LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Поліпшення експлуатаційних характеристик деталей приладів шляхом формування функціональних поверхонь з дискретно-орієнтованою топографією

вузла тертя "вал-втулка": втулка зі сплаву АК6, вал зі сталі 18Х2Н4МА.

Проведена оцінка триботехнічних характеристик пари тертя в експлуатаційних режимах і визначена допустима область А параметрів ДОТ поверхні тертя деталі з

АК6 з урахуванням допустимої потужності формування, несучої здатності і мастилоємності залежно від фізико-хімічних і механічних властивостей матеріалів, умов роботи (рис. 3).

Аналіз несучої здатності ДОТ поверхні деталі зі сплаву АК6 визначив максимально допустиму щільність лунок в залежності від глибини лунок і питомого тиску на поверхню. Показано, що максимальна щільність лунок глибиною 10 мкм при питомому тиску на поверхню деталі ~60 МПа не повинна перевищувати 16%.

Порівняно з оцінкою раціональної мастилоємності, доходимо висновку, що лунки глибиною 10 мкм при щільності Y 16% на поверхні АК6 з шорсткістю Ra ~ 0,8 мкм не забезпечать достатнє збільшення мастилоємності поверхні. Лунки глибиною 20 мкм і щільністю 26%, можуть забезпечити як несучу здатність, так і раціональне збільшення мастилоємності.

Для оцінки зміцнюючого ефекту формування ДОТ поверхні вибрано матеріал АК6. Оптимальна питома потужність формування ДОТ поверхні на матеріалі зі сплаву АК6 з границею текучості 300 МПа становить qmax = 3,239107 Вт/м2. Тривалість дії формуючого імпульсу tu = 4,210-2 с, визначена з частоти коливань ударного інструменту пристрою.

Максимально допустимі параметри ДОТ при формуванні поверхні тертя деталі визначаються границею текучості матеріалу поверхні. Чим менша границя текучості, тим менша потрібна потужність формування, тим більшу треба задати щільність і глибину лунок для досягнення оптимального зміцнення поверхні.

При виготовленні ДОТ поверхні на деталі з АК6 глибину і щільність нанесення лунок обирають з параметрів в області А. Аналіз отриманих результатів показав, що для визначення глибини та щільності лунок ДОТ, що забезпечують мастилоємність поверхні, необхідно враховувати її шорсткість. Підвищення несучої здатності поверхні та її надійності забезпечує зменшення робочого навантаження. Збільшення глибини та щільності лунок ДОТ при формуванні без перенаклепу поверхні можливе при зменшенні границі текучості матеріалу. Встановлено, що параметри шорсткості поверхні, щільність лунок, твердість зміцненої поверхні, питомий номінальний тиск в контакті впливають на інтенсивність зношування і коефіцієнт тертя ДОТ поверхні.

З результатів теоретичного аналізу трибологічних характеристик пари тертя "вал-втулка" в діапазоні експлуатаційних навантажень (рис. 4) прогнозується, що при збільшенні щільності лунок від 0 до 40 % лінійну інтенсивність зношування втулки можна зменшити до 2,4 разів, при навантаженні в 50 Н з 3,110-9 до 1,310-9, при навантаженні в 150 Н – з 7,710-9 до 3,210-9 за рахунок зміцнення поверхні та зменшення фактичної площі контакту. Формування ДОТ поверхні валу забезпечить зменшення інтенсивності зношування валу у 2 рази: з 9,410-8 до 4,710-8.

Прогнозується зниження коефіцієнту тертя до 1,5 разів в режимі рідинного тертя у рухомому вузлі з щільністю лунок ДОТ поверхні втулки Y = 40% за рахунок збільшення мастилоємності поверхні та зменшення фактичної площі контакту.

Запропонований метод формування ДОТ поверхні тертя є універсальним і перспективним для деталей рухомих вузлів, працюючих в різних режимах тертя.

В п'ятому розділі приведені результати експериментальних досліджень і отриманих математичних моделей по формуванню ДОТ поверхонь тертя у вузлі "вал-втулка" з заданими функціональними властивостями. Вивчено вплив параметрів ДОТ поверхні тертя і технологічних режимів її формування на мастилоємність, зносостійкість, антифрикційність, несучу здатність рухомого вузла, встановлені раціональні параметри ДОТ поверхні, що поліпшують експлуатаційні характеристики вузла. На основі порівняльного аналізу теоретичних і експериментальних досліджень в даному розділі вироблені рекомендації по використанню результатів роботи.

Дослідження ДОТ поверхні тертя втулки проводилось при щільності лунок Y в допустимому для матеріалу втулки діапазоні 10...40 %; глибині еліпсоїдної лунки h в допустимому діапазоні 0,01...0,04 мм. Нормальне навантаження Р на пару тертя вибрано в межах 60...140 Н, яке при заданій частоті обертання валу може забезпечити гідродинамічний режим тертя. До контрольованих, постійних у всіх експериментах факторів віднесені: матеріал втулки зі сплаву алюмінію АК6 (твердість поверхні по Віккерсу: НV @ 1,0 ГПа) і матеріал валу зі сталі 18Х2Н4МА (НV @ 3,2 ГПа або HRC ~ 55); параметри шорсткості поверхні втулки Ra = 0,32 мкм і валу Ra = 0,8 мкм; діаметр втулки і валу 40 мм, ширина втулки 22 мм; зазор між втулкою і валом 4 мкм, частота обертання валу 1420 хв-1. Використовувалось при терті мастило ХФ 12-16 ГОСТ 5546-86.

Як об'єкт випробувань вибрано вузол тертя, що складається зі спеціальної втулки і валу. На внутрішній поверхні тертя втулки формувалась дискретно-орієнтована топографія (рис. 5) із заданими параметрами.

На основі проведеного експериментального дослідження формування ДОТ поверхні отримана адекватна за F- критерієм Фішера математична модель залежності допустимої глибини лунок hдоп від параметрів: частоти обертання деталі при формуванні поверхні nд; твердості поверхні матеріалу деталі Н; шорсткості поверхні Ra, у вигляді:

.

Частоту обертання деталі отримаємо, шляхом перетворення формули до вигляду:

.

Порівняння результатів розрахунків за теоретичною моделлю (рис. 6) із результатами експерименту (рис. 7) показує задовільне співпадання режимів формування ДОТ поверхні. З результатів експерименту для формування ДОТ поверхні з глибиною лунок, наприклад 30 мкм, необхідно задати частоту обертання деталі із твердістю поверхні 0,8 ГПа близько 100 хв-1, а для деталі із твердістю поверхні 2,2 ГПа – близько 210 хв-1. Відносна похибка в діапазоні глибин лунок 18...30 мкм складає 1...10% в діапазонах твердості 0,8...1,4 ГПа та 2...2,2 ГПа.

В решті діапазону параметрів відносна похибка не перевищує 16%. Розбіжність в 16% значень nд, отриманих теоретичним способом – 47...352 хв-1 та експериментальним – 54...412 хв-1 обумовлена впливом шорсткості і взаємозалежності її з твердістю поверхні, що не враховано в моделі.

Експериментальне дослідження коефіцієнту тертя пари "вал-втулка" з ДОТ поверхні втулки показало його залежність від навантаження Р і параметрів ДОТ поверхні: щільності лунок Ш, глибини лунки h та її напівдовжини, що визначається співвідношенням tgb = h/c. Отримана адекватна за F- критерієм Фішера математична модель залежності у вигляді:

.

Залежність коефіцієнту тертя f в парі "вал-втулка" від робочого навантаження Р і кута нахилу профілю лунки b при щільності лунок Ш = 30% (рис. 8) вказує на наявність