ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Зубчатые колеса современных газотурбинных двигателей (ГТД) подвержены высоким силовым, температурным и вибрационным нагрузкам. В конструктивном и технологическом отношениях они являются одними из сложных деталей двигателя. Обеспечение качества их изготовления, надежности и ресурса, является актуальной задачей при создании и производстве конкурентоспособных ГТД.

Опыт при ремонте авиационных редукторов показал, что в процессе эксплуатации зубчатых передач возникают дефекты, отрицательно влияющие на долговечность изделия. Долговечность зубчатых передач во многом зависит от режимов нагружения изделия при эксплуатации, а также конструктивно-технологических факторов.

Зубчатые колеса являются основными элементами силовых передач в машиностроении. К ним предъявляется ряд требований по точности и надежности основных элементов в зависимости от их служебного назначения. Наиболее ответственные и сложные в изготовлении являются элементы зубчатого венца – которые требуют большого объема механической и других видов обработки для обеспечения заданных эксплуатационных функций зубчатых колес. Поэтому при создании конструкторского и технологического обеспечения производства зубчатых колес, должны учитываться реальные условия эксплуатации рабочих элементов.

1. Актуальность темы

На территории Российской федерации воздушный транспорт, будучи универсальным, используется преимущественно для перевозки пассажиров на средние и дальние расстояния и отдельных видов грузов. Значимая роль воздушного транспорта для РФ связана с большими размерами территории нашей страны и недостаточной обеспеченностью отдельных регионов другими видами транспорта.

Облик современного вертолета во многом определяется обликом его главного редуктора, который зависит от множества факторов. Например, облик главного редуктора двухдвигательного вертолета типа Ми-6 или Ми-26 зависит от пространственного расположения параллельных горизонтальных осей вращения двух входных валов между собой и скрещивающейся практически под прямым углом с ними вертикальной осью одного или двух коаксиально расположенных между собой выходных валов, несущих один или два встречно-вращающихся воздушных винта.

В тоже время авиационные зубчатые передачи, привод и редуктор занимают особое место в силовой установке летательного аппарата. Их производство а существенно отличается от общемашиностроительного. При высоком уровне надежности, обеспечивающем безопасность полета, в авиационных изделиях значения удельной массы изделия на один-два порядка меньше, чем в общем машиностроении.

Зубчатые колёса в современных газотурбинных двигателях (ГТД) функционируют в условиях экстремальных нагрузок — силовых, температурных и вибрационных. Их конструкция и технология производства относятся к числу наиболее сложных в двигателестроении. В связи с этим обеспечение высоких показателей качества изготовления, надёжности и ресурса данных компонентов представляет собой одну из ключевых задач в разработке и производстве конкурентоспособных ГТД.

Практика ремонта авиационных редукторов свидетельствует о том, что в процессе эксплуатации зубчатых передач возникают повреждения, снижающие их долговечность. Срок службы этих передач в значительной степени определяется условиями эксплуатационного нагружения, а также рядом конструктивных и технологических факторов.

2. Цель и задачи исследования

Цель работы: повышение качества зубчатых колес вертолетных трансмиссий на базе обеспечения функционально-ориентированных свойство рабочих поверхностей зубьев

Основные задачи исследования:

  1. Выполнить обзор современного состояния вопроса исследования. Определить основные пути совершенствования технологии обработки авиационных зубчатых колес.
  2. Исследовать условия эксплуатации зубчатых колес вертолетных трансмиссий.
  3. Для детали представителя разработать комплексный технологический процесс с этапами отделочной и упрочняющей обработки зубьев
  4. Предложить устройство для повышения эффективности отделочной обработки зубьев авиационных зубчатых колес.
  5. Исследовать параметры качества поверхностного слоя рабочих поверхностей зубьев после этапов отделочной обработки.
  6. Разработать рекомендации по внедрению разработанных мероприятий в производство.

3. Обзор современного состояния вопроса исследования. Основные пути совершенствования технологии обработки авиационных зубчатых колес.

Основные пути совершенствования технологии обработки авиационных зубчатых колёс включают развитие методов обработки, модификацию зубьев и использование компьютерного моделирования при проектировании и анализе условий работы.

Повышение качества зубчатых колёс вертолётных трансмиссий возможно с помощью функционально-ориентированного подхода, который позволяет адаптировать изделие при изготовлении к особенностям его эксплуатации в машине или технологической системе.

Некоторые методы, которые используются для обеспечения функционально-ориентированных свойств рабочих поверхностей зубьев[8, 9, 10]:

  1. Термическая обработка. Применяется термическое упрочнение поверхностного слоя зубчатого профиля на переменную глубину. Это позволяет увеличить износостойкость участков с наибольшим взаимным скольжением в местах головки и у ножки зуба.
  2. Обкатка. Рабочие поверхностные слои зубчатого профиля подвергаются наклепу разной степени за счёт воздействия обкатного инструмента с различной силой обката. Усилие обката имеет максимальное значение в местах головки и ножки зуба, что обеспечивает им наибольшую прочность и износостойкость.
  3. Нанесение покрытий. Свойства наносимых покрытий определяются скоростью взаимного скольжения в местах контакта пар зубьев. В местах с наибольшим взаимным скольжением, свойства наносимых покрытий должны обеспечить высокую стойкость к абразивному изнашиванию и иметь низкий коэффициент трения.

В нашем случае используется нанесение покрытий, в том числе многослойных, на зубчатые поверхности. Свойства наносимых покрытий определяется скоростью взаимного скольжения в местах контакта пар зубьев. В местах с наибольшим взаимным скольжением, свойства наносимых покрытий должны обеспечить высокую стойкость к абразивному изнашиванию и иметь низкий коэффициент трения, а у полюса зацепления имеет смысл наносить покрытия с более высокая износостойкостью в следствии контактных напряжений. Нанесение покрытий возможно несколькими способами, из которых наиболее эффективно вакуумное ионно-плазменное нанесение, поскольку при относительно низкой себестоимости технологического процесса, позволяет обеспечить требуемые свойства элементам изделия не нарушая размерной точности зубьев зубчатых колес и параметров зацепления. Для нанесения покрытий требуемых свойств только к определенным зонам зубчатого колеса возможно применение предохранительных масок, которые закроют доступ к элементам не требующих данного технологического воздействия. [11, 21, 22, 23, 24, 25].

В работе [12, 15, 17, 18, 19, 20] рассмотрены основные положения производства зубчатых колес на базе функционально-ориентированных технологий. Представлена классификация зубчатых колес и их элементов по функциональному назначению. Представлены схемы технологического воздействия для рабочих поверхностных слоев зубчатых колес, а также способы реализации данных схем на основе нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий. Рассмотрен способ управления свойствами рабочих поверхностных слоев зубчатых колес на основе нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий, с обеспечением требуемой ориентации и кинематики движений в процессе нанесения покрытий. Данные наработки позволят в дальнейшем улучшить методику нанесения функционально-ориентированных покрытий на рабочие поверхности зубьев по зонам.

Процесс нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий

Рис 1. Процесс нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий.

Процесс осаждения функциональных покрытий предъявляет два ключевых требования: обеспечение направленного доступа потока напыляемого материала к целевым поверхностям и защиту смежных зон, не предназначенных для обработки.

При нанесении вакуумных ионно-плазменных покрытий на зубчатые колёса для достижения однородности и заданной толщины слоя необходима такая ориентация детали, при которой рабочие поверхности зубьев обращены к источнику потока. Равномерность осаждения по всему зубчатому венцу обеспечивается вращением заготовки.

Технология подразумевает ко-осаждение материала с четырёх катодов, поэтому кинематика движения заготовки должна быть организована таким образом, чтобы обеспечить взаимодействие её поверхности с потоком от каждого источника.

Возможные схемы движения заготовок при этом будет иметь следующий вид (рис. 2). Угол наклона оси заготовки ?, определяется в зависимости от положения заготовки относительно боковых катодов и варьируется в процессе нанесения покрытий.

Варианты движений зубчатого колеса

Рис. 2. Варианты движений зубчатого колеса при нанесении покрытия на рабочие элементы: а – вращение вокруг горизонтальной оси; б–вращение вокруг наклонной оси; в – вращение вокруг качающейся оси, г – вращение вокруг двух качающихся осей.

Свойства наносимых покрытий определяется скоростью взаимного скольжения в местах контакта пар зубьев. В местах с наибольшим взаимным скольжением, свойства наносимых покрытий должны обеспечить высокую стойкость к абразивному изнашиванию и иметь низкий коэффициент трения, а у полюса зацепления имеет смысл наносить покрытия с более высокая износостойкостью в следствии контактных напряжений. Нанесение покрытий возможно несколькими способами, из которых наиболее эффективно вакуумное ионно-плазменное нанесение, поскольку при относительно низкой себестоимости технологического процесса, позволяет обеспечить требуемые свойства элементам изделия.

Принципиальная схема процесса напыления представлена на рис. 3

Напыление за счет конденсации вещества

Рис. 3. Напыление за счет конденсации вещества из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой поверхности заготовки

4. Исследование условий эксплуатации зубчатых колес главного редуктора привода винта вертолета

Трансмиссия (рис.4) – одно из самых сложных устройств вертолета, которое обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя к несущим, рулевым винтам и вспомогательным агрегатам [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7].

В трансмиссию входят следующие основные элементы:

    -главный редуктор;

    -редукторы двигателей;

    -промежуточные редукторы;

    -хвостовой редуктор;

    -муфты включения сцепления и свободного хода;

    -тормозы несущих винтов;

    -валы;

    -соединения валов (карданы, шлицевые и эластичные муфты);

    -опоры валов с амортизаторами;

    -системы крепления редукторов.

Общий вид трансмиссии

Рис.4 . Общий вид трансмиссии: 1 - главный редуктор; 2 - редукторы двигателей; 3 - муфты включения сцепления и свободного хода; 4- опоры валов с амортизаторами.

Авиационные зубчатые колеса находятся в особых условиях эксплуатации - передача высоких нагрузок при малом весе зубчатого колеса. Современные зубчатые передачи рассчитаны на ресурс более 20000 часов для гражданских двигателей и более 2000 часов для двигателей военного назначения. Передаваемая ими мощность более 2000 кВт, частота вращения более 8000 об/мин.

Основным способом снижения веса авиационных зубчатых колес является уменьшение ширины зубчатого венца – геометрического параметра, непосредственно влияющего на величины контактных и изгибных напряжений. В свою очередь малая ширина венцов исключает рациональное применение косозубого вида зацепления, так как преимущества последнего реализуются только при достаточно большой ширине зубчатого венца. По этой причине из всех авиационных цилиндрических передач 97% являются прямозубыми.

В этих условиях возникает необходимость использования специальной геометрии и различных модификаций зубьев зубчатых колес, обеспечивающих отсутствие кромочных ударов, малые колебания и повышенную жесткость зубьев. В современных условиях необходимо повысить несущую способность зубчатых колес, уменьшить уровень вибрационной активности, повысить качество определения формы модификации зубчатых колес и повысить надежность прочностных расчетов, учитывающих модификацию профиля зубьев. Ошибки в определении формы линии модификации профиля также могут приводить к повышенной вибрации, вследствие нарушения сопряженности зацепления зубчатых колес под нагрузкой.

Выводы

Цели и задачи данной работы направлены на: повышение качества зубчатых колес вертолетных трансмиссий на базе обеспечения функционально-ориентированных свойство рабочих поверхностей зубьев.

При анализе условий эксплуатации зубчатых венцов было выявлено, что они находится в тяжелых условиях фрикционного износа, что значительно снижает ее эксплуатационные характеристики с течением времени. В тоже время к зубчатым колесам предъявляются высокие требования к необходимому времени работы, для достижения которого необходимо применять дополнительные улучшающие методы.

Использование функционально-ориентированного подхода в производстве зубчатых колес, позволяет решать комплексные задачи повышения качества зубчатых колес, а также способствуют повышению эффективности из изготовления.

Этот реферат к магистерской работе которая еще не завершена. Дата завершения работы – июнь 2026 года. При последующей работе реферат будет дополнен.

Список источников

  1. MДудник В.В. Конструкция вертолетов. – Ростов н/Д: Издательский дом ИУИ АП, 2005. – 158 с.
  2. Авиационные двигатели/ Под ред. И.Г. Шустова. - М.: ООО ИД "АЭРОСФЕРА", 2007. - 328 с.
  3. Иноземцев, А.А. Газотурбинные двигатели / А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий. - Пермь: ОАО "Авиадвигатель", 2006. - 1204 с.
  4. Григорьев, В. А. Вертолетные газотурбинные двигатели. / В.А. Григорьев [и др.]. - М.:Машиностроение, 2007. - 491 с.
  5. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учеб. / А. А. Иноземцев, М. А. Нихамкин, В. Л., Сандрацкий. – М.: Машиностоение, 2008. – Т. 2. – 366 с.: ил. - (Серия: Газотурбинные двигатели).
  6. Зборщик А. М. Конспект лекций по дисциплине «Новые материалы в металлургии» / А. М. Зборщик. — Донецк: ГВУЗ «ДонНТУ», 2008. — 253 с.
  7. Бартенев С.С., Федько Ю.П., Григоров А.И. Детонационные покрытия в машиностроении.—Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. - 215с.
  8. Функционально-ориентированные покрытия для повышения эксплуатационных свойств деталей машин / А.Н. Михайлов, Д.А. Михайлов, Р.М. Грубка, М.Г. Петров // Машиностроение и техносфера XXI века: Сборник трудов XXII Междунар. науч.-техн. конф. в г. Севастополе 14-19 сентября 2015 г. В 2 т. - Донецк: МСМ, 2015. - Т. 2. - С. 24-38.
  9. Михайлов А.Н. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий.- Донецк: ДонНТУ, 2009. - 346 с.
  10. К.В. Кобелева, В.Р. Туктамышев Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия ОБЗОР МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ [Электронный ресурс]
  11. Лахин А.М., Михайлов А.Н., Фомин И.А. (ДонНТУ, Донецк, Украина) ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА БАЗЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА [Электронный ресурс]
  12. А.Н. Михайлов, А.М Лахин, В.А. Соосар СИНТЕЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА БАЗЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА [Электронный ресурс]
  13. Дорофеев В.Л. Голованов В.В., Гукасян С.Г. Модификация авиационных зубчатых передач с целью уменьшения износа контактной поверхности / Современное машиностроение. Наука и образование. – 2014. – №4.
  14. Авиационные зубчатые передачи и редукторы: Справичник/под ред. Э.Б. Вулгакова. – М.: Машиностроение, 1981. – 373 с.
  15. Пуряков А.Ф. 2003 Теоретические основы технологии плазменного напыления (Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана) с 360
  16. Григорьев С.Н. 2009 Методы повышения стойкости режущего инструмента (Москва: Машиностроение) с 368
  17. Амитан Г.Л., Байсупов И.А., Барон Ю.М. 1988 Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки (Ленинград: Машиностроение) с 719
  18. Ющенко К.А., Борисов Ю.С., Кузнецов Ю.С., Корж В.Д. 2007 Инжиниринг поверхности (Киев: Наукова думка) с 558
  19. Михайлов А.Н. 2009 Основы синтеза функционально ориентированных технологий (Донецк: ДонНТУ)
  20. Михайлов Д.А., Недашковский А.П., Ивченко Т.Г. 2014 Технологические особенности восстановления лопаток компрессора ГТД с применением функционально ориентированных покрытий Прогрессивные технологии и системы машиностроения вып. 47 (Донецк: ДонНТУ) с 213-224
  21. Когаев, В. П. Прочность и износостойкость деталей машин. Учебное пособие для машиностроительных специальностей вузов / В. П. Когаев, Ю. Н. Дроздов // – М.: Высш. школа, 1991. – 319 с.
  22. Кудрявцев, В. Н. Зубчатые передачи. – М.: «Машгис», 1957. – 263 с.
  23. Лахин, А. М. Особенности нанесения функционально-ориентированных покрытий на рабочие поверхности зубчатых колес / А. М. Лахин // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: – Донецк: ДонНТУ, 2017. – № 2(57). – С.17-23.
  24. Михайлов, А. Н. Синтез технологического обеспечения производства зубчатых колес на базе функционально-ориентированного похода / А. Н. Михайлов, А. М. Лахин, В. А. Соосар // Известия Тульского Государственного университета. Технические науки. – Тула: Изд.-во ТулГТУ, 2013. – № 8. – С. 28-36.
  25. Михайлов, А. Н. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий. – Донецк: ДонНТУ, 2009. – 346 с.