ОЦЕНКА ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ПРОФИЛЯ КУЛАЧКА ПО УГЛУ ДАВЛЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье с учетом нарастающего износа профиля исследована интенсивность износа поверхности кулачка, контактирующего с тальком в процессе эксплуатации, и оценено изменение этой интенсивности в зависимости от угла давления. Исследовано влияние износа профиля камеры на газораспределительный механизм (ГРМ) и работу двигателя. Проанализирована возможность существенного улучшения трибологических свойств пары кулачок – толкатель на основе численного метода формулировки закона движения толкателя.

ABSTRACT

In the article, taking into account the increasing wear of the profile, the intensity of wear of the surface of the cam in contact with talc during operation is studied, and the change in this intensity depending on the pressure angle is estimated. The effect of chamber profile wear on the gas distribution mechanism (GDM) and engine operation has been studied. the possibility of a significant improvement in the tribological properties of a cam-pusher pair is analyzed on the basis of a numerical method for formulating the law of motion of the pusher.

Ключевые слова: сельское хозяйство, кулачок, толкатель, интенсивность, износ, угол давления, сила нормального давления, прочность.

Keywords: Agriculture, cam, pusher, wear, pressure angle, intensity, normal pressure force, strength.

При эксплуатации сельскохозяйственных машин их надежность обеспечивается большим количеством узлов или деталей. Один из них – кулачок. В кулачковых механизмах надежность в основном определяется долговечностью, а последняя – износостойкостью кулачков.

В процессе передачи движения на контактной поверхности кулачка происходит износ, что отрицательно сказывается на движении хода толкателя. Следовательно, износостойкость и долговечность кулачковых механизмов определяется пределом износа контактирующих поверхностей кулачка и толкателя [2].

Так как скорость изнашивания поверхности кулачка зависит также от свойств материала, контактных напряжений и условий контакта, в данной работе для оценки долговечности сопряжения кулачок-толкатель использовалась величина интенсивности изнашивания [5].

где k – коэффициент, учитывающий влияние дополнительных параметров на износ пары и определяемый экспериментально;

p_nmax – наибольшая величина нормального контактного напряжения;

НВ – твердость материала;

f_сц – коэффициент сцепления;

f – коэффициент трения скольжения в сопряжении;

R_a1 и R_a2 – средние арифметические отклонения профилей поверхностей;

h_гр – толщина граничной пленки;

ρ_пр – приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей;

μ – динамическая вязкость масла при температуре вступающих в контакт поверхностей;

Vк = V1 + V2 – суммарная скорость качения, определяемая как сумма скоростей V1 и V2 перемещения точки контакта соответственно по кулачку и толкателю;

Рпн – нагрузка на единицу длины контакта;

β – пьезокоэффициент масла;

λ – теплопроводность масла;

Pe – среднее число Пекле;

α_в – коэффициент, характеризующий зависимость вязкости масла от температуры;

Vск – скорость скольжения в контакте.

Значения приведенного радиуса кривизны, нагрузки в контакте, контактного напряжения, скоростей Vк и Vск определяются по известным формулам в зависимости от кинематической схемы клапанного привода. Коэффициент трения f определяется по соответствующей эмпирической зависимости, полученной для быстроходных кулачковых механизмов [5; 4]. Линейный износ рабочей поверхности кулачка за цикл нагружения определяется по формуле:

                                       (2)

где S_тр – путь трения;

b_г – полуширина линии контакта по Герцу.

Первые три фактора при расчете кулачка объединяются в один – величину контактных напряжений. В литературных источниках по проектированию кулачковых механизмов ткацких станков основной количественной характеристикой в контакте считается расчет на контактную прочность кулачков и роликов по формуле [3; 1]:

,                                                 (3)

где – максимальное контактное напряжение, МПа;

Pmax – максимальная нормальная сила, прижимающая ролик к кулачку;

Е₁ и Е₂ – модули упругости материалов кулачка и ролика; для стали Е₁=(2–2,2)∙10⁵ МПа, для чугуна Е₂ =(1–1,35)∙10⁵ МПа;

r – радиус ролика, м;

 – радиус кривизны профиля кулачка в точке контакта с роликом, м;

b – длина контактной линии.

 P_max – сила нормального давления, вычисляемая по формуле [3]:

,                                             (4)

где θ – угол давления;

M – результирующий момент сопротивления на кулачковом вале, Н·м;

 – коэффициент трения в высшей паре;

ℓ₂ – длина коромысла, м.

Мы можем изучить интенсивность износа в области контакта кулачка с толкателем в трех частях (рис. 1).

Рисунок 1. Изображение износа в области контакта кулачка с толкателем в трех частях, после 5 миллионов циклов нагружения:

А – рамп; В – профиль; С – вершина кулачка

Исследования показывают, что наибольший износ (область C) происходит на вершине, средний износ – на профиле (область В) и наименьший износ – на секции рампы (область A).

На этом графике изображено пространственное изменение износа поверхности кулачка за один цикл его контакта с толкателем. Как видно из графика, величина износа на участке А (рамп) достигает максимального значения 0,08·мм. По мере уменьшения значения угла зацепления количество коррозии увеличивается и значение количества коррозии в области В (профиля) достигает примерно 0,14·мм.

Рисунок 2. Интенсивность изнашивания профиля кулачка по углу давления

Таким образом, интенсивность изгиба увеличивается по мере уменьшения угла давления, а когда угол давления достигает 0°, интенсивность изгиба увеличивается, и этот процесс продолжается до тех пор, пока угол изгиба не достигнет 7–8°. Этот процесс повторяется в каждом цикле движения кулачка, а износ на участке С (вершина кулачка) всегда высок.

Список литературы:

1. Абдумажидов Р.Б., Хамроев Р.K., Жуманов О.У. Анализ логистических подходов при использовании самосвалов // Universum: технические науки. – М., 2021. – № 4 (85). С. 5–8.
2. Иргашев А., Хамроев Р.K. Экспериментальная оценка концентрации продуктов износа в масле агрегатов машин // Universum: технические науки. – М., 2020. – № 11 (80). – С. 66–68.
3. Степурин П.В. Теоретическое исследование трения и изнашивания рабочих поверхностей кулачковых механизмов // Трение и износ. – 1998. – Т. 19, № 6. – С. 739–744.
4. Analysis of operational indicators when using dump trucks / Sh.A. Sultanova, R.K. Hamroyev, O.U. Jumanov, B.V. Qambaraliev // International scientific and technical journal INNOVATION TECHNICAL AND TECHNOLOGY. – 2021. – Vol. 2, № 1.
5. 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). – P. 297–302.
6. Mirzayev N.N., Qurbonov B.B., Hamrоуev R.K. Estimation of the rotation speed of gears in oil depending on the load // Technical science and innovation. – Tashkent, 2020. – № 4 (06). – P. 198–204.