Оценка нагрузочной способности червячной передачи на основе анализа фрикционных колебаний быстроходного вала

В статье показана взаимосвязь между снижением энергоэффективности и нагрузочной способности червячных передач с ростом амплитуды колебаний вращающего момента по мере увеличения нагрузки на сопряжение. Проведён анализ причин роста амплитуды колебаний вращающего момента при увеличении нагрузки на передачу. Показано, что нарушение режима автоколебаний, возникающих в червячной передаче, должно происходить по причине роста коэффициента трения, который зависит от условий смазывания, в частности, от толщины смазочной плёнки. В работе показано, что в случае смазывания передачи штатным минеральным маслом с наномодифицированной добавкой потеря устойчивости автоколебаний происходит при значительно больших нагрузках (290 Н×м), чем в случае смазывания штатным минеральным маслом без добавки (230 Н×м), что указывает на большую устойчивость этого варианта к возмущающим воздействиям, и может объясняться большей толщиной смазочной плёнки. В работе получены графики зависимости КПД червячной передачи от тормозного момента для различных вариантов смазочных материалов. Показано, что увеличение КПД в случае применения штатного минерального масла с наномодифицированной добавкой (нанодисперсной суспензии серпентина в растворе солей жирных кислот) по сравнению с штатным минеральным маслом связано с улучшением антифрикционности сопряжения и снижением амплитуды колебаний вращающего момента. В работе показано, что устойчивость червячной передачи к нагружающим воздействиям может быть экспериментально оценена путём замера амплитуды колебаний вращающего момента на быстроходном валу передачи. Для расширения диапазона допустимых нагрузок необходимо улучшение антифрикционных свойств смазочного материала путём использования наномодифицированной добавки, что приводит к снижению амплитуды автоколебаний червячного вала, уменьшению пути трения и к снижению потерь мощности.

1. Киселев Б.Р., Замятина Н.И., Годлевский В.А. Оценка задиростойкости червячной пары при использовании трибоактивных присадок // Трение и смазка в машинах и механизмах. — 2013, № 10, 15—19

2. Бирюков В.П., Горюнов Н.А., Принц А.Н. Влияние присадки к базовым маслам для улучшения триботехнических характеристик в парах трения // Journal of Advanced Research in Technical Science. — 2022, № 30, 38—41

3. Albagachiev A.Y. and Tokhmetova A.B. Tribotechnical Properties of Nanomodifier 2 // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. — 2020, no. 10, 870—873

4. Moshkovich A., Lapsker I., Feldman Y., and Rapoport L. Severe Plastic Deformation of Four FCC Metals During Friction under Lubricated Conditions // Wear. — 2017 (386—387), 49—57

5. Moshkovich A., Perfilyev V., and Rapoport L. Effect of Plastic Deformation and Damage Development During Friction of FCC Metals in the Conditions of Boundary Lubrication // Lubricants. — 2019 (7), no. 5, 45

6. Mai Y.J., Chen F.X., Zhou M.P., Xiao Q.N., and Jie X.H. Anchored Graphene Nanosheet Films Towards High Performance Solid Lubricants // Materials & Design. — 2018 (160), 861—869

7. Fontanari V., Benedetti M., Girardi C., and Giordanino L. Investigation of the Lubricated Wear Behavior of Ductile Cast Iron and Quenched and Tempered Alloy Steel for Possible Use in Worm Gearing // Wear. — 2016 (350—351), 68—73

8. Zakharov M.N. et al. Improving Worm-Gear Performance by Optimal Lubricant Selection in Accelerated Tests // Russian Engineering Research. — 2015 (35), no. 4, 253—255. DOI: 10.3103/S1068798X150402069

9. Берестнев О.В., Гоман А.М., Ишин Н.Н. Аналитические методы механики в динамике приводов. — Минск: Наука и техника. — 1992

10. Поляков С.А., Гончаров С.Ю., Лычагин В.В., Климов А.Ю., Куц М.С. Анализ контактного взаимодействия в червячных передачах в связи с разработкой модели их нелинейных колебаний // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2017, № 11, 510—518

11. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. 2-е изд., перераб. и испр. — М.: Наука. — 1981

12. Поляков С.А., Куксенова Л.И., Кулешова Е.М. Особенности формирования несущей способности сопряжений скольжения при использовании наномодифицированных смазочных материалов // Трение и износ. — 2019 (40), № 6, 712—719

13. Поляков С.А., Гончаров С.Ю., Куксенова Л.И. Разработка метода оценки работоспособности червячных передач на основе анализа их триботехнических показателей // Проблемы машиностроения и надежности машин. — 2016, № 5, 81—87