Вероятность безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач

Обоснование. Методики расчета нагрузочной способности и надежности зубчатых передач, общепризнанные в качестве стандартизированных как на национальном, так и на международном уровнях, базируются на законах распределения случайных величин, принятых как единственно возможные, что не совсем соответствует истине. В результате применения этих методик разрабатываются зубчатые передачи, которые обладают либо завышенной, либо заниженной надежностью, что приводит к их низкой конкурентоспособности. Поэтому разработка методик оценки надежности поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач, учитывающих фактические законы распределения случайных величин, остается актуальной, т.к. позволит проектировать конкурентоспособные передачи.

Целью работы является совершенствование текущего подхода к расчету вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрической передачи по их прочностным критериям работоспособности.

Материалы и методы. Усовершенствованный подход к расчету вероятности безотказной работы основывается на улучшенных классических методиках проверочного расчета нагрузочной способности зубчатых цилиндрических передач по контактным и изгибным напряжениям (ГОСТ 21354-87 и ISO 6336). Методика расчета вероятности безотказной работы по критерию глубинной контактной выносливости базируются на критерии Лебедева-Писаренко, формулы которого доработаны для применения к зубчатым передачам В.И. Короткиным. Реализация предложенных методик осуществлена в программном обеспечении MathCAD.

Результаты. Предложены методики расчета вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач по критериям контактной и изгибной выносливости, в которых учитывается переменное значение перекоса в зацеплении, вызванного деформацией валов, подшипниковых колец и корпуса (силовой перекос). Кроме того, показана зависимость результатов расчетов вероятности безотказной работы зубчатых цилиндрических передач от способа задания силового перекоса в зацеплении зубьев (постоянное или переменное значение). Выполнена валидация усовершенствованного подхода по доступным в научно-технической литературе данным отказов поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач. Научная новизна исследования заключается в предложенной методике расчета вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости, которая выполняет расчет при неизвестном законе распределения действующих напряжений при помощи метода Парзена-Розенблатта (метод также использован в методиках по критериям контактной и изгибной выносливости), а также в учете переменного характера силового перекоса в зацеплении.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности вероятностного определения причины выхода передачи из строя по шести критериям (питтинг, поломка зуба, отслаивание упрочненного слоя как шестерни, так и колеса), что позволяет корректировать конструкцию, технологию изготовления, требования к эксплуатации с целью обеспечения требуемой работоспособности передачи при её проектировании.