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

тилятора внутренними эвольвентными шлицами входит в зацепле­ ние со шлицами вала ротора турбины. При таком расположении опор в процессе сборки трансмиссии возможно несовпадение осей валов турбины и вентилятора, что может нарушить расчетные ус­ ловия работы шлицевого соединения, делая их более тяжелыми.

Вал ротора турбины ранее изготовляли из стали 12Х2Н4А, а вал ротора вентилятора — из стали 18ХНВА. Шлицы покрывали медью. При эксплуатации турбогенераторных установок были слу­ чаи полного износа шлицев (рис. 38).

иногда довольно интенсивное.

Так же, как и у вала-рессоры, распределение износа по боковой поверхности шлицев валов турбогенераторных установок неравно­ мерное: у концов соединения износ более высокий, чем в средней части. У головки шлица износ больше, чем у ножки. Величина максимального износа азотированных и серебряных шлицев ва­ ла турбины на 2500 циклов работы в известных нам случаях до­ стигала 0, 55 мм.

Исследования изношенных поверхностей шлицев различных авиационных деталей показали повышенную, против начальной, шероховатость, они были испещрены кавернами, покрыты слоем окислов. В зонах максимального износа шероховатость поверхно­ сти была значительной. В этих зонах, особенно у сильно изношен­ ных шлицев, наблюдали очаги схватывания, налипание частиц ме­ талла, вырванных при схватывании со смежной детали, а так­ же царапины абразивного происхождения. Степень окисления ме­ талла в этих зонах была незначительна. В зонах шлицев, где линейный износ минимальный, а также у шлицев с незначитель­ ным общим износом шероховатость поверхности была менее суще­ ственна, очагов схватывания почти не наблюдалось. Наиболее за­ метно проявлялись явления окисления: вся поверхность контакта сплошь покрывалась окислами темно-серого и темно-коричневого цвета.

Состояние изношенных поверхностей шлицев свидетельствова­ ло о. протекании при изнашивании даже в пределах одного шлица различных процессов разрушения металла. В зонах максималь­ ного износа доминирующими являлись процессы схватывания, а

68

там, где износ был минимальным, преобладали усталостно-окис­ лительные явления.

•На неупрочненных химико-термической обработкой шлицах в поверхностных слоях на глубину 100—150 мкм наблюдалось не­ которое повышение твердости при изнашивании. Величина упроч­ нения составляла 70—95 кГ/мм2. Непосредственно выходящие на поверхность слои толщиной до 10 мкм имели обычно несколько пониженную твердость, что говорило об одновременном протека­ нии при изнашивании процессов упрочнения и разупрочнения ма­

териала, шлицев в тонких слоях.

При электронно-микроскопическом исследовании в поверхно­ стном слое изношенных шлицев выявлялась пластическая дефор­ мация материала, вырывы его, интенсивное окисление деформи­

в случае изнашивания шлицев с небольшой интенсивностью про­ цесс в основном идет за счет окислительных явлений, разрушения пленок окислов и абразивного воздействия продуктов окисления на металл. При интенсивном изнашивании доминирующими яв­ ляются процессы схватывания металлов, разрушения образовав­ шихся связей, налипания вырванных с одной детали частиц ме­ талла на другую, абразивного воздействия их па исходную деталь. При многократном нагружении шлица возможно усталостное раз­ рыхление металла, которое при определенных условиях трения может стать одним из ведущих процессов разрушения поверхно­ сти.

3. ПРИЧИНЫ ПОВЫШЕННОГО ИЗНАШИВАНИЯ ШЛИЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Анализ состояния поврежденных износом боковых поверхнос­ тей шлицев различных шлицевых деталей, изготовленных из раз­ личных материалов, работавших в разных условиях смазки и внешнего силового' воздействия, позволил прийти к выводу о су­ ществовании единой определяющей причины пх интенсивного из­ нашивания, связанной с качеством контактирования шлицев в собранном узле.

изнашивание деталей происходит тогда, когда одна деталь перемещается под нагрузкой по поверхности другой детали. Повидимому, и в шлицевых соединениях возможно существование условий, при которых на поверхностях контакта возникают высо­ кие удельные давления, значительно превышающие расчетные, и заметные перемещения поверхностей относительно друг друга! Такие условия создаются в шлицевой паре, если оси ее деталей не совпадают, т. е. если при сборке допущено радиальное смеще­ ние осей деталей или их перекос.

Если шлицы соединяемых деталей изготовлены идеально точ­ но, а сборка пары выполнена так, что геометрические оси деталей совпадают, то при передаче крутящего момента с ведущего вала

69

на ведомую деталь все шлицы вала войдут в соприкосновение со шлицами детали и будут передавать нагрузку равномерно. Кон­ такт шлицев будет происходить по прямоугольным площадкам длиной, равной длине соединения. Материал шлицев будет рабо­ тать на смятие.

Это теоретический случай. В конструкторских расчетах шли­ цев на смятие учитывают неравномерность распределения нагруз­ ки между шлицами, вводя поправочный коэффициент 0,7—0,8.

Как показано в работах [2 и 38], при перекосе осей соединяе­ мых деталей вся нагрузка будет передаваться только через два противоположных шлица. Эти шлицы к тому же будут контакти­ ровать не но всей длине, а только на небольших участках, распо­ ложенных по концам соединения. Контакт одного из шлицев будет находиться у одного конца соединения, а диаметрально противо­ положного— у другого. При вращении деталей в контакт пооче­ редно будут вступать другие пары шлицев. За один оборот вала каждый шлиц дважды вступает в .контакт со шлицем охватываю­ щей детали: первый раз контакт будет у одного конца сопряже­ ния, второй раз — у другого. По мерс изнашивания зона контакта увеличивается п удельное давление в контакте снижается.

При радиальном смещении осей деталей вся нагрузка от пере­ даваемого крутящего момента в непрнработавшсмся шлицевом

талей будет поочередно нагружаться каждый шлиц, т. е. при вы­ ходе из зацепления одного шлица будет входить в контакт сле­ дующий и т. д.

Как видно, при несовпадении осей соединяемых шлицевых де­ талей происходит резкое уменьшение площади их соприкоснове­ ния, что ведет к возрастанию давления в точках фактического контакта. Высокое давление и скольжение в контакте создают условия для изнашивания шлицев.

В создавшихся условиях начинает приобретать значение смаз­ ка трущихся поверхностей, как и в обычных узлах трения. И хотя, ■не устранив несоосность деталей, видимо, нельзя добиться полной ликвидации износа шлицев, тем не менее рациональный выбор смазки, упрочнение поверхностей может в той или иной степени уменьшить скорость изнашивания, отдалить момент наступления недопустимого износа.

Скорость скольжения шлицев относительно друг друга при прочих равных условиях возрастает с увеличением угла перекоса осей соединяемых деталей. На рис. 39 представлены графики из­ менения скорости относительного скольжения шлицев в соедине­ нии вала-рессоры с ведущим зубчатым колесом центрального при­ вода (при длине сопряжения 15 мм) в зависимости от угла пово­ рота ведущей детали для трех углов перекоса осей деталей. Из рисунка видно, что при наличии перекоса осей в шлицевом соеди­ нении возникают довольно высокие скорости скольжения и тем больше, чем значительнее перекос [38].

70

При наличии радиального смещения осей скорость относитель­ ного перемещения точки контакта в шлицевой паре оказывается пропорциональной величине смещения и угловой скорости враще­

раблева [38].

Для экспериментального подтверждения влияния качества сборки на изнашивание шлицев нами, совместно с М. Е. Хаймзоном, были проведены испытания шлицевых пар, собранных с раз­ личным взаимным расположением осей охватывающей и охваты­ ваемой деталей. Испытания проводили на специально разрабо­ танном А. И. Кораблевым стенде, схема которого показана на

лена на шариковых подшипниках переходная обойма 5, приводи­ мая іво .вращение от ведомого вала через карданную муфту. ,В обой­

71