Определение предельно допустимого коэффициента трения в болтовых соединениях модулей бланкета ИТЭР

С помощью стандартной методики определения крутящего момента затяжки и откручивания винтовых соединений выполнен расчет предельно допустимых коэффициентов трения в резьбе трех болтовых соединений модулей бланкета ИТЭР (М24?3, М52?4, М64?4) при различных значениях коэффициента пропорциональности (0,45…1,00), учитывающего влияние коэффициента трения на опорной поверхности торца головки болта. Проведена систематизация существующих уравнений по оценке крутящего момента затяжки и откручивания болтовых соединений. Получены уравнения по определению значения максимально допустимого коэффициента трения в резьбовых парах крепежных соединений при известных значениях усилия затягивания, моменте c учетом силы трения на опорной поверхности торца болта для гайки с метрической и самостопорящейся (выполненной по технологии Spiralock) резьбами. Выявлено значительное превышение установленных предельно допустимых крутящих моментов затяжки и откручивания на роботе-манипуляторе модулей бланкета ИТЭР при стандартных значениях коэффициентов трения в резьбе (0,11…0,23) и на опорной поверхности торца головки (0,07…0,12) для болтов М52?4 и М64?4 при наличии твердосмазочного покрытия на основе дисульфида молибдена в резьбе и на опорной поверхности торца головки болта. Полученные значения предельно допустимых коэффициентов трения в резьбе позволяют сделать вывод о необходимости снижения максимальных усилий затяжки болтовых соединений М52?4 и М64?4 модулей бланкета ИТЭР и/или увеличения максимально допустимого крутящего момента на роботе-манипуляторе.

Литература

[1] Березин С.Я., Карпов А.Р. Энергетический принцип оценки стопорящих свойств резьбовых соединений с волнистым профилем витков одной из деталей. Сборка в машиностроении, приборостроении, 2016, № 10, с. 31–35.

[2] Березин С.Я. История развития самостопорящихся резьб. Сборка в машиностроении, приборостроении, 2018, № 4, с. 186–191.

[3] Lozovan A.A., Betsofen S.Y., Lyakhovetskiy M.A. et al. Study of the ion assisted sputtering process parameters influence on the structure and morphology of TiPb coatings. J. Phys.: Conf. Ser., 2019, vol. 1396, art. 012029, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1396/1/012029

[4] Lozovan A.A., Betsofen S.Y., Savushkina S.V. et al. Influence of sputtering geometry and conditions on the structure and properties of the TiN–Pb solid lubricating coatings fabricated by magnetron co-sputtering of two separate targets. Russ. Metall., 2022, vol. 2022, no. 11, pp. 1441–1448, doi: https://doi.org/10.1134/S0036029522110155

[5] Belikov A.I., Syomochkin A.I., Phyo K.Z. et al. Magnetron deposition of MoS2 ultrathin films in conditions of magnetic field. Proc. SPIE, 2021, vol. 121571F, doi: https://doi.org/10.1117/12.2624496

[6] Belikov A.I., Phyo K.Z., Guk M.M. AFM study of the MoS2 thin films deposited by magnetron sputtering growth initial stage. Proc. SPIE, 2021, vol. 121571G, doi: https://doi.org/10.1117/12.2622386

[7] Torskaya E.V., Morozov A.V., Malyshev V.N. et al. Processing and tribological properties of PEO coatings on AlZn5.5MgCu aluminium alloy with incorporated Al-Cu-Fe quasicrystals. Ceramics, 2023, vol. 6, no. 2, pp. 858–871, doi: https://doi.org/10.3390/ceramics6020049

[8] Toma F.L., Meyer A., Kunze O. et al. Microstructural characterization and oscillating sliding wear investigations of the aqueous suspension sprayed HVOF WC-12Co coatings. J. Therm. Spray Tech., 2023, vol. 32, no. 2, pp. 456–472, doi: https://doi.org/10.1007/s11666-023-01529-x

[9] Torkashvand K., Gupta M., Björklund S. et al. Tribological performance of thin HVAF-sprayed WC-CoCr coatings fabricated employing fine powder feedstock. J. Therm. Spray Tech., 2023, vol. 32, no. 4, pp. 1033–1046, doi: https://doi.org/10.1007/s11666-022-01506-w

[10] Tesa T., Musalek R., Medricky J. et al. Development of suspension plasma sprayed alumina coatings with high enthalpy plasma torch. Surf. Coat. Technol., 2017, vol. 325, pp. 277?288, doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.06.039

[11] Kononenko A.S., Ignatkin I.Y., Drozdov A.V. Recovering a reducing-gear shaft neck by reinforced-bush adhesion. Polym. Sci. Ser. D, 2022, vol. 15, no. 2, pp. 137–142, doi: https://doi.org/10.1134/S1995421222020113

[12] Yang Y., Luan H., Guo S. et al. Tribological behaviors of Inconel 718–tungsten carbide friction pair with sulfur additive lubrication. Metals, 2022, vol. 12, no. 11, art. 1841, doi: https://doi.org/10.3390/met12111841

[13] Морозов А.В. Экспериментальная оценка триботехнических характеристик эпиломированных материалов, работающих в резьбовых соединениях в условиях сухого трения. Трение и износ, 2014, т. 35, № 3, с. 236–243.

[14] Драгунов Ю.Г., Лешуков А.Ю., Стребков Ю.С. и др. Разработка конструкций, изготовление и экспериментальное обоснование работоспособности компонентов системы бланкета ИТЭР. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2016, т. 39, № 4, с. 13?26, doi: https://doi.org/10.21517/0202-3822-2016-39-2-29-43

[15] Свириденко М.Н., Лешуков А.Ю., Томилов С.Н. и др. Оптимизация системы механического крепления панели первой стенки ИТЭР. ВАНТ Сер. Термоядерный синтез, 2020, т. 43, № 4, с. 15?26, doi: https://doi.org/10.21517/0202-3822-2020-43-4-15-26

[16] Свириденко М.Н., Лешуков А.Ю., Размеров А.В. и др. Система механического крепления панелей первой стенки бланкета ИТЭР. ВАНТ Сер. Термоядерный синтез, 2016, т. 39, № 2, с. 29?43, doi: https://doi.org/10.21517/0202-3822-2016-39-2-29-43

[17] Хрипунов Б.И., Койдан В.С., Рязанов А.И. и др. Исследование материалов ТЯР в потоке дейтериевой плазмы: радиационные повреждения, модификация поверхности, эрозия ВАНТ Сер. Термоядерный синтез, 2020, т. 43, № 1, с. 46?54, doi: https:// 10.21517/0202-3822-2020-43-1-46-54

[18] Tremsin A.S., Yau T.Y., Kockelmann W. Non-destructive examination of loads in regular and self-locking Spiralock® threads through energy-resolved neutron imaging. Strain, 2016, vol. 52, no. 6, pp. 548–558, doi: https://doi.org/10.1111/str.12201

[19] Spiralock®. stanleyengineeredfastening.com: веб-сайт. URL: (https://www.stanleyengineeredfastening.com/brands/optia/spiralock (дата обращения: 10.04.2023).

[20] Emuge. SelfLock. emuge.com: веб-сайт. URL: https://www.emuge.com/sites/default/files/EMUGE_SELF-LOCK-v7.pdf (дата обращения: 10.04.2023).

[21] Boettcher A. Ramp breaks common thread of fastener failures. machinedesign.com: веб-сайт. URL: https://www.machinedesign.com/archive/article/21816697/ramp-breaks-common-thread-of-fastener-failures (дата обращения: 10.04.2023).

[22] Brans P. What will the blanket teach us? iter.org: веб-сайт. URL: https://www.iter.org/newsline/-/3323 (дата обращения: 10.04.2023).

[23] Vaughan Thompson, Russell Eaton, Rene Raffray et al. Properties of low friction anti-seize coatings for fusion applications. Fusion Eng. Des., 2019, vol. 146, Part A, pp. 345–348, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.12.064

[24] Choi C.H., Shi S., Yokoyama T. et al. Concept of operation of the remote handling system for the ITER vacuum vessel pressure suppression system. Fusion Eng. Des., 2021, vol. 173, art. 112875, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112875

[25] Ряховский О.А., Сыромятников В.С. Экспериментальное определение коэффициентов трения в болтовом соединении. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2016, № 10, с. 18–25, doi: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2016-10-18-25

[26] Kasparova M., Zahalka S., Houdkova F. Evaluation of the bond strength of the thermally sprayed coatings. Roznov pod Radhostem, 2010.

[27] Lubrication solutions for threaded conncections. MOLYKOTE. dge-europe.com: website. URL: https://dge-europe.com/lubrication-solutions-threaded-connections/ (accessed: 22.12.2023).

[28] Nord-lock. nord-lock.com: веб-сайт. URL: https://www.nord-lock.com/nord-lock/torque-guidelines (дата обращения: 10.04.2023).

[29] Котов И.В. Совершенствование технологии изготовления высоконагруженных резьбовых соединений атомных энергоустановок типа БН-800, БН-1200. Дисc. … канд. тех. наук. Подольск, ЦНИИТМАШ, 2015. 165 с.