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

Наряду с этим в практике эсплуатации техники приходится наблюдать случаи, когда даже при весьма незначительной рас­ четной номинальной погонной нагрузке происходит интенсивное изнашивание шлицев. При этом на других объектах того же типа техники, в той же шлицевой паре износа почти не обнаруживается, а при исследованиях изношенных деталей никаких отклонений в качестве материала, химикотермической' обработке шлицев не выявляется. Изнашивание в этих случаях также происходит при фреттинг-коррозии, но уже с доминирующими адгезионными и аб­ разивными процессами. На поверхностях изношенных шлицев на­ блюдаются язвенные углубления, налипание частиц металла смежной детали, риски абразивного происхождения, продукты окисления металла.

Процесс изнашивания и его интенсивность определяют в этих случаях схватывание металлов на локальных участках контакта, разрывы образующихся связей, а также абразивное действие на­ липших упрочненных частиц металла.

До настоящего времени причины иногда повышенного изнаши­ вания шлицев в шлицевых парах были недостаточно ясны. Вслед­ ствие этого меры борьбы с износом не имели должного обоснова­ ния и часто носили эмпирический характер. Устранять повышен­ ный износ шлицев пытались увеличением длины шлицевого сопряжения, введением более крупных шлицев, повышением твер­ дости поверхностного слоя их материала, улучшением смазки пары трения, а также применением различных гальванических покрытий и т. д. При этом назначение тех или иных мер не увя­ зывалось с характером процессов, происходящих на поверхностях трения. Вследствие этого принимаемые меры давали некоторый положительный эффект, несколько повышали износостойкость шлицев и увеличивали долговечность шлицевых пар, но не приво­ дили к кардинальному решению вопроса. В шлицевых парах с усиленными шлцами и улучшенной смазкой приходилось наблю­ дать столь же интенсивное изнашивание, что и в неусиленных. Иногда шлицы изнашивались полностью за короткий период ра­ боты, что приводило к разрыву кинематической цепи сопрягаемых деталей.

2. ХАРАКТЕР ИЗНАШИВАНИЯ И ВЕЛИЧИНА ИЗНОСА ШЛИЦЕВ

Изнашивание шлицев (интенсивность процесса, характер и то­ пография износа) наиболее удобно рассмотреть на примере шли­ цевых соединений вала-рессоры турбовинтового двигателя. Этот вал имеет достаточно крупные шлицы и значительную длину шли­ цевого сопряжения, а это позволяет оценить не только абсолют­ ную величину износа, но и распределение его по поверхности тре­ ния, выявить зоны повышенного износа, ведущий и сопутствую­ щие процессы разрушения поверхности. Вместе с этим достаточно большой ресурс работы двигателей данного типа до ремонта и между ремонтами, а также значительное число этих двигателей,

S3

эксплуатирующихся в различных климатических районах страны,, позволяют получить более точные данные по износу шлицев даже при малой интенсивности их изнашивания, использовать статисти­ ческие методы обработки результатов наблюдении. Кроме того, вал-рессора имеет три шлицевых сопряжения со смежными дета­ лями, что весьма удобно для накопления статистического материа­ ла и оценки влияния условий работы.

Вал-рессору (рис. 33) изготовляют из стали 40ХНМА и тер­ мически обрабатывают. Имеющиеся на концах ее шлицы азотиру­ ют на глубину 0,5-0,8 мм и, как правило, покрывают слоем элек­ тролитическом меди. Шлицы переднего конца вала 1 входят в за­ цепление со шлицами ведущего зубчатого колеса редуктора, а

Рис. 33. Общий вид вала-.рессоры

шлицы заднего конца 2 зацепляются со. шлицами ступицы диска первой ступени ротора компрессора. Кроме того, на шлицы зад­ него конца вала (зона А) устанавливают ведущее коническое зуб­ чатое колесо центрального привода агрегатов, расположенных на лобовом картере двигателя.

Ведущее зубчатое колесо редуктора и коническое колесо цент­ рального привода изготовляют из стали 12Х2Н4А, шлицы колеса редуктора цементируют (HRC58). Шлицы конического колеса име­ ют твердость материала HRC32—41.

Диск первой ступени компрессора изготовляют из стали Х17Н2 (HRC33—39).

В процессе работы двигателя происходит изнашивание шли­ цев всех трех шлицевых соединений. Иногда величина износа пос­ ле отработки двигателем межремонтного ресурса является значи­

и высоте1. Износ шлицев вала-рессоры, контактирующих со шли­ цами ведущей шестерни редуктора, имеет наибольшие значения у торцов шлицевого соединения. В средней части шлицев по их длине наблюдается минимальный износ. Больше изнашивается часть шлица, примыкающая к его вершине. В зоне ножки шлица износ минимальный.

Аналогичным образом распределяется износ по поверхности шлицев вала-рессоры в шлицевом соединении его с ротором ком­ прессора: максимальный износ — у концов соединения, минималь­ ный— в средней его части (рис. 34).

1 Подбор фактических данных по износу и статистические исследования вы­ полнены совместно с М. Е. Хаймзоном.

63

Несколько иная топография износа шлицев наблюдается в сое­ динении вала-рессоры с конической шестерней центрального при­

ты в наиболее іподверженной изнашиванию зоне шлицев достигала иногда одного и более миллиметров.

Данное шлицевое соединение имело длину 15 мм.' Погонная нагрузка, действующая на шлицы от передаваемого крутящего момента, при условии его равномерного распределения между шлицами и по их длине составляла порядка 5 /<Г/см. Позднее длина шлицевого соединения была увеличена до 25 мм. Однако

64

ляров деталей изнашивались так же интенсивно, что и укорочен­ ные, и величина их износа при отработке межремонтного ресурса была иногда боле 1 мм (рис. 35).

Малоэффективным оказался и дополнительный подвод смазки в трущуюся пару.

Износ шлицев вала-рессоры, сопрягаемых со шлицами ступи­ цы первой ступени ротора компрессора, за 5 тыс. ч работы дости­ гал иногда 0,4 мм при среднем износе 0,22 мм. Зависимость уве- лпчения'-велнчины износа шлицев этого соединения от продолжи­ тельности работы вала-рессоры показана на рис. 36. Средняя кривая изнашивания обозначена сплошной линией, верхняя дове­ рительная граница поля рассеивания — пунктирной. Из рисунка видно, что эта зависимость носит экспоненциальный характер.

Рис. 36. Износ (6) шлицев вала-рессоры, соединяемых с ротором компрессора, в завнс-пдіостіг от’продолжительности работы (/)

Износ шлицев ротора компрессора за тот же период работы достигал 0,30—0,35 мм при средней величине его 0,12 мм.

Шлицы переднего конца вала-рессоры, сопрягаемые с ведущей шестерней редуктора, изнашивались за 4,5—5 тыс. ч работы в среднем до 0,18 мм. В отдельных наиболее неблагоприятных слу­ чаях износ йх достигал' 0,35 мм. Аналогичный по величине износ

был и у шлицев шестерни редуктора. Зависимость величины изно­ са шлицев этого соединения от наработки носила также экспонен­ циальный характер.

Статистическая обработка результатов измерении показала, что распределение износа шлицев деталей, как правило, подчи­ няется нормальному закону. Процесс изнашивания носит случай­ ный характер и, как это видно из рис. 36, обладает большим рас­ сеиванием. Последнее свидетельствует о существенно различных условиях изнашивания у разных экземпляров одноименных шли­ цевых соединений. Имея в виду, что спектр и величина передавае­ мого крутящего момента у разных экземпляров шлицевых соеди­ нений примерно одинаковы, качество изготовления шлицев во всех случаях соответствовало заданным техническим условиям, а тем­ пературный режим и условия смазки также одинаковы, объяс­ нить подобное рассеивание величины износа, видимо, возможно только различными условиями контактирования шлицев в соеди­ нении.

С увеличением времени работы шлицевого соединения непре­ рывно рос износ шлицев деталей (табл. 4). Скорость изнашивания вначале была высокая, затем постепенно уменьшалась, что гово­ рило о приработке пары, а после в течение длительного периода установившегося изнашивания эта скорость постепенно возраста­ ла. Приработка продолжалась весьма длительное время 0000 я и более), что связано со специфическими условиями процесса из­ нашивания в шлицевой паре. На этапе установившегося изнаши­

Неуклонное возрастание скорости изнашивания шлицев после окончания приработки связано с изменением условий работы па­ ры и, в первую очередь, со снижением твердости упрочненного при изготовлении поверхностного слоя материала по мере удаления от поверхности шлица.

66

Интенсивное изнашивание шлицев вала-рессоры и сопрягаемых с ним деталей приводило к преждевременному забраковываншо их при ремонте. Полное изнашивание шлицев в сопряжении валарессоры с ведущей шестерней центрального привода являлось причиной прекращения передачи вращения к агрегатам, располо­ женным на лобовом картере двигателя.

Износ шлицев приводил к их обламыванию или даже разруше­ нию детали.

В этом случае в зоне перехода изношенной поверхности к не­ изношенной образовывался уступ, от которого при определенных условиях нагружения зарождались усталостные трещины. Такие трещины возникали иногда на шлицах переднего конца вала-рсс- соры. Зародившись в районе уступа, они приводили к усталост­ ному обламыванию части шлица. Затем от его острых кромок зарождались вторичные трещины усталости, развивались в ободе венца и в стержне вала-'рессоры.

Значительному изнашиванию подвергались при работе шлицы приводных рессор различных агрегатов систем самолетов и дви­ гателей. Причем эти рессоры были изготовлены из различных ста­ лей, шлицы их упрочнены способами химико-термической обработ­ ки— цианированием, азотированием.

Одновременно со шлицами рессор изнашивались и внутренние шлицы сопряженных деталей — шестерен, роторов. Иногда про­ цесс изнашивания протекал столь интенсивно, что шлицы полно­ стью изнашивались до истечения установленного агрегату ресурса и его приходилось заменять досрочно.

На рис. 37 показана трансмиссия турбогенераторной установ­ ки, состоящая из валов ротора турбины и вентилятора, соединяе­ мых с помощью шлицев. Опоры этих валов установлены в разных

Рис. 37. Схема трансмиссии турбогенераторной установки, собранном с перекосов осей роторов турбины н вентилятора: