Об опыте восстановления работоспособности зубчатых передач мультипликаторов

В.З. Семаков, Н.А. Кузякин (ООО НПФ "Энтехмаш")



Одной из типичных причин потери работоспособности зубчатых передач мультипликаторов является повреждение зубьев в результате заедания.

Повреждения зубьев при заедании происходят по последовательно развивающимся стадиям: от легкого натира - возникновения неразличимых невооруженным взглядом неглубоких коротких рисок, ориентированных в направлении относительного скольжения профилей - до очень сильной формы задира с характерными широкими и глубокими бороздами, слившимися между собой, наличием вырывов металла, наростов и оплавления поверхностных слоев металла.

Выход из строя мультипликатора вследствие заедания обычно сопряжен с большим экономическим ущербом для производства, поскольку аварийное состояние зубчатой передачи приводит к остановке агрегата, простою технологического оборудования и снижению объемов выпуска конечного продукта. Для замены крупногабаритной зубчатой передачи требуется значительное время, что связано с производственным циклом изготовления такого оборудования. Например, в одном конкретном случае расчетная оценка времени изготовления нового колеса от момента заказа поковки до выхода готовой продукции показала, что для этого потребуется не менее 14 месяцев, что повлекло бы за собой неприемлемые для Заказчика убытки. Отсюда следует, что восстановление работоспособности мультипликатора путем оперативного ремонта поврежденной зубчатой передачи является весьма ак-туальной задачей. НПФ "Энтехмаш" имеет опыт выполнения работ по восстановлению работоспособности крупногабаритных большемодульных цилиндрических зубчатых передач, выведенных из строя в результате очень сильного задира.

Покажем на примере, как было выполнено восстановление работоспособности зубчатой передачи путем изготовления новой шестерни и исправления профиля зубьев колеса методом перенарезки червячной фрезой (рисунок ниже).

Технические характеристики поврежденной зубчатой передачи приведены в таблице.

Наименование параметра Численное значение для:
шестерни колеса
Модуль, мм 28
Число зубьев, шт. 19 142
Угол наклона зубьев на делительном цилиндре, градусы 0
Угол профиля, градусы 20
Ширина зацепления, мм 270
Межцентровое расстояние в передаче, мм 2242
Коэффициент коррекции -0,19 -0,22979
Наружный диаметр, мм 576,8 4020
Частота вращения, об./мин 800 107
Окружная скорость в зацеплении, м/с 22,28
Материал зубчатых колес Сталь 36Г2С ГОСТ 4543-71 Сталь 45 ГОСТ 1050-88
Твердость после термообработки (улучшения), НВ 207 212



При визуальном осмотре зубчатой передачи были обнаружены:

  • широкие и глубокие борозды, слившихся между собой на рабочих поверхностях по всей длине зубьев (шириной до 35 мм, глубиной до 7 мм);
  • вырывы металла глубиной до 15 мм, в количестве 5..8 шт. на каждом зубе;
  • наросты металла на торцах зубчатых венцов.

Наличие перечисленных дефектов однозначно указывало на заедание в самой тяжелой его форме - очень сильного задира. После выполнения ремонтных работ было необходимо исключить в дальнейшем возможность указанного явления. Поэтому нами были тщательно рассмотрены возможные причины заедания в штатной передаче и выработаны мероприятия по их устранению.

Развитие процесса заедания зависит от многочисленных факторов: геометрических и кинематических параметров передачи, физико-химических свойств смазки, твердости и шероховатости контактирующих поверхностей, режимов прикатки, взаимного перекоса зубьев и т.д. Представляется затруднительным учесть все эти факторы при эксплуатации.

Однако известно, что противозадирная стойкость зубчатых передач в зависимости от материалов парных колес возрастает в следующей последовательности:

  1. мягкая сталь и мягкая сталь;
  2. твердая сталь и мягкая сталь;
  3. чугун и мягкая сталь;
  4. твердая сталь и твердая сталь;
  5. чугун по чугуну.

Как видно из таблицы, дефектная передача имела самое неблагоприятное сочетание материалов зубчатых колес по стойкости против заедания. Поэтому было принято решение изготовить шестерню из поковки КП 785 ГОСТ 8479-70. Данная категория прочности имеет после окончательной термообработки (улучшения) твердость на поверхности НВ 293…331.

Большое значение на стойкость против заедания оказывает шероховатость рабочих поверхностей зубьев. Причем сопротивляемость заеданию определяется шероховатостью их поверхностей не после механической обработки, после приработки. Особенно опасен в отношении заедания начальный период работы, поэтому была разработана программа ввода зубчатой передачи в действие, со ступенчатым повышением нагрузки от холостого хода до номинальной.

Так как противозадирная стойкость зубчатых колес возрастает с увеличением толщины масляной пленки в зонах контакта, которая зависит от фактической вязкости масла, было рекомендовано применить масло большей вязкости с противозадирной присадкой 15% дисульфида молибдена.

Заключение

После выдачи рекомендаций была выполнена перенарезка зубчатого колеса и исправление рабочего профиля зубьев.
Шестерня была изготовлена из стали 36Х2Н2МФА ГОСТ 4543-71 с КП 785 ГОСТ 8479-70 и имела твердость НВ 311.
Вязкость масла осталась прежней, но в него было добавлено 15% дисульфида молибдена.
Была произведена прикатка зубчатой передачи на объекте по программе со ступенчатым повышением нагрузки. Прикатка проводилась в течение 48 часов с проверкой состояния зубьев после каждого этапа. Следов заедания не было обнаружено и передача была введена в эксплуатацию на номинальный режим. После двух месяцев непрерывной эксплуатации была произведена ревизия передачи. Следов заедания не обнаружено.

Длительность работ с момента запуска в производство до сдачи отремонтированного изделия в эксплуатацию составила всего 45 календарных дней вместо 14 месяцев, стоимость - менее 20% от стоимости изготовления нового колеса. Одновременно резко сокращены убытки от простоя агрегата.

Список литературы

1. Кудрявцев В.Н. Зубчатые передачи М.-Л.: Машгиз, 1957.


Рисунок. Исправление профиля зубьев колеса методом перенарезки червячной фрезой:

1 - первоначальный профиль зуба,
2 - разрушения поверхности зуба при заедании,
3 - профиль зуба после перенарезки.