Напряженно-деформированное состояние зубчатой передачи из высокопрочного чугуна с диффузионным карбидным покрытием

Автор: Веселовский Александр Александрович, Трояновская Ирина Павловна, Ерофеев Валерий Владимирович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering

Статья в выпуске: 4 т.22, 2022 года.

Бесплатный доступ

В работе исследуются напряженно-деформируемое состояние зубчатой пары из высокопрочного чугуна ВЧ 60 с диффузионным покрытием. Мы исследовали три типа диффузионного покрытия: c ванадием, хромом и марганцем. Термодиффузионные покрытия формировались посредством химико-термической обработки исследуемых элементов в контейнере с плавким затвором из порошковой засыпки. Толщина покрытий для всех случаев составляла 50-60 мкм. После зубчатые колеса с покрытием подвергались закалке в защитном слое. Температура повторного нагрева составляла 920-930 ℃. В качестве защитной среды (флюса) использовался сплав оксида ванадия, имеющий температуру плавления 675 ℃. Это позволило сформировать высокую твердость в покрытиях и переходной от покрытия зоне. Поверх диффузионного покрытия посредством металлических щеток наносилось внешнее механическое покрытие. Исследование напряженно-деформированного состояния исследуемой зубчатой передачи проводилось методом математического моделирования с использованием пакета Ansys. Решение контактной задачи позволило получить закон распределения нормальных и касательных напряжений по сечению зубьев. В результате установлено, что максимальные контактные напряжения в полости зубьев сосредоточены в слое термодиффузионного покрытия, прочностные характеристики которого в несколько раз превышают характеристики основного материала зуба колеса. Уровень касательных напряжений под диффузионным слоем оказался в два раза ниже, чем в самом слое. В результате снизился риск образования лунки у основания зубьев и поверхностных трещин, которые быстро приводят к потере работоспособности зубчатого зацепления.

Еще

Зубчатая пара, чугун, покрытия, касательные напряжения, прочность

Короткий адрес: https://sciup.org/147239488

IDR: 147239488 | DOI: 10.14529/engin220402

Список литературы Напряженно-деформированное состояние зубчатой передачи из высокопрочного чугуна с диффузионным карбидным покрытием

Sun, S. Analysis of sensible random factors that influence gear reliability / S. Sun et al. // Applied Mechanics and Materials. - 2011. - Vol. 80-81. - P. 913-916. - URL: https://doi.org/10.4028/ www.scientific.net/AMM. 80-81.913
Захарик, Ю.М. Прогнозирование долговечности зубчатых колес на основе метода конечных элементов /Ю.М. Захарик и др. // Грузовик. - 2009. - № 3. - C. 30-34.
Машнев, М.М. О восстановлении эвольвентного профиля зубьев колес тяговых передач тепловозов /М.М. Машнев и др. // Труды МИИТ. - 1999. -№ 638 М. - C. 56-68.
Wasilewski, M.R. Study of the Dynamic Load of the Tractor Transmission / M.R. Wasilewski, V.A. Aleksandrov // AIP Conference Proceedings. - 2021. - Vol. 2340. - No. 030005. - URL: https://doi. org/10.1063/5.0047252
Чудновский, Е.Е. Исследование жесткости главной передачи трактора в зависимости от износа подшипников /Е.Е. Чудновский // Труды ГОСНИТИ. - 1995. - № 43М. - С. 81-86.
Li, Z. Circular arc gear reliability study based on modified FOSM method / Z. Li, Y. -C. Bo // Advanced Materials Research. - 2013. - Vol. 760-762. - P. 2216-2219. - URL: https://doi.org/ 10.4028/www. scientific.net/AMR.. 760- 762.2216
Балякин, В.Б. Исследование жёсткости зубьев двух и трёхпарного зацепления / В.Б. Баля-кин и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2016. - Т. 18. -№ 4-6. - С. 1013-1020.
Василевский, М.Р. К вопросу о динамической нагруженности трансмиссии трактора «Кировец К-4» /М.Р. Василевский, В.А. Александров //Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. - 2020. - № 232. - С. 142-151.
Буйносов, А.П. Влияние износа элементов тяговой передачи на долговечность привода грузовых электровозов / А.П. Буйносов, А.Т. Шарапов // Транспорт Урала. - 2021. - № 1 (68).-С. 61-63.
Волгин, И.В. Износы и дефекты шасси трактора «Беларусь» / И.В. Волгин // Труды ГОСНИТИ. - 1998. - № 15 М. - 15 с.
Бондаренко, С.Н. Характер и причины разрушения шестерен дорожно-строительных и сельскохозяйственных машин / С.Н. Бондаренко и др. // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2001. - № 54. - С. 127-133.
Янзин, В.М. Запыленность воздуха в зоне работы трансмиссии трактора / В.М. Янзин, Е.В. Янзина //Материалы конференции: «Инновационные достижения науки и техники АПК». -Кинель. - 2020. - С. 436-439.
Baek, S.-M. Improvement of Gear Durability for an 86 kW Class Agricultural Tractor Transmission by Material Selection / S.-M. Baek et al. // Agriculture (Switzerland). - 2022. - Vol. 12(2). -No. 123. - URL: https://doi.org/10.3390/agriculture12020123
Гузанов, Б.Н. Влияние поверхностного упрочнения на надежность и работоспособность зубчатых колес / Б.Н. Гузанов, Г.Н. Мигачева, М.Ю. Большакова // Вестник машиностроения. -2005. - № 9. - С. 56-59.
Погодаев, Л.И. Повышение надежности зубчатых передач путем электроэрозионной обработки поверхности зубьев / Л.И. Погодаев и др. // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2014. - № 7. - С. 3-13.
Troyanovskaya, I. Investigation of Al-V Coatings Produced by the Thermo-Reactive Diffusion Method / I. Troyanovskaya et al. // Materials Science and Technology (United Kingdom). - 2022. -Vol. 38(11). - P. 734-741. - URL: https://doi.org/10.1080/02670836.2022.2063476
Коныгин, А.А. Повышение износостойкости зубчатых передач нанесением антифрикционных полимерных покрытий /А.А. Коныгин, Г.А. Пилюшина //Новые материалы и технологии в машиностроении. - 2019. - № 29. - С. 43-47.
Veselovsky, A.A. Predicting the Thickness of the Hardening Coating During Diffusion Metallization of Cast Iron / A.A. Veselovsky et al. // Materials Research Proceedings. - 2022. - vol. 21. -P. 51-55. - URL: https://doi.org/10.21741/9781644901755-9
Veselovsky, A.A. Improving the Quality of Friction Surface by Applying Antifriction Materials to Them / A.A. Veselovsky et al. //IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2022. -Vol. 949. - No. 012133. - URL: https://doi.org/10.1088/1755-1315/949/1/012133
ГОСТ 21354-87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные. Расчет на прочность. - М. : Изд-во стандартов. - 1988. - 125 с.
Sun, S. Gear reliability design using probability finite element method based on response surface / S. Sunet et al. // Applied Mechanics and Materials. - 2010. - Vol. 34-35. - P. 7-12. - URL: https://doi. org/10.4028/www. scientific. net/AMM. 34-35.7
Булюкова, Ф.З. Практикум по работе в системе инженерных расчетов ANSYS WORKBENCH / Ф.З. Булюкова, Е.В. Шестакова //учебное пособие. - Уфа. - 2020. Часть 2. -275 с.
Liu, X.-J. Microstructure and hardness of vanadium carbide coatings prepared by thermal diffusion process on different steel substrate /X.-J. Liu, H.-C. Wang // CailiaoRechuliXuebao/Transactions of Materials and Heat Treatment. - 2010. -Vol. 31(1). - P. 150-154.17.

Еще

Статья научная