CC BY
60
УДК 621.833-408.8:621.785.5
В. А. Мамонтов, А. Саламех, А. Р. Рубан Астраханский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ КОЛЕС,
УПРОЧНЯЕМЫХ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКОЙ ТВЧ,
НА ИЗГИБНУЮ ВЫНОСЛИВОСТЬ
Исследование проводили с целью определить влияние шероховатости переходных поверхностей зубьев колес, упрочняемых поверхностной закалкой токами высокой частоты (ТВЧ), на изгибную выносливость.
Экспериментальные образцы диаметром 10 и 20 мм с разной шероховатостью круговых выточек и зубчатые колеса модулем 6 мм с продольными рисками на переходной поверхности были изготовлены из стали 40ХН, а также упрочнены поверхностной закалкой ТВЧ.
Зубья экспериментальных колес при испытаниях были нагружены односторонней нагрузкой, изменяющейся по пульсирующему циклу, а экспериментальные образцы с круговыми выточками - по симметричному циклу изменения напряжения. База усталостных испытаний составила для зубчатых колес 2 млн циклов, для экспериментальных образцов - 10 млн циклов.
Выносливость образцов и зубьев изучали при изменении шероховатости в диапазоне К 0,4...250 мкм.
На основе результатов усталостных сравнительных испытаний построено 19 кривых усталости, часть которых представлена на рис. 1-3.
Рис. 1. Кривые усталости образцов диаметром 10 мм (аа = 1,0), поверхностно закаленных ТВЧ, при изменении шероховатости выточек в диапазоне Кх 0,4...250 мкм
а,
МПа
• -Ег 4,0 мкм □ Лг 40 мкм ■ -Лг 132 мкм
V
N
4
10' Ю5 106 107 N
Рис. 2. Кривые усталости образцов диаметром 10 мм (а0 = 1,2), поверхностно закаленных ТВЧ, при изменении шероховатости выточек в диапазоне Кх 4,0... 130 мкм
ст,
МПа
700
104 10! Ю6 2106 циклов
Рис. 3. Кривые усталости зубьев колеса модулем 6 мм, упрочненного поверхностной закалкой ТВЧ, при изменении шероховатости переходных поверхностей в диапазоне Кх 0,4.. .250 мкм
Наклонные ветви кривых усталости получены методом линейного регрессионного анализа испытанием образцов и зубьев на трех уровнях напряжений. Определение пределов выносливости образцов и зубьев экспериментальных колес производилось методом «лестницы». По этому методу образцы и зубья испытываются при напряжениях, близких к пределу выносливости. Если первый образец разрушился, то второй испытывается при напряжениях меньших предыдущего на величину некоторой ступени. Выбор этого метода обусловлен необходимостью более точного определения средних значений пределов выносливости и их среднеквадратичных отклонений, представленных для экспериментальных образцов на рис. 4 и 5.
Результаты испытаний показали, что при увеличении шероховатости в диапазоне Кх 0,4....250 мкм происходит снижение средних значений пределов выносливости, составляющее для образцов 22...24 %, для зубьев - 26...28 %, причем в интересующем диапазоне шероховатости Кх 4...40 мкм снижение пределов выносливости незначительно и составляет 2...4 %.
Подобный характер кривых наблюдается для зависимости ограниченных пределов выносливости образцов и зубьев от шероховатости для разной концентрации напряжений и для разных баз, что особенно важно для зубчатых колес, испытывающих в процессе работы перегрузки.
Рис. 4. Зависимость пределов выносливости образцов, поверхностно закаленных ТВЧ,
от шероховатости поверхности
Рис. 5. Зависимость среднеквадратичного отклонения пределов выносливости образцов, поверхностно закаленных ТВЧ, от шероховатости поверхности
На основе испытания образцов и зубьев методом «лестницы» установлено, что с увеличением шероховатости поверхности происходит снижение среднеквадратичных отклонений пределов выносливости, которые оценивают разброс единичных значений от среднего.
При расчетах зубчатых колес на изгибную выносливость имеет практическое применение лишь нижнее значение границы доверительного интервала. Нижняя граница пределов выносливости определяется в зависимости от среднеквадратичного отклонения пределов выносливости и уровня доверительной вероятности, которая в зависимости от служебного назначения изделия может принимать значения 68, 90, 95, 99 % и т. д. С учетом высокой надежности судовых редукторов оценка зависимости нижнего доверительного значения от шероховатости поверхности выпол-
нена для самого высокого уровня доверительной вероятности - 99,87 %. Установлено, что с увеличением шероховатости в диапазоне Я 4....40 мкм снижение нижнего доверительного значения пределов выносливости для образцов и зубьев менее заметно и составляет 1...3 %.
Результаты исследования позволят назначать без ущерба выносливости шероховатость переходных поверхностей зубьев колес, подвергаемых поверхностной закалке ТВЧ, а также использовать характеристики выносливости при расчетах зубчатых колес.
Получено 25.12.2005
THE RESEARCH OF ROUGHNESS INFLUENCE OF FILLET SURFACES OF COG-WHEELS HARDENED BY HIGH-FREQUENCY CURRENT ON THE BENDING ENDURANCE
V. A. Mamontov, A. Salamekh, A. R. Ruban
The results of stationary fatigue tests of round samples and experimental cog-wheels having different roughness before hardening by high-frequency current are given in the paper. The practical independence of endurance limits of samples on surface roughness hardened by high-frequency current is also shown there.
