ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ АБРАЗИВНЫХ ЧАСТИЦ В МАСЛЕ АГРЕГАТОВ МАШИН

АННОТАЦИЯ

Одним из многочисленных факторов, наиболее существенно влияющих на результаты расчета и экспериментального определения износостойкости материалов шестерен, является определение допустимой концентрации абразивных частиц в масле агрегатов.

В процессе трения за каждым циклом нагружения зубьев шестерен концентрация активных абразивных частиц в масле агрегата постоянно меняется. Это происходит в результате дробления и поступления свежей порции абразивных частиц из окружающей среды. Поэтому при оценке износостойкости зубьев шестерен необходимо учитывать закономерности изменения концентрация абразивных частиц в процессе замкнутой циркуляции масла в агрегате. Износ узлов трения, качения при наличии проскальзывания, работающих в смазочной среде при наличии активных абразивных частиц, исследован в работе.

ABSTRACT

One of the many factors that most significantly affect the results of calculation and experimental determination of the wear resistance of gear materials is the determination of the permissible concentration of abrasive particles in the oil of aggregates.

During the friction process, the concentration of active abrasive particles in the oil of the unit is constantly changing during each cycle of loading of the gear teeth. This occurs as a result of crushing and the arrival of a fresh portion of abrasive particles from the environment. Therefore, when assessing the wear resistance of gear teeth, it is necessary to take into account the regularities of changes in the concentration of abrasive particles in the process of closed oil circulation in the unit. Wear of rolling friction units in the presence of slippage, working in a lubricating medium in the presence of active abrasive particles is investigated in the work.

Ключевые слова: скорость изнашивания, абразивные частицы, масло, зуб шестерен, концентрация, модуль зацепления, агрегат машины.

Keywords: The wear rate, abrasive particles, oil, gear teeth, concentration, gearing module, machine assemblies.

Результаты исследований. Концентрация активных абразивных частиц в масле агрегата во многом зависит от модуля зацепления, передаточного отношения, длины зуба и механических свойств материала шестерен.

Для оценки скорости изнашивания зубьев шестерен закрытых зубчатых передач при наличии между зубьями шестерен проскальзывания и активном участии абразивных частиц в масле агрегата в процессе изнашивания получена зависимость:

, м/ч.               (1.1)

Решив аналитическое выражение (1.1), полученное в результате теоретических исследований взаимного контакта поверхностей трения зубьев шестерен и абразивных частиц, проникающих в картер агрегата извне, относительно допустимой концентрации активных абразивных частиц ε_к, при заданной износостойкости и наличии проскальзывания между зубьями шестерен, получим зависимость:

.                     (1.2)

К исходным данным для расчета параметров закрытых зубчатых передач с активным участием абразивных частиц в процессе изнашивания зубьев шестерен относятся следующие показатели:  – скорость изнашивания [при величине износа зубьев ведущей (ведомой)] шестерни по толщине: 0,25πm; 0,20πm; 0,15πm, 0,10πm, 0,05πm; модуль зацепления m=0,010 м; ресурс зубчатой передачи составляет 24 000 часов. Соответственно, скорости изнашивания: м/ч; м/ч; м/ч; м/ч; м/ч. σ_а – прочность абразивной частицы на сжатие,  МПа; ε_к – концентрация активных абразивных частиц в масле агрегата 0,246%; L – длина зуба шестерен, L=0,075 м; i – передаточное отношение зубчатой передачи, i=2; Н_ш,к – твердость материала ведущей (ведомой) шестерни, Н_ш,к=3000 МПа; Г – коэффициент, учитывающий соотношение твердости поверхности трения и прочности абразивной частицы, Г=3,299; γ_а – плотность абразивных частиц, γ_а=2,1 т/м³; γ_m – плотность масла, γ_m=0,91 т/м³; z_ш – число зубьев ведущей шестерни, z_ш =19; z_к – число зубьев ведомой шестерни z_к =38; n_р(ш,к) – число циклов, приводящих к разрушению деформированной поверхности трения ведущей (ведомой) шестерни, n_р(ш,к) =10,3; d_ср – средний размер абразивных частиц в масле агрегата, d_ср=0,0000115 м; m – модуль зацепления, m=0,010 м; n_ш,,к – частота вращения ведущей (ведомой) шестерни, n_ш =0,5 с^–1; k – коэффициент высоты зуба шестерни, k=1,0; k_v – сравнительный коэффициент объемов деформации поверхностей трения абразивными частицами при чистом качении и качения с проскальзыванием, k_v=0,9.

Расчет изменение концентрации абразивных частиц в масле агрегата в зависимости от модуля зацепления осуществлялся через скорость изнашивания, изменяющегося по высоте зуба. Скорость изнашивания принималась в соответствии с предельным износом зубьев по их толщине, приведенным в справочнике «Контроль технического состояния тракторных деталей при ремонте» [2; 3], согласного которому предельно допустимая величина износа принята равной четверти толщины зуба по делительной окружности шестерни, тогда наибольшая предельная скорость изнашивания ведущей (ведомой) шестерни определяется:

,

где [T_ш,к ] – предельный ресурс шестерни по толщине, [T_ш,к ] = 24 000 ч.

Как видно, выражение (1.2) для расчета допустимой концентрации абразивных частиц в масле агрегата имеет сложную и многофакторную зависимость. Согласно полученной аналитической зависимости допустимая концентрация активных абразивных частиц в масле агрегатов машин увеличивается с повышением скорости изнашивания зубьев шестерен с активным участием абразивных частиц, длины зуба, передаточного отношения, твердости материалов шестерен, числа зубьев ведущей шестерни и степени относительного проскальзывания.

Расчетная допустимая концентрация активных абразивных частиц в масле агрегатов машин уменьшается с повышением прочности абразивных частиц на сжатие, размера абразивных частиц, частоты вращения ведущей (ведомой) шестерни и модуля зацепления; при этом наиболее существенное влияние оказывают передаточное отношение, твердость материалов шестерен, прочность абразивных частиц и число зубьев шестерен. Остальные показатели – скорость изнашивания, длина зуба ведущей (ведомой) шестерни, средний размер абразивных частиц, частота вращения ведущей (ведомой) шестерни, модуль зацепления, входящие в выражение (1.2), – зависят от них лишь на треть.

В соответствии с полученным выражением (1.2) можно сделать вывод о том, что допустимая концентрация активных абразивных частиц при их заданном размере наиболее существенное влияние оказывает 4/3 степень передаточного отношения, твердости материала ведущей (ведомой) шестерни, прочности абразивных частиц и числа зубьев ведущей шестерни.

Увеличение концентрации активных абразивных частиц приводит к повышению содержания продуктов износа в масле агрегата [1].

Согласно полученным данным в таблице 1.1 и рисунка 1.1, допустимая концентрация активных абразивных частиц в масле агрегата имеет наибольшее значение при небольших значениях модуля зацепления, по мере увеличения модуля зацепления допустимая концентрация активных абразивных частиц постепенно снижается. То есть при увеличении модуля зацепления с 0,002 до 0,006 м допустимая концентрация активных абразивных частиц в масле агрегата снижается в среднем в 2,08 раза независимо от скорости изнашивания зубьев шестерен в пределах, приведенных в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Изменение допустимой концентрации активных абразивных частиц в масле агрегата в зависимости от модуля зацепления

Снижение допустимой концентрации активных абразивных частиц, начиная с модуля зацепления 0,006 м до 0,016 м и в тех же значениях других исходных данных, составляет 1,92 раза.

В целом при увлечении модуля зацепления с 2 мм до 16 мм допустимая концентрация активных абразивных частиц в масле агрегата уменьшается в 4 раза, это связано с тем, что увеличение модуля зацепления при постоянной длине зубьев приводит к повышению площади зубьев шестерен в 4 раза. То есть при одинаковом количестве средневзвешенных размеров активных абразивных частиц на поверхности зубьев шестерен их концентрация в масле также соответственно уменьшается в 4 раза. На основе полученных данных результатов исследования, приведенных и в таблице 1.1, и на рисунке 1.1, можно сделать вывод о том, что увеличение модуля зацепления зубчатой передачи приводит к уменьшению допустимой концентрации активных абразивных частиц в масле агрегатов машин.

Рисунок 1.1. Изменение допустимой концентрации активных абразивных частиц в масле агрегатов машин при заданной износостойкости зубьев шестерен в зависимости от модуля зацепления:

1 – =0,0000003272 м/с; 2 – =0,0000002618 м/ч; 3 – =0,0000001963 м/ч; 4 – =0,0000001309 м/ч; 5 – =0,00000006545 м/ч

Приведенные на рисунке 1.1 графики изменения допустимой концентрации активных абразивных частиц в масле агрегатов машин получены при наличии проскальзывания между зубьями шестерен с активным участием активных абразивных частиц в зависимости от следующих значений модуля зацепления: m= 0,002 м; 0,003 м; 0,006 м; 0,010 м; 0,012 м; 0,016 м.

Расчет изменения концентрации абразивных частиц в масле агрегата в зависимости от модуля зацепления осуществлялся через скорость изнашивания, изменяющуюся по высоте зуба, скорость изнашивания принималась в соответствии с предельным износом зубьев по их толщине. Допустимая концентрация активных абразивных частиц в масле агрегатов машин увеличивается с повышением скорости изнашивания зубьев шестерен, длины зубьев шестерен, передаточного отношения зубчатой передачи, твердости материала шестерен, числа зубьев ведущей шестерни и степени относительного проскальзывания. Уменьшается – с повышением прочности абразивных частиц на сжатие, размера абразивных частиц, частоты вращения шестерни и модуля зацепления; при этом наиболее существенное влияние оказывают передаточное отношение, твердость материала шестерен, прочность абразивных частиц и число зубьев шестерен.

Список литературы:

1. Иргашев А., Ҳамроев Р.K. Экспериментальная оценка концентрации продуктов износа в масле агрегатов машин // Universum: технические науки. – М., 2020. – № 11 (80). – С. 66–68.
2. Irgashev A., Hamrоуev R.K. Features of fuel economy of agricultural equipment and environmental influence on oil // Technical science and innovation. – Tashkent, 2021. – № 1 (07). – Б. 297–302.
3. Mirzayev N.N., Qurbonov B.B., Hamroyev R.K. Estimation of the rotation speed of gears in oil depending on the load // Technical science and innovation. – Tashkent, 2020. – № 4 (06). – Б. 198–204.