3 Надежность узлов привода механизма подъема тележки мостового крана общего назначения

3.1 Анализ работы узлов трения и выбора материалов трущихся поверхностей

3.1.1 Пара трения: зубчатое зацепление цилиндрического редуктора

Наибольшее нормальное контактное напряжение для цилиндрических прямозубых зацеплений [6]:

, (3.1)

где u – передаточное число;

b – ширина зубчатого венца, м;

А – межцентровое расстояние, м;

К – коэффициент, К = 1,3;

М_к – крутящийся момент на колесе, МНм.

Угловая скорость тихоходного вала определяется по формуле:

, (3.2)

где v – скорость передвижения тележки, м/с;

R – радиус вала, м.

Угловая скорость быстроходного вала определяется по формуле:

, (3.3)

где u_ред – передаточное число редуктора.

Крутящий момент быстроходного вала определяется по формуле:

(3.4)

Крутящийся момент на колесе определяется по формуле:

(3.5)

Наибольшее нормальное контактное напряжение для цилиндрических прямозубых зацеплений равно:

Скорость скольжения в зацеплении

Окружная скорость превышает истинную в 1,48 раза, тогда

(3.6)

Возможный вид изнашивания

На поверхности зуба возникают контактные напряжения. Со временем в зонах максимальных напряжений происходят повреждения зубьев. Износ зубьев, искажение профиля в результате износа приводит динамических нагрузок, повышению напряжений изгиба и, как следствие к поломке зуба, характер вида износа усталостный.

Выбор материалов

Для уменьшение износа и предотвращения других видов повреждений необходимо обеспечить повышенную твердость контактирующих поверхностей. В качестве материала шестерни выбирается легированную сталь 38ХН3МА.

Упрочняющая обработка

Повышение твердости поверхности зубьев достигается применением термической обработки улучшения (закалка = отпуск). Ожидаемые механические свойства после термической обработки: предел прочности _в = 1100 МПа, предел усталости _-1 = 440 МПа, твердость 50 HRC.

Смазочный материал

Для повышения износостойкости зубьев под воздействием усталостного износа применяют жидкий смазочный материал с высоким классом чистоты. Режим смазывания постоянный, заливается в картер редуктора, смазка происходит путем окунания.

3.1.2 Пара трения: вал - зубчатая муфта

Нагруженность пары трения

Контурное давление, возникающее в паре трения: вал - зубчатая муфта определяется по формуле:

, (3.7)

где _н – величина натяга, м;

d – диаметр вала, м.

Величина контурного давления для минимального натяга _н.min = 3 мкм определяется по формуле:

, (3.8)

(3.9)

где d₂ – наружный диаметр ступицы, м;

d – диаметр вала, м;

Е – модуль упругости, МПа (для стали Е = 2,1  10⁵ МПа).

Тогда

Величину контурного давления для максимального натяга _н.max = 68 мкм:

Возможный вид изнашивания

Так как данное сопряжение в паре трения высоко нагружено, то необходимо сделать проверку на реализацию внешнего трения. Для этого должно соблюдаться условие:

, (3.10)

где НВ – твердость по Бринеллю менее твердого тела, МПа;

- комплексная характеристика шероховатости.

, (3.11)

где ₀ и  фрикционные характеристики определяются по таблице [9];

Р_с – контурное давление, МПа.

Условие внешнего трения выглядит следующим образом:

,

В данном случае Р_{с min} = 2,14 МПа, то есть необходимое условие внешнего трения выполняется.

Наиболее характерным видом износа в данном случае является фреттинг-коррозия. Этот вид износа наиболее распространен на посадочных поверхностях полумуфт, зубчатых колес, подшипников качения, в деталях кривошипно–шатунных механизмов.

На интенсивность процесса изнашивания существенное влияние оказывает количество циклов нагружения.

Характерным признаком процесса фреттинг-коррозии в подвижных соединениях являются наличие темных полос по границам сопряжения. В соединениях с натягом в месте контакта появляются продукты окисления от светло-красно-коричневого до темно-коричневого цвета.

Обоснование и выбор материала вала и муфты.

Предотвратить или замедлить развитие процесса фреттинг-коррозии можно путем повышения твердости одной из деталей.

Так как вал передает большой крутящий момент, то для него целесообразно выбрать материал с лучшими механическими свойствами, чем для муфты.

В соответствии с данным видом изнашивания для вала выбирается материал сталь 40ХН, _в = 120 МПа, _т = 95 МПа, HRC = 50.

Материал муфты – сталь 45, _в = 120 МПа, _т = 95 МПа, HRC = 48.

Упрочняющая обработка

Повышение твердости достигается применением термической обработки улучшения (закалка с высоким отпуском). Ожидаемые механические свойства после термической обработки _в = 140 МПа, _т = 115 МПа, HRC = 55.

Смазочный материал

Для замедления фреттинг-коррозии применяется смазочный материал с противоизносными присадками. В данном случае жидкую смазку применять нельзя, поэтому применяется пластическая смазка, закладываемая в муфту. Муфта смазывается при каждом ремонте.