АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ В ЗУБЧАТЫХ ЗАЦЕПЛЕНИЯХ ПРИ КАРБОНИТРИРОВАНИИ

 

THE ANALYSIS OF CHANGES OF THE COEFFICIENT OF FRICTION IN TOOTHED GEARING AT CARBONITRIDING

 

Жиркин Ю.В., Мироненков Е.И., Султанов Н.Л., Юсупов Р.Р.

(ФГБОУ ВПО МГТУ им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, РФ)

Y.V. Zhirkin, E.I. Mironenkov, N.L. Sultanov, R.R. Yusupov

(The Magnitagorsk State Technical University name G.I. Nosov, Magnitogorsk)

 

Рассмотрен анализ изменения коэффициента трения на контакте зубьев тяжелонагруженных зубчатых передач редукторов металлургических машин после обработки карбонитрированием.

Сonsidered analysis of changes in the coefficient of friction at the contact of teeth of gears heavy duty gearboxes metallurgical machines, by treatment of gears, pinions, carbonitriding.

 

Ключевые слова: карбонитрирование, эластогидродинамика, коэффициент трения.

Keywords: carbonitriding, elastogidrodinamik, coefficient of friction.

 

Из многолетней практики эксплуатации механического оборудования известно, что надежность работы узла трения зависят от правильного выбора материалов пары трения и соответствующего смазочного материала (СМ). Исследование и разработка эффективных триботехнических материалов являются одним из основных путей решения технических проблем, связанных со снижением потерь на трение и износа в машинах.[1] Одним из наиболее эффективных способов решения данной проблемы является карбонитрирование.  

Карбонитрирование представляет собой разновидность азотирования, отличающуюся более коротким циклом обработки (2-4 ч вместо 50 ч), что делает её привлекательной для применения в производстве. Она создает слой твердого карбонитрида на поверхности детали, существенно замедляющего изнашивание.

Карбонитрирование - технология одновременного насыщения стали азотом и углеродом. Назначение процесса карбонитрирования заключается в том, что детали машин из конструкционных, нержавеющих, теплостойких инструментальных и быстрорежущих сталей подвергают нагреву в расплаве солей при 540-600°С с выдержками 5-40 мин для режущего инструмента, а штампового инструмента и деталей машин 1-6 ч в зависимости от требуемой толщины упрочненного слоя [2].

Задача исследования решается по следующей методике: от изменения тока в цепи электродвигателя определяется нагрузка на него. Далее выполняется расчет по приведенной ниже формуле тока на коэффициент трения (КТ). Экспериментальные исследования условий реализации режима эластогидродинамической смазки в зубчатых зацеплениях  проводились на лабораторном стенде (ЛС) для испытания зубчатых передач  с замкнутым силовым контуром который имеет патент на полезную модель № 88445 [3].

Карбонитрированию подверглись валы-шестерни и шестерни из редукторов испытательного стенда. Их твердость составляла HRC58-61, и после карбонитрирования (575°С, 2 ч) не изменилась.

При проведении эксперимента соблюдены условия моделирования. Кинематическая схема ЛС представлена на рисунке 1. Он состоит из двух редукторов ЦУ-160-2-12-1-У2, соединенных шпинделями, на одном из которых установлены регулируемые муфты, настроенные до и после обработки одинаково. Работа стенда основана на измерении нагрузки на электродвигатель, эта нагрузка фиксируется амперметром, включенным в цепь электродвигателя.

Рисунок 1 - Кинематическая схема лабораторного стенда для испытания зубчатых передач

1 – вал-шестерня; 2 – зубчатое колесо; 3 – вал; 4 – корпус редуктора; 5 – подшипниковая опора; 6 – шарнир кардано; 7 – регулируемые муфты; 8 – шлицевое соединение

 

Отсюда можно по току в электродвигателе судить о потерях на трение в зубчатых зацеплениях.

Коэффициент трения в зубчатом зацеплении определяли из зависимости:

                                                                              (1)

где U – напряжение в сети, В;

       Iн – ток нагрузки, А;

       Iх.х. – ток холостого хода двигателя, А;

       cosφ=0,82;

       η – к. п. д. подшипников качения;

       Vск - скорость скольжения на контакте, м/с;

        Pк – окружная сила в зацеплении, Н.

В течение всего эксперимента фиксировались показания тока двигателя, характеризующие величину момента сил трения на контакте в зубчатом зацеплении.

В результате проведенного исследования были выявлены изменения коэффициента трения в меньшую сторону после обработки зубчатых колес и валов-шестерен карбонитрированием.

Графики изменения коэффициента трения до и после обработки карбонитрировнием представлены на рисунке 2.

C:\Documents and Settings\Рус\Мои документы\Мои рисунки\555.JPG

Рисунок 2 – Изменение коэффициента трения до и после карбонитрирования

 

Таким образом, полученные результаты подтверждают возможность применения карбонитрирования в зубчатых зацеплениях редукторов, для снижения коэффициента трения в тяжелонагруженных редукторах, повышая тем самым надежность эксплуатируемого оборудования.

 

Список использованных источников

1. Мироненков Е. И., Юсупов Р. Р. Исследование влияния карбонитрирования на долговечность узлов трения металлургических машин. Образование. Наука. Производство: сборник научных трудов. Выпуск 7/[Текст] Мироненков Е.И., Юсупов Р.Р. -Магнитогорск: Издательство Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, 2012. -177 с.

2. Коротков В. А. Карбонитрация деталей машин // Главный механик, 2011. - №9.

3. Патент на полезную модель РФ № 88445. Стенд для испытания зубчатых передач / Платов С. И., Чумиков А. М., Жиркин Ю. В., Железков О. С., Мироненков Е. И., Терентьев Д. В.

 

Работа проведена в ФГБОУ ВПО МГТУ им. Г. И. Носова согласно НИР МОиН РФ 2012-01 ГЗ регистрационный номер 1.938.2011 от 22.11.2011 г.