Вероятность безотказной работы зубчатых цилиндрических передач: глубинная контактная выносливость

Автор: Лебедев Сергей Юрьевич, Сызранцев Владимир Николаевич

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

Статья в выпуске: 2 т.22, 2022 года.

Бесплатный доступ

Надежность технической системы обуславливается сохраняемостью, ремонтопригодностью, долговечностью и безотказностью. Вероятность безотказной работы как количественная оценка безотказности является важным параметром надежности зубчатых передач. Расчет вероятности безотказной работы ведется по различным критериям - возможным видам отказа передачи. У поверхностно-упрочненных зубчатых цилиндрических передач такими отказами являются: поломка зубьев (критерий изгибной выносливости), выкрашивание рабочих поверхностей зуба (критерий контактной выносливости), глубинное выкрашивание рабочих поверхностей зуба (критерий глубинной контактной выносливости). Цель статьи - разработать методику расчета вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубчатых цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости. Объект исследования - поверхностно-упрочненные цилиндрические прямозубые и косозубые передачи. В статье выполнен анализ существующих методик оценки надежности зубчатых цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости. Разработан алгоритм и представлены расчетные формулы для определения вероятности безотказной работы зубчатой цилиндрической передачи по критерию глубинной контактной выносливости. Для определения действующих напряжений внутри тела зуба используются формулы, основанные на обобщенном критерии предельного состояния Лебедева-Писаренко для структурно неоднородного материала. Для определения функции плотности распределения контактных напряжений в методике реализованы инструменты непараметрической статистики. Реализация разработанной методики и сравнение результатов расчета со значениями вероятности безотказной работы рассчитываемой передачи по критериям контактной и изгибной выносливости показало, что при увеличении максимального крутящего момента лимитирующим критерием безотказности передачи становится глубинная контактная выносливость. Разработанная методика может служить частью методологии проверочного расчета зубчатых цилиндрических передач, основанной на численных методах моделирования.

Еще

Вероятность безотказной работы, глубинная контактная выносливость, зубчатая цилиндрическая передача

Короткий адрес: https://sciup.org/147238117

IDR: 147238117 | DOI: 10.14529/engin220202

Список литературы Вероятность безотказной работы зубчатых цилиндрических передач: глубинная контактная выносливость

Голофаст, С.Л. Диагностика работоспособности передач Новикова датчиками деформаций интегрального типа: монография / С.Л. Голофаст. - Новосибирск: Наука, 2004. - 163 с.
ГОСТ 21354-87 Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные. Расчет на прочность. - М. : Изд-во стандартов, 1988. - 125 с.
Дрозд, М.С. Глубинные контактные разрушения зубьев цементованных шестерен / М.С. Дрозд, Е.И. Тескер, М.А. Шаров //Вестник машиностроения. - 1974. - №10. - С. 21-25.
Руденко, С.П. Особенности расчета зубчатых колёс трансмиссий на глубинную контактную выносливость / С.П. Руденко, А.Л. Валько // Вестник машиностроения. - 2015. - № 11. -С. 5-11.
MackAldener, M. Tooth Interior Fatigue Fracture - computational and material aspects / M. MackAldener, M. Olsson // International Journal of Fatigue 23. - 2001. - P. 329-340.
Findley, W.N. A theory for the effect of mean stress on fatigue of metals under combined torsion and axial load or bending / W.N. Findley // Engineering for Industry. - 1959.
Dang Van, K. On a new multiaxial fatigue limit criterion: Theory and application /K. Dang Van, B. Griveau, O. Message // Biaxial and Multiaxial Fatigue, EGF 3. University of Sheffield: London, UK. - 1989. - P. 459-478.
Snidle, R. W. Comparison of fatigue model results for rough surface elastohydrodynamic lubrication /R.W. Snidle, H.P. Evans, H. Qiao //Proc. Inst. Mech. Eng. Part J. Eng. Tribol. - 2008. - № 222. -P. 381-393.
Karolczuk, A. A Review of Critical Plane Orientations in Multiaxial Fatigue Failure Criteria of Metallic Materials / A. Karolczuk, E. Macha // Int. J. Fract. 2005. - №134. - P. 267-304.
Wang, W. Evaluation of contact fatigue risk of a carburized gear considering gradients of mechanical properties / W. Wang, H. Liu, C. Zhu et al. // Friction 8(6). - 2020. - P. 1039-1050. https://doi. org/10.1007/s40544-019-0317-z
Bai, H. Study on Tooth Interior Fatigue Fracture Failure of Wind Turbine Gears / H. Bai, C. Zhu, Y. Zhou et al. //Metals. - 2020. - № 10 (1497). - P. 1-18. doi:10.3390/met10111497
Короткин, В.И. К оценке глубинной контактной выносливости эвольвентных зубчатых передач с поверхностно упрочненными зубьями / В.И. Короткин, Н.П. Онишков // Вестник машиностроения. - 2008. - № 5. - С. 9-14.
Писаренко, Г.С. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. Академия наук Украинской ССР: институт проблем прочности / Г. С. Писаренко, А.А. Лебедев. - Киев: Наукова думка, 1976. - 415 с.
Xie, L. Effect of Surface Hardening Technique and Case Depth on Rolling Contact Fatigue Behavior of Alloy Steels / L. Xie, D. Palmer, F. Otto et al. // Tribology Transactions. - 2015. - № 58. -C. 215-224.
Wang, Z. An Efficient Numerical Method with a Parallel Computational Strategy for Solving Arbitrarily Shaped Inclusions in Elasto-Plastic Contact Problems / Z.J. Wang, X.Q. Jin, Q.H. Zhou et al. // Journal of Tribology. - 2013. - № 135 (3). - P. 031-401.
Фудзита, К. Влияние глубины цементованного слоя и относительного радиуса кривизны на долговечность при онта тной усталости це ентованного роли а из хро о олибденновой стали / К. Фудзита, А. Иосида // Конструирование и технология машиностроения. - 1981. -№ 2. - С. 115-124.
Xiao-gang, L. Initiation and propagation of case crushing cracks in rolling contact fatigue / L. Xiao-gang, G. Qing, S. Eryu // Wear. - 1988. - № 1. - P. 33-43.
Boiadjiev, I. Tooth flank fracture-basic principles and calculation model for a sub-surface-initiated fatigue failure mode of case-hardened gears /1. Boiadjiev, J. Witzig, T. Tobie et al. // Proceedings of the International Gear Conference. - 2014. - P. 26-28.
Beermann, S. Tooth Flank Fracture—A Critical Failure Mode Influence of Macro and Micro Geometry / S. Beermann, U. Kissling // Proceedings of the KISSsoft User Conference. - 2015. -P. 25-26.
He, H. Study on the gear fatigue behavior considering the effect of residual stress based on the continuum damage approach / H. He, H. Liu, C. Zhu et al. // Eng. Fail. Anal. - 2019. - 104. - P. 531544.
Короткий, В.И. Зубчатые передачи Новикова. Достижения и развитие / В.И. Короткий, Н.П. Онишков, Ю.Д. Харитонов. -М.: Изд-во «Машиностроение-1», 2007. - 384 с.
Лебедев, С.Ю. Анализ методик расчета глубинной контактной выносливости / С.Ю. Лебедев // Омский научный вестник. - 2022. - № 2 (182). DOI: 10.25206/1813-225-2022-182.
Редукторы энергетических машин: справочник. Под ред. Ю.Л. Державца. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. - 232 с.
Baydu, C. Comparison of Tooth Interior Fatigue Fracture Load Capacity to Standardized Gear Failure Modes / С. Baydu, R. Patel, P. Langlois // Gear solutions. - 2017. - P. 47-57.
Thomas, J. Flankentragfähigkeit und Laufverhalten von hartfeinbearbeiteten Kegelrädern. PhD Thesis, Technical University of Munich. Germany. - 1997.
Tobe, T. Bending strength of carburized C42OH spur gear teeth / T. Tobe, M. Kato, K. Inoe et al. // JSME. - 1986. - P. 273-280.
Сызранцев, В.Н. Расчет прочностной надежности изделий на основе методов непараметрической статистики / В.Н. Сызранцев, Я.П. Невелев, С.Л. Голофаст. - Новосоибирск: Наука, 2008. - 216 с.
Syzrantsev, V.N. An algorithm for determining the parameters of the distribution density function with the application of nonparametric statistics methods / V.N. Syzrantsev, M.D. Antonov // AIP Conference Proceedings: 14th International Conference on MRDMS-2020. Ekaterinburg. - 2020. -P. 40-42. DOI: 10.1063/5.0037016
Сызранцева, К.В. Расчет прочностной надежности деталей машин при случайном характере внешних нагрузок /К.В. Сызранцева. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. - 92 с.

Еще

Статья научная