книги из ГПНТБ / Крылов К.А. Повышение износостойкости деталей самолетов

При эксплуатации шестеренчатого насоса (см. рис. 43) были случаи заклинивания ротора в корпусе, что приводило к мгновен­ ному срезу приводной рессоры.

Насос состоит из чугунного корпуса 12, опорного фланца 2 с уплотнительным устройством 3 для рессоры, рессоры 1 привода насоса от трансмиссии двигателя, ведущего 6 и ведомого 11 зуб­ чатых колес, четырех роликовых подшипников 4, неподвижных 5 и подвижных 7 бронзовых подпятников, двух комплектов пружин 10 с радиально-расположенными латунными цилиндрами 9 для осевого уплотнения торцов зубчатых колес между'подпятниками, узла 8 предохранительного клапана и других деталей.

С помощью радиальных латунных цилиндров образующаяся полость между торцами подвижных подпятников и наружных обойм-стаканов задних подшипников разделяется на несколько -секторов, каждый из которых периферийными наклонными канав­ ками а (рис. 67) поочередно сообщается со всеми межзубовыми

щих к выламыванию зубьев. Подвижные и неподвижные подпят­ ники во. всех случаях имели выработку в окнах под сухарики, а

•сами сухарики — недопустимо высокий износ.

Таким образом, состояние деталей позволяло сделать заключе­ ние, что отказы в работе насосов были связаны с возникновением повышенного износа в парах трения.

Чтобы убедиться в этом один из насосов был частично вскрыт ■со стороны ведущего зубчатого колеса путем вырезки участка кор­ пуса. Это позволило оценить' состояние и фактическое взаимное расположение деталей в момент заклинивания ротора. Было вы­ явлено, что вследствие изнашивания форма латунных цилиндров существенно изменяется. В местах взаимодействия их с торцом наружной обоймы подшипника образуется лыска вдоль образую­ щей, а в зонах контакта с боковыми стенками пазов в подвижном подпятнике — ступенчатый контур. Образовавшиеся в результате

[09

ступенчатого износа выступы на боковой поверхности цилиндров плотно вошли в осевой зазор между обоймой подшипника и под­ пятником (см. рис. 67). Это приводило к защемлению шестерен между подпятниками, интенсивному трению их о подпятники, соп­ ровождающемуся значительным выделением теплоты. В резуль­ тате этого в поверхностных слоях материала шестерен происходи­ ли структурные изменения, возникали высокие растягивающие напряжения и, наконец, радиальные трещины у основания впадин между зубьями. При дальнейшей работе происходило усталостное выламывание зубьев.

Полностью отделившийся от тела шестерни зуб оттеснялся цен­ тробежными силами инерции к стенке колодца корпуса п закли­ нивался между ними. Возникающее при этом мгновенное резкое увеличение сопротивления вращению шестерен приводило к по­ ломке приводной рессоры.

Таким образом, первопричиной отказа насосов и поломки рес­ сор являлась недостаточная износостойкость. деталей осевого уп­ лотнения. Позднее латунные цилиндры осевого уплотнения были заменены на стальные зака­ ленные, что повысило их изно­ состойкость и надежность ра­

боты насоса,

Причиной схватывания ма­ териалов трущихся детален агрегатов масляных систем могут оказаться твердые час­ тицы скоксовавшегося масла, если они попадают в зазоры между деталями. Такие случаи наблюдались, например, при эксплуатации насосов МШ-6СВ

(рнс. 68).

Насос МШ-6СВ — шесте­ ренчатого типа, имеет одну на­ гнетающую ступень, две основ­ ные и две дополнительные от­ качивающие ступени. Шестер-

Рігс.- 68. Схе.ча шестеренчатого масляного ни нагнетающей ступени и ос- насоса новных откачивающих ступе­

ней помещены в колодцах кор­ пуса насоса, а шестерни дополнительных откачивающих* ступе­ ней— в колодцах крышки насоса.

Все шестерни приводятся во вращение одним ведущим вали­ ком 4, на котором на шпонках посажены ведущие шестерни нагне­ тающей 5 и откачивающих ступеней 1 и 2. Ведомые шестерни 3, 7 и <5 свободно вращаются на своих осях. Ведущий валик — стальной, цементированный. Оси 6 ведомых шестерен изготовля­ ются из чугуна. Вдоль образующей осей на участках установки

П О

изнашивания наблюдался, например, на деталях коловратного топливного насоса. Налет стали на бронзовом подпятнике, пере­ несенной- с торца ротора, был хорошо виден невооруженным гла­ зом. Толщина слоя, но-вндимому, не превышала 5—10 мкм.

На р,ыс. .69 показан участок поверхности бронзового подпятни­ ка с намазыванием на него стали, сфотографированный до и после травления в спиртовом растворе смеси соляной и пикриновой кис­ лот на металлографическом микроскопе. Под действием реактива бронза БрОСШ-ІО окислилась, ‘приобрела темный цвет, налет ста­ ли (38,ХМЮА) не изменился.

Рис. 69. Намазывание стали на поверхность бронзового подпятника: ■ а—до травления (ХЭ00); б — после травления (Х7‘50)

Такой вид разрушения поверхностей трения деталей, работаю­ щих-в активной среде, представляет собой ранее неизвестный вид взаимодействия материалов при трении и является предметом специальцрг.о исследования.

5. ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ. РАБОТАЮЩИХ В СРЕДЕ ТОПЛИВА

Одним из путей повышения износостойкости деталей является рациональный выбор материала для конкретных условий трения. В данной работе в связи с интенсивным изнашиванием трущихся деталей агрегатов топливных систем, главным образом плунже­ ров качающего узла насосов, были проведены исследования изно­ состойкости ряда сталей при трении их в среде керосина ТС-1.

Целью испытаний являлась оценка износостойкости возможных к использованию для изготовления трущихся деталей топливной аппаратуры сталей в сравнении со сталью ХВГ.

Испытания проводились на лабораторной машине по схеме торцового трения трех'цилиндрических образцов диаметром 15 лш, имеющих полусферический торец с радиусом сферы 20 мм, о по­ лированную поверхность диска из стали ШХ-115 (HRC 60—61). Узел трения машины (рис. 70) вместе с установленными в кассету образцами и истирающим диском помещались в ванну с кероси-

ном, имеющим температуру в пределах 18—20° С. Согласно при­ нятой методике, испытания каждого варианта пары трения 'прово­ дились в течение 25 ч при скорости трения 1,8 м/сек и общем дав­ лении 17 кГ.

Износ образцов оценивался по уменьшению их веса за время испытаний, а также расчетным путем по данным измерений диа­

условиях изнашивания были наименее износостойкими. С увели­ чением твердости за счет изменения режима термической обра­ ботки износостойкость стали ХВГ возрастала. Быстрорежущие ста­ ли Р18, Р9Ф5, Р9К5, цементированная сталь ЭП63 оказались зна­ чительно более износостойкими, чем сталь ХВГ. Стали разного химического состава, хотя бы они и л.мслп одинаковую твердость, показали различную износостойкость. Так, износостойкость ста-

Т а б л и ц а 7

Результаты испытании образцов на изнашивание

Марка стали

114

лей Р 18 и Р9Ф5 твердостью HRC 64—65 в данных условиях изна­ шивания оказалась в 7—8 раз выше износостойкости стали ХВГ топ же твердости. Очевидно, наряду с твердостью стали на ее из­ носостойкость существенное влияние оказывают и другие се свой­ ства, изменяющиеся в зависимости от содержания углерода п карбндообразующих іэлементов.

По-видимому, 'проявлением различной степени упрочнения ста­ лей карбидами легирующих элементов и объясняется-значительно более высокая износостойкость быстрорежущих сталей по сравне­ нию со сталью ХВГ.

Во второй серии опытов были испытаны образцы из сталей ХВГ, Р9Ф5, Р9К5 при давлении 58 кГ и скорости трения 0,30 м/сек. Одна партия образцов из стали ХВГ, кроме того, упрочнялась путем газовой нитроцементацип. При температуре 840°С и дли­ тельности 10 ч толщина упрочненного слоя составляла 0,5—0,6 мм.

В этой серии опытов максимальную износостойкость та-кже показали образцы из стали Р9Ф5: износ их был в 10 раз меньше, чем у образцов из стали ХВГ. Газовая ннтроцементацня повысила износостойкость стали ХВГ в 7—В раз по сравнению с нормально закаленными и отпущенными образцами.

Способность испытуемых сталей противостоять схватыванию со сталью ШХ-15 при трении в керосине проверялась специальной серией опытов. Предварительно приработанные к диску цилиндри­ ческие образцы диаметром 5 мм испытывались при ступенчатом нагружении с постоянной скоростью трения. Значение момента трения фиксировалось по истечении 10 мин испытания при каж­ дой заданной нагрузке, затем высчитывался коэффициент трения. Испытания показали, что у всех испытанных сталей (ХВГ, ЭИ-38.8, Р18, Р9Ф5) коэффициент трения по стали ШХ-15 при работе в ке­ росине относительно невелик — около 0,1. При этом резкое возра­ стание коэффициента трения, т. е. возникновение адгезионного взаимодействия, раньше всего наступало при испытаниях образ­

зались близкими к стали ХВГ. Сталь Р18 и особенно Р9Ф5 вы­ держали без признаков схватывания значительно более высокие нагрузки.

Рис. 71|. Зависимость ко­

Эти испытания, конечно, не имитировали условия трения плун­ жера о наклонную шайбу в насосе: значительно меньше были удельные давления, не было ударных нагрузок, несоответствовал температурный режим. В связи с этим полученные результаты не могли быть непосредственно рекомендованы для практики. Однако они показали безусловные преимущества быстрорежущих сталей перед применяемой сталыо ХВГ п целесообразность в связи с этим более глубокой и всесторонней их проверки в качестве износо­ стойкого материала для изготовления работающих иа трение де­ талей в среде керосина.

6. СХВАТЫВАНИЕ В ДЕТАЛЯХ МЕХАНИЗМОВ ПЕРЕПУСКА ВОЗДУХА

Для обеспечения устойчивой работы компрессора па понижен­ ных оборотах ротора у газотурбинных двигателей предусмотрен перепуск воздуха из компрессора. Для этой цели у одних двига­ телей имеются специальные клапаны перепуска воздуха, устанав­ ливаемые на корпусе компрессора, у других — окна в корпусе ком­ прессора, закрываемые металлической лентой с помощью, соответ­ ствующего, механизма.

Клапан перепуска воздуха состоит из корпуса 4 (рис. 72), поршня 2, клапана /, крышки 3 и других деталей. В центральную

скоростью) трение поршня о зеркало корпуса, изготовленных из материалов, близких по своей физической природе и твердости. Трение происходит при невысоком давлении, обусловленном воз­ можным перекосом поршня в корпусе.

Из рис. 72 видно, что жесткой связи с клапаном поршень не имеет. Высота участка поршня, находящегося в соприкосновении с корпусом, особенно при закрытом клапане, очень мала. Э.то и обусловливает перекос поршня при малейшем эксцентричном при­

116

пары, как показано в работе Д. Н. Гаркунова [13], являются ме­ нее стойкими 'против изнашивания, чем обратные.

Трение происходило с небольшой скоростью при отсутствии смазки и невысоком удельном давлении. Износ носил местный ха­ рактер и наблюдался на поверхности трения корпуса в зонах, со­ ответствующих крайним положениям іпоршня. Наиболее замет­ ный износ был в зоне корпуса, соответствующей контакту его с поршнем при открытой ленте 1 перепуска воздуха.

Процесс изнашивания характеризовался адгезионным взаимо­ действием материалов, образованием очагов микросхватыіваний, налипанием вырванных частиц металла корпуса на поверхность трения поршня.

Следовательно, одностороннее изнашивание деталей свидетель­ ствовало о возникновении при работе перекоса поршня в корпусе, что объяснялось характером сопряжения ленты со штоками 2.

Эксцентричное сопряжение ленты со штоками, наклон ее от­ носительно оси штоков вызывали при работе появление попереч­ ных усилий на штоки и поршни. Эти усилия обусловливали дав­ ление поршней на зеркало корпуса п при наличии перемещения относительно друг друга приводили к развитию процесса изна­ шивания за счет возникновения мнкросхватываний материалов. Поэтому анодирование поверхности трения корпусов в данных ус­ ловиях оказывается не вполне эффективным средством для пре­ дупреждения от изнашивания.

7. ИЗНАШИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ РОЛИКОВЫХ МУФТ СВОБОДНОГО ХОДА

Для отключения главного редуктора от двигателя при переходе несущего винта на режим самовращения на вертолетах преду­ смотрена роликовая муфта свободного хода. Муфта состоит нз наружной обоймы и звездочки, между которыми расположен дю­ ралюминиевый сепаратор с 18 стальными роликами. Включение муфты происходит автоматически при вращении ведущей звездоч­ ки в результате заклинивания роликов между рабочими площад­ ками звездочки и внутренней поверхностью наружной обоймы. Ра­ ботоспособность муфты определяется величиной угла Q, образо­ ванного рабочими площадками звездочки и касательными плоско­ стями к поверхности обоймы ,в точках контакта ее с роликами, при котором происходит их защемление (.рис. 74). Величина этого угла (угла заклинивания) для новой муфты составляет 5—6°.

В процессе работы муфты от воздействия роликов происходит постепенное изнашивание перемычек окон сепаратора. Износ их распределяется неравномерно как в пределах одного окна, так и между всеми окнами муфты, а это ведет к нарушению взаимного расположения окон, возникновению их «разношагости».

Измерения показывали, что «разношагость» окон сепаратора длительно работавшей муфты достигла 2—2,5 мм. В результате сепаратор с изношенными перемычками окон под ролики переста­

118