ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИЛУЧШЕЙ ПО ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МОДУЛЯ ЗАЦЕПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ И РАЗМЕРА АКТИВНЫХ АБРАЗИВНЫХ ЧАСТИЦ

DETERMINATION OF THE BEST WEAR-RESISTANT MESHING MODULE AND GEAR RATIO OF GEARS DEPENDING ON THE CONCENTRATION AND SIZE OF ACTIVE ABRASIVE PARTICLES

Ишмуратов Х.К. Мамасалиева М.И.

26.11.2024 27

11(128)

02. Машиностроение и машиноведение

Цитировать:

Ишмуратов Х.К., Мамасалиева М.И. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИЛУЧШЕЙ ПО ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МОДУЛЯ ЗАЦЕПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ И РАЗМЕРА АКТИВНЫХ АБРАЗИВНЫХ ЧАСТИЦ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 11(128). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18686 (дата обращения: 18.12.2024).

Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В данной статье приводится анализ влияния и изменение повышения концентрации активных абразивных частиц, допустимое передаточное отношение растет, дальнейшее повышение концентрации приводит к увеличению передаточного отношения более высокими темпами. Это объясняется тем, что повышение передаточного отношения зубчатой передачи приводит к увеличению количества зубьев шестерен и диаметра ведомой шестерни, при этом повышается количество активных абразивных частиц, прилипших на поверхность зубьев.

ABSTRACT

This paper analyses the effect and change of increasing the concentration of active abrasive particles, the allowable gear ratio increases, further increase in concentration leads to increase in gear ratio at a higher rate. This is because increasing the gear ratio of a gear transmission leads to an increase in the number of gear teeth and the diameter of the driven gear, the amount of active abrasive particles adhering to the tooth surface increases.

Ключевые слова: Износ, абразивные частицы, трение, усталостное разрушение, адсорбция, износостойкость, коррозия.

Keywords: Wear, abrasive particles, friction, fatigue failure, adsorption, wear resistance, corrosion.

Введение. Поверхности зубьев зубчатых колес в результате механической обработки имеют шероховатость, т. е. выступы и впадины, которые при зацеплении зубчатых колес под воздействием нагрузки и в результате проскальзывания подвергаются пластической деформации. Интенсивность изнашивания пары трения во многом зависит от нормальной нагрузки на контактные площади.

Расчет допустимого модуля зацепления и передаточного отношения закрытых зубчатых передач работающих в абразивной среде, при наличии проскальзывания между зубьями шестерен, с активным участием абразивных частиц произведены при следующих исходных данных:

Таблица 1

Изменение допустимого модуля зацепления в зависимости концентрации активных абразивных частиц в масле

Концентрация активных абразивных частиц в масле, %	Скорость изнашивания, м/ч
	3,272·10^-8	2,618·10^-8		1,963·10^-8		1,309·10^-8		0,655·10^-8
	Допустимый модуль зацепления, мм
0,2	0,095000		0,076000		0,057000		0,038000		0,019000
0,4	0,034000		0,027000		0,020000		0,013000		0,006728
0,6	0,018000		0,015000		0,011000		0,007324		0,003662
0,8	0,012000		0,009515		0,007134		0,004757		0,002379
1,0	0,008509		0,006808		0,005105		0,003404		0,001702
1,2	0,006473		0,005179		0,003883		0,002590		0,001295
1,4	0,005137		0,004110		0,003082		0,002055		0,001027
1,6	0,004204		0,003364		0,002522		0,001682		0,000841

На рисунке 1. приведены графики изменения модуля зацепления зубчатых передач в зависимости от концентрации абразивных частиц, при наличии проскальзывания между зубьями шестерен с активным участием абразивных частиц [1, 2]. Не зависимо от принятой скорости изнашивания повышение концентрации активных абразивных частиц в масле (таблица 2.) с 0,2 до 1,6% приводит к уменьшению модуля зацепления в 22,6 раза, уменьшение скорости изнашивания зубьев шестерен с 3,272 10^-8 до 0,655 10^-8м/ч приводит к уменьшению допустимого модуля зацепления в 5 раз. Это показывает, что при пониженных концентрациях активных абразивных частиц необходимо использовать зубчатые передачи более крупным модулем зацепления, а при повышенных концентрациях активных абразивных частиц целесообразно использовать зубчатые передачи с мелким модулем зацепления[3].

Рисунок 1. Изменение модуля зацепления зубчатых передач в зависимости от концентрации активных абразивных частиц

Исследование. В целях повышения износостойкости зубчатой передачи работающих в абразивной среде необходимо применять зубчатые передачи более мелким модулем зацепления.

В таблице 2. приведены результаты расчета допустимого передаточного отношения зубчатых передач в зависимости от концентрации активных абразивных частиц в масле агрегата. [5,11]. Допустимое расчетное передаточное отношение зубчатой передачи, с повышением концентрации активных абразивных частиц с 0,2 до 1,6%, повысился в 235,5 раза (скорость изнашивания зубьев по толщине 3,272 10^-8м/ч);

- 156,3 раза (скорость изнашивания зубьев по толщине 2,618 10^-8 м/ч);

- 134,4 раза (скорость изнашивания зубьев по толщине 1,963 10^-8 м/ч);

- 31,3 раза (скорость изнашивания зубьев по толщине 1,309 10^-8 м/ч);

- 20,7 раза (скорость изнашивания зубьев по толщине 0,655 10^-8 м/ч)

1 - =0,0000003272 м/ч;

2 - =0,0000002618 м/ч;

3 - =0,0000001963 м/ч;

4 - =0,0000001309 м/ч;

5 - =0,00000006545 м/ч.

Согласно графической зависимости представленной на рисунке 2. с повышением концентрации активных абразивных частиц допустимое передаточное отношение растет сначала с 0,2 до 0,8% концентрации небольшими, дальнейшее повышение концентрации приводит увеличению передаточного отношения более высокими темпами. Это объясняется тем, что повышение передаточного отношения зубчатой передачи приводит к увеличению количества зубьев шестерен и диаметра ведомой шестерни, при этом повышается количество активных абразивных частиц, прилипших на поверхность зубьев[4, 6,10].

Таблица 2.

Изменение допустимого передаточного отношения зубчатой передачи в зависимости концентрации активных абразивных частиц в масле

Концентрация активных абразивных частиц, %	Скорость изнашивания, м/ч
	3,272·10^-8	2,618·10^-8		1,963·10^-8		1,309·10^-8		0,655·10^-8
	Допустимое передаточное отношение
0,2	0,023		0,019		0,014		0,012		0,010
0,4	0,128		0,077		0,051		0,043		0,033
0,6	0,286		0,164		0,106		0,089		0,068
0,8	0,508		0,285		0,183		0,153		0,118
1,0	0,870		0,483		0,308		0,258		0,198
1,2	1,447		0,798		0,508		0,425		0,326
1,4	2,204		1,212		0,770		0,644		0,493
1,6	5,417		2,969		1,881		1,575		1,207

С повышением значения заданной скорости изнашивания по толщине зубьев допустимое передаточное отношение зубчатой передачи возрастает. Таким образом, при проектировании зубчатых передач работающих в абразивной среде с высокой концентрацией целесообразно использовать зубчатые передачи с более высоким передаточным отношением[7,10].

Рисунок 2. Изменение передаточного отношения зубчатых передач в зависимости от концентрации активных абразивных частиц:

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

В таблице 2. приведены результаты расчета изменения допустимого модуля зацепления в зависимости от среднего размера абразивных частиц в масле по аналитическому выражению. Анализ результатов расчета показывает, что модуль зацепление с повышением размера абразивных частиц от 0,000004 до 0,0001031 м независимо от заданной величины скорости изнашивания по толщине зуба уменьшается в 25,7 раза. Повышение скорости изнашивания зубьев шестерен с 0,655 10^-8 м/ч до 3,272 10^-8 м/ч, привело к увеличению модуля зацепления по минимальным и максимальным размерам абразивных частиц в 5 раз[8, 10]..

На рисунке 3. представлен график изменения допустимого передаточного отношения закрытой зубчатой передачи работающей в абразивной среде в зависимости от среднего размера абразивных частиц. Учитывая данного положения, повышение размера активных абразивных частиц допустимый модуль зацепления резко снижается в пределах размера абразивных частиц с 0,000004 до 0,00001816 м в 4,5 раза. Затем скорость снижения допустимого модуля зацепления по среднему размеру активных абразивных частиц в масле несколько стабилизируется, при размерах абразивных частиц в пределах с 0,00001816 м до 0,0001031 м не зависимо от принятой скорости изнашивания зубьев по толщине, снижение модуля составила в 5,7 раза. Таким образом, на основе полученных расчетных данных, при выборе модуля зацепления по размеру абразивных частиц находящих в масле агрегата, в процессе проектировании закрытых зубчатых передач работающих в абразивной среде с крупным размером абразивных частиц целесообразно использовать зубчатые передачи с мелким модулем зацепления[8,9,10].

Таблица 3.

Изменение допустимого модуля зацепления в зависимости от среднего размера активных абразивных частиц в масле

Средний размер активных абразивных частиц, м	Скорость изнашивания, м/ч
	3,272·10^-8	2,618·10^-8		1,963·10^-8		1,309·10^-8		0,655·10^-8
	Допустимый модуль зацепления, мм
0,000004	0,200		0,160		0,120		0,080		0,040
0,000018	0,044		0,035		0,026		0,018		0,009
0,000032	0,025		0,020		0,015		0,010		0,005
0,000046	0,017		0,014		0,010		0,007		0,003
0,000061	0,013		0,011		0,008		0,005		0,003
0,000075	0,011		0,009		0,006		0,004		0,002
0,000089	0,009		0,007		0,005		0,004		0,002
0,000103	0,008		0,006		0,005		0,003		0,002

Рисунок 3. Изменение модуля зацепления зубчатых передач в зависимости от размера активных абразивных частиц

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

В таблице 4 приведены расчетные значения передаточного отношения зубчатых передач в зависимости от размера абразивных частиц, находящихся в масле агрегата рассчитанных аналитическим выражением, при наличии проскальзывания между зубьями шестерен, износ зубьев происходит активным участием абразивных частиц.

Таблица 4.

Изменение допустимого передаточного отношения зубчатой передачи в зависимости от среднего размера активных абразивных частиц в масле

Средний размер абразивных частиц, м	Скорость изнашивания, м/ч
	3,272·10^-8	2,618·10^-8		1,963·10^-8		1,309·10^-8		0,655·10^-8
	Допустимое передаточное отношение
0,000004	0,082		0,091		0,105		0,129		0,182
0,000018	0,174		0,194		0,224		0,275		0,389
0,000032	0,232		0,259		0,299		0,366		0,518
0,000046	0,278		0,311		0,359		0,439		0,622
0,000061	0,318		0,355		0,41		0,502		0,71
0,000075	0,353		0,394		0,455		0,558		0,788
0,000089	0,385		0,43		0,497		0,608		0,86
0,00010310	0,414		0,463		0,535		0,655		0,926

Рисунок 4. Изменение передаточного отношения зубчатых передач в зависимости от размера активных абразивных частиц:

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

Увеличение размера абразивных частиц находящихся в масле агрегата с 0,000004 до 0,0001031 м приводит к увеличению передаточного отношения в среднем в 5 раз, независимо от принятого значения скорости изнашивания зубьев по толщине. Повышение скорости изнашивания с 0,655 10^-8до 3,272 10^-8 м/ч приводит к снижению передаточного отношения: в 2,22 раза (при размере абразивных частиц 0,000004 м); в 2,23 раза (при размере абразивных частиц 0,00006064 м); в 2,24 раза (при размере абразивных частиц 0,00010310 м).

Допустимое передаточное отношение растет с повышением размера активных абразивных частиц, участвующих в процессе изнашивания по закономерности 1/3 степени (рис.4). Так, к примеру, при скорости изнашивания 0,0000003272 м/ч соответствующей величине износа зуба по толщине равной 0,25πm происходящих за 24000 часа, со средней частотой вращения ведомой шестерни 0,5 мин^-1, при размере абразивных частиц 0,00006 м, передаточное отношение составило 0,315.

Заключение. Таким образом, что если допустимое передаточное отношение закрытой зубчатой передачи, работающей в абразивной среде со значением больше единицы не зависит от размера активных абразивных частиц, для зубчатых передач с передаточным числом меньше единицы, с увеличением размера активных абразивных частиц требует применение зубчатой передачи с повышенным передаточным отношением.

Список литературы:

Ишмуратов Х.К. Теоритическое обоснование ресурса зубчатых передач хлопкоуборочных машин по критерию износа. Диссертация ученой степени Доктора философии по техническим наукам (PhD). Ташкент, 2019.- 156 с.
Ишмуратов Х.К. Износостойкость зубъев шестерен, при качении без участия в просессе изнашивания абразивных частиц // Международной научно-практической конференции «Автомобиле-и тракторостроение». –Минск, 2019. С. 16-20
Иргашев А. Методологические основы повышения износостойкости шестерен тяжелонагруженных зубчатых передач агрегатов машин. - Диссертация доктора технических наук. - Ташкент, 2005, 244 с.
Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка методики теоретической оценки параметров и продолжительности износного испытания материалов зубчатых передач» По теме:Разработка научных основ повышения износостойкости зубчатых передач агрегатов мобильных машин и промышленного оборудования(промежуточный).Ташкент,ТашГТУ,2014.-86с.
Дроздов Ю.Н., Аждер В.В., Поштару Г.И., Чебан В.Ф. Противозадирное профилирование деталей тяжело нагруженных цилиндрических пар возвратно-поступательного скольжения.// Ж. Вестник машиностроения.1999. №2.С.33-37.
Wang, Q. J. Encyclopedia of Tribology / Q. J. Wang, Y-W. Chung // Springer New York Heidelberg Dordrecht London, 2013. – 4139 p.
Ищмуратов Х.К. Износостойкость зубьев шестерен, при качении без участия в процессе изнашивания абразивных частей. // Международная научно-практическая конференция «Автомобиле и тракторостроение». Минск, 2019 С.16-20.
Ишмуратов Х.К. Износостойкость открытых зубчатых передач зубьев шестерен. // Вестник ТашГТУ, -Ташкент, 2019. №2.С.175-182.
Ишмуратов Х.К. Эффективное влияние модуля и числа зубьев на работоспособность прямозубой передачи. // Композиционные материалы. Ташкент, 2019. №2.-С.125-127.
Тененбаум М.М. О видах, процессах и механизмах абразивного изнашивания/ Долговечность трущихся деталей машин: Сб. статей. Вып. 5/ Под общ. ред. Д.Н. Гаркунова.-М.: Машиностроение, 1990.-С. 202-215
Mamasalieva M. The influence of the tread pattern on the performance of a tractor engine// E3S Web of Conferences, 2024, 471, 01007