2890

цепь. Для систем подачи и возврата это – общая подача, шаговая подача, число подаваемых шариков на оборот, направляющая системы подачи и направляющая втулка, встроенная система возврата, внешняя система возврата: через направляющую трубку или через канал гайки.

Особым достижением предприятия A.MANNESMANN следует считать разработанные системы охлаждения и уплотнения тягового устройства. Системы охлаждения выполнены адаптивными и позволяют исключить потери мощности посредством выборочного охлаждения участков винта при зонном росте температуры.

Высокая частота вращения винта и значительные передаваемые мощности при сложной контактной геометрии передачи не позволяют добиться абсолютного уплотнения элементов винта и гайки. Конструкторы фирмы решают эту сложную проблему путем создания смазывающе-уплотняющего слоя толщиной 3-5 мкм, которые позволяет компенсировать негативное воздействие микрочастиц, присутствующих на винте и разуплотняющих соединения.

Идеальное качество изготовления передач позволило решить сложную задачу для представленных механизмов – сочетание высокой осевой нагрузки и значительного крутящего момента без значимых потерь на трение. Выпускаемые варианты конструкций ранжированы по показателям жесткости и требуемого (передаваемого) крутящего момента. Оптимальный выбор типа устройства, подтверждаемый минимальными показателями холостого хода крутящего момента, дестабилизирующих вибраций и максимальным значением жесткости, обеспечивает высокие показатели надежности при экстремальной эксплуатации.

Сравнение конструкций A.MANNESMANN аналогичными конкурентными изделиями показывает явное превосходство новых разработок фирмы. Впервые решена комплексная задача достижения высокой безотказности и долговечности передач, практически с первых технологических переходов при изготовлении и посредством прогнозирования технологической наследственности при эксплуатации. Свободное владение технологиями в так называемой «микронной области» позволяет гарантировать, как минимум двойное увеличение показателей работоспособности По-сравнению с лучшими аналогами, и что важно стабильными по времени цикла.

63

В качестве примера можно привести высокотехнологичную передачу с двойной гайкой 40Х20. Она обладает типичной жесткостью 0,8-1,0 кН/мкм. Обеспечение таких показателей достигается максимальной общей погрешностью равной 15 мкм.

ГИБКИЕ ТРУБОПРОВОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Доктор техн. наук Осинцев А.Н., канд.техн.гаук Скачилов В.Н., Скуратов Б.И., доктор техн. наук Тибаев В.К.

Представлены конструкции сильфонных компенсаторов обладающих повышенной вибропоглощающей и демпфирующей способностью.

Для компенсации тепловых расширений трубопроводов двигателей летательных аппаратов (ДЛА), погрешностей изготовления и монтажа, угловых, поперечных и продольных взаимных перемещении стыкуемых элементов широко применяются гибкие металлические трубопроводы в виде сильфонных компенсаторов (СК). Они становятся единственно возможными гибкими соединениями в условиях воздействия высоких (550 C и более) температур, радиационного облучения, протекания внутри них криогенных жидкостей (с температурой до 22 К), а также длительного хранения.

Однако применение СК вносит ряд дополнительных требований [1], которые должны быть уточнены конструктором при проектировании трубопроводных коммуникаций ДЛА. Следует отметить, что установка СК сильно изменяет динамические характеристики трубопроводного пролета и приводит к возникновению проблемы обеспечения виброустойчивости и вибропрочности самого компенсатора, особенно его гофрированной оболочки-сильфона.

СК из-за низкой продольной и изгибной жесткости обладает плотным спектром низкочастотных продольных и изгибных колебании, однако не имеет достаточных вибропоглощающих свойств [2].

64

В последние годы были разработаны новые конструкции СК с высокой демпфирующей способностью, позволяющие снизить амплитуду резонансных колебаний до приемлемого уровня. С целью наиболее рационального использования СК возникла необходимость проведения их тщательного расчетного и экспериментального анализа, выявления достоинств и недостатков, а также разработки рекомендации по применению.

Проведенный анализ конструкций СК, обладающих повышенной вибропоглощающей способностью, по способу реализации демпфирования позволяет классифицировать их на четыре основные группы:

1.Компенсаторы с многослойными гофрированными оболочками (сильфонами).

2.Компенсаторы с демпфирующими вкладышами во впадинах гофров по наружной поверхности силъфона.

3.Компенсаторы с выносными демпферами.

4.Компенсаторы с коаксиально расположенными демпферами.

Компенсаторы с многослойными гофрированными оболочками являются наиболее широко применяемыми гибкими соединениями в трубопроводных коммуникациях ДЛА. Варьируя количество слоев, высоту и количество гофров, радиусы вершин и впадин, можно добиться необходимой циклопрочности сильфона при обеспечении таких важных параметров, как давление потери устойчивости , величины компенсируемых перемещении и т.п.

На рис. 1 приведены зависимости декрементов колебаний δ для одно-, двух-, трех- и четырехслойных оболочек (n - количество слоев) от амплитуды колебаний Ар, полученные в НИЛ гибких трубопроводных систем УГАТУ.

65

2. В компенсаторах с демпфирующими вкладышами 1 во впадинах гофров 2 (рис. 2) деформация стенок гофров передается на вкладыши из металлорезины («сойферит») или из резины, что обеспечивает демпфирование колебаний. Габариты таких компенсаторов и их масса минимальны. Однако данный тип СК не применим там, где амплитуды колебаний велики, так как у этих компенсаторов сравнительно невысокая степень демпфирования. Увеличение коэффициента рассеяния энергии Ψ происходит всего на 40 - 60% по сравнению с обычными СК.

В процессе деформирования гофров с демпфирующими вкладышами (см. рис. 2) возникает неблагоприятное распределение напряжении и деформации по профилю. Этого недостатка лишены СК с демпфирующими вкладышами /, выполненными в виде металлического кольца ( рис. 3). В сочетании с многослойной гофрированной оболочкой 2 такие СК, по мнению авторов, представляются перспективными.

Рис.2 Компенсатор с демпфирующим вкладышем из металлорезины: 1 – вкладыш; 2 – впадина гофра

Рис.3. Компенсатор с металлическим демпфирующим вкладышем: 1 – вкладыш; 2 – гофрированная оболочка

67

3. Компенсаторы с выносными демпферами 1 (рис.4) рационально использовать в тех случаях, когда их габариты не имеют принципиального значения. Статическая и динамическая нагрузки, воспринимаемые фланцами 2 компенсатора, передаются через шток 3 и расположенный на нем грибовидный элемент 4 на демпфирующие элементы 5 из металлорезины. Корпус демпфера 1

Рисунок 4 - Компенсатор с выносным демпфером:

1 – корпус демпфера; 2 – фланец; 3 - шток; 4 – грибовидный элемент; 5 – демпфирующий элемент; 6 - тяга

и грибовидный элемент 4 спрофилированы таким образом, что поперечные, продольные, угловые перемещения фланцев воспринимаются демпфирующими элементами 5. Корпус демпфера 1 с помощью тяги 6 связан со вторым фланцем компенсатора. Основным преимуществом таких компенсаторов является возможность варьирования в больших пределах их упругодемпферных характеристик, а недостатками - большие габариты и масса.

4. Компенсаторы с коаксиально расположенными относительно сильфона 1 демпферами 2 (рис. 5) могут иметь демпфирующие элементы, расположенные как внутри, так и снаружи сильфона. Принцип работы таких компенсаторов аналогичен изложенному в пункте 3. Преимуществом их конструкции является возможность достаточно широкого

68

варьирования упругодемпферных характеристик, а также небольшие габариты и масса.

Рисунок 5 - Компенсатор с коаксиально расположенным демпфером: 1 – сильфон; 2 - демпфер

Каждый из рассмотренных выше типов компенсаторов имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбор конкретной конструкции зависит от требовании технического задания.

Литература:

1.Старцев Н.И. Трубопроводы газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1976.

2.Итбаев В.К. Исследование диссипативных свойств гофрированных оболочек с жидкостью при вынужденных колебаниях. Вестник УГАТУ. 2001, № 1.

.

69

УДК 621.78

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРОЧНОСТИ СТАЛИ 12Х18Н10

А.Н. Семичев, А.Н. Осинцев, А.Н. Скребова

Хромникелевые стали аустенитного класса типа 18-8 обладают целым рядом несомненных достоинств. Они высокотехнологичны при получении изделий методами обработки металлов давлением (ОМД) и сваркой, экологически чисты, коррозионностойки, немагнитны, сохраняют достаточную пластичность вплоть до криогенных температур. Однако круг упрочняющих обработок этих сталей как правило ограничивается пластической деформацией, позволяющей сочетать эффекты наклепа с возможным переходом неустойчивого аустенита в мартенсит деформации. Эффективность такого упрочнения во многом может определяться исходной структурой стали перед пластическим деформированием.

В работе исследовалась сталь 12Х18Н10 после различных видов термической обработки (Т.О.) с последующей пластической деформацией путем одноосного растяжения на 20%. Температура нагрева при Т.О. была 1150 0С, что гарантировало максимальное растворение карбидной фазы в аустените. Выбранные виды термообработки (отжиг, нормализация, закалка в воду) не меняли фазовый состав стали, но ввиду разной скорости охлаждения могли повлиять на количество, размер и местовыделение карбидов хрома типа М23С6, уровень термических напряжений и концентрацию точечных дефектов. Анализ полученных результатов подтверждает эти предположения.

Во всех случаях после термообработки наблюдалась однотипная аустенитная структура с карбидными включениями, число и размеры которых уменьшались с ростом скорости охлаждения, но влияние режимов термообработок на механические свойства неоднозначно (табл. 1).

Так наибольшие значения прочностных характеристик (ζb и ζ0,2) имели образцы охлажденные с повышенными скоростями, при этом нормализация, сохраняя возможность протекания диффузионных процессов, приводила к некоторому увеличению

70

карбидных выделений, что повышало значение предела прочности ζb и снижало относительное сужение ψ, а соответственно давало незначительный уровень истинного разрушающего напряжения Sк, по сравнению с закалкой и даже отпуском. Пластичность стали 12Х18Н10 сохранялась на высоком уровне: относительное удлинение δ находилось в интервале 51-53%, а ψ – 69-74%. После всех видов термообработок условный предел текучести (ζ0,2) оставался весьма низким: 239-253 МПа, что с одной стороны говорит о невысокой конструктивной прочности, характеризуемой показателем надежности материала в виде отношения ζ0,2/ ζb, которое находилось вблизи значения 0,4, но с другой стороны дает перспективу как эффективного деформационного упрочнения за счет наклепа, так и успешного использования структурного состояния после такой обработки заготовок для формоизменяющих операций ОМД.

Вне зависимости от вида проведенной термообработки последующая пластическая деформация растяжением на 20% (табл.2) приводила к заметному, на 15-20% росту ζb и значительному (более чем в два раза) повышению условного предела текучести при хорошем уровне относительного сужения (ψ=67-69%), что давало хорошее значение характеристики надежности близкое к 0,9. Однако способность стали к равномерной деформации снизилось (δ упало до 35-32%).

В выбранных условиях эксперимента наилучшим режимом предварительной обработки, дающим структуру с оптимальным набором механических свойств, следует считать нормализацию стали 12Х18Н10 с последующей пластической деформацией. Это вероятно связано с тем, что формирование механических свойств определяется не только составом фаз и их морфологией, но и

71

одновременно действующими несколькими механизмами торможения дислокаций, обеспечивающих как упрочнение, так и условия вязкого течения, гарантирующего повышенную надежность материала.

Таблица 2 Свойства стали после термической обработки и пластической

деформации

Важным показателем конструктивной прочности материала является его сопротивление наиболее опасным – циклическим нагрузкам. Одним из параметров, дающих экспресс-заключение о циклической стабильности структуры, является отношение предела прочности к условному пределу текучести.

Из данных, приведенных в табл. 1 и 2, видно, что любая из предложенных термических обработок создавала циклически упрочняемую структуру ((ζb/ ζ0,2) >1,4), характерную для пластичных материалов, в то время как последующая пластическая деформация переводила сталь 12Х18Н10 в разряд циклически стабильных материалов (1,4 (ζb/ ζ0,2) 1,2), что дает хорошие гарантии на ее использование при заготовлении деталей, работающих в усталостном режиме.

Анализ изломов образцов и машинных диаграмм показал, что во всех случаях разрушение носило явно вязкий характер (поверхность излома матовая, излом волокнистый, скорость распространения трещины мала). Тем не менее установлено отличие в механизмах второго этапа разрушения – (распространение трещины) при различных технологиях предварительной обработки стали. Так образцы с максимальными значениями Sк, которые обрабатывались по схеме Т.О.+εпл, имели ―двухчашечный‖ вид изломов, соответствующий схеме распространения трещины с

72