CC BY
56
УДК [621.83 3.6:629.12]:621.785.545.004.6
В. А. Мамонтов, А. Р. Рубан Астраханский государственный технический университет
ВЛИЯНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ВПАДИН И ПЕРЕХОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ КОЛЕС, УПРОЧНЯЕМЫХ ЦЕМЕНТАЦИЕЙ,
НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫНОСЛИВОСТИ
В результате исследования было определено влияние шероховатости переходных поверхностей зубьев колес, упрочняемых цементацией, на характеристики выносливости.
Усталостные сравнительные испытания проводили на экспериментальных образцах диаметром 10 и 20 мм с разной шероховатостью круговых выточек и концентрацией напряжений, а также на зубчатых колесах модуля 6 мм с продольными рисками на переходной поверхности. Экспериментальные образцы и зубчатые колеса были изготовлены из стали 12ХН3А и упрочнены цементацией с последующей объемной закалкой и низким отпуском по режимам, применяемым при изготовлении натурных зубчатых колес судовых редукторов.
Образцы испытывали круговым изгибом с постоянными амплитудными значениями напряжений при гармонической форме цикла на базе 107 циклов. Испытания зубьев проводили при пульсирующей нагрузке, точка приложения которой находилась на расстоянии, равном половине модуля от вершины зуба. База испытаний для зубьев составила 2 -106 циклов.
Выносливость образцов и зубьев изучали при изменении шероховатости в диапазоне Яг 0,4.. .250 мкм.
Определение пределов выносливости образцов и зубьев колес произведено методом «лестницы». Выбор этого трудоемкого метода исследования обусловлен необходимостью более точного определения среднего значения и среднеквадратичного отклонения предела выносливости. Величина ступени для образцов принята равной 10 МПа, для зубьев при испытании на пульсаторе - 30 МПа.
При статистической обработке результатов усталостных испытаний применялись методы линейного регрессионного анализа, методы оценки значимости отличия средних и дисперсий, методы корреляционного анализа.
Результаты усталостных испытаний показали, что при увеличении шероховатости в диапазоне Яг 0,4.250 мкм происходит снижение средних значений пределов выносливости, составляющее для образцов 16.18 %, для зубьев - 19.21 %. В диапазоне шероховатости Яг 3,2.10 мкм снижение пределов выносливости для образцов и зубьев одинаково и составляет 4.6 %, т. е. можно сделать вывод, что шероховатость в этом диапазоне практически не влияет на предел выносливости.
При увеличении шероховатости замечено увеличение среднеквадратичного отклонения пределов выносливости образцов и зубьев, характер зависимости которых одинаков.
Оценка влияния шероховатости поверхности на выносливость с использованием в качестве гарантированного значения предела выносливости его нижнего доверительного значения, найденного для уровня доверительной вероятности 0,9987, показала более заметное уменьшение нижних доверительных значений пределов выносливости по сравнению с зависимостью средних значений пределов выносливости от шероховатости.
Это объясняется тем, что возрастают среднеквадратичные отклонения средних значений пределов выносливости 8^ . В диапазоне шероховатости Яг 3,2.10 мкм снижение нижних доверительных значений пределов выносливости образцов и зубьев составило 6.10 %, в диапазоне Яг 0,4.250 мкм для образцов - 28 %, для зубьев - 47 % (рис. 1, 2).
Рис. 1. Зависимость предела выносливости от шероховатости цементированных образцов диаметром 10 мм (а0 = 1,0) при круговом изгибе в диапазоне шероховатости Яг 0,4. 250 мкм:
О - среднее значение предела выносливости;
----нижнее доверительное значение предела выносливости
Рис. 2. Зависимость предела выносливости цементированных зубьев модуля 6 мм от шероховатости переходных поверхностей в диапазоне Кх 0,4. 250 мкм:
• - среднее значение предела выносливости;
----нижнее доверительное значение предела выносливости
Повышение концентрации напряжений от ас = 1,0 до ас = 1,2 для образцов диаметром 10 мм и от ас = 1,0 до ас = 1,3 для образцов диаметром 20 мм привело к снижению предела выносливости примерно на 3.4 %.
Влияние абсолютных размеров поперечного сечения круглых образцов диаметром 10 и 20 мм с одинаковой шероховатостью на предел выносливости проявилось незначительно и составило около 2 %.
Коэффициент влияния шероховатости поверхности КР, используемый в ГОСТ 25.504-82 при расчетах характеристик сопротивления усталости деталей, представлен в таблице.
Значения К¥ в исследуемом диапазоне шероховатости
Параметр Яг, мкм
0,4 4,0 40 132 252
Образцы диаметром 10 мм (а0 = 1,0) 1,00 0,98 0,88 0,87 0,83
Зубья опытных колес модуля 6 мм 1,00 0,98 0,90 0,86 0,80
В области ограниченной выносливости характер влияния шероховатости на выносливость подобен зависимости средних пределов выносливости от шероховатости: левые части кривых усталости образцов и зубьев имеют разный наклон, увеличивающийся при уменьшении шероховатости, причем в большей степени на малых базах.
Анализ влияния шероховатости на долговечность на уровнях напряжений, на которых испытывались образцы и зубья, показал, что при увеличении шероховатости долговечность образцов и зубьев снижается, а среднеквадратичные отклонения долговечности возрастают, и это указывает на неслучайность зависимости S— от шероховатости.
Результаты исследования будут полезны при расчетах зубчатых колес судовых редукторов на выносливость при изгибе, а также при назначении шероховатости переходных поверхностей зубьев цементируемых колес судовых редукторов.
Получено 29.12.05
THE INFLUENCE OF SPACES ROUGHNESS AND FILLET SURFACES OF WHEELS TEETH HARDEN BY CEMENTATION ON ENDURANCE CHARACTERISTICS
V. A. Mamontov, A. R. Ruban
The research results of the influence of fillet surfaces wheels teeth and spaces roughness harden by cementation with the following volume hardening and low tempering on endurance characteristics are shown in the work. The estimation of the influence of stress concentration, the efficiency factor of absolute sizes, and also the efficiency factor of surface roughness is made by carrying out comparative bending fatigue tests of round samples and experimental wheels teeth. The dependence of endurance limits of samples and experimental wheels teeth on surface roughness is shown there taking into consideration the guaranteed value of endurance limit at the level of confidence probability of 99,87 %.
