Актуальность темы

        Зубчатые муфты широко применяют в современном машиностроении для соединения элементов передающих вращающий момент в различных механизмах.

        С развитием техники большое значение приобретает проблема повышения износостойкости и надежности работы деталей машин, в том числе и зубчатых муфт, с точки зрения экономии материальных и трудовых ресурсов.

        Существующая тенденция роста мощностей и скоростей вращения силовых агрегатов требует совершенствования конструкции зубчатых муфт, разработки новых технологий их изготовления и создания рациональных методов ухода за ними, что позволит повысить срок службы машин и агрегатов.

        Большинство отказов машин связано с износом зубьев зубчатых муфт, их поломкой или увеличением выше допустимого предела вибраций машин, вызванных увеличением зазора в зацеплении муфты.

        Известно, что в процессе работы зубчатой муфты вся нагрузка воспринимается ограниченным количеством диаметрально противоположных зубьев.

        Для решения этой проблемы необходимо увеличивать число зубьев передающих нагрузку за счет изменения конструкции ступицы обоймы или втулки, уменьшения ширины зуба втулки и увеличения расстояния между зубчатыми венцами втулок.

        Зубчатые муфты изготавливают, главным образом, из конструкционной улучшаемой стали 45, имеющей низкую контактную прочность. Для повышения надежности и долговечности работы зубчатой муфты возможно использование более износостойких сталей легированных, например марганцем, применением поверхностно-пластической обработки (ППД) и химико-термической обработки (ХТО), наплавки и напыления более износостойких материалов.

        Большое значение в вопросе снижения износа зубьев зубчатых муфт имеет правильный выбор смазки, которая должна сводить к минимуму образование частиц износа, тем самыми уменьшая абразивный износ. Кроме того, смазка должна предупреждать появление контактной коррозии, а впоследствии схватывание и заедание. Максимальный эффект достигается применением масел с присадками.

Цель и задачи работы

        Целью данной работы является повышение износостойкости и долговечности зубчатых муфт на всем жизненном цикле: на этапе проектирования, изготовления и эксплуатации.

        Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить исследования особенностей работы зубчатых муфт с точки зрения повышения их долговечности и надежности.

2. Исследовать и разработать конструкторские методы повышения износостойкости зубчатых муфт.

3. Исследовать и разработать технологические методы повышения износостойкости зубчатых муфт.

4. Исследовать и разработать эксплуатационные методы повышения износостойкости зубчатых муфт.

5. Разработать рекомендации на основе проведенных исследований.

Анализ работ по теме

        Анализ работ по разработке методов повышения износостойкости деталей машин, в том числе и зубчатых муфт на всем их жизненном цикле показал, что несмотря на активное изучение этого вопроса недостаточно исследованы многие параметры работы, конструкции и изготовления зубчатых муфт.

        Большая часть работ посвящена исследованию, главным образом, конструкторских методов повышения надежности и долговечности зубчатых муфт.

        Изучение работ по исследованию геометрии, точности и условий работы зубчатых муфт показал, что опубликованные теоретические и экспериментальные данные по распределению бокового зазора в зацеплении муфты учитывают погрешности изготовления и монтажа сопрягаемых муфтой валов и позволяют с необходимой для инженерной практики точностью использо-вать их при определении нагрузки на зубьях. Разработанные инженерные методики могут быть использованы в дальнейших исследованиях для разработки методов обеспечения и прогнозирования долговечности зубчатых муфт в целом. Значительно меньше исследований посвящено актуальному вопросу износостойкости зубьев с точки зрения прогнозирования долговечности зубчатых муфт [1, 2].

        В работе [12] рассматриваются возможности совершенствования формы боковой поверхности зубьев втулки и обоймы.

        В работе [3] исходя из проведенных исследований установлена зависимость, которая связывает скорость изнашивания зуба с давлением на поверхности трения и скоростью скольжения.

        Данная магистерская работа является частью исследований, которые проводятся на кафедре «Технология машиностроения» Донецкого национального технического университета.

        На кафедре ведутся исследования по разработке и изучению методов повышения долговечности и износостойкости зубчатых муфт [4, 5, 6], разрабатываются новые конструкции зубчатых муфт с целью уменьшения их износа и влияния на опоры валов [7, 8], разработана новая пространственно-модифицированная форма зуба, позволяющая улучшить параметры контактирования зубьев в зацеплении втулки и обоймы муфты [9].

        В работе [10] рассматриваются технологические методы повышения долговечности деталей машин, в частности влияния параметров мехобработки на износостойкость.

        Установлены виды износа зубчатых муфт в зависимости от условий работы [11].

        Большинство электронных интернет-ресурсов посвящено вопросам повышения износостойкости в принципе всех деталей машин. Предлагаются рекомендации по выбору материалов для трущихся деталей при конструировании узлов трения, возможные варианты их сочетания. Рассматриваются конструктивные варианты замены трения скольжения трением качения, что применительно для зубчатых муфт затруднительно. Предлагаются способы монтажа узлов, позволяющие уменьшать нагрузки при эксплуатации, большое количество сайтов содержит рекомендации по изменению свойств смазочного материала. [13, 14, 15]

Предполагаемая научная новизна

        На данном этапе выполнения магистерской работы предполагаемой научной новизной можно считать приспособление для контроля бочкообразности зубьев зубчатых колес или втулок зубчатых муфт.

        В настоящее время не существует надежного и точного метода контроля бочкообразности зуба зубчатых колес. Известные средства измерения толщины зуба и величины смещения исходного контура, такие как штангензубомеры, тангенциальный зубомер, индикаторные и микрометрические скобы, не обеспечивают возможность точной их установки на какой-либо поверхности зуба или на диаметре делительной окружности.

        Таким образом, возникающая погрешность установки измерительного устройства приводит к появлению погрешности измерения, часто сопоставимой с величиной бочкообразности.

        Бочкообразная форма достигается смещением исходного контура по длине зуба от его торца к середине в направлении от оси детали и от оси зуба. При этом диаметр окружности впадин в разных сечениях зубчатого колеса имеет различные значения, а цилиндр, образованный впадинами зубьев приобретает бочкообразную форму. Причем величина бочкообразности цилиндра Н равна величине смещения исходного контура в направлении от оси детали (рис. 1).

Рисунок 1 – Положение исходного контура: 1 – на середине зуба; 2 – на торце зуба

       Связь между смещением исходного контура и изменением толщины зуба, то есть величиной бочкообразности f можно определить из треугольника авс (рис. 1) по формуле:

f = H • sin α                                 (1)

где, f – величина бочкообразности;

        Н – величина смешения исходного контура;

        α – угол профиля исходного контура.

        Формула (1) позволяет перейти от измерения бочкообразности зуба в продольном направлении к измерению бочкообразности цилиндра, образованного криволинейными впадинами зубьев колеса.

        Конструкция приспособления, позволяющего осуществлять такие измерения представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Конструкция приспособления для измерения величины бочкообразности зуба:
1 – основание; 2 – передняя бабка; 3 – гидропластмассовая оправка; 4 – индикатор; 5 – деталь;
6 – задняя бабка; 7 – цилиндрическая направляющая
(Анимация: количество кадров - 6, количество циклов - 10, размер - 101 кБ)

        Для определения значения бочкообразности зуба измеряется величина смещения исходного контура.

        Для этого деталь 5, предварительно установленная на гидропластмассовой оправке 3, устанавливается в центровых бабках 2 и 6 приспособления.

        Индикатор 4 измерительным наконечником устанавливается на торце зуба по впадине и выставляется на ноль. Затем индикатор перемещают вдоль зуба до точки, в которой отклонение стрелки индикатора будет максимальным – это и есть величина смещения исходного контура Н, по которой рассчитывается величина бочкообразности зуба f.

Планируемые практические результаты

        В результате выполнения магистерской работы должны быть разработаны методы, позволяющие повысить износостойкость зубчатых муфт на всем жизненном цикле.

        Как конструкторский метод планируется усовершенствование конструкции ступицы зубчатой втулки с целью увеличения ее податливости для лучшего распределения нагрузки между зубьями. В данный момент этот вопрос решается с помощью программы ANSYS.

        В технологической части магистерской работы планируется разработка технологического процесса обработки зубчатой втулки, который будет содержать нетрадиционные методы обработки, позволяющие повысить износостойкость детали в процессе эксплуатации.

        В исследовательской части планируется более подробно изучить конструкторские, технологические и эксплуатационные методы повышения износостойкости зубчатых муфт и разработать рекомендаций на основе проведенных исследований.

        При написании данного автореферата магистерская работа не завершена. Окончание - декабрь 2010 года.

Литература