WPŁYW PRZYGOTOWANIA POWIERZCHNI KOŁA ZĘBATEGO NA WARTOŚĆ NAPRĘŻEŃ WŁASNYCH OKREŚLANYCH METODĄ DYFRAKCJI RENTGENOWSKIEJ

Koła zębate przekładni lotniczych cechuje wysoki współczynnik niezawodności, wymagany ze względu na obszar zastosowania, dynamiczny charakter pracy oraz przenoszoną moc. Podczas całego cyklu eksploatacyjnego powierzchnie boczne zębów oraz obszary ich podstaw są narażone na uszkodzenia związane z różnymi stanami naprężeń występującymi w czasie zazębienia oraz okresie, kiedy poszczególne zęby kół współpracujących nie stykają się ze sobą. Koncentracja tych naprężeń, związana m.in. z dokładnością wykonania zębów, może prowadzić do różnego typu defektów, takich jak: „pitting”, zgniot, złom, uszkodzenia interferencyjne, wytarcia, wydarcia, odpryski, zatarcia czy przegrzania. W związku z tym koła zębate są poddawane m.in. badaniom naprężeń własnych metodą dyfrakcji rentgenowskiej, dla której procedura wykonania pomiarów oraz przygotowania materiału badawczego jest problematyczna ze względu na ograniczony lub niemożliwy bezpośredni dostęp do wymaganych obszarów pomiarowych. W niniejszym artykule opisano dwie metody przygotowania próbek do badań naprężeń własnych z zastosowaniem dyfraktometru rentgenowskiego wyposażonego w lampę chromową. Zakresem badań objęto: polerowanie elektrolityczne oraz cięcie elektroerozyjne. Przygotowane próbki kół zębatych, reprezentujące rozważane metody, poddano serii pomiarów na stanowisku badawczym, a otrzymane wartości naprężeń, reprezentujące ich stany w warstwie wierzchniej, poddano analizie. Porównano wpływ obydwu metod przygotowania kół zębatych na wartość naprężeń własnych warstwy wierzchniej zębów koła zębatego oraz wykazano, że rodzaj obróbki stosowanej podczas przygotowania próbek ma wpływ na wartości pomiarów naprężeń własnych.

Pełny tekst (pdf)

1. Folęga P., Figlus T., Wyznaczanie naprężeń w podstawach zębów kół napędów zębatych, Politechnika Śląska, Gliwice, Journal of Machine Construction and Maintenance. Problemy Eksploatacji (4-2007), s. 83.
2. Kuhn F., Lopenhaus C., Klocke F., Model for the calculation of kinematic roughness in the tooth root, 12th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering (18-20 July 2018).
3. Freborg A., Ferguson B., Li Z., Modeling Heat Treatment for Characterizing Distortion, Residual Stress, Loading Response and Fracture in a Vacuum Carburized and Gas Quenched Steel Coupon, DANTE Inc., Cleveland, Ohio USA,Thermal Process Modeling, Proceedings from the 5th International Conference on Thermal Process Modeling and Computer Simulation (16-18 June 2014), Gaylord Palms Resort & Convention Center, Orlando, FL, USA, editors: B.L. Ferguson, R. Goldstein and R. Papp.
4. www.carpentertechnology.com/en/product-solutions/cartech-pyrowear-53-alloy/ (dostęp: 01.04.2020).
5. Kacalak W., Szafraniec F., Charakterystyka topografii stref kontaktu w połączeniach stykowych powierzchni kształtowanych w procesie szlifowania, Mechanik, R. 90, nr 10 (2017), s. 921-923.
6. Jolivet S., Mezghani S., El Mansori M., Vargiolu R., Zahouani H., Experimental study of the contribution of gear tooth finishing processes to friction noise, Tribology International Vol. 115 (2017), s. 70-77.
7. Skrzypek S., Nowe metody pomiaru makronaprężeń własnych materiałów przy zastosowaniu dyfrakcji promieniowania X w geometrii stałego kąta padania, Wydawnictwo AGH, Kraków 2002.
8. Krajewska-Śpiewak J., Gawlik J., Wyznaczanie naprężeń własnych za pomocą metody rentgenograficznej w materiałach trudnoskrawalnych, Innowacje w Zarządzaniu i Inżynierii Produkcji, t. 1, red. R. Knosala, Oficyna Wydawnicza Polskiego Towarzystwa Zarządzania Produkcją (2017), s. 783-794.
9. Kocurek P., Nawrocki J., Kubiak K., Sieniawski J., Analiza stanu naprężeń własnych w odlewach segmentu aparatu kierującego turbiny silników lotniczych, Inżynieria Materiałowa, R. 36, nr 3 (2015), s. 129-133.
10. Krupa K., Habrat W., Kocurek P., Sieniawski J., Naprężenia własne w warstwie wierzchniej po toczeniu wykończeniowym stopu tytanu na osnowie fazy międzymetalicznej TiAl(γ), Mechanik, R. 86, nr 10 (2016), s. 1508-1509.
11. Gancarczyk K., Kocurek P., Analiza stanu naprężeń własnych i zawartości austenitu szczątkowego w kołach zębatych przekładni lotniczych, Prace XLII Szkoły Inżynierii Materiałowej, Wydawnictwo naukowe AKAPIT, Kraków 2014, s. 172-175.
12. Noyan I.C., Cohen J.B., Residual Stress Measurement by Diffraction and Interpretation, New York: Springer-Verlag 1987.
13. https://wp.kntu.ac.ir/asgari/ (dostęp: 31.06.2020).
14. Fillit R.Y., Perry A.J., Strandberg C., X-ray elastic constants, stress profiling and composition of physically vapor deposited ZrN films, Thin Solid Films, Vol. 197, Iss. 1-2, 10 March 1991, s. 47-55.
15. Fréour S., Lacoste E., François M., Guillén R., Determining Ti-17 β-Phase Single- Crystal Elasticity Constants through X-Ray Diffraction and Inverse Scale Transition Model, Materials Science Forum (Vol. 681), March 2011, s. 97-102.
16. Mittemeijer E.J., Scardi P., Diffraction Analysis of the Microstructure of Materials, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2004), s. 83.