книги из ГПНТБ / Крылов К.А. Повышение износостойкости деталей самолетов

К. Л. КРЫЛОВ

ПОВЫШЕНИЕ

ИЗНОСОСТОЙКОСТИ

ДЕТАЛЕЙ

САМОЛЕТОВ

Москва «Транспорт» 1974

УДК 629.7: 13.01.539.375.004.2

В книге рассмотрены причины недостаточной износостойкости трущихся деталей шарнирно-болтовых соединений шасси самолетов, золотниковых и плунжерных пар агрегатов гидравлической, масля­ ной и топливной систем, шлицевых деталей двигателей и других агрегатов, а также приведены результаты исследований указанных авиационных деталей в связи с возникновением недопустимого по величине и характеру износа их в работе. Показаны особенности изнашивания деталей, посаженных с натягом или имеющих малые взаимные перемещения в узле, рассмотрены примеры повреждения их фреттииг-коррозпей и вместе с тем па конкретных примерах по­ казано влияние фреттинг-коррозии на прочность деталей авиацион­ ных конструкций.

Кроме того, в работе приведены рекомендации по повышению износостойкости деталей шарнирных и шлицевых соединений, дета­ лей, работающих при фреттинг-коррозии, а также по предупрежде­ нию возникновения наиболее неблагоприятного вида изнашивания при схватывании металлов; рассмотрена возможность прогнозирова­

31808—090

К-----------------90—74 049(01)—74

(Ё) Издательство «Транспорт», 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

Надежная работа авиационной техники в значительной степени определяется способностью материала трущихся деталей противостоять изнашиванию. Износостойкость деталей в ряде случаев предопределяет ресурс как отдельных узлов, так и агрегатов в целом. Поэтому задача всемерного увеличения ресурса самолетов при сохранении их надежности требует повышения износостойко­ сти трущихся деталей. Однако в отдельных случаях износостой­ кость их оказывается недостаточной.

Интенсивное изнашивание деталей нарушает нормальную ра­ боту узлов, ухудшает герметичность рабочего пространства в гид­ равлических устройствах планеров самолетов и цилиндрах двига­ телей, вызывает возникновение повышенных люфтов в системах управления и шарнирах шасси, ведет к снижению производитель­ ности топливных, масляных и гидравлических насосов.

Износ и возникающие при этом повреждения поверхностей снижают усталостную прочность деталей. Кроме того, повышен­ ные износы нарушают нормальное взаимодействие деталей в уз­ ле, вызывают непредусмотренные расчетом динамические нагруз­ ки и вибрации.

Вместе с этим изнашивание в результате схватывания материа­ лов контактирующих деталей может привести к заклиниванию подвижной детали, остановке агрегата или даже разрушению наиболее слабого звена кинематической цепи. Наконец, усталост­ ное изнашивание деталей, а также изнашивание при фреттингкоррозпи, возникающей на поверхностях деталей, посаженных с натягом или имеющих малые взаимные перемещения под нагруз­ кой, значительно снижают их долговечность и могут служить при­ чиной отказа.

Возникновение указанных интенсивно протекающих процессов изнашивания часто является результатом недостаточно правиль­ ного выбора материалов для конкретных условий работы, небла­ гоприятного сочетания материалов в паре трения.

Перекосы сопрягаемых деталей при сборке, нарушение уста­ новленных зазоров, загрязнение масляных полостей и каналов при эксплуатации, а также несвоевременная смазіса, применение не-

3

Глава ]

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗНАШИВАНИИ

МЕТАЛЛОВ

I. ОСНОВНЫЕ понятия

При рассмотрении вопросов изнашивания деталей неизбежно употребление ряда специальных терминов, относящихся к процес­ су изнашивания, трению поверхностей и их геометрии. Согласно ГОСТ 16429—70 «Трение и изнашивание в машинах. Основные термины и определения» под и з н а ш и в а н и е м понимают про­ цесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявля­ ющийся в отделении с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформации. Результат изнашивания, проявляющего­ ся в виде отделения или остаточной деформации материала, на­ зывают и з н о с о м.

ние величины износа к обусловленному пути, на котором происхо­ дило изнашивание, или к объему выполненной работы — и н т е н ­ с и в н о с т ь ю и з н а ш и в а н и я .

Свойство материала оказывать сопротивленце изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания, называют и з н о с о с т о й к о с т ь ю .

Наряду с этим в литературе встречаются и несколько иные определения износа, не меняющие существа, но учитывающие тот или иной вид разрушения металлов при трении. Так, П. А. Ре­ биндер [66] считает, что износ надо определять как поверхностное разрушение трущихся тел под влиянием тангенциальных усилий

поверхностного слоя твердого тела мельчайших частиц с предель­ ным пластическим течением материала в наружном слое или для хрупких тел без него.

5

«Таким образом, — говорится в этой работе, — износ следует рассматривать как явление поверхностного диспергирования под влиянием работы трения. При всех условиях трения в отдельных, весьма малых, участках трущихся поверхностен будут возникать усилия, превосходящие константы прочности материала».

М. М. Тененбаум [75] пишет, что под износом понимается раз­ рушение поверхностного слоя материала в результате внешних силовых воздействий при трении сопровождающихся разупрочне­ нием материала, в том числе под действием жидкой или газовой среды. Наличие силовых воздействий отличает износ от коррозии, электрической эрозии и некоторых других процессов, также приво­ дящих к поверхностному разрушению материала. В наиболее об­ щем случае термин «износ» означает потерю работоспособности изделия вследствие недопустимого отклонения от исходного со­ стояния независимо от причин, вызывающих это отклонение.

Внешнее силовое воздействие на поверхностный слой детали при ее изнашивании может осуществляться несколькими способа­ ми. Наиболее частым' является взаимодействие неровностей сопряженных поверхностей. При этом взаимодействие может быть как механическое, за счет зацепления неровностей, так и молеку­ лярное— взаимодействие силовых молекулярных полей. На по­ верхностный слой детали могут воздействовать посторонние твер­ дые частицы, вызывая его изнашивание. Эти частицы могут нахо­ диться в различном состоянии и в смеси с разными средами. На детали могут воздействовать также потоки жидкостей или газов, вызывая разрушение их поверхностного слоя.

2.КОНТАКТ СОПРЯЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ

ИСОСТОЯНИЕ ИХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ

Детали машин, как бы точно они не были изготовлены, всег­ да имеют отклонения геометрической формы поверхностп от номи­

волнистости, микронеровностей и субмикроскопических неровно­ стей.

К макрогеометрическим отклонениям относятся конусность, овальность, бочкообразность, корсетность и т. д. Возникновение их при изготовлении деталей происходит в основном из-за неточ­ ностей станка, погрешностей установки заготовки на станок, си­ ловых и температурных деформаций системы станок—заготовка— инструмент.

П од в о л н и с т о с т ь ю поверхности понимают совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности, шаг которых в нес­ колько раз превышает шаг неровностей шероховатости в том же сечении [63]. Волнистость образуется в результате неравномер­ ности подачи инструмента при механической обработке, неплос­ костности направляющих станка, колебаний в системе станок— изделие—инструмент, возникающих из-за неравномерности .усилия

6

резания, наличия неуравновешенных масс, дисбаланса инструмен­ та (шлифовального круга) и т. д.

Неровности поверхности в виде волнистости обычно являются более или менее регулярно повторяющимися, форма волн близка к синусоиде. Волнистость в направлении главного движения при обработке называют продольной, а в перпендикулярном направ­ лении — поперечной.

Микронеровности (мпкрогеометрия) поверхности характери­ зуют ее шероховатость, чистоту обработки. П од ш е р о х о в а т о ­ с т ь ю поверхности понимают совокупность неровностей, образу­ ющих ее рельеф и условно рассматриваемых в пределах участка, длина которого выбирается в зависимости от характера поверхно­ сти [63]. Источником возникновения субмикрогеометрических от­ клонений является внутреннее строение твердых тел, его несовер­ шенства. Субмикрогеометрический рельеф рассматривают на уча­ стках поверхности в несколько микрон.

Критерием для разграничения микронеровностей, волнистос­ ти поверхности и макрогеометрических отклонений формы детали

Макірогеометрнческие отклонения поверхности детали и ее микрогеометрию регламентируют при конструировании, задают техническими условиями и контролируют при изготовлении. Вол­ нистость поверхности деталей в отечественой практике пока не нормируют.

Макрогеометрию поверхностей деталей оценивают с помощью специальных измерительных приборов: микрометров, миниметров, индикаторных нутромеров и т. д. Определить наличие волнистос­ ти можно с помощью красок, угольных пленок и т. д.

Оценку микрогеометрии поверхности производят с помощью специальных щуповых или оптических прнборов-профилометров, профилографов, интерференционных микроскопов. Для этой же цели могут быть использованы пневматические приборы, специаль­ но изготовленные образцы с нормированной шероховатостью и т. д,-

Особенностью контакта сопряженных поверхностей является его дискретный характер. Сопряженные поверхности деталей пары трения контактируют по наиболее выступающим макронеровно­ стям. При отсутствии макронеровностей контакт происходит по вершинам волнистостей. При отсутствии последних нагрузка вос­ принимается вершинами мнкронеровностей.

В связи с дискретностью контакта различают номинальную, контурную и фактическую площадь контакта [25, 43].

Для работающих на износ деталей наиболее важное значение имеет микрорельеф, микрошероховатость или микронеровность по­ верхности.

7

Величина микронеровностей поверхностен трущихся деталей зависит от вида и характера их обработки. Самые гладкие метал­ лические поверхности имеют неровности высотой 0,05—0,1 мкм. Наиболее грубые металлические поверхности, встречающиеся в машиностроении, имеют выступы высотой 100—200 мкм [43].

Для оценки микрорельефа поверхностен приняты: среднеквад­ ратическое отклонение неровностей от средней линии профиля (Иск), среднее арифметическое отклонение неровностей от средней линии профиля (Ra) и высота^неровностей (Rz).

В Советском Союзе (ГОСТ 2789—59 «Шероховатость поверх­ ности») установлены два параметра, определяющие шерохова­

Положение средней линии профиля определяется на профило­ грамме, снятой с поверхности детали так, чтобы площади по обе стороны от нее до контура профиля были равны между со;бой.

Вы с о т а н е р о в н о с т е й Rz — это среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими тонна­ ми выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от ли­ нии, параллельной средней линии профиля:

уг^ „ Vh + Ч~ • ' • т ІЦ) —Uh + h\ -!-•••+ До) .

о

ГОСТ 2789—59 не регламентирует и не налагает каких-либо ограничений на форму неровностей, их шаг и регулярность мпкропрофиля.

В процессе работы на трение микрогеометрия поверхностей де­ талей, изменяясь качественно, может-изменяться и в количествен­ ном отношении. Шероховатость поверхности детали сохраняется

+у і

Рис. Г. Схема действительного профи­

ля поверхности' (ОХ —средняя ли­

ния)

-У

8