Белый Виктор Иванович. Оценка качества обкатки шлицевых соединений и зубчатых передач при применении антифрикционной добавки по вибрационным параметрам

brief description

Белый Виктор Иванович. Оценка качества обкатки шлицевых соединений и зубчатых передач при применении антифрикционной добавки по вибрационным параметрам : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.03 / Белый Виктор Иванович; [Место защиты: Азово-Черноморс. гос. агроинженер. акад.].- Зерноград, 2009.- 206 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/514

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ»

БЕЛЫЙ ВИКТОР ИВАНОВИЧ
042010001 33
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ОБКАТКИ ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И
ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ АНТИФРИКЦИОННОЙ
ДОБАВКИ ПО ВИБРАЦИОННЫМ ПАРАМЕТРАМ
Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания
в сельском хозяйстве
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель канд. техн. наук, доцент
А. Ф. Меркулов
Зерноград, 2009
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 6
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 9
1.1 Анализ технического состояния шлицевых соединений агрегатов
трансмиссии тракторов «Кировец» 9
1.2 Способы повышения и параметры определяющие качество
обкатки агрегатов трансмиссии 15
1.3 Анализ известных способов контроля геометрических параметров
шлицевых соединений и зубчатых передач 24
1.4 Методы оценки технического состояния шлицевых соединений и
зубчатых передач по вибрационным диагностическим параметрам 27
1.5 Выводы, цель и задачи исследований 32
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ
ВИБРАЦИОННОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРИРАБОТКИ ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ 36
2.1 Параметры определяющие прирабатываемость шлицевых
соединений и зубчатых передач 36
2.2 Взаимодействие контактирующих поверхностей и изменение
коэффициента трения при работе механизма с добавкой АРВК 40
2.3 Оценка динамической нагруженности шлицев 48
2.4 Параметры диагностирования механизма 56
2.5.Обоснование частотного диапазона области исследования
спектров вибрации 62
2.6 Выводы по результатам теоретических исследований 67
3 ОБЩАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ, 69
3.1 Программа экспериментальных исследований 69
3.2 Оборудование и аппаратура для проведения исследований 70
3.3 Обоснование выбора объекта исследований ^ необходимого числа
наблюдений 79
3.4 Методика анализа спектра виброускорений и определения
з
информативных частот 81
3.5 Методика выбора режимов работы МПН при диагностировании... 86
3.6 Выбор места и способа крепления вибропреобразователя. Оценка влияния
помехи от источника с однородной частотной характеристикой 89
3.7 Методика определения зависимостей между вибрационными
диагностическими и структурными параметрами шлицевых соединений 93
3.8 Методика измерения параметров шероховатости 98
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 100
4.1 Анализ безотказности шлицевых соединений трансмиссии трактора
«Кировец» и износного состояния шлицев валика привода масляного насоса 100
4.2 Анализ спектра виброускорений механизма привода насоса и
определение информативных частот 103
4.3 Исследование скоростных режимов работы стенда для
диагностирования МПН 106
4.4 Исследование нагрузочных режимов работы стенда для
диагностирования МПН 108
4.5 Оценка влияния температуры масла коробки передачи на уровни
вибрационных параметров 112
4.6 Результаты исследования влияния помехи от источника с
однородной частотной характеристикой 114
4.7 Изменение виброактивности механизма от продолжительности
обкатки без применения добавки АРВК и с ее использованием 118
4.7.1 Зависимости уровней виброускорений зубчатой передачи
МПН от времени работы 118
4.7.2 Исследование процесса изменения виброактивности
шлицевого соединения МПН от времени работы 124
4.7.2.1 Зависимости уровней виброускорений шлицевого
соединения от времени работы 124
АЛ.2.2 Результаты измерений контурных площадей шлицев
валиков после обкатки МПН 131
4.8 Результаты измерения параметров шероховатости шлицев валика
привода масляного насоса 134
4.9 Зависимости вибрационного диагностического параметра от
технического состояния шлицев 139
4.10 Выводы по результатам экспериментальных исследований 145
5 ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 149
5.1 Результаты производственной проверки оценки эффективности
применения АРВК вибрационным методом 149
5.2 Экономическое обоснование целесообразности применения
вибрационного метода диагностирования агрегатов трансмиссий тракторов при оценке эффективности ГМТ 154
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 159
ЛИТЕРАТУРА 161
ПРИЛОЖЕНИЯ 176
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ /- коэффициент трения;
Nmp — удельная мощность трения;
I— интенсивность изнашивания;
А - работа сил трения в контакте;
сг - среднее контактное давление в соединении, МПа;
Мк -крутящий момент, передаваемый соединением, Н-м;
Аг, Ас, Аа - фактическая, контурная и номинальная площади контакта, мм2; рпрс,Ра - среднее фактическое, контурное и номинальное давление на контакте, МПа; Л — комплексная характеристика шероховатости;
Ra — среднее арифметическое, мкм;
Rmax — наибольшая высота неровностей профиля, мкм;
Ям — нагруженность шлицев, расположенных на линии окружности, Н;
Rpn І — нормальная нагрузка на z-м шлице, Н;
Fmp І - сила трения на г-м шлице, Н;
А - амплитуда виброударного импульса; а - уровень виброускорения, м/с2;
/ід - разность шагов зацепления;
т - длительность соударения деталей кинематической пары, с; ve — ширина спектра вибрации, Гц;
/зуб ~ зубцовая частота проявления основных вынуждающих сил, Гц;
КП - коробка передач;
МПН — механизм привода насоса;
ГМТ - геомодификатор трения;
АРВК - антифрикционная ресурсовосстанавливающая композиция;
БПФ - быстрое преобразование Фурье;
ПС — полосовой спектр.
ВВЕДЕНИЕ
В сельскохозяйственном производстве страны тракторный парк харак¬теризуется тем, что основу его составляют морально устаревшие модели, разработанные и поставленные на производство в 80 годах прошлого столе¬тия. При этом свой срок службы по состоянию на 2007 год, выработали 71 % тракторов [145]. Техническая готовность тракторного парка страны поддер¬живается в основном за счет ремонта старых конструкций, как силами самих эксплуатационников, так и специализированными ремонтными предпри¬ятиями. При этом объемы ремонта на специализированных предприятиях, которые производят ремонт с более высоким качеством, уменьшаются. Уро¬вень надежности отремонтированной техники снижается еще и по причине низкого качества реализуемых в торговой сети запасных частей.
Одним из перспективных путей повышения уровня надежности тракторов, как новых, так и после ремонта, является-применение технологий безремонтного увеличения эксплуатационного ресурса механизмов* за счет применения геомоди¬фикаторов трения типа серпентинита,, которые позволяют улучшить рабочие пара¬метры узлов трения. Элементы, входящие в состав добавок, их способность под действием трибофизических-химических реакций в зоне контакта рабочих поверх¬ностей узлов трения, предопределяют возможность повышения долговечности аг¬регатов трансмиссии за счет повышения качества приработки контактирующих по¬верхностей, уменьшения сил трения в соединениях и повышения износостойкости рабочих поверхностей деталей в начальный период эксплуатации во время обкатки агрегата. В тоже время, на сегодняшний день отсутствует достоверная информация о динамических процессах в механизмах при применении геомодификаторов тре¬ния в качестве добавки к трансмиссионному маслу. Поэтому проблема разработки метода исследования процесса* приработки деталей трансмиссии, особенно шлице¬вых соединений и зубчатых передач является актуальной.
Для оценки приработки шлицевых соединений и зубчатых передач пред¬почтение следует отдавать безразборным способам, так как операции по разбор¬ке-сборке искажают характер протекания процесса приработки и изнашивания.
Перспективно применение вибрационного метода диагностирования силовых передач как наиболее универсального, позволяющего с минималь¬ной трудоемкостью оценить состояние в динамике. В области диагностиро¬вания зубчатых передач проведено множество исследований по разработке технологий их диагностирования по вибрационным параметрам, которые по¬священы изучению влияния эксплуатационных износов и дефектов зубьев шестерен на уровень вибрации передачи.
Однако, применительно к оценке процесса приработки шлицевых со¬единений и зубчатых передач агрегатов трансмиссии тракторов во время их обкатки, исследования вибрационной активности передач не проводилось.
Цель исследований. Оценка качества обкатки шлицевых соединений и зубчатых передач при применении антифрикционной добавки, в частности антифрикционной ресурсовосстанавливающей композиции (АРВК) по виб¬рационным параметрам.
Объект исследований. Процесс приработки рабочих поверхностей шли¬цевых соединений и зубчатых передач трансмиссии.
Предмет исследований. Закономерности изменения вибрационной ак¬тивности шлицевых соединений и зубчатых передач при обкатке трансмиссии.
Научная новизна состоит в установлении связи между параметрами ше¬роховатости контактирующих поверхностей, коэффициентом трения и уров¬нями виброускорений механической передачи, реализация которой позволила:
- определить зависимость изменения виброактивности передачи во вре¬мя приработки контактирующих поверхностей при применении анти¬фрикционной добавки в трансмиссионное масло;
- установить аналитическую зависимость между уровнем виброускорений на зубцовой частоте шлицевого соединения и параметром шероховатости Rmax. Практическая значимость. Обоснован способ оценки эффективности
действия геомодификаторов трения по характеру изменения вибрационного диагностического сигнала при обкатке узла трансмиссии, который позволяет:
- достоверно провести оценку качества приработки зубчатых передач и шлицевых соединений трансмиссии;
- сократить трудоемкость технической экспертизы трансмиссий тракто¬ров до 20 раз;
- получить годовой экономический эффект за счет применения вибраци¬онного метода диагностирования до 23,7 тыс. рублей (в ценах 2008 го¬да) на один диагностированный трактор в зависимости ог стоимости используемого анализатора спектра.
Реализация результатов исследований. Вибрационный метод оценки технического состояния шлицевых соединений и зубчатых передач транс¬миссий тракторов внедрен в ФГУ «Северо-Кавказская машиноиспытательная станция» и применен при проведении государственных приемочных и экс¬плуатационных испытаниях антифрикционной ресурсовосстанавливающей композиции (АРВК) для агрегатов трансмиссии тракторов (задания Департа¬мента научно-технологической политики и образования Министерства сель¬ского хозяйства РФ по планам испытаний на 2007 и 2008 годы).
Результаты исследований, в ходе которых, установлена эффективность применения АРВК для ускорения процесса приработки шлицевых соедине¬ний и зубчатых передач и снижения их виброактивности, приняты к внедре¬нию ОАО «Тракторная компания «ВгТЗ» и ЗАО «РТП Зерноградское».
На защиту выносятся следующие положения диссертационной работы:
1. Параметры и режимы диагностирования шлицевых соединений и зубчатых передач.
2. Закономерности изменения виброактивности шлицевых соединений и зубчатых передач при наличии в смазочном материале антифрикци¬онной добавки-во.время обкатки механизма.
3. Зависимости между параметрами шероховатости шлицев и уровнем виброускорений шлицевого соединения.

bibliography

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Характер изменения виброактивности шлицевых соединений и зубчатых передач во время приработки контактирующих поверхностей подобен процессу изменения коэффициента трения. Теоретически установлено, что применение АРВК позволяет снизить коэффициент трения в шлице¬вых соединениях с 0,15 до 0,11. При этом доремонтный ресурс шлицевого валика механизма привода насоса увеличивается в 1,34 раза.
2. Диагностическими параметрами, характеризующими качество приработки контактирующих поверхностей шлицевых соединений и зубчатых пере¬дач, являются уровни виброускорений спектра БПФ, выделенные на ос¬новных зубцовых частотах. При этом диагностирование зубчатых передач необходимо проводить при работе передачи под нагрузкой, а шлицевых соединений — без нагружения, при максимальной частоте вращения.
3. Процесс приработки контактирующих поверхностей зубчатых передач описывается изменением виброактивности передачи от времени работы, зависимостью общего вида А = atb ect + А0 с проявлением максимума виб-рационной активности в момент достижения условий упругого контакта и формирования пятна контакта с последующим снижением виброактивно¬сти на 8.. .9 дБ до некоторой постоянной величины А0.
4. Вероятность наличия связи между диагностическим параметром (амплитуда виброускорения) и структурными (показатель шероховатости Ra и боковой зазор в шлицевом соединении) равна 0,91. Установлена функциональная связь между уровнем виброускорений и параметром шероховатости Rmax.
5. За счет применения АРВК, повышается интенсивность и качество прира¬ботки. За период обкатки 60 часов установлено снижение уровней виброу¬скорений ■ зубьев шестерен и шлицев в 1,8...2 раза, контурная-площадь практически достигает 100 % номинальной площади,.показатель шерохо¬ватости боковой поверхности шлицев Ra уменьшился в 8,4 раза. За такое же время обкатки шлицевого соединения без добавления АРВК установ- лено отсутствие снижения уровней виброускорений и полной приработки шлицев соединения, контурная площадь пятна контакта шлицев составля¬ет 65,5 % номинальной площади, показатель шероховатости Ra уменьша¬ется только в 1,1 раза. Применение АРВК наиболее эффективно для улучшения качества приработки поверхностей новых или восстановлен¬ных деталей.
Применение вибрационного метода диагностирования, для оценки качест¬ва приработки деталей трансмиссии, позволило реально сократить трудо¬затраты на проведение государственных испытаний в объеме 574 чел.-ч. Годовой экономический эффект за счет применения вибрационного мето¬да диагностирования может составить от 9,3 тыс. до 23,7 тыс. рублей (в ценах 2008 года) на один диагностированный трактор в зависимости от стоимости используемого анализатора спектра.