Модель отказов цилиндрических зубчатых передач по критерию износостойкости рабочих поверхностей

Отказ цилиндрических зубчатых передач по критерию износостойкости зубьев — одна из самых распространенных причин снижения технико-экономических показателей различных агрегатов из-за вынужденных простоев при их замене и ремонте. В настоящее время ресурс зубчатых передач определяют на основе статистической линейной зависимости износа от работы сил трения с помощью экспериментально полученного показателя — линейной интенсивности изнашивания. Определение этого показателя требует большого объема данных об износе натурных передач или соответствующих лабораторных образцов, что увеличивает временны́е и финансовые затраты. Поэтому для проектной оценки ресурса зубчатых передач и поиска наиболее эффективных долговечных конструктивных решений разработана аналитическая модель их износовых отказов. Модель представляет собой систему уравнений, включающую в себя энергетическую зависимость, описывающую изменение текущего состояния пары изнашиваемых зубчатых колес и условия перехода их в предельное состояние, базовую кинетическую зависимость энергомеханической теории изнашивания стационарных трибосопряжений и выражение для определения ожидаемого ресурса передачи. На базе указанной системы уравнений с учетом зависимостей, описывающих начальные и граничные условия взаимодействия элементов зубчатой передачи, сформулирован алгоритм расчета их среднего ожидаемого ресурса. Он позволяет выполнять сравнительный анализ эффективности различных конструктивных вариантов повышения долговечности зубчатых передач и выбирать из них наиболее целесообразные. Отличительной особенностью предложенного расчетного алгоритма является то, что он не требует поиска экспериментальных параметров, подобных линейной интенсивности изнашивания.

Литература

[1] ГОСТ 21354–87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность. Москва, Стандартинформ, 1989.

[2] ISO 6336—2:2006. Calculation of load capacity of spur and helical gears. Part 2: Calculation of surface durability (pitting). International standard, 2006. 33 p.

[3] ISO 6336–3:2006. Calculation of load capacity of spur and helical gears. Part 3: Calculation of tooth bending strength. International standard, 2006. 5 p.

[4] Klebanov B.M., Barlam D.M., Nystrom F.E. Machine elements: life and design. New York, CRC Press, 2008. 454 p.

[5] Budynas R., Nisbett K. Shigley’s Mechanical Engineering Design. McGraw-Hill Education, 2015. XXII, 1082 p.

[6] Тимофеев Г.А., Красавин С.И., Сильченко П.Н., Новиков Е.С. Расчет долговечности зубчатых механизмов электромеханических приводов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2017, № 9, c. 12–21, doi: 10.18698/0536-1044-2017-9-12-21

[7] Дроздов Ю.Н., Фролов К.В. Теоретико-инвариантный метод расчета интенсивности поверхностного разрушения твердых тел при трении. Поверхность, физика, химия, механика, 1982, № 5, с. 138–146.

[8] Дроздов Ю.Н., Югин Е.Г., Белов А.И. Прикладная трибология (трение, износ, смазка). Москва, Эко-Пресс, 2010. 604 с.

[9] Проников А.С. Параметрическая надежность машин. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 560 с.

[10] Анцупов А.В.(мл.), Анцупов А.В., Анцупов В.П. Аналитический метод проектной оценки ресурса элементов металлургических машин. Известия вузов. Черная металлургия, 2017, т. 60, № 1, с. 30–35, doi: 10.17073/0368-0797-2017-1-30-35

[11] Antsupov A.V., Antsupov V.P. Estimation and assurance of machine component design lifetime. Procedia Engineering, 2016, vol. 150, pp. 726–733, doi:10.1016/j.proeng.2016.07.094

[12] Fleischer G., Gröger H. Methode zur Bestimmung des Verschleißes auf der Grundlage der Energiehypothese. Berich im Rahmen der wiss. — technischen Zusammenarbeit auf dem Gebiet Reibung, Schmierung und Verschleiß zwischen dem IMASCH, Moskau und den Forschungsinstitutionen der DDR, TH Magdeburg, 1972, pp. 285–296.

[13] Федоров В.В. Основы эргодинамики и синергетики деформируемых тел. Ч. III. Основы эргодинамики деформируемых тел. Калининград, Изд-во КГТУ, 2014. 222 с.

[14] Анцупов А.В., Слободянский М.Г., Анцупов В.П., Анцупов А.В. Оценка ресурса деталей и узлов металлургических машин на стадии их проектирования и эксплуатации. Магнитогорск, Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова, 2018. 211 с.

[15] Анцупов А.В., Чукин М.В., Анцупов А.В.(мл.), Анцупов В.П. Научные и методологические основы прогнозирования надежности трибосопряжений на стадии их проектирования. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2011, № 4, c. 60–65.

[16] Федоров С.В. Основы трибоэргодинамики и физико-химические предпосылки теории совместимости. Калининград, КГТУ, 2003. 409 с.

[17] Анцупов А.В.(мл.), Анцупов А.В., Анцупов В.П., Слободянский М.Г., Русанов В.А. Энерго-механическая концепция прогнозирования ресурса узлов трения по критерию износостойкости элементов. Трение и износ, 2016, т. 37, № 5, с. 510–516.

[18] Анцупов А.В., Анцупов А.В., Слободянский М.Г., Губин А.С., Русанов В.А., Чекалин И.Ю., Анцупов В.П. Прогнозирование надежности трибосопряжений на основе термодинамического анализа процесса трения. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2010, № 3, с. 54–60.

[19] Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. Москва, Машиностроение, 1977. 526 с.

[20] Хебда М., Чичинадзе А.В. Справочник по триботехнике. Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения. Т. 2. Москва, Машиностроение, 1990. 416 с.

[21] Протасов Б.В. Энергетические соотношения в трибосопряжении и прогнозирование его долговечности. Саратов, Саратовский университет, 1979. 152 с.

[22] ГОСТ 16532–70. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет геометрии. Москва, Стандартинформ, 1972.