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

бронзу. В процессе алитирования, выполняемого при значительной температуре, на границе слоя меди и основной бронзы протекают диффузионные явления, что обеспечивает прочное сцепление пок­ рытия.

Подлежащие восстановлению втулки зачищают абразивной шкуркой, отдельные глубокие риски и вмятины плавно выводят шабером. Затем втулки монтируют на подвеску для электролити­ ческого меднения, производят электрохимическое обезжиривание втулок, промывку их, протравливание в смеси кислот и еще раз промыва ют. После этого выполняют меднение в сернокислом эле­ ктролите стандартного состава. Длительность меднения выбирают в зависимости от необходимой толщины слоя с учетом последую­ щей механической обработки втулок.

В большинстве случаев, исходя из статистических данных по износу втулок шасси самолетов разных типов, нанести слой меди толщиной 0,4—0,5 мм оказывается достаточным.

Втулки с наращенным слоем меди устанавливают в контей­ нер из нержавеющей стали и засыпают алтирующей смесыо на основе алюминиевой пудры. Герметически закрытый контейнер помещают в печь и выдерживают его при заданной температуре в течение 2 ч. В этих условиях происходит диффузионное леги­ рование меди алюминием и образование слоя по структуре и ме­ ханическим свойствам близкого к исходной алюмііниевожелезогшкелеиой бронзе.

Алитирующую смесь готовят путем смешения в соответствую­ щей пропорции отожженной и свежей алюминиевой пудры ПАК-4 с добавлением небольшого количества хлористого аммония.

По окончании алитирования контейнер с втулками извлекают из печи II охлаждают на воздухе. Затем его разбирают. При необ­ ходимости может быть проведена дополнительная термическая об­ работка втулок для повышения твердости наращенного слоя. Тер­ мообработка заключается в закалке втулки при температуре 900°С в воде или масле и старении при температуре 300°С в те­ чение 1—2 ч.

Восстановленные втулки подвергают токарной обработке для получения необходимых размеров, сверлят в них маслопроводя­ щие отверстия, нарезают маслораспределительные канавки.

’Исследования восстановленных втулок показали, что наращен­ ный слой весьма прочно сцеплен с основным металлом. При микроструктурных исследованиях граница между нанесенным слоем и основным металлом была почти не видна, алюминий в медной основе был распределен равномерно. Твердость нанесенного слоя без дополнительной термической обработки составляла 200— 220 кГ/мм2, после термообработки 290—330. кГ/мм2.

Износостойкость наращенного слоя в различных условиях из­ нашивания при трений по закаленной стали и электролитическо­ му хрому, а также способность его удерживать смазку не уступа­ ли исходной бронзе БрАЖН 10-4-4.

На рис. 28 показаны кривые изнашивания образцов из бронзы и алитированной меди, работавших по стали ЗОХГСНА и элект­ ролитическому хрому, в условиях возвратно-вращательного и воз­ вратно-поступательного движения.

Рис. 2$. Кривые изнашивания образцов при возвратно-'вращателыюм (а) и воз­ вратно-поступательном (б) двнжешш:

/ — бронза по стали; 2 — бронза по хрому; 3 — медь алитированная по стали; 4 — медь али­ тированная по хрому (/ — образец из бронзы или алитированной меди; I I — образец из стали)

Испытания при возвратно-вращательном движении проводи­ лись на стенде, конструкция которого показана на рис. 25, с изме­ ненной системой подачи смазки. В данном случае смазку (ЦИАТИМ-201 с добавлением 2% по весу абразивного порошка КП-3) подавали в зону трения с помощью пресс-масленки (см. схему на рис. 28, а). Продавливание смазки производилось через каждые 2 ч испытания, что позволяло периодически вводить в за­ зор новую порцию абразива, т. е. приблизить условия трения к ра­ боте шарнира в реальной 'эксплуатации. Испытания проводились при статической нагрузке на шарнир Р = 50 кГ, динамической, соответствующей моменту инерции рамы, /=0,26 кГ-см-сек2 и числа качаний рамы — 360 в минуту. При этом диаметр шарнира был 20 мм, а ширина изнашиваемого пояса втулки 5 мм.

В данных условиях износостойкость алитированной меди ока­ залась практически равной износостойкости бронзы. Разброс ве­ личин износа алитированных образцов был очень небольшим (на рис. 28, а зона разброса заштрихована), что говорит о стабиль­ ности свойств наращенного слоя.

Испытания при возвратно-поступательном движении проводи­ лись на машине 77МТ-1 [13] с измененной конструкцией образ­ цов и системой подвода смазки (см. рис. 28, б). Эти изменения позволяли ускорять приработку образцов и подавать смазку не­ посредственно в зону трения. Испытания велись при удельном

50

давлении 31,2 кГ/см2, скорости трения 115 двойных ходов нижнего образца в минуту при длине хода 80 мм. Смазку — жидкость АМГ-10— подавали капельным способом через масленки по че­ тыре-пять капель в минуту в обе зоны трения. Величина износа образца определялась с помощью индикаторного приспособления без разборки узла трения.

При этих испытаниях износостойкость алитированной меди при трении по закаленной стали ЗОХГСНА и электролитическому хро­ му оказалась даже выше, чем у бронзы БрАЖН 10-4-4.

При испытании на машине МИ-1 алитированные образцы ,в па­ ре с роликами из стали ЗОХГСНА показали несколько более высо­ кий коэффициент трения, чем бронза БрАЖН10-4-4 (рис. 29). Од­ нако алитированная медь при работе со смазкой ЦИАТИМ-201 оказалась более устойчивой против заедания, чем бронза.

При работе с маслом АМГ-10 коэффициент трения бронзы и алитированной меди п-о стали ЗОХГСНА был практически одина­ ковым.

Эксплуатационная проверка в узлах шасси самолета показала, что восстановленные этим способом, втулки не уступают по изно­ состойкости новым бронзовым втулкам. Данным способом можно восстанавливать не только втулки шарнирных соединений, но и другие, работающие на изнашивание, детали из алюминиевых бронз БрАЖН 10-4-4 и БрАЖМц-10-3-1,5.

9. НЕКОТОРЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ШАРНИРНО-БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Рассмотренные выше случаи интенсивного изнашивания дета­ лей шарнирно-болтовых соединении свидетельствуют о необходи­ мости принятия мер для повышения их износостойкости. Эти меры, в первую очередь, должны быть направлены на борьбу с абразив­ ным изнашиванием и схватыванием материалов.

Повышение износостойкости может быть достигнуто конструк­ тивными и технологическими мерами. При этом под конструк­ тивными мерами понимается не только рациональный выбор кон­ структивных параметров деталей и узла в целом, но и рациональ­ ное назначение материалов сопрягаемых деталей, величины зазо­ ра между ними, характера и способа подвода смазки на трущиеся поверхности, защиту узла от проникновения внешних загрязне­ нии II т. д.

Важная роль в повышении'износостойкости шарнирных соеди­ нении принадлежит эксплуатирующим органам. Своевременный и качественный уход за узлами трения, предохранение их от за­ грязнений, надежная смазка, тщательная сборка узлов с соблю­ дением заданных посадок при профилактическом обслуживании и ремонте, надежный контроль качества вновь устанавливаемых, особенно изготавливаемых собственными силами, деталей (бол­ тов)— залог обеспечения высокой износостойкости шарниров.

Для предупреждения абразивного изнашивания следует всеми возможными способами предохранять шарнирные соединения от попадания в их зазоры пыли и песка, очищать поверхности дета­ лей от осевших загрязнений; своевременно заменять загрязненную смазку на новую. При замене смазки надо тщательно промывать шарниры от загрязнений. Набивать свежую смазну необходимо так, чтобы ею были полностью заполнены зазоры и смазочные канавки. Для вновь создаваемых машин или при совершенство­ вании конструкции эксплуатирующихся следует принимать кон­ структивные меры для предохранения трущихся пар от проникно­ вения пыли в зону трения (например, установкой резиновых ко­ жухов на шарнирные узлы), правильно располагать смазочные канавки, создавать углубления для удержания смаэки, обеспе­ чивать удобный доступ к приспособлениям для введения смазки.

Улучшение условий смазки будет способствовать предохране­ нию деталей шарниров и от возникновения схватывания.

Для повышения износостойкости шарниров, работающих в ус­ ловиях абразивного трения, важное значение имеют их конструк­ тивные параметры [76]. Чем больше относительная длина шарни­ ра, тем меньше будет его линейный износ при абразивном трении в связи с более трудным проникновением абразива в зазор длин­ ного шарнира со стороны торцов. Это делает целесообразным насколько возможно увеличивать общую длину шарнира (сумму длин рабочих проушин).

52

С точки зрения повышения износостойкости, при абразивном изнашивании лучше иметь меньшее число длинных проушин, чел( большое число коротких.

У большинства шарниров шасси при симметричной их конст­ рукции и плавающем болте имеются три' рабочих проушины. Для закрепленного пальца (например, узлы подвески шасси) шарнир имеет одну рабочую проушину. С точки зрения снижения абразив­ ного изнашивания такое количество проушин является нормаль­ ным. В то же время в авиационной технике имеются и другие кон­ струкции шарнирных соединений, где число рабочих проушин достигает пяти и даже семи, что не отвечает задаче снижения аб­ разивного износа.

Правда, многопроушинные гребенки имеют и свои преимуще­ ства главным образом прочностного порядка, что и обусловливает их применение в конструкциях.

Износ шарнира заданной длины при данной нагрузке сравни­ тельно мало зависит от диаметра шарнира, поэтому его выбирают главным образом исходя из условия обеспечения прочности и кон­ структивных соображений. Для абразивного изнашивания весьма важным является повышение твердости материала деталей.

В целях повышения противозадирной стойкости деталей на поверхности их трения создают не склонные к схватыванию окисные или фосфатные пленки, используют травление поверхностей с последующим заполнением образовавшихся углублений и пор маслом, а также широко используют способы термического и хи­ мико-термического упрочнения деталей. Для некоторых сталей ис­ пользуют гальванические покрытия — кадмирование и цинкование.

Широко применяемые в авиационных конструкциях стали ЗОХГСА и ЗОХГСНА, обладающие высокой прочностью, оказы­ ваются весьма нестойкими против схватывания. Проведенными Н. Л. Голего [19] лабораторными испытаниями ряда сталей, при­ меняемых в самолетостроении, на их сопротивляемость изнашива­ нию в условиях сухого трения было установлено, что стали ЗОХГСА и ЗОХГСНА имеют наибольшую склонность к схваты­ ванию при трении. Для устранения схватывания в деталях шасси, изготовленных из этих сталей, Н. Л. Голего предлагает исполь­ зовать гальванические покрытия трущихся поверхностей висму­ том, сурьмой, кобальтом, латунью, а также обрабатывать их суль­ фидированием. При сульфидировании на поверхностях трения могут быть образованы прочные неметаллические пленки, устра­ няющие непосредственное соприкосновение металлических поверх­ ностей.

На рис. 30 показан график изменения коэффициента трения в зависимости от нормальной нагрузки при испытаниях образцов из стали ЗОХГСА в паре с образцами из той же стали без покры­ тия и с указанными выше гальваническими локрытиями. Ощути­ мый процесс схватывания для стали ЗОХГСА без дополнительной обработки наступал при нагрузке 60—75 кГ/см2. При использова­ нии же дополнительных обработок для одного из элементов пары

53

трения схватывания не наблюдалось во всем интервале нагрузок до 400 кГ/см2. Аналогичные результаты были получены и для стали ЗОХГСНА с той лишь разницей, что для не имеющих пок­ рытия образцов процесс схваты­ вания 'начитался при несколько больших удельных нагрузках (90—ПО кГ/см2), что евязаіно с более высокой твердостью этой

стали.

Для применения гальванических процессов в условиях ремон­ та Н. Л. Голего разработаны соответствующие технологические рекомендации.

Имея в виду, что гальванические процессы, как правило, сни­ жают усталостную прочность высокопрочных сталей, мы провели

дированию

54

Полезным для повышения износостойкости деталей, работаю­ щих в условиях схватывания, может быть способ фрикционного латунирования [51]. Способ основан на использовании явления переноса металлов при трении и состоит в нанесении на поверх­ ность детали (болта) путем трения тонкого слоя латуни. Процесс латунирования производят с помощью простейшего приспособле­ ния на токарно-винторезном станке.

Для создания на поверхности детали ровного слоя латуни при трении латунного прутка обеспечивают такие условия, чтобы ла­ тунь налипала не отдельными крупными, разобщенными части­ цами, а сплошным тонким слоем, хорошо связанным с основным металлом. Это достигается ведением процесса в среде техническо­ го глицерина и правильно выбранными параметрами трения.

Нанесенный на стальную деталь слой латуни способствует луч­ шей ее-прирабатываемости, повышает противозадирную стойкость. В этом случае слой латуни играет роль твердой смазки, разделяя поверхности сопряженных деталей. Наибольший эффект фрик­ ционное латунирование дает применительно к деталям малопод­ вижных соединений и трущихся пар, работающих при малых скоростях скольжения и граничной смазке. Метод может быть также использован и для детален, устанавливаемых с натягом п периодически демонтируемых. На усталостную прочность сталь­ ных деталей фрикционное латунирование, проводимое по рекомен­ дуемым режимам, влияния не оказывает.

Увеличение диаметра деталей в результате фрикционного ла­ тунирования с учетом снятия материала при удалении окиснон пленки происходит на величину не более 0,01 мм.

Для оценки эффективности фрикционного латунирования нами были проведены испытания образцов из стали ЗОХГСА при воз­ вратно-вращательном движении [47].

Были испытаны три варианта пар трения: сталь ЗОХГСА по стали ЗОХГСА без покрытия и с покрытиями электролитическим

55

В некоторых узлах шасси эффективным оказалось электроли­ тическое хромирование. Износы хромированных осей и сопрягае­ мых с ними деталей в этих узлах весьма незначительны, размеры деталей в большинстве случаев не выходят из допусков на новое изделие даже после длительной эксплуатации. В то же время сле­ дует отметить, что пара хром — сталь работает хорошо не во всех случаях. В ряде сопряжений при применении хромового покрытия на поверхностях трения возникает схватывание, образуются зади­ ры, что связано с условиями тройня. Это необходимо учитывать при решении вопроса о хромировании деталей шасси. Электроли­ тическое хромирование снижает усталостную прочность стали.

Для предупреждения схватывания при конструировании необ­ ходимо устранять контакты чистых металлов путем создания пле­ нок окислов, обеспечивать подбор металлов в паре не склонных к схватыванию, а также использовать пары с взаимным атомар­ ным переносом, исключающим образование продуктов износа, и применять покрытия мягких металлов для создания положитель­ ного градиента твердости по глубине.

Эффективным средством повышения износостойкости шар­ нирно-болтовых соединений, 'предупреждения схватывания мате­ риалов может быть использование металлоплакирующих смазок, т. е. смазок с добавлением металлических порошков.

Протнвопзносные и противозадирные свойства смазок ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-203 можно существенно повысить, если ввести в них небольшое количество порошка мягкого металла, на­ пример, свинца или олова. Преимущество таких смазок состоит в том, что при их использовании на поверхностях трения происхо­ дит непрерывное восстановление защитной пленки мягкого метал­ ла. Пленка устраняет непосредственный контакт сопряженных по­ верхностей и процесс трения локализуется в ее тонком слое. Коэф­ фициент трения в паре сталь ЗОХГСНА — бронза при смазывании смазкой ЦИАТИМ-201 с добавлением порошка свинца пли олова' снижается примерно в 2 раза по сравнению с использованием той же смазки без введения порошков. В несколько раз возрастает нагрузка, при которой возникает схватывание металлов шарнира.

Применение металлоплакирующей смазки не только повышает износостойкость детален шарниров, но и дает возможность суще­ ственно увеличить их ресурс, сократить частоту набивки смазки

всоединения при техническом обслуживании'самолетов. Повышение противозадирной стойкости может быть достигну­

то путем применения в шарнирах твердых смазочных материалов на основе дисульфида молибдена пли графита. Благодаря слоис­ той структуре дисульфид молибдена имеет хорошие антифрик­ ционные свойства: микроскопические пластинки его легко сколь­ зят относительно друг друга [64].

Лабораторные исследования показали, что коэффициент тре­ ния при смазывании дисульфидом молибдена значительно ниже, чем при использовании жидких смазочных материалов. Чем тонь­ ше порошок дисульфида молибдена, тем выше его смазывающие

56

свойства. Для обеспечения нормального процесса трения доста­ точно нанесения на трущиеся поверхности пленки дисульфида молибдена толщиной поряда 10 мкм.

Наносят дисульфид молибдена на трущиеся 'Поверхности в ви­ де .комплексных паст. Пасту наносят на детали с помощью кистію распылением, или путем окунания в нее детали.

Положительным является добавление порошка дисульфида молибдена в жидкие смазочные масла.

Следует отметить, что универсальных методов повышения изно­ состойкости деталей шарниров предложить не представляется возможным. В выборе методов надо исходить из конкретных ус­ ловий работы узла, его конструктивного исполнения, вида взаимо­ действия, возникающего на поверхностях трения деталей в реаль­ ных условиях работы.

10. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗНОСА ДЕТАЛЕН ШАРНИРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В связи с непрерывным увеличением гарантийного и межре­ монтного ресурсов самолетов все более важное значение приобре­ тает вопрос прогнозирования линейного износа трущихся деталей,, в том числе и шарнирных соединений. Наличие приемлемых для инженерной практики методов прогнозирования позволило бы научно обоснованно определять достигаемые величины зазоров при установлении нового увеличенного ресурса самолета, опреде­ лять объем и сроки профилактических работ.

Изнашивание — сложный физико-химический процесс. Расчет деталей на изнашивание представляет весьма значительные труд- -ностіі, что связано с большим многообразием факторов, частослучайных, влияющих на процесс изнашивания и его интенсив­ ность.

Скорость изнашивания зависит от величины действующей на­ грузки, но определить ее для конкретной пары трения можно лишь приближенно. Фактические нагрузки в разных точках поверхности трения детали благодаря наличию макро- и мнкрогеометрических отклонений, а также разнообразию возможных положений детали в узле будут существенно различными. Нагрузки на шарниры шасси зависят от состояния взлетно-посадочных полос, особенно­ стей соприкосновения колес самолета с полосой при приземле­ нии и т. д.

Все перечисленные факторы, влияющие на процесс изнашива­ ния, носят случайный характер, многие из них не имеют количест­ венной оценки. Поэтому изнашивание деталей шарниров (как и других деталей) развивается как случайный процесс, и износ их при прогнозировании должен рассматриваться как случайная функция продолжительности работы самолета.

В последние годы делаются попытки изысканияметодов рас­ чета на изнашивание. В литературе [36, 43,. 61, 62] опубликован ряд формул, выражающих зависимость, между, длительностью

57

работы и износом детали. Однако, эти формулы учитывают, как правило, влияние на износ' одного-двух факторов при прочих неизменных условиях и практического применения в инженерных расчетах пока не находят. Имеющиеся в этих формулах коэффи­ циенты в справочной литературе отсутствуют, а специальное оп­ ределение их для каждого конкретного' случая затруднительно. В связи с этим применить данные методы расчета для прогнози­ рования износов деталей шарниров не представляется возможным.

Статистические исследования изнашивания шарниров шасси самолетов разных типов в процессе их эксплуатации подтвердили положение о том, что износ их является случайной функцией дли­ тельности работы и обладает большим рассеиванием. В связи с этим для прогнозирования износа шарниров целесообразно было применить вероятностные методы.

Для описания процесса изнашивания И. Б. Тартаковским [72, 73] предложена математическая модель, в которой матема­ тическое ожидание процесса выражается плавной кривой на про­ тяжении всего периода эксплуатации. В этой модели средняя кри­ вая износа на участке нормальной эксплуатации выражается экспоненциальным уравнением

где- б — средний текущий износ (зазор); бі — средний износ в про­ извольно выбранный момент времени t\ (Л должен быть больше периода приработки); t — текущее время работы; А и h —постоянные величины.

Проведенная нами проверка с использованием большого коли­ чества фактических данных по износу деталей шарниров шасси самолетов разных типов показала, что данная модель достаточно точно описывает процесс их изнашивания в реальных условиях службы и может быть использована для прогнозирования их из­ носа.

Используя эту модель, нами совместно с А. В. Серебряковым был проведен расчет интенсивности изнашивания (увеличения за­ зора) деталей шарнирных соединений основных и передней ног шасси турбореактивного самолета по результатам измерения де­ талей при ремонте и профилактическом техническом обслужива­ нии. Продолжительность работы деталей составляла от 1100 до 2100 посадок. Статистика была подобрана по 40 самолетам.

В период проведения расчета максимальные эксплуатационные зазоры в шарнирах шасси для данного типа самолетов еще не бы­ ли установлены. В связи с этим были приняты условные эксплуа­ тационные зазоры, величина которых определялась в зависимости от класса точности соединения: для соединений, выполненных по 2-му классу точности, предлагалось установить допуски на данный размер, соответствующие 3-му классу, а для соединений 3-го клас-

58