Реферат: Применение упрочняющих технологий для повышения надежности и долговечности приводных зубчатых ремней никончук А. Н., Никончук И. Н., Безмен О. В

ПРИМЕНЕНИЕ УПРОЧНЯЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ

ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ

ПРИВОДНЫХ ЗУБЧАТЫХ РЕМНЕЙ


Никончук А.Н., Никончук И.Н., Безмен О.В. (БНТУ, г.Минск, Белоруссия)


The basic results of researches of an opportunity of increase of fatigue strength of tooths of transmissions timing belts are resulted consisting in strengthening their elastomeric file achievable with the help concerning simple technological concept are resulted.


Опыт промышленной эксплуатации зубчатоременных передач свидетельствует о том, что наименее надежным их элементом являются зубчатые ремни (ЗР). Из систематических видов отказов ЗР усталостное разрушение кордшнура, имеющее вид поперечного разрыва ремня, характерно для слабонагруженных ЗР, изготовленных с применением стеклокорда или металлокорда. Вытеснение этих материалов линейно-ориентированным углепластиком практически исключает подобный вид разрушения.

Подавляющее большинство выходов из строя ЗР связано с деструкцией их зубьев, которая имеет два принципиально различных вида – усталостное разрушение в форме трещины, прорастающей от вершины межзубой впадины вдоль основания зуба и износ зуба ремня по профилю. Борьба с последним имеет устойчивую тенденцию к прогрессу, реализуемому с помощью оснащения ремней износостойким тканевым покрытием зубьев. Кроме сферического графита, тканевое покрытие перед вулканизацией пропитывают и другими антифрикционными составами, например, дисульфидом молибдена, мелкодисперсными гранулами фторопластов и т.д. Усталостное же трещинообразование устраняется в основном за счет применения более стойких каучуков. Так, вместо обычных хлоропреновых резин предлагается использовать уретановые каучуки или высокомолекулярные соединения типа “Десмопан”, что приводит к удорожанию ремней в 3-10 раз и далеко не всегда эти затраты компенсируются высокой долговечностью.

Предлагается новый концептуальный подход к проблеме повышения усталостной прочности зубьев ремней базирующийся на применении традиционных эластомерных, кордных и текстильных материалов для конструкции ЗР. Он заключается в разработке и оптимизации параметров ЗР с армированными зубьями. Поскольку армирование зубьев свулканизированного ремня практически невозможно, предлагаемые исполнения ЗР должны обладать технологической осуществимостью, то есть наряду с конструкциями необходимо создание соответствующих технологий их производства.

Распределение рабочих напряжений в объеме зуба ЗР, определенное методом конечноэлементной дискретизации, свидетельствует о наличии значительных сдвиговых напряжений между кордшнуром и основанием зуба. Наибольшая их концентрация наблюдается в зоне перехода межзубой впадины ЗР к боковой грани зуба. Именно в этом месте локализуются первичные усталостные трещины. Снижение концентрации напряжений в 3…10 раз с перераспределением сдвиговых деформаций в ненагруженную область контакта зуба и кордшнура достигается введением в массив зуба ЗР различных армирующих элементов. Разработан и запатентован ряд конструкций армированных ЗР (рис. 1), отличающихся от стандартного исполнения (а) наличием разнообразной арматуры, имеющей вид резьбовых стержней или втулок (б); спиральных пружин (в), практически не отягощающих ремень; парных спиральных пружин (г). Наиболее эффективно равномерность распределения напряжений реализуется в конструкции со специальными пружинами не цилиндрического, а фигурного сечения, подобного профилю зуба ремня (д).




Рис.1. Кинетические диаграммы усталости зубьев стандартного (а)

и армированных (б-д) зубчатых ремней.


Разработанная технология и оснастка для изготовления армированных ремней предусматривает возможность установки пружинной арматуры между витками корда после навивки последнего, ее фиксацию от смещения в довулканизационный период и предохранение от деформаций со стороны формообразующих элементов оснастки.

Для оперативной оценки предложенных вариантов армирования проводились ресурсные стендовые испытания соответствующих образцов ремней по вновь разработанной методике. При ее разработке опирались на основные положения общепринятого эмпирического подхода к исследованию циклической выносливости зубьев зубчатых колес. Отличия заключались в учете характера нагружения и физико-механических свойств материала зубьев ремня. Если в нереверсивных зубчатых передачах зубья колес подвержены пульсирующему отнулевому нагружению, то усилия на зубья ремня на ведущем и ведомом шкивах противоположны по направлению и в общем случае не равны по модулю, а фазы нагружения на шкивах чередуются периодами релаксации во время нахождения зуба на ветвях передачи. Исследования проводились как при значениях коэффициента асимметрии цикла ψ = –1, что соответствовало условиям работы ЗР на шкивах с передаточным отношением 1, так и при ψ, равных –0,7; –0,5 и –0,3. Незначительная теплопроводность эластомера зубьев ЗР по сравнению со стальными зубьями шестерен предопределяла выбор частоты нагружения из условия исключения чрезмерного нагрева, искажающего показатели механических своиств материала зубьев. Практически эта частота ограничивалась значением 12,5 Гц. Все объекты исследований изготавливались из идентичных материалов в одинаковых технологических режимах с использованием оснастки одного типоразмера.

Экспериментальное оборудование представляло собой стенд-пульсатор с двухгребневым индентором, между которым с зазорами размещался испытуемый зуб ЗР. Наличие подобного индентора моделировало знакопеременное нагружение зуба ЗР на дугах обхвата ведущего и ведомого шкивов, а зазоры – фазу выстоя зуба во время его нахождения в ненагруженном состоянии на ветвях передачи. Критерием отказа являлся полный отрыв зуба от основания ЗР. Результаты исследований долговечности ЗР с шагом зубьев 9,42 мм представлены на рис. 1. По оси ординат отложены значения не внутренних напряжений в материале армированного зуба, методика определения которых практически не разработана, а удельных усилий Руд, воспринимаемых ремнем единичной ширины. Такое представление зависимости долговечности зубьев ЗР более наглядно, так как параметр Руд является основой для проектного расчета зубчатоременных передач. Параметры уравнений кривых усталости - характеристики наклона и точки их перегиба определялись по стандартным методикам с использованием метода наименьших квадратов.

Установлено (рис.1), что использование армированных конструкций по сравнению с неармированными, стандартными, позволяет повысить предел выносливости зубьев ЗР в 2 – 5 раз, а вероятность неразрушения в пределах от 0,89 до 0,970, при этом наиболее эффективным является применение парных или фигурных спиральных пружин. Отличительной особенностью такого увеличения долговечности является возможность его достижения на базе применения традиционных материалов и без существенного усложнения существующих технологий производства. Промышленная апробация подтвердила перспективность применения разработанных технологий.