пасту наносят на детали с помощью кистію распылением, или путем окунания в нее детали.

Положительным является добавление порошка дисульфида молибдена в жидкие смазочные масла.

Следует отметить, что универсальных методов повышения изно­ состойкости деталей шарниров предложить не представляется возможным. В выборе методов надо исходить из конкретных ус­ ловий работы узла, его конструктивного исполнения, вида взаимо­ действия, возникающего на поверхностях трения деталей в реаль­ ных условиях работы.

10. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗНОСА ДЕТАЛЕН ШАРНИРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В связи с непрерывным увеличением гарантийного и межре­ монтного ресурсов самолетов все более важное значение приобре­ тает вопрос прогнозирования линейного износа трущихся деталей,, в том числе и шарнирных соединений. Наличие приемлемых для инженерной практики методов прогнозирования позволило бы научно обоснованно определять достигаемые величины зазоров при установлении нового увеличенного ресурса самолета, опреде­ лять объем и сроки профилактических работ.

Изнашивание — сложный физико-химический процесс. Расчет деталей на изнашивание представляет весьма значительные труд- -ностіі, что связано с большим многообразием факторов, частослучайных, влияющих на процесс изнашивания и его интенсив­ ность.

Скорость изнашивания зависит от величины действующей на­ грузки, но определить ее для конкретной пары трения можно лишь приближенно. Фактические нагрузки в разных точках поверхности трения детали благодаря наличию макро- и мнкрогеометрических отклонений, а также разнообразию возможных положений детали в узле будут существенно различными. Нагрузки на шарниры шасси зависят от состояния взлетно-посадочных полос, особенно­ стей соприкосновения колес самолета с полосой при приземле­ нии и т. д.

Все перечисленные факторы, влияющие на процесс изнашива­ ния, носят случайный характер, многие из них не имеют количест­ венной оценки. Поэтому изнашивание деталей шарниров (как и других деталей) развивается как случайный процесс, и износ их при прогнозировании должен рассматриваться как случайная функция продолжительности работы самолета.

В последние годы делаются попытки изысканияметодов рас­ чета на изнашивание. В литературе [36, 43,. 61, 62] опубликован ряд формул, выражающих зависимость, между, длительностью

57

работы и износом детали. Однако, эти формулы учитывают, как правило, влияние на износ' одного-двух факторов при прочих неизменных условиях и практического применения в инженерных расчетах пока не находят. Имеющиеся в этих формулах коэффи­ циенты в справочной литературе отсутствуют, а специальное оп­ ределение их для каждого конкретного' случая затруднительно. В связи с этим применить данные методы расчета для прогнози­ рования износов деталей шарниров не представляется возможным.

Статистические исследования изнашивания шарниров шасси самолетов разных типов в процессе их эксплуатации подтвердили положение о том, что износ их является случайной функцией дли­ тельности работы и обладает большим рассеиванием. В связи с этим для прогнозирования износа шарниров целесообразно было применить вероятностные методы.

Для описания процесса изнашивания И. Б. Тартаковским [72, 73] предложена математическая модель, в которой матема­ тическое ожидание процесса выражается плавной кривой на про­ тяжении всего периода эксплуатации. В этой модели средняя кри­ вая износа на участке нормальной эксплуатации выражается экспоненциальным уравнением

где- б — средний текущий износ (зазор); бі — средний износ в про­ извольно выбранный момент времени t\ (Л должен быть больше периода приработки); t — текущее время работы; А и h —постоянные величины.

Проведенная нами проверка с использованием большого коли­ чества фактических данных по износу деталей шарниров шасси самолетов разных типов показала, что данная модель достаточно точно описывает процесс их изнашивания в реальных условиях службы и может быть использована для прогнозирования их из­ носа.

Используя эту модель, нами совместно с А. В. Серебряковым был проведен расчет интенсивности изнашивания (увеличения за­ зора) деталей шарнирных соединений основных и передней ног шасси турбореактивного самолета по результатам измерения де­ талей при ремонте и профилактическом техническом обслужива­ нии. Продолжительность работы деталей составляла от 1100 до 2100 посадок. Статистика была подобрана по 40 самолетам.

В период проведения расчета максимальные эксплуатационные зазоры в шарнирах шасси для данного типа самолетов еще не бы­ ли установлены. В связи с этим были приняты условные эксплуа­ тационные зазоры, величина которых определялась в зависимости от класса точности соединения: для соединений, выполненных по 2-му классу точности, предлагалось установить допуски на данный размер, соответствующие 3-му классу, а для соединений 3-го клас-

58

мой тележки шасси рассматриваемого самолета максимально допустимый зазор между втулкой штока и осью (см. рис. 18) бу­ дет равен'280 мкм, а длительность работы соединения до достиже­ ния данного зазора составит 2740 посадок.

В данном соединении диаметр отверстия втулок по чертежу

Фактические значения зазора в данном соединении при пос­ туплении самолетов на ремонт были подобраны по 75 стойкам шасси. Эти знамения составляли от 70 до 270 мкм.

Позднее по этой же методике было выполнено прогнозирова­ ние процесса изнашивания деталей шарниров шасси другого пас­ сажирского самолета в связи с увеличением его межремонтного ресурса1. Было установлено, что увеличение числа посадок само­ лета до ремонта шасси с 3 до 5 тыс. в большинстве шарниров не приводит к образованию недопустимого по величине зазора. Об­ разующиеся в этих шарнирах зазоры укладываются в допустимые ремонтные отклонения и не вызывают опасений снижения надеж-* ности работы деталей. Лишь в некоторых шарнирах, детали ко­ торых наиболее подвержены абразивным влияниям и выполнены преимущественно по 3-му классу точности, зазор к -концу отработ­ ки вновь установленного ресурса может достичь недопустимых ве­ личин. Во избежание этого было рекомендовано при ремонте шасси на увеличенный ресурс переходить в этих шарнирах к по­ садкам 2-го класса точности, что уменьшает интенсивность ихиз­ нашивания. При профилактическом техническом обслуживании самолета восстанавливать в этих шарнирах начальные зазоры не­ обходимо путем замены изношенных втулок или болтов на детали новые или ремонтного размера.

С использованием данной математической модели возможно решение двоякого рода задач: по заданному зазору определять ресурс работы шарнирного соединения или, наоборот, исходя из установленого ресурса определять, какой зазор может возникнуть в шарнире к концу ресурса.

Для прогнозирования изнашивания деталей шарниров на прак­ тике нужно иметь возможно большее количество измерений одно­ именных деталей, отработавших в эксплуатации различные по продолжительности сроки.

Измерения следует производить на всех самолетах с любой степенью износа деталей.

Метод измерения должен быть таким, чтобы погрешность из­ мерения не превышала воловины статистического интервала. При

1 Исследование выполнено И. Б. Тартаковскнм, Л. Г. Верховиным и авто­

ром.

59

неравномерном износе детали вдоль образующей и по окружности в расчет нужно брать максимальные отклонения размера. Детали шарнира, восстановленные при предыдущем ремонте гальванопок­ рытиями пли наплавками, из числа замеров следует исключать.

Глава III

и з н о с о с т о й к о с т ь

ШЛИЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ И ЕЕ ПОВЫШЕНИЕ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для передачи крутящего момента от ведущей детали к соосно расположеной ведомой в машиностроении часто используется соединение их с помощью шлицев, образованных на наружной (внутренней) цилиндрической поверхности деталей. Шлицы выполяются прямоугольного, эвольвентного, треугольного и трапе­ цеидального профиля.

В авиационных конструкциях наиболее часто используются соединения со шлицами эвольвентного профиля. При этом веду­ щую деталь или непосредственно соединяют с ведомой, или чаще всего используют для этой цели третье промежуточное звено — вал-рессору, имеющую шлицы на обоих концах. С помощью валрессоры передают крутящий момент от ротора к редуктору в тур­ бовинтовых двигателях, от ротора двигателя к главному редуктору вертолета, от ведущего звена двигателя к агрегатам масляной, топливной, гидравлической и других систем летательных аппара­ тов и двигателей и т. д. С помощью шлицев передают вращение от вала ротора турбины к валу вентилятора турбогенераторной установки, от вала винта на воздушный винт поршневого двига­ теля, от вала главного редуктора на несущий винт вертолета и т. д. Центрирование соединяемых деталей производят по боко­ вым поверхностям шлицев. Для компенсации возможных погреш­ ностей изготовления и сборки в шлицевой паре предусматривают боковые зазоры, величина которых зависит от типа и размера соединения.

Номинальная погонная нагрузка, действующая на шлицы от передаваемого крутящего момента, при условии его равномерного распределения между всеми шлицами и по длине сопряжения, как правило, относительно невелика, что должно служить гарантией надежной и длительной работы шлицевой пары. При теоретически правильном изготовлении шлицевых деталей, геометрически точ­ ной оборке пары, абсолютно жестких деталях изнашивания боко­

60

вых поверхностей шлицев с отделением с поверхностей контакта частиц металла не должно происходить. Материал шлицев в та­ ком соединении должен работать лишь на смятие и изнашивание их может быть только в связи с процессом пластического дефор­ мирования. При этом последнее, по-видимому, должно наблюдать­ ся только ів первый период работы пары, пока не произойдет обмятия выступов неровностей и выравнивания давления по поверх­ ности контакта.

Имея в виду высокую твердость поверхностного слоя материа­ ла шлицев (так как их обычно упрочняют химико-термической обработкой), малую шероховатость поверхностей и относительно небольшую погонную нагрузку на шлицы, следует полагать, что за счет обмятая выступов неровностей возможно весьма незна­ чительное увеличение бокового зазора в шлицевом сопряжении. По окончании процесса обмятая выступов и выравнивания дав­ ления шлицевое сопряжение должно работать весьма длительное время практически без увеличения зазора между шлицами.

Однако в реальных конструкциях дело обстоит несколько ина­ че. Вследствие неточностей изготовления и неблагоприятного сочетания допустимых при изготовлении отклонений в размерах деталей при соединении их в кинематическую цепь в шлицевой паре неизбежно возникает некоторая несоосность—'перекос осей или их радиальное смещение. Это ухудшает условия контактиро­ вания шлицев и резко сокращает площадь их фактического кон­ такта в любой момент времени.

Находясь в процессе работы под нагрузкой, детали упруго деформируются, в сопряжении происходят микроперемещения, что ведет к возникновению на контактирующих поверхностях шлицев своеобразного процесса повреждения, именуемого фреттинг-кор- розией.

Работа шлицевой пары в условиях, отличных от теоретических, приводит к изнашиванию боковых поверхностей шлицев ие толь­ ко вследствие пластического деформирования материала, но и от­ деления его частиц. Изнашивание происходит .при фреттинг-кор- розии с преобладанием тех или иных явлений: окисления, абразив­ ного воздействия, схватывания материала.

Анализ состояния поверхностей шлицев различных авиацион­ ных деталей после работы их в узле свидетельствует о том, что наиболее часто фреттинг-коррозия шлицев проявляется в устало­ стно-окислительном взаимодействии металлов, разрушении пленок окислов при трении, абразивном воздействии частиц окислов на металл. Изнашивание в этих условиях при обычно высокой твер­ дости поверхностного слоя материала шлицев характеризуется ма­ лой интенсивностью. Обеспечение длительной надежной работы таких шлицевых соединений должно, следовательно, заключаться в повышении окислительной фреттингостойкости материалов па-- ры средствами, которые обеспечивали бы образование на поверх­ ностях контакта износостойких вторичных структур.

61