книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

43.Drago R. «Ileavy-Lift Helicopter Brings up Drive Ideas: Advanced Gear Materials», Power Transmission Design, Vol. 16, N 3, Mar. 1974, pp. 49-53.

44.Проволоцкий A. E., Паршин 10. И. Псрспсктиши.1стехнологии изготовления изделии из хромоникелемолибдеповых сталей / / Сб. трудов VI междупар. пауч.-техп. копф. Донецк. 1999. Т. 2.

45.Сусин А. А., Руденко С. П., Валько А. Л., Мосупои Е. И. Обеспечение и вопросы прогнозирования долголечпости иысо1(опа11ряженпых зубчатых колес с учетом их качества и технологии изготовле­ ния / / Надежность и долговечность машин и сооружений. Киеи: Наук, думка, 1990. С. 121-124.

46.Сусин А. А. и др. Структура цементованных слоев с высокими характеристиками сопротивления контактной и нзгнбной усталости и совершенствованиетехнологии ХТО зубчатых колес силовых передач / / Современное оборудование итехнология термической и химико-термической обработ­ ки металлических материалов: Материалы семинара. М., 1989. С. 69-73.

47.ISO 4970-79( Е). Сталь. Определение общей иэффективной толщины тонкихслоев поверхностно­ го упрочнения. 1979.

48.AGMA 411.02-74. Сталь. Методы определения глубины цементованного слоя. 1974.

49.TGL 29613/01-74 (ГДР). Колеса зубчатые. Определение глубины цементации зубчатых колес

смодулем 1,5 до 12. -1974.

50.DIN 50190. Т-78. (ФРГ). Детали стальныетермически обработанные. Методопределения глубины цементации.

51.Руденко С. П., Сусин А. А., Андрияпшп В. А. Метод расчета на глубинную контактную выносли­ вость цементованных зубчатых колес //Теория реальных передач зацеплением: Информационные материалы VI Международного енмиоз. Ч. 2. Проблемы оценки и повышения работоспособности реальных передач зацеплением. 30 септ. 2 окг. 1997. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та. 1997.

С.131-136.

52.Руденко С. П. Сопротивление контактной усталости цементованных зубчатых колес / / Вестник машиностроения. 1999. №4. С. 13-15.

53.Susin A. A contribution to the problem ofthe reliability of high-loaded gear transmissions / / 4th World Congress on Gearing and Power Transmission. March 1999: Paris. France. P. 234-238.

54.Susin A. Deep contact fatigue resistance, the structure and hardness of carburized gears// 4th World Congress on Gearing and Power Transmission. March 1999: Paris. France. P. 244-249.

55.Колеса зубчатые. Технические требования к упрочненному слою: Межгосударственный стандарт 30634-99.

56.Детали стальные цементованные, нитроцементованные н термически обработанные. Эффектив­ ная толщина упрочненного слоя. Методы определения: Межгосударственный стаидарт30572-98.

57.Prova di tcmprabillta dellacciaio su provetta raffredata ad una e Yrcmita (prova fenuny). Италия 3150-74. A-255-67.1979.

58.Пструсснич A. И. Коптаю пая прочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1970.

59.Тсскср Е. И. Теория н методы расчета на контактную прочность поверхностно упрочненных зубча­ тых передач :дисс. д. т. м. Волгоград, 1988.

Глава 8

МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИЯ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

ИЗ ПЛАСТМАСС

8.1. Полимерные материалы для зубчатых колес

8 .1 .1 . Специф ика структуры и свойств полимерных материалов

Одним из основных условий рационального использования полимерных материалов для деталей машин вообще и для зубчатых колес в частности является учет их специфиче­ ских свойств, к которым в первую очередь относятся низкий уровень механических и тер­ мических характеристик, ползучесть и релаксация при комнатной температуре.

В отличие от металлов, интервал показателей свойств полимеров действителен толь­ ко для очень узкого диапазона эксплуатационных параметров и связан с комплексом структурных переходов, а также с существенным влиянием условий испытаний на вели­ чину этих показателей. В связи с этим при выборе полимерных материалов следует при­ менять характеристические функции, а стандартные характеристики, приведенные в таб­ лицах, использовать в первую очередь для сравнения материалов. Наряду с имеющи­ мися в распоряжении конструктора физи­ ко-механическими, термомеханическими и другими характеристиками необходимо использовать опыт переработки полимер­ ных материалов в изделия, а также прини­ мать во внимание параметры аналогичных готовых деталей и результаты их практи­ ческого применения.

Существенное влияние на показатели свойств полимерных материалов оказыва­ ют рабочая нагрузка (характер нагруже­ ния, величина нагрузки, скорость или час­ тота, направление, длительность работы или число циклов нагружения), условия эксплуатации (качество поверхности кон­ тактирующих деталей, условия смазки), рабочая температура (величина и продол­ жительность воздействия), условия окру­

Наиболее часто в качестве наполнителей для конструкционных термопластов ис­ пользуют стеклянные и углеродные волокна, кремнийорганические соединения; в каче­ стве модификаторов, которые вводят для улучшения антифрикционных свойств и повы­ шения степени кристалличности материала, — дисульфид молибдена и графит, ПТФ Э, ПЭ, минеральное масло. Указанные модификаторы вводят для уменьшения коэффици­ ента трения, три последних являются специфическими внутренними смазочными веще­ ствами. Материалы для зубчатых колес с целенаправленно улучшенными эксплуатаци­ онными характеристиками можно создавать также путем получения смесей и сплавов термопластов [4].

8 .1 .3 . М ехан ические и тепл оф изические свойства конструкционны х терм опластов

Механическое поведение конструкционных пластмасс при воздействии на них внеш­ них сил характеризуется следующими особенностями [5): способностью развивать боль­ шие обратимые (высокоэластическне) деформации, достигающие десятков и сотен про­ центов; релаксационным характером реакции на механическое воздействие, то есть зави­ симостью деформации и напряж ения от длительности (частоты ) воздействия; зависимостью механических свойств от типа сформировавшихся при переработке надмо­ лекулярных структур, устойчиво сохраняющихся в физических состояниях с различной морфологией; способностью приобретать анизотропию механических свойств и сохранять ее после прекращения силового воздействия; способностью к химическим превращениям при механическом воздействии.

Характер механического поведения полимерного тела определяется, в частности, его физическим состоянием. Конструкционные пластмассы на основе термопластичных по­ лимеров с линейной и разветвленной структурой могут быть аморфными, кристалличе­ скими и частично кристаллическими и находиться в стеклообразном, высокоэластичном или вязкотекучем состоянии. В качестве материалов для зубчатых колес в основном при­ меняют кристаллические полимерные материалы, которые в условиях эксплуатации на­ ходятся в стеклообразном состоянии.

Механические свойства конструкционных пластмасс приведены в табл. 8.2-8.3, теп­ лофизические — в табл. 8.4.

276 Г л а в а 8

Материалы, методы и технология изготовления зубчатых колес из пластмасс 277

Продолжение таблицы 8.4

8 .1 .4 . Р еко м ен д ации по выбору полимерного материала для зубчаты х колес

Выбор материала является сложным процессом, который можно автоматизировать лишь частично, хотя в большинстве западных стран существуют банки данных с достаточ­ но полной характеристикой полимерных конструкционных материалов. Сложности свя­ заны с недостаточной информацией о нелинейности функциональной зависимости между структурой и свойствами полимеров; зависимостью служебных характеристик от геомет­ рических параметров, условий изготовления и эксплуатации; применением большой но­ менклатуры модифицированных полимерных материалов. Необходим выбор материала в диалоговом режиме человек-машина при соответствующей стратегии поиска и наличии в распоряжении конструктора достаточного количества параметров и характеристик. При­ менительно к зубчатым колесам — это физико-механические характеристики, в том числе их температурно-временные зависимости, температура боковой поверхности и основания зуба, смазочное вещество, прочность при изгибе и контактная выносливость, динамиче­ ские механические характеристики. Необходимо знать оптимальные условия переработки (или обработки) материала, такие как температура и давление литья, условия охлажде­ ния, а также параметры, характеризующие трибологические свойства материалов в сопря­ женных кинематических парах, и режимы стендовых испытаний.

Наряду с возможностями, обусловленными свойствами матричного материала, следу­ ет иметь в виду изменение этих свойств при наполнении порошковыми пли волокнисты­ ми наполнителями, применении смесей и сплавов полимеров, а также новых суперконст­ рукционных пластиков.

При выборе матричного материала следует, таким образом, учитывать деформацион­ но-прочностные характеристики, термическую и химическую стойкость, тепловое рас-

278 Глава 8

шнрение, водопоглошение и последующие их изменения с точки зрения соблюдения заданных размеров и допусков, триботехнические характеристики, применяемость и стои­ мость.

Задача рационального выбора материала представляет определенную сложность, свя­ занную с большим объемом информации, которую необходимо переработать, чтобы найти оптимальное решение, и большой степенью неопределенности выбора. Поиск материала можно облегчить использованием автоматизированных поисковых систем (баз данных или, при наличии систем управления базами данных, банков данных). Поскольку специ­ альные банки данных по пластмассам для такой специфической области применения, как зубчатые колеса, еще не созданы, следует применять имеющиеся банки данных по исполь­ зованию пластмасс в различных отраслях техники [6].

В настоящее время промышленность выпускает более 1500 видов пластмасс, причем этот перечень ежегодно увеличивается примерно на 750 наименований. Кроме того, боль­ шое количество новых материалов появляется за счет наполненных и модифицированных пластмасс. Программное обеспечение [7] позволяет применять существующие базы дан­ ных для пластмасс, осуществлять выбор необходимого материала и последующую кон­ трольную проверку, подтверждающую правильность выбора.

Информационная система [8] содержит основные характеристики полимерных мате­ риалов и алгоритм выбора материала. В базу данных [9] внесено более 250 типов пласт­ масс с подробным описанием отдельных характеристик и указанием их ориентировочных

ирасчетных значений, а также констант материала.

Вработе [10] рассмотрены подходы к использованию имеющихся байков данных по свойствам пластмасс для получения необходимой информации при выборе пластмасс с высокими характеристиками модуля упругости и ударной прочности. Банк данных [И ] содержит сведения об усталостных характеристиках полимерных композитов. Он содер­ жит так называемые метаданные — блоки данных, куда включены характеристики, в част­ ности, способов изготовления изделий из них, контроля проведенных испытаний и т. д. При этом проводится либо целенаправленный поиск материала с заданными характери­ стиками с помощью заполнения трафаретов (масок), либо свободный поиск. В работе

[12]систематизированы многочисленные (более 1500) стандарты разных стран на испы­ тания пластмасс. Создана база данных, включающая около 50 параметров. Система по­ зволяет определять допускаемые нагрузки при статическом растяжении, динамическом и ударном нагружениях. Разрабатываются также информационные системы по более узким направлениям, например, создаются базы данных и банки данных по трибологии [13, 14],

атакже по триботехническим свойствам конструкционных материалов и антифрикцион­ ных пластмасс [15-17].

Поиск материала с требуемыми свойствами при использовании информационной базы данных можно проводить по справочнику [18], в основу которого положена эври­ стическая стратегия поиска и выбора пластмассы. Марочный ассортимент включает около 3000 марок промышленных и опытно-промышленных материалов, сгруппирован­ ных в 27 классов. Весь марочный ассортимент пластмасс объединен по важнейшим по­ требительским свойствам в 24 ряда. Приведены алгоритм выбора марки пластмассы (или аналога конкретной марки), а также данные по 100 основным группам пластмасс в виде прямых (где перечень объектов определяется номером группы) и инверсных (где перечень объектов определяется численным значением свойств) таблиц. Примеры вы­ бора полимерного материала для зубчатого колеса приведены в работе [19].

Обобщенное качественное сравнение функциональных характеристик зубчатых колес из некоторых конструкционных пластмасс приведено в табл. 8.5.

Материалы, методы и технология изготовления зубчатых колес из пластмасс 279

Таблица 8.5

Обобщенное качественное сравнение характеристик зубчатых колес из некоторых конструкционных пластмасс [20]

Примечание. © —очень хорошо; О —хорошо; Д —удовлетворительно; х —неудовлетворительно.

8.2. Технология изготовления пластмассовых зубчатых колес литьем под давлением

Наиболее распространенным методом изготовления зубчатых колес нз конструкционных термопластов и композиционных материалов на их основе является лнтье под давлением.

Литье под давлением — это процесс доведения полимерного материала до вязкоте­ кучего состояния в пластнкационном цилиндре литьевой машины (термопластавтомата) и последующее перемещение или впрыск под действием внешнего давления рас­ плава в литьевую форму, где материал приобретает требуемую конфигурацию и за­ твердевает, фиксируя форму изделия. В процессе литья под давлением полимерный материал, чаще всего гранулят, подают в бункер, откуда он поступает в пластикациоиную систему, работающую по принципу червячного плунжера. Через литниковую сис­ тему размягченный, гомогенизированный расплав полимерного материала заполняет под давлением шнека формующую полость литьевой формы. После заполнения полос­ ти расплавом полимера, его отверждения и охлаждения образуется литое изделие. В случае, если параметры литья под давлением (доза и время впрыска, температура зон