Научные статьи \ Прикладные науки. Медицина. Технология \ Инженерное дело. Техника в целом \ Общее машиностроение. Ядерная технология. Электротехника. Технология машиностроения \ Технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления

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

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

Рубрика: Расчет и конструирование

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   |   УДК: 621.793:539.374   |   DOI: 10.14529/engin220402

Stress-strain state of a gear from high-strength cast iron with diffusion carbide coating

The article investigates the stress-strain state of a gear pair made of high-strength cast iron VCh 60 with a diffusion coating. We investigated three types of diffusion coating: with vanadium, chromium or manganese. Diffusion coatings were formed by chemical-thermal treatment of the studied elements in a container with a fusible seal from a powder filling. The coating thickness in all cases was 50-60 µm.The coated gears were then hardened in a protective layer. The reheat temperature was 920-930 ℃. Vanadium oxide alloy with a melting point of 675℃ was used as a protective medium (flux).This made it possible to form high hardness in the coatings and the transition zone from the coating. An external mechanical coating was applied over the diffusion coating using metal brushes. The study of the stress-strain state of the gear wheel was carried out by mathematical modeling using the Ansys package.The solution of the contact problem made it possible to obtain the law of distribution of normal and shear stresses over the section of the teeth.As a result, it was found that the maximum contact stresses in the cavity of the teeth are concentrated in the layer of thermal diffusion coating, the strength characteristics of which are several times higher than the characteristics of the base material of the wheel tooth.The level of shear stresses under the diffusion layer turned out to be two times lower than in the layer itself.As a result, the risk of pitting at the base of the teeth and surface cracks, which quickly lead to loss of gearing performance, has been reduced.

Еще

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
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp