ИЗНАШИВАНИЕ СОПРЯЖЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

 

Ражиков В.Н. (БГТУ им.Д.Ф.Устинова, г.Санкт-Петербург, РФ)

 

The determine of wear between teeth in toothing of mechanical drives are stated in the given paper.    

 

Отличительными особенностями зубчатых передач механических приводов, рассчитанных на длительное функционирование в космических аппаратах, является использование для их изготовления термообработанных нержавеющих сталей (25Х13, 1Х17Н2 и др.) и применение ресурсного смазывания зубьев пластичными смазочными материалами с антиокислительными присадками. При этом зубчатые передачи, как правило, не имеют высокую загруженность и могут вращаться с большими частотами.

Для исследования изнашивания зубьев мелкомодульных зубчатых передач приводов космической техники использовались специально разработанные стендовые установки, позволяющие изменять крутящий момент в передаче, частоту вращения и имитировать неравномерность вращения шаговых двигателей различной величины. Стенды были оснащены бесконтактными датчиками угла поворота, обеспечивающими измерение величины износа зубчатых колес без остановки испытаний и разборки зубчатых передач.  

Ресурсные испытания мелкомодульных зубчатых передач позволили выявить ряд свойственных им закономерностей при изнашивании. Типичную кривую изнашивания можно разбить на три основных участка, рис.1: приработочный, установившийся и катастрофический. В рассматриваемом диапазоне конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров, характерных для мелкомодульных зубчатых передач устройств исполнительной автоматики космических аппаратов, участок приработки имеет продолжительность 40…1600 часов при величине приработочного износа от 3 до 23 мкм. Период установившегося изнашивания имеет протяженность 25…70 тыс. часов. Он характеризуется постоянной шероховатостью рабочих поверхностей зубьев, неизменными величинами коэффициента трения и интенсивности изнашивания. Участок катастрофического изнашивания  по длительности самый короткий 40..110 часов, величина же изнашивания может достигать 500 мкм и более. Этот участок наступает в результате значительных изменений формы профилей зубьев вследствие   износа в установившийся период работы и нарушения условий смазывания поверхностей.

Длительные испытания приводов показали, что при ресурсном смазывании роль приработочного изнашивания поверхностей зубьев существенно выше, чем при других способах подачи смазки, так как в этом случае большей величине приработочного износа соответствует большая интенсивность изнашивания в период установившейся работы и меньший ресурс работы. Это связано с тем, что состояние смазочного материала между рабочими поверхностями зубьев зависит от интенсивности процесса приработки.

 

:  

 Рисунок 1- Результаты экспериментальных исследований зубчатой передачи привода космической техники (G-величина износа, Rq – среднее квадратическое отклонение высот микронеровностей рабочих поверхностей зубьев)

 

Анализ характеристик изнашивания зубчатых передач, выполненных с разными погрешностями изготовления и монтажа, выявил взаимосвязь между величиной приработочного износа, последующей установившейся интенсивностью изнашивания и предельной величиной износа, при которой наблюдается выход передачи из строя, рис.2. Она имеет вид:

                 ,                                                                                        

где - величина предельного значения износа для выбранного конструктивного исполнения, заданных материалов зубчатых колес, термообработки и вида смазочного материала; - коэффициент, зависящий от свойств материалов зубчатых колес и параметров смазки;- длительность работы; - частота вращения шестерни.

Результаты экспериментальных исследований показали, что изнашивание зубьев мелкомодульных зубчатых передач происходит неравномерно как по высоте профилей зубьев, так и по окружности зубчатого колеса. Это связано, с одной стороны, с переменностью скоростей скольжения по высоте профиля в эвольвентном зацеплении. С другой - с погрешностями изготовления и монтажа, которые вызывают колебания нагрузки в зацеплении зубьев. Кроме этого колебания скоростей и нагрузок могут быть вызваны внешними факторами, например неравномерной частотой вращения шаговых двигателей.

 

 

Рисунок 2- Взаимосвязь между величиной приработочного износа и длительностью работы зубчатой передачи

Рисунок 3- Профили изношенных зубьев мелкомодульной передачи

 

Если зубчатая передача слабо загружена, но имеет высокую частоту вращения, что характерно для многих мелкомодульных зубчатых передач приводов КА, то динамическая нагрузка в зацеплении может превысить статическую и зубья начинают взаимодействовать посредством ударов. В этом случае, как  показали исследования, изнашивание профилей зубьев практически равномерное по высоте.

На рис.3 представлены профили изношенных зубьев мелкомодульной передачи, отработавшей на стенде длительный период времени.

Таким образом, характер изнашивания профилей зубьев и длительность  работы  зубчатой передачи привода космической техники зависит большого числа факторов, включающих конструктивное выполнение зубчатой передачи, погрешности её изготовления и монтажа, вид используемых материалов для зубчатых колес, вид смазочного материала и способ его подачи, а также режимы эксплуатации.