Разработка технологии формирования, исследование несущей способности и расчет зубчатых колес с нанесенными на зубья полимерными облицовками

Одним из перспективных путей повышения несущей способности полимерных зубчатых колес и их эксплуатационных характеристик является использование металлических армирующих элементов. Армированием пластмассовых зубчатых колес металлом достигаются: увеличение изломной прочности зубьев, усиление прочности и надежности соединения зубчатого колеса с валом, повышение стабильности размеров пластмассового венца, снижение расхода полимерного материала, в отдельных случаях повышение технологичности и снижение себестоимости зубчатой передачи. В колесах с зубчатыми венцами из термопластов армирующие элементы чаще всего вводят в процессе отливки.

Как показал предварительный анализ, наиболее совершенной армированной конструкцией является металлополимерное зубчатое колесо, зубчатые выступы которого создают опорную поверхность для полимерной облицовки рабочей поверхности зуба по всей его высоте [27].

В конструкции такого колеса толщина зуба металлического колеса-подложки уменьшена на величину, равную толщине наносимой на зубья полимерной облицовки. Крепление облицовки на арматуре производится в процессе ее формирования литьем под давлением и закрепляется как механически посредством заполнения расплавом полимера кольцевых проточек на торцах арматуры у основания зубьев, так и адгезионным способом, реализация которого достигается предварительной обработкой поверхностей зубчатых выступов, контактирующих с полимерной облицовкой, специальными адгезивами, обеспечивающими прочную связь облицовки с подложкой [60].

Оценка напряженно-деформированного состояния полимерной облицовки

Для оценки напряженно-деформированного состояния полимерной облицовки рассматривали задачу о контакте двух цилиндров, один из которых покрыт слоем полимера. В результате решения системы уравнений Ламе для кольца была получена формула расчета полуширины площадки контакта для случая h/a <1 [61, 62]:

Г V

где q - контактное давление, МПа; R - приведенный радиус R -п м , мм;

г 4- г 'п м

г , г - радиусы цилиндра с полимерной облицовкой и металлического соответственно; Е - модуль упругости материала облицовки, МПа; С е - коэффициент, зависящий от коэффициента Пуассона v и толщины облицовки 1г:

где s - относительная толщина облицовки: е = 1п[гп /(гм - /?)].

Аналогичный результат был получен при рассмотрении задачи о вдавливании жесткого цилиндрического штампа в упругую полосу на жестком основании [63].

Как было показано в работе [63], величину а при h/a > 1 можно рассчитывать по упрощенной формуле

где а0 = л/4t/( 1 - у2 R/ кЕ) - полуширина площадки контакта по Герцу; с/, - коэффициент степенного ряда, зависящий от коэффициента Пуассона п [63].

Сближение рассматриваемых контактирующих цилиндров 8 рассчитывают, принимая во внимание параболический закон распределения давления 3v о 9

q(x) =-(а -х ). Для определения сближения конечная зависимость будет 4а ~

выглядеть так [63]:

где <1. (/ = 0, 1,2)- коэффициенты, зависящие от v и определяемые по таблицам [63].

Для расчета параметров контакта (полуширины площадки контакта а и сближения 5) цилиндра с полимерной облицовкой и металлического цилиндра с учетом вязкоупругости материала облицовки в формулы (2.6) и (2.8) подставляется значение длительного модуля упругости, вычисленное для данного момента времени контактирования с использованием какого-либо ядра ползучести, например ядра Ржаницына-Колтунова.

Переходя к анализу напряженного состояния полимерной облицовки, отметим, что при расчете несущей способности облицовки важно знать распределение нормальных и касательных напряжений по толщине полосы в центре площадки контакта и максимальных касательных напряжений на границе полимерная облицовка — металлическая подложка, поскольку, как показали эксперименты [61], одним из видов повреждений является отслоение полимерной облицовки от металлической подложки.

Нормальные напряжения имеют наибольшую величину в центре внешней поверхности площадки контакта, и затухают по мере удаления от поверхности [63]. При малых значениях a/h напряжения на поверхности близки к максимальному давлению р0 в центре площадки контакта, с увеличением a/h они снижаются и при a/h = 1,6 составляют 0,52/?(). На нижней границе полимерная облицовка - подложка они достигают наибольшего значения при малой относительной толщине облицовки и при а/И >1 могут стать больше напряжений на поверхности, например, при а/И = 1,6 ст составляет 0,575р0. Наибольшее значение т и глубина, на которой они действуют, зависят от a/h.

Например, при alh = 1 максимальные касательные напряжения равны 0,34/? 0 и действуют на глубине 0,375а. Наибольшие значения ттах изменяются от О,33/?0до 0,298/?ц (рис. 2.5). Их максимум наблюдается при a/h = 0,6 и равен 0,353/?(J. Глубина залегания ттах изменяется от 0,63а {a/h = 0,2) до 0,23а

(a/h = 1,6). Как известно, для сплошных изотропных цилиндров наибольшее значение ттах составляет 0,304р0, а глубина расположения - 0,786а.

Зависимость наибольших значений максимальных касательных напряжений т (/) и глубины их залегания у (2) от a/h 3 - y/h (т) = 0,786 (по Герцу); 4 - ^тах °>304 Pq (по Герцу)

Рис. 2.5. Зависимость наибольших значений максимальных касательных напряжений т (/) и глубины их залегания у (2) от a/h 3 - y/hтах) = 0,786 (по Герцу); 4 - ^тах= °>304 Pq (по Герцу)

Наибольшие значения т на грани- це раздела полоса - основание распола- гаются на расстоянии х = (0,5 - 0,65) от центра площадки контакта и составляют от 0,066/?о (a/h = 0,2) до 0,282р0 (a/h = 1,6).

Зависимость расчетных напряжений а, т (у = 0) и т (у - -И) от на- грузки при фиксированных значениях толщины покрытия показана на рис. 2.6. Как следует из рисунка, с увеличением толщины покрытия напряжения снижаются: ттах = -К), наиболее интенсивное снижение отмечено на границе покрытие - подложка при увеличении h от 0,5 до 3 мм в 2-2,4 раза = 60- 100 Н/мм), соответственно на 60% уменьшаются значения напряжений а и на 30-40% - наибольшие значения напряжений т Глубина, на которой дей-

Расчетные напряжения в полимерном покрытии

Рис. 2.6. Расчетные напряжения в полимерном покрытии: а - а (у = 0); б - тгаах; в - тшх (у = -И) (1 - h = 0,5 мм; 2 - 1,0; 3 - 1,5; 4 - 2; 5 - h = 3 мм) ствуют наибольшие максимальные касательные напряжения, составляет от 0,3 мм (при h = 1 мм, Р = 100 Н/мм) до 1,9 мм (при h = 3 мм, Р = 70 Н/мм), что соответственно составляет 0,33-0,5/? для тонких покрытий и 0,6-0,62h для толстых.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >