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

ченияім зазора, а кривые 2 л 5 'построены по предельным. Точка­ ми отмечены фактические значения зазоров в сопряжении, полу-

. ценные на основании (результатов измерения деталей. Из графика видно, что возрастание зазора идет довольно интенсивно. Однако

гих соединений шасси самолетов. Различие заключается лишь в абсолютных значениях величины изпосов, что связано с различ­ ной нагруженностыо узлов, разными начальными зазорами, раз­ ной возможностью проникновения в зазор абразивных частиц.

Приведенные данные по абразивному изнашиванию деталей шарнирно-болтовых соединений шасси свидетельствуют о необхо­ димости дальнейших мер борьбы за ршетоту взлетно-посадочных полос аэродромов, тщательное проведение работ по возобновле­ нию смазки в шарнирах, предохранению ее от загрязнения, при­ менению, "гам где это возможно, специального зачехления шарни­ ров. Эти меры позволят повысить износостойкость деталей, уве­ личить их долговечность.

4.ВЛИЯНИЕ ИЗНАШИВАНИЯ НА НАГРУЖЕННОСТЬ

ИНАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ДЕТАЛЕЙ

Изнашивание деталей шарнирно-болтовых соединений оказы­ вает непосредственное влияние на надежность нх работы и нагруженность других звеньев системы. При интенсивном изнашива­ нии и уменьшении сечения болта шарнира снижается его проч­ ность, что может явиться причиной поломки. Увеличение зазоров в шарнирах из-за изнашивания приводит к возрастанию нагрузок на деталь при работе, возникновению в нх материале дополнительны X иапряжений.

Вместе с этим продукты изнашивания могут закупорить сма­ зочные каналы, что усугубит процесс разрушения поверхностей, а попадание .продуктов износа в шарнирные подшипники может при­ вести к их заклиниванию, проворачиванию шара на оси, схваты­ ванию материалов, повышению температуры, образованию тре­ щин в деталях подшипника.

На одном из типов самолетов интенсивно изнашивался болт, соединяющий кардан цилиндра подъема и выпуска с траверсой верхнего узла передней ноги шасси. Болт был изготовлен из стали

0,057 мм. В отверстие кардана была установлена втулка так же из стали ЗОХГСА с зазором 0,02—0,19 мм. Зазор в паре втулка — болт задавался равным 0,013—0,057 мм. Смазки трущихся поверх­ ностей или защиты шарнира от возможного проникновения в зону трения посторонних загрязнений предусмотрено не было. Поверх­

29

ность отверстий в проушинах траверсы была хромированной, бол­ та — кадмированной, а втулки •— цинкованной.

Таким образом, в парах болт — траверса, болт — втулка кар­ дана в исходном состоянии обеспечивалось трение электролитичес­ ки осажденных материалов кадмий — хром и кадмий — цинк. Но вследствие быстрого изнашивания покрытий фактически в течение длительного времени в указанных соединениях происходило тре­ ние несмазанных поверхностей деталей, изготовленных из одного материала.

Наиболе интенсивный износ болтов был в зонах контакта с проушинами траверсы. В средней части изнашивание шло за счет втулки кардана. Причиной высокого износа являлось применение для сопрягаемых деталей одноименных материалов, отсутствие постоянной смазочной прослойки, попадание в зазор аэродромной пыли.

При несвоевременной замене сечение этих болтов из-за изна­ шивания уменьшались настолько, что были возможны их поломки под действием нормальных эксплуатационных нагрузок.

В ряде других шарнирных соединений самолетных конструкций происходили поломки болтов или разрушения проушин деталей при относительно небольшом возрастании зазора при изнаши­ вании. Площадь сечения болтов или проушин деталей уменьша­ лась в этих случаях не столь заметно, чтобы можно было считать это главной причиной разрушений.

Решающими в этом случае оказались повышенные напряжения в материале деталей (болтов), возникающие из-за недопустимо­ го их переменного изгиба при чрезмерно большом зазоре в сое­ динении. Этому способствовало иногда образование на поверх­ ностях трения деталей шарнира повреждений от схватывания.

При увеличении зазоров в шарнирах возрастают напряжения на внутреннем контуре проушины детали, повышаются действую­ щие нагрузки на детали цепи при посадке самолета.

Исследованиями И. В. Якобсона [90] установлено, что при переходе от плотной посадки па.льца диаметром 20 мм к зазору в шарнире, равному 0,2 мм, напряжения на внутреннем контуре проушины детали возрастают на 37—48%.

Летными исследованиями самолета с поршневыми двигателя­ ми И. В. Якобсоном было показано, что при увеличении суммар­ ного зазора в шарнирах складывающегося подкоса передней уста­ новки шасси с 0,2 до 1 мм нагрузка на подкос и шток цилиндра уборки и выпуске шасси возрастала на 22% при посадке самолета на бетонированную полосу и на 43% при посадке на грунтовой аэродром (рис. 13). Вследствие увеличения действующей нагруз­ ки возрастали и напряжения в деталях. Такое повышение нагру­ зок на детали может явиться в отдельных случаях причиной вы­ хода их из строя.

При эксплуатации самолетов одного из типов отмечался вы­ сокий износ болтов шарнирных подшипников ШС-25 уха силового цилиндра основных ног шасси. Причиной этого являлось защем-

30

ление шарового вкладыша в обойме из-за загрязнения, плохой смазки или коррозии. Защемленный вкладыш начинал работать по оси, изнашивал ее. Накапливающиеся продукты износа заку­ поривали маслопроводящие каналы, что еще более усиливало' процесс трения и приводило к разогреву деталей подшипника.

Прогрессирующее изнашивание оси приводило к возникнове­ нию недопустимых динамических нагрузок и вследствие этого к разрушению деталей шарнирного подшипника (рис. 14).

Эти примеры показывают тесную связь износостойкостимате­ риала деталей шарниров с надежностью их работы. Борьба за повышение надежности авиационной техники должна быть нераз­ рывно связана с заботой о повышении износостойкости трущихся деталей, в частности, шарнирных соединений.

5.СХВАТЫВАНИЕ-МЕТАЛЛОВ И ЕГО ПРОЯВЛЕНИЕ

ВШАРНИРНО-БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ШАССИ САМОЛЕТОВ

Схватывание при трении — это местное соединение двух твер­ дых тел, происходящее в твердом состоянии при трении, вслед­ ствие возникновения молекулярных сил.

Изнашивание в результате схватывания металлов является наиболее нежелательным при трении скольжения. Связано это с тем, что при разрыве связей, образовавшихся в результате схва­ тывания, поверхность детали сильно повреждается, по границам разрыва связей возникают мнкротрещины, от которых в дальней­ шем могут развиваться трещины усталости. Этот вид изнашивания не является основным для деталей шасси, однако на практике его приходится наблюдать. Существование его свидетельствует о еще недостаточном внимании при создании техники вопросам износо­ стойкости на фоне борьбы за повышение прочности конструкций.

31

Процесс возникновения повреждений на поверхностях трения вследствие схватывания и переноса металлов обозначают терми­ ном «заедание», а само повреждение детали называют заднром.

Схватывание возникает тогда, когда сопряженные поверхности свободны от адсорбированных или окисных пленок. Разрыв этих пленок при пластическом деформировании и образовании чистых «ювенильных» поверхностей является непременным условием для возникновения схватывания.

При взаимном перемещении деталей образовавшиеся связи разрываются, повреждая поверхности трения. Разрыв связей, как правило, происходит по основному металлу. Вырванные и налип­ шие на другую деталь сильно упрочненные частицы металла при дальнейшем скольжении деталей еще более повреждают исходную поверхность.

Возникновение схватывания зависит от условий трения, свой­ ств металлов и промежуточной среды. Однородные металлы более склонны к схватыванию, чем имеющие гетерогенную структуру. При наличии в паре трения одноименных металлов равной твер­ дости схватывание возникает при меньших давлениях, чем если бы в паре были металлы разной твердости. Взаимно растворимые в жидком состоянии металлы легче схватываются при трении; взаимно нерастворимые выдерживают значительно более высокие

по-видимому, не всегда является достаточным. Хорошими антпзадирнымп свойствами обладают металлы, образующие при совмест­ ном трении хрупкие химические соединения, например, в паре со сталью — селен, сурьма, теллур, олово.

При расположении металлов по обратной паре схватывание наступает при более высокой нагрузке, чем при прямой [13]. При этом для равных условий повреждения поверхностей у обратной пары будут меньше, чем у прямой.

Азотированные стали обладают более высокими противоза­ дирными свойствами, чем цементированные той же твердости. За­ калка стали повышает ее противозадирные свойства, отпуск, а тем более отжиг, резко их понижают.

Если градиент механических свойств материала детали являет­ ся положительным— (нижележащие слои более прочные), то об­ разовавшиеся при схватывании связи будут, локализироваться в тонком поверхностном слое и повреждение поверхностей при разрыве связей будет незначительным. При отрицательном гради­ енте свойств металла прочность связей будет выше прочности нижележащих слоев, поэтому разрушение будет происходить на значительной глубине от поверхности. Детали в этом случае будут повреждаться сильнее [43].

В зависимости от внешних механических условий трения, ха­ рактеризующихся главным образом температурой поверхностных

3 2

слоев материала, Б. И. Костецкий [40, 41] определяет два вида изнашивания от схватывания: схватывание I рода и схватывание II рода (тепловой износ).

Обширные исследования в области схватывания выполнены Н. Л. Голего [19—21]. В хорошо поставленных экспериментах им изучено влияние на возникновение и развитие процессов схваты­ вания металлов скорости скольжения, нагрузки и вибраций, га­ зовых и жидких сред, методов обработки поверхностей, масштаб­ ного фактора, фактора времени и т. д.

Н. Л. Голего считает, что схватывание чистых металлов в ос­ новном зависит от их способности образовывать металлические связи/от свойств металлов, строения их атомов и, в первую оче­ редь, от строения их внешних электронных оболочек.

Вопросы схватывания металлов изучили Б. И. Костецкий [40], И. В. Крагельский [43], А. П. Семенов [68, 69], С. Б. Айнбиндер

[1]и др.

Схватывание возникало обычно в тех шарнирах шасси, где

осуществлен непосредственный контакт стального болта и про­ ушины стальной детали. Его наблюдали на самолетах разных ти­ пов, при различной продолжительности их работы и не только в тех парах, где имеется предусмотренное конструкцией взаимное перемещение деталей при работе шасси, но и в неподвижных сое­ динениях, в которых трение деталей происходит лишь в пределах упругих деформаций или ограничено величинами зазоров в конт­ ровочных устройствах. В одних и тех же шарнирах схватывание возникало при различном налете (числе посадок) самолетов. На других самолетах в этих же шарнирах оно не возникало совер­ шенно.

Иногда схватывание возникало между стальным болтом и бронзовой втулкой. В этом случае на поверхности втулки обна­ руживали очаги разрушения материала, а на поверхности бол­ т а — мазки бронзы.

Для предупреждения схватывания детали шарниров подверга­ ют специальным видам обработки: фосфатированию, воронению, кадмированию. Однако эти методы не всегда были достаточно эф­ фективны.

Изнашивание в результате схватывания возникало иногда на поверхностях проушин заднего и переднего рычагов шасси в зоне их контакта с болтами, соединяющими рычаги с тягами. При этом рычаги и контактирующие с ними болты изготовлялись из стали ЗОХГСНА, а болты фосфатировались. Вращение болта в проуши­ нах рычага не предусматривалось. Взаимное скольжение поверх­ ностей здесь могло иметь место лишь в пределах упругих дефор­ маций либо в случае ослабления затяжки болта или возникнове­ ния больших тангенциальных усилий в зоне трения болта с поверхностью втулки тяги (или кардана).

Повреждения поверхностей проушин рычагов и болтов носили характер вырывов металла с одной детали, налипания его частиц на сопряженную деталь. Налипшие на поверхность трения части-

цы начинали передавать часть нагрузки, вследствие чего материал их упрочнялся и разрушал поверхность исходной детали.

Интенсивное схватывание наблюдалось на болтах сочленения

Значительный износ встречали ранее у болтов крепления ста­ билизирующего амортизатора и механизма опрокидывания те-. лежки главных ног шасси. Величина износа этих болтов в зоне, контакта с шаровым вкладышем достигала до 0,5 мм. Характер износа их был несколько иным. Если в первых примерах на по­ верхностях трения деталей наблюдались отдельные вырывы мате-, риала с образованием изъязвлений, налипание и глубокие цара­ пины, то здесь были массовые микросхватывания материалов сопряженных деталей, что в конечном счете проявлялось в значи-: тельном уменьшении сечения болта на данном участке. Причиной такого износа являлось заклинивание шарнирного подшипника гьпрворачиванне шарового вкладыша на оси.

Аналогичный износ возникал у- болтов соединения вилки с ци­ линдром-демпфером главных ног шасси. У этих болтов изнашива­ ние происходило в средней части стержня в зоне контакта с ша­ ровым вкладышем и особенно в зонах, прилегающих к головке и гайке болта, т. е. на участках контакта с поверхностями проу­ шин вилки. Болт и вилка в данном случае изготовлялись из стали ЗОХГСА, термообработка проводилась примерно на одинаковуютвёрдость. При ремонте самолетов такие болты приходилось бра­ ковать, а в отверстие проушин вилки устанавливать ремонтные втулки.

Повреждения схватыванием встречались на поверхностях бол­ тов и втулок, соединяющих серьгу с рычагом и ухом цилиндра пе­ редней ноги шасси самолета. Трущиеся детали были изготовлены из стали ЗОХГСНА.

В данном узле фосфатированный болт 7 (рис. 16) контактиро­ вал с поверхностями проушин рычага 3 и фосфатированной сталь-

34>

/1-Л

6 — втулка бронзовая; 7 — болт

ной втулкой 5. В отверстие проушин ірычага болт 7 устанавливал­ ся с, зазором 0,032—0,150 мм и фиксировался от проворачивания. Между втулкой и болтом предусматривался такой же величины зазор. Болт во втулке не вращался, так как был зафиксирован цилиндрической шпонкой 4. Стальная втулка 5 своей наружной поверхностью работала по внутренней поверхности бронзовой втулки 6 (бронза Б>рАЖН), между которыми предусматривался зазор 0,040—0,180 мм. Бронзовую втулку, в свою очередь, уста­ навливали в отверстие серьги 2 с натягом 0,005—0,135 мм.

Таким образом, в узле было предусмотрено трение стальной втулки по бронзовой. Эта пара работала хорошо. Однако вслед­ ствие наличия незначительных перемещений стальной втулки 5 относительно поверхности болта 7 в зоне их контакта возникали

числе динамические. Трущиеся поверхности их смазывались не­ удовлетворительно, в зазоры проникали посторонние загрязнения, усиливающие трение.

Ось сочленения 1 этого узла (рис. 18) была изготовлена из стали ЗОХГСНА, наружная поверхность ее покрыта слоем элек-

тролитического хрома. В проушинах рамы тележки 2 (сталь ЗОХГСНА) ось устанавливалась с зазором 0,015—0,073 мм и конт­ рилась от проворачивания винтом с цилиндрическим хвостовиком. Таким образом, перемещение оси в проушинах рамы тележки бы­ ло ограничено величиной зазора между хвостовиком контрящего винта и стенками отверстия в оси. В проушины же головки штока 3 устанавливались втулки 4 из бронзы БрАЖМц-Ю-З-йД так что на этих участках осуществлялось трение электролитического хро­ ма по бронзе.

Эта пара работала вполне удовлетворительно; износ оси не превышал 0,03—0,02 мм за 2500 посадок самолета при износе вту­ лок 0,10—0,14 мм. Но в неподвижной паре рама тележки — ось наблюдали иногда интенсивное разрушение поверхностей. При этом наибольшее разрушение происходило в зоне контакта оси со средней проушиной рамы. Разрушение было в виде глубоких вырывов материалов, налипания вырванных объемов металла на сопряженную деталь. Глубина отдельных очагов разрушений до­ стигала на поверхности оси 0,2—0,3 мм. Повреждения распола­ гались на той части поверхности оси по ее окружности, которая находилась в контакте с проушиной рамы при нахождении само­ лета на земле, когда 'шасси воспринимали вес конструкции (на рис. 18 эти участки помечены жирной линией).

Микроструктурные исследования материала деталей шарниров, работающих в условиях схватывания, а также измерения микро­ твердости выявляли упрочнение материала, различной интенсив­ ности, пластические деформации, микротрещины в зоне упрочне­ ния. Степень деформирования и упрочнения зависела от интенсив­ ности схватывания, свойств материала детали, величины внешних нагрузок.

■На поврежденных схватыванием болтах из стали ЗОХГСА

36

микротвердость материала в зоне упрочнения повышалась до 487—500 кГ/мм2 три твердости в сердцевине 349—358 кГ/мм2. Твердость упрочненного слоя деталей из стали ЗОХГСНА достига­ ла 840 кГ/мм2, три исходной — 536 кГ/мм2.

Наиболее ярко были выражены структурные изменения в ма­ териале оси, соединяющей головку штока амортизатора с рамой

592 кГ/ мм2 (рис. 19). В зонах разрушения наблюдалось большое

37