Отправить статью по E-mail Вероятность безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач
- Авторы: Лебедев С.Ю.1, Сызранцев В.Н.1
-
Учреждения:
- Тюменский индустриальный университет
- Выпуск: Том 91, № 3 (2024)
- Страницы: 341-353
- Раздел: Качество, надёжность
- URL: https://bakhtiniada.ru/0321-4443/article/view/269803
- DOI: https://doi.org/10.17816/0321-4443-625954
- ID: 269803
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Обоснование. Методики расчета нагрузочной способности и надежности зубчатых передач, общепризнанные в качестве стандартизированных как на национальном, так и на международном уровнях, базируются на законах распределения случайных величин, принятых как единственно возможные, что не совсем соответствует истине. В результате применения этих методик разрабатываются зубчатые передачи, которые обладают либо завышенной, либо заниженной надежностью, что приводит к их низкой конкурентоспособности. Поэтому разработка методик оценки надежности поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач, учитывающих фактические законы распределения случайных величин, остается актуальной, т.к. позволит проектировать конкурентоспособные передачи.
Целью работы является совершенствование текущего подхода к расчету вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрической передачи по их прочностным критериям работоспособности.
Материалы и методы. Усовершенствованный подход к расчету вероятности безотказной работы основывается на улучшенных классических методиках проверочного расчета нагрузочной способности зубчатых цилиндрических передач по контактным и изгибным напряжениям (ГОСТ 21354-87 и ISO 6336). Методика расчета вероятности безотказной работы по критерию глубинной контактной выносливости базируются на критерии Лебедева-Писаренко, формулы которого доработаны для применения к зубчатым передачам В.И. Короткиным. Реализация предложенных методик осуществлена в программном обеспечении MathCAD.
Результаты. Предложены методики расчета вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач по критериям контактной и изгибной выносливости, в которых учитывается переменное значение перекоса в зацеплении, вызванного деформацией валов, подшипниковых колец и корпуса (силовой перекос). Кроме того, показана зависимость результатов расчетов вероятности безотказной работы зубчатых цилиндрических передач от способа задания силового перекоса в зацеплении зубьев (постоянное или переменное значение). Выполнена валидация усовершенствованного подхода по доступным в научно-технической литературе данным отказов поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач. Научная новизна исследования заключается в предложенной методике расчета вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости, которая выполняет расчет при неизвестном законе распределения действующих напряжений при помощи метода Парзена-Розенблатта (метод также использован в методиках по критериям контактной и изгибной выносливости), а также в учете переменного характера силового перекоса в зацеплении.
Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности вероятностного определения причины выхода передачи из строя по шести критериям (питтинг, поломка зуба, отслаивание упрочненного слоя как шестерни, так и колеса), что позволяет корректировать конструкцию, технологию изготовления, требования к эксплуатации с целью обеспечения требуемой работоспособности передачи при её проектировании.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Сергей Юрьевич Лебедев
Тюменский индустриальный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: lebedevsergey1995@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7611-6884
SPIN-код: 2796-5970
Scopus Author ID: 57203460074
ResearcherId: D-8920-2019
канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры «Прикладная механика» институт транспорта
Россия, ТюменьВладимир Николаевич Сызранцев
Тюменский индустриальный университет
Email: syzrantsevvn@tyuiu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1422-4799
SPIN-код: 5665-5454
Scopus Author ID: 6507778873
ResearcherId: C-1075-2017
заслуженный деятель науки РФ, профессор, д-р техн. наук, профессор кафедры «Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности» института геологии и нефтегазодобычи
Россия, ТюменьСписок литературы
- Руденко С.П., Валько А.Л. Контактная усталость зубчатых колес трансмиссий энергонасыщенных машин. Минск: Белорусская наука, 2014.
- ГОСТ 21354-87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные. Расчет на прочность. Москва: Изд-во стандартов, 1988.
- ISO 6336-2:2019. Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 2: Calculation of surface durability (pitting). Switzerland: ISO, 2019.
- Zhu C., Chen Sh., Liu H., et al. Dynamic analysis of the drive train of a wind turbine based upon the measured load spectrum // Journal of Mechanical Science and Technology. 2014. Vol. 28 (6). С. 2033–2040. doi: 10.1007/s12206-014-0403-0
- Syzrantseva K., Syzrantsev V. Determination of Parameters of Endurance Limit Distribution Law of Material by the Methods of Nonparametric Statistics and Kinetic Theory of High-Cycle Fatigue // Key Engineering Materials. 2017. Vol. 736. С. 52–57.
- Cameron Z.A., Krantz T.L. Statistical distribution of gear surface fatigue lives at high reliability // International Journal of Fatigue. 2023. Vol. 167. Part B. P. 107350. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2022.107350
- Babichev D.T., Lebedev S.Y., Babichev D.A. Theoretical fundamentals of spur and helical gear synthesis based on assignment of meshing lines at face section // International Review of Mechanical Engineering (IREME). 2018. Vol. 12. № 9. P. 762–770.
- Нахатакян Ф.Г., Плеханов Ф.И. Исследование напряженно-деформированного состояния зубьев колес // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2021. № 4. С. 10–17. doi: 10.31857/S023571192104009X
- ISO 6336-3:2019. Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 3: Calculation of tooth bending strength. Switzerland: ISO, 2019.
- Руденко С.П., Валько А.Л. Определение параметров химико-термической обработки высоконапряженных зубчатых колес на основе расчетных моделей // Упрочняющие технологии и покрытия. 2018. Т. 14, № 8(164). С. 353–358.
- Тескер Е.И. Современные методы расчета и повышения несущей способности поверхностно-упрочненных зубчатых передач трансмиссий и приводов. Москва: Машиностроение, 2011.
- MackAldener M., Olsson M. Tooth Interior Fatigue Fracture — computational and material aspects // International Journal of Fatigue. 2001. № 23. С. 329–340.
- Dang Van K., Griveau B., Message O. On a new multiaxial fatigue limit criterion: Theory and application // Biaxial and Multiaxial Fatigue. 1989. EGF 3. С. 459–478.
- Karolczuk A.A, Macha E. Review of Critical Plane Orientations in Multiaxial Fatigue Failure Criteria of Metallic Materials // Int. J. Fract. 2005. № 134. С. 267–304.
- He H., Liu H., Zhu C., Tang J. Study on the gear fatigue behavior considering the effect of residual stress based on the continuum damage approach // Engineering Failure Analysis. 2019. № 104. С. 531–544.
- ISO/TS 6336-4. Calculation of Load Capacity of Spur and Helical Gears – Part. 4: Calculation of Tooth Flank Fracture Load Capacity. Geneva: ISO, 2019.
- Короткин В.И., Онишков Н.П. К оценке контактно-усталостной долговечности химико-термоупрочненных зубчатых колёс // Вестник ДонГТУ. 2017. № 3(90). С. 5–13.
- Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. Киев: Наукова думка, 1976.
- Фудзита К., Иосида А. Влияние глубины цементованного слоя и относительного радиуса кривизны на долговечность при контактной усталости цементованного ролика из хромомолибденовой стали // Конструирование и технология машиностроения. 1981. № 2. С. 115–124.
- Филипович С.И., Кравчук В.С., Литвинов А.М. Оценка циклостойкости поверхностно-упрочнённых зубьев // Детали машин: Респ. межвед. науч.-техн. сб. 1989. Вып. 48. С. 30–34.
- Olsson E., Olander A., Öberg M. Fatigue of gears in the finite life regime — Experiments and probabilistic modelling // Engineering Failure Analysis. 2016. № 62. С. 276–286.
- Лебедев С.Ю. Анализ методик расчета глубинной контактной выносливости // Омский научный вестник. 2022. № 2(182). С. 43–47. doi: 10.25206/1813-8225-2022-182-43-47
- Лебедев С.Ю., Сызранцев В.Н., Михайлова М.Н. Оценка точности функций твердости упрочненного слоя рабочих поверхностей зубчатых передач // Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. 2022. Т. 25, № 2. С. 14–22. doi: 10.22213/2413-1172-2022-2-14-22
- Лебедев С.Ю., Сызранцев В.Н. Вероятность безотказной работы зубчатых цилиндрических передач: глубинная контактная выносливость // Вестник ЮУРГУ. Серия: Машиностроение. 2022. Т. 22, № 2. С. 20–32. doi: 10.14529/engin220202
- Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ РФ № 2022660757 / 08.06.2022 Сызранцев В.Н., Лебедев С.Ю., Сызранцева К.В. Проверочный расчёт цилиндрических передач. EDN: TDJHSF
- Лобачев А.А., Исследование нагруженности элементов редуктора системы верхнего привода. дисс … канд. тех. наук. Санкт-Петербург, 2017.
- Большакова, М.Ю. Исследование влияния состава и структуры упрочненного поверхностного слоя на долговечность тяжелонагруженных зубчатых колёс. дисс … канд. тех. наук. Пермь, 2011.
- Зубарев Н.И., Игдалов М.П. Оптимизация качественных параметров зацепления зубчатой передачи // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1989. № 2. С. 41–42.
Дополнительные файлы
