Оценка точности функций твердости упрочненного слоя рабочих поверхностей зубчатых передач

Сергей Юрьевич Лебедев; Владимир Николаевич Сызранцев; Мария Николаевна Михайлова

doi:10.22213/2413-1172-2022-2-14-22

Авторы

С. Ю. Лебедев Тюменский индустриальный университет
В. Н. Сызранцев Тюменский индустриальный университет
М. Н. Михайлова Тюменский индустриальный университет

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2022-2-14-22

Ключевые слова:

функция твердости, градиент твердости, поверхностное упрочнение, химико-термическая обработка, зубчатая передача

Аннотация

Поверхностное упрочнение рабочих поверхностей зубьев позволяет повысить долговечность и безотказность передач. В зубчатых передачах широкое распространение получило химико-термическое упрочнение азотированием, цементацией и нитроцементацией. При выполнении проектных и проверочных расчетов зубчатых передач необходимо знать закон изменения твердости по глубине упрочненного слоя зуба, от точности которого зависит корректность расчетов передачи. Цель статьи - оценить точность существующих функций распределения твердости по глубине упрочненного слоя рабочих поверхностей зубчатых передач на основе известных экспериментальных данных; предмет исследования - функции распределения твердости цементованных и нитроцементованных поверхностей зубчатых передач. Выполнен анализ существующих функций распределения твердости цементованных и нитроцементованных поверхностей зубчатых передач, используемых при проверочных расчетах зубчатых передач на сопротивление изгибной и глубинной контактной усталости. В статье представлены функции твердости, предложенные Тескером Е.И., Короткиным В. И., Mack Aldener M., Dang Van K., Thomas J. Для оценки точности рассмотренных функций произведен расчет погрешности аппроксимации. Аппроксимирующими функциями являлись функции твердости, а действительными значениями - результаты известных экспериментов по определению твердости по глубине упрочненного слоя цементованных и нитроцементованных роликов. Расчет реализован в пакете MathCad, в котором также были построены представленные в статье графики функций твердости для всех используемых результатов экспериментов. В результате расчета определены наиболее точные функции распределения твердости цементованных и нитроцементованных слоев. Функция твердости, предложенная Mack Aldener M., дает наименьшую погрешность при цементации (не более 1,1 %). Функция твердости, предложенная Короткиным В. И. для нитроцементации, дает наименьшую погрешность (не более 2,3 %). Наименее точные значения показала функция твердости, разработанная Dang Van K. (более 5 %). Выполненная работа является частью исследования, нацеленного на совершенствование методологии оценки надежности поверхностно-упрочненных зубчатых цилиндрических передач, основанной на применении методов численного моделирования и инструментов непараметрической статистики.

Биографии авторов

С. Ю. Лебедев, Тюменский индустриальный университет

аспирант кафедры транспортных и технологических систем Института транспорта

В. Н. Сызранцев, Тюменский индустриальный университет

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности Института геологии и нефтегазодобычи

М. Н. Михайлова, Тюменский индустриальный университет

старший преподаватель кафедры иностранных языков Института сервиса и отраслевого управления

Библиографические ссылки

Сопротивление контактной усталости крупномодульных зубчатых колес из хромоникелевых сталей / С. П. Руденко, А. Л. Валько, С. А. Шишко, П. Г. Карпович // Механика машин, механизмов и материалов. 2019. № 1 (46). С. 58-63.

Тескер Е. И., Гуревич Л. М. Современные требования к свойствам поверхностных слоев высоконагруженных деталей машинного оборудования в нефтегазхимии // Известия ВолгГТУ. 2019. № 4 (227). С. 56-60.

Hein M., Tobie T., Stahl K. Parameter study on the calculated risk of tooth flank fracture of case hardened gears. Journal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing, 2017, no. 11, pp. 1-6.

Руденко С. П., Валько А. Л. Определение параметров химико-термической обработки высоконапряженных зубчатых колес на основе расчетных моделей // Упрочняющие технологии и покрытия. 2018. Т. 14, № 8. С. 353-358.

Тескер Е. И. Перспективы применения лазерной обработки (ЛО) для повышения надежности и технического уровня зубчатых колес трансмиссий и приводов // Вестник ИЖГТУ имени М. Т. Калашникова. 2017. Т. 20, № 2. С. 97-102. DOI: 10.22213/ 2413-1172-2017-2-97-102.

Kosenko V.V., Tesker E.I. Effect of axial play on the sealing ability of the radial single-lip seal in an abrasive environment. Journal of friction and wear, 2017, vol. 38, no. 3, pp. 237-241.

Короткин В. И., Колосова Е. М., Онишков Н. П. Оценка нагрузочной способности химико-термически упрочненных зубчатых передач с локальным контактом зубьев // Вестник машиностроения. 2020. № 8. С. 34-37. DOI: 10.46652/0042-4633-2020-8-34-37.

Онишков Н. П., Короткин В. И. К оценке контактно-усталостной долговечности химико-термоупрочненных зубчатых колес // Вестник Донского государственного технического университета. 2017. № 3 (90). С. 5-13.

Короткин В. И., Колосова Е. М., Онишков Н. П. Прогнозирование контактной выносливости упрочненных зубьев и нагрузочной способности эвольвентных зубчатых передач по критерию предельного состояния материала // Вестник машиностроения. 2021. № 12. С. 35-37.

Yao Li, Caichao Zhu, Xu Chen, Jianjun Tan. Fatigue Reliability Analysis of Wind Turbine Drivetrain Considering Strength Degradation and Load Sharing Using Survival Signature and FTA. Energies, 2020, no. 13, pp. 1-21. DOI: 10.3390/en13082108.

Brecher Ch., Löpenhaus Ch., Brimmers J., Henser J. Influence of the Defect Size on the Tooth Root Load Carrying Capacity. Gear Technology, November/December, 2017, pp. 92-100.

Concli F., Fraccaroli L., Maccioni L. Gear Root Bending Strength: A New Multiaxial Approach to Translate the Results of Single Tooth Bending Fatigue Tests to Meshing Gears. Metals, 2021:11:863. DOI: 10.3390/ met11060863.

Glodež S., Šori M., Vučković K., Risović S. Determination of Service Life of Sintered Powder Metallurgy Gears in Regard to Tooth Bending Fatigue. Croatian Journal of Forest Engineering, 2018, no. 39, pp. 129-137.

Zhou Ye, Zhu Caichao, Huaiju Liu, Hailan Song. Investigation of Contact Performance of Case-Hardened Gears Under Plastoelastohydrodynamic Lubrication. Tribology Letters, 2019, pp. 67-92. DOI: 10.1007/ s11249-019-1202-7.

Houyi B., Caichao Z., Ye Zh., Xiaojin Ch., Houbin F., Wei Ye. Study on Tooth Interior Fatigue Fracture Failure of Wind Turbine Gears. Metals, 2020, no. 10, 1497, pp. 1-18. DOI: 10.3390/met10111497.

Wang W., Liu H., Zhu C., Tang J., Jiang Ch. Evaluation of contact fatigue risk of a carburized gear considering gradients of mechanical properties. Friction, 2020, no. 8, pp. 1039-1050. DOI: 10.1007/s40544-019-0317-z.

Yuan Tao Sun, Chao Liu, Qing Zhang, XianRong Qin. Multiple Failure Modes Reliability Modeling and Analysis in Crack Growth Life Based on JC Method. Mathematical Problems in Engineering, 2017, pp. 1-5. DOI: 10.1155/2017/2068620.

ZonglinGu, Caichao Zhu, Huaiju Liu, Xuesong Du. A comparative study of tribological performance of helical gear pair with various types of tooth surface finishing. Industrial Lubrication and Tribology, 2018, no. 71, pp. 474-485.

Heli Liu, Huaiju Liu, Philippe Bocher, Caichao Zhu, Peitang Wei. Effects of the case hardening properties on the contact fatigue of a wind turbine gear pair.International Journal of Mechanical Sciences, 2018, no. 4, pp. 3-24. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2018.04.010.

Baydu C., Rupesh P., Langlois P.Comparison of Tooth Interior Fatigue Fracture Load Capacity to Standardized Gear Failure Modes. Gear solutions, 2017, pp. 47-57.