КОМПЛЕКСНАЯ ФРАКТОДИАГНОСТИКА АВИАЦИОННЫХ КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Проведена диагностика разрушения конических зубчатых колес центрального привода и привода коробки приводных агрегатов авиационного газотурбинного двигателя. С использованием физических методов исследования (растровой электронной микроскопии, электронно-зондового рентгеновского микроанализа) и измерения микротвердости определены очаги разрушения и реконструирована его кинетика, проанализированы микроструктура и микротвердость упрочненного (нитроцементованного) слоя. Установлено, что твердость этого слоя у поверхности межзубцовых впадин разрушенных колес существенно ниже, чем у бездефектных колес со значительной эксплуатационной наработкой. Рассмотрены условия эксплуатации колес при различных режимах работы двигателя. Выполнено конечно-элементное моделирование напряженно-деформированного состояния колес. Показано, что в рабочем диапазоне изменения частоты вращения происходят резонансные изгибные колебания колес по форме с тремя узловыми диаметрами, при этом зона максимальных вибронапряжений совпадает с местоположением очагов усталостного разрушения. Данные конечно-элементного моделирования подтверждены при тензометрировании колес в процессе испытаний двигателя. Таким образом, в результате комплексных исследований установлено, что причиной разрушения зубчатых колес являются резонансные изгибные колебания с высоким уровнем вибронапряжений в условиях пониженной поверхностной твердости межзубцовых впадин. Разработаны, апробированы и внедрены мероприятия, направленные на совершенствование конструкции колес и технологии их изготовления в целях устранения причин разрушения.

коническое зубчатое колесо, усталость, фрактография, кинетика трещин, напряженно-деформированное состояние, конечно-элементное моделирование, резонансные колебания, микротвердость

1. Авиационные зубчатые передачи и редукторы: Справочник / Под ред. Э. Б. Вулгакова. — М.: Машиностроение, 1981. — 374 с.

2. Орлов М. Р., Оспенникова О. Г., Наприенко С. А., Морозова Л. В. Исследование усталостного разрушения конических шестерен редуктора центрального привода газотурбинного двигателя, изготовленных из стали 20Х3МВФ / Деформация и разрушение материалов. 2014. № 7. С. 18 – 26.

3. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Шнейдерович Р. М. Расчет на прочность деталей машин. — М.: Машиностроение, 1966. — 616 с.

4. Надежность и ресурс авиационных газотурбинных двигателей / Под ред. Г. П. Свищева и И. А. Биргера. — М.: Машиностроение, 1969. — 539 с.

5. Мак-Ивили А. Дж. Анализ аварийных разрушений. — М.: Техносфера, 2010. — 416 с.