К.т.н. Ахмедьянов А.У., к.т.н. Киргизбаева К.Ж.,

магистр Ахмедьянов К.К., магистр Джаксымбетова М.А., студент Муканов А.

Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, Казахстан

 

Повышение износостойкости кремальерной шестерни и рейки экскаватора ЭКГ-5

 

Для повышения долговечности зубчатого зацепления «кремальерная шестерня-рейка» напорного механизма экскаватора ЭКГ-5 исследуем различные виды термообработки зубьев - закалка в воде, закалка в масле, низкий отпуск, средний отпуск.

Для испытания на износовой машине МИ-1М берутся ролики, изготовленные из материала кремальерной шестерни (сталь 35ХН2МЛ) и рейки (сталь 30ХМЛ) прошедшие вышеуказанные виды термообработки.

Результаты проведенных испытаний образцов-роликов, представлены в таблицах 1-6 и на рисунках 1-8.

 

Таблица 1 – Твердость шестерни при различных видах термообработки

№ опыта

Вид термообработки

Закалка в воде

Низкий отпуск

Закалка в масле

Средний отпуск

Сырец

1

53,2

52,8

50

40

20

2

54

53,5

51

42,7

21,5

3

54,5

54

52

43,4

21,8

4

55,6

55

53

44

22,5

5

57

56

54

45

23,4

Среднее значение

54,86

54,26

52

43,02

21,84

Примечание: в приведенной и нижеследующих таблицах один опыт равен 10 000 циклам нагружения (23 мин).

1–закалка в воде; 2 – низкий отпуск; 3 – закалка в масле; 4 – средний отпуск.

 

Рисунок 1 - Зависимость твердости шестерни от вида термообработки

 

Таблица 2 - Твердость рейки при различных видах термообработки

№ опыта

Вид термообработки

Закалка в воде

Низкий отпуск

Закалка в масле

Средний отпуск

Сырец

1

53,2

53

51,6

41

20,5

2

54

53,5

52

43

21

3

55,6

55

52,5

43

21,5

4

56

55,4

52,7

44

22

5

57

56

53

45

23

Среднее значение

55,16

54,58

52,4

43,4

21,6

1 – закалка в воде; 2 – низкий отпуск; 3 – закалка в масле; 4 – средний отпуск.

 

Рисунок 2 -Зависимость твердости рейки от вида термообработки

                               

         Анализируя графики изменения твердости кремальерной шестерни и рейки в зависимости от вида термообработки, следует отметить, что наибольшую поверхностную твердость приобретают образцы при закалке в воде и близкую к ним - при низким отпуске. Это говорит о том, что при одинаковых затратах на проведение термообработки кремальерной шестерни и рейки можно вышеуказанными двумя способами добиться достаточно высокой поверхностной закалки по сравнению с закалкой в масле и средним отпуском.

         Величина изменения интенсивности изнашивания кремальерной шестерни и рейки во время испытаний на износовой машине МИ-1М определялась взвешиванием на аналитических весах потерь массы образцов-роликов через каждый 104 циклов нагружения, результаты которых представлены в таблицах 3-4.

 

Таблица 3 – Интенсивность износа шестерни по видам термообработки

№ опыта

Вид термообработки

Закалка в воде

Низкий отпуск

Закалка в масле

Средний отпуск

Сырец

1

118,2

120,3

126,2

130,1

249,2

2

126,3

130,1

133

138,2

268,3

3

137,1

138,5

141,3

149,4

277,1

4

143

146

149,5

157,3

282

5

152,5

158

163

167,1

286

Среднее значение

135,42

138,58

142,6

148,42

272,52

 

1 – закалка в воде; 2 – низкий отпуск; 3 – закалка в масле; 4 – средний отпуск.

 

Рисунок 3 – Зависимость интенсивности изнашивания шестерни от  вида

термообработки

1 – закалка в воде; 2 – низкий отпуск; 3 – закалка в масле; 4 – средний отпуск.

 

Рисунок 4– Зависимость интенсивности изнашивания шестерни

от наработки экскаватора

 

Зависимость интенсивности изнашивания от вида термообработки показывает, что меньший износ приходится на кремальерную шестерню прошедшего термообработку закалка в воде, величина износа шестерни при низком отпуске увеличивается только на 2,3 % по сравнению с закалкой в воде, закалка в масле – на 5,3 %, средний отпуск показывает отличие величины износа на 9,6 %. То есть можно сделать вывод о целесообразности применения первых двух способов термообработки.

 

Таблица 4 – Интенсивность износа рейки по видам термообработки

№ опыта

Вид термообработки

Закалка в воде

Низкий отпуск

Закалка в масле

Средний отпуск

Сырец

1

116

120

122

129

263

2

124

128

131

135

270

3

135

140

142

145

279

4

140

146

148

152

284

5

150

154

162

167

288

Среднее значение

133

137,6

141

145,6

276,8

 

1 – закалка в воде;2 – низкий отпуск; 3 – закалка в масле; 4 – средний отпуск.

 

Рисунок 5 – Зависимость потерь массы рейки от  вида термообработки

 

 

1 – закалка в воде; 2 – низкий отпуск; 3 – закалка в масле; 4 – средний отпуск.

 

Рисунок 6 – Зависимость интенсивности изнашивания рейки

от наработки экскаватора

Картина износостойкости рейки как в процентном соотношении по видам термообработки, так и по фактической величине не значительно отличается от кремальерной шестерни.

Это объясняется тем, что число циклов нагружения для кремальерной шестерни и рейки при физическом моделировании одинаково, но в эксплуатационных условиях зубья кремальерной шестерни чаще входят в зацепление, чем зубья рейки и этим объясняется их больший износ.

Коэффициент износостойкости по потерям массы определяется по формуле:

                                            

где: – потери массы образца, не прошедшего термообработку;

- потери массы образца с соответствующей термообработкой.

 

Таблица 5 – Коэффициент износостойкости шестерни

№ опыта

Вид термообработки

Закалка в воде

Низкий отпуск

Закалка в масле

Средний отпуск

Сырец

1

1,88

1,87

1,82

1,77

1

2

1,89

1,87

1,83

1,78

1

3

2,02

2,00

1,91

1,89

1

4

2,05

2,02

1,93

1,92

1

5

2,11

2,07

1,96

1,96

1

Среднее значение

1,98

1,96

1,88

1,85

1

 

1 – закалка в воде; 2 – низкий отпуск; 3 – закалка в масле; 4 – средний отпуск.

 

Рисунок 7- Зависимость коэффициента износостойкости шестерни от  вида термообработки

 

Таблица 6- Коэффициент износостойкости рейки

№ опыта

Вид термообработки

Закалка в воде

Низкий отпуск

Закалка в масле

Средний отпуск

Сырец

1

1,88

1,88

1,78

1,43

1

2

1,89

1,89

1,79

1,5

1

3

1,91

1,9

1,82

1,52

1

4

1,97

1,96

1,88

1,56

1

5

2,22

2,2

2,11

1,76

1

Среднее значение

1,97

1,95

1,87

1,54

1

1 – закалка в воде;2 – низкий отпуск; 3 – закалка в масле; 4 – средний отпуск.

 

Рисунок 8 – Зависимость коэффициента износостойкости рейки от вида термообработки

 

Исходя из выше приведенных графиков и учитывая, что графики закалки в воде и низкого отпуска находятся в непосредственной близости, предпочтительнее выбираем низкий отпуск.

 

 

 

 

Выводы

 

1. Зависимость интенсивности изнашивания от вида упрочнения показывает, что меньший износ приходится при закалке в воде, величина износа при низком отпуске увеличивается на 2,3%, закалка в масле – на 5,3%, средний отпуск – на 9,1%, что говорит о целесообразности применения первых двух видов упрочнения зубчатых передач напорного механизма экскаватора.

2. После упрочнения линейный износ на радиусе делительной окружности кремальерной шестерни составил 5 мм, рейки – 4,2 мм, а их ресурс превысил заводской на 15%.

3. Коэффициент износостойкости зубьев кремальерной шестерни и рейки уменьшается на 1,1% при низком отпуске по сравнению с закалкой в воде, на 5,1% при закалке в масле и 6,6% при среднем отпуске, что подтверждает вышеприведенный вывод о выборе виды упрочнения.

4. Результаты испытания на износостойкость показали, что предпочтительнее выбрать термообработку ТВЧ с низким отпуском, хотя характеристики ТВЧ с закалкой в воде несколько лучше, однако увеличивается вероятность хрупкого разрушения.

 

Список использованных источников

1                   Рейш А.К. Повышение износостойкости строительных и дорожных машин. - М.: Машиностроение, 1996. – 184 с.

2                   Хрущев М.М. Лабораторные методы испытания на изнашивание материалов зубчатых колес. - М.: Машиностроение, 2000. – 152 с.

3                   Рещиков В.Ф. Трение и износ тяжелонагруженных передач. - М.: Машиностроение, 2001. – 232 с.

4                   Берсудский А.Л. Влияние напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя на износостойкость поверхностей деталей // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2006. - № 6. - 52-60 с.