CC BY
98
3. Профилирование режущих инструментов в среде t-flexead 3d/ Петухов Ю.Е. :Вестник машиностроения. 2003, № 8. - с. 67.
4. Особенности проектирования фасонных фрез для обработки поверхностей с прямолинейными образующими/ Чулин И.В.: СТИН, 2011. № 12. - с. 13-16.
5. Проектирование сборных фасонных фрез для обработки боковой поверхности «остряка» стрелочных переводов/ Чулин И.В.: Вестник МГТУ Станкин, 2011. № 1. - с. 56-60.
6. Точность профилирования при обработке винтовой фасонной поверхности /Ю.Е.Петухов, П.В. Домнин: СТИН, №7-2011 - с. 14-17.
7. Способ формообразования фасонной винтовой поверхности стандартным инструментом прямого профиля/ Ю.Е.Петухов, П.В. Домнин: Вестник МГТУ "Станкин", № 3 (15), 2011
- с.102-106.
8. Компьютерное моделирование обработки винтовой канавки на заготовке концевой фрезы/ Ю.Е.Петухов, П.В., Домнин: "Известия МГТУ МАМИ" №2 (12), 2011, - с. 156-164.
9. Решение обратной задачи профилирования на базе схемы численного метода заданных сечений /Ю.Е.Петухов, П.В., Домнин: "Инженерный журнал СПРАВОЧНИК", №11 2011
- с. 26-29.
10. Ступенчатое сверло/ Гречишников В.А., Романов В.Б., Юнусов В.В. патент на полезную модель RUS 133446 17.04.2013
Экспериментальное определение осевых остаточных напряжений в поверхностном слое впадин крупных резьб
д.т.н. Овсеенко А.Н.1, к.т.н., Клауч Д.Н.1, Носов Д.П.1, д.т.н. Кудинов А.А.1, Болотин Г.А.1,
Котов ИВ2
1 ГНЦРФ ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», 2 ОАО «ЗиО - Подольск» 8(495) 675-83-05, dnklaueh@,eniitmash.ru, 8(495) 747-10-25, zio@eatom.ru
Аннотация. В статье описана методика экспериментального определения осевых остаточных напряжений в поверхностном слое впадин (дна) крупных резьб и результаты определения напряжений в резьбе М64х6.
Ключевые слова: резьба, образец, поверхностный слой (ПС), деформации (перемещения), остаточные напряжения
Впадины резьбы являются сильными концентраторами напряжений, по которым при переменных нагрузках в основном происходят усталостные разрушения деталей с резьбой.
Наиболее важным показателем качества ПС, влияющим на сопротивление усталости, являются остаточные напряжения (их знак, величина и характер распределения). Определение и контроль остаточных напряжений в ПС резьбы связан с большими трудностями и наиболее надежно может проводиться механическими разрушающими методами. Для этого из деталей с крупной резьбой методами, не влияющими на остаточные напряжения (например электроэрозией), вырезаются продольные и кольцевые образцы требуемых размеров.
Осевые остаточные напряжения, т.е. напряжения, действующие в направлении продольной оси резьбы, определяются на продольном образце, размеры поперечного сечения которого должны быть такими, чтобы без большой погрешности его можно было считать прямоугольным. Для наружной резьбы (шпильки) М64х6 размеры и схема вырезки приведена на рисунке 1.
После вырезки определяется стрела прогиба f0 в середине образца, вершины резьбы удаляются фрезерованием с последующим травлением до общей толщины образца 3,2 мм и толщины в зоне дна резьбы 5 = 2,2 мм (рисунок 2).
Остаточные напряжения в ПС дна резьбы на шпильке определяются как алгебраическая сумма напряжений, возникающих от деформаций образца при вырезке, и остаточных напряжений, рассчитанных по деформациям образца в процессе травления напряженного ПС.О"0(а) = °о (а) +о"о(а); где: о"о(а) - линейная составляющая остаточных напряжений, определяемая по его относительному удлинению se и изгибу f0 - стреле прогиба в середине
образца); а^ (а) = аЩ (а) + Е ■ ев; о"о(а) - нелинейная составляющая остаточных напряжений, которая определяется по деформациям образца при удалении напряжённого слоя «а» травлением.
Рисунок 2. Размеры образца в зоне дна резьбы М64х6
Рисунок 1. Размеры и схема вырезки продольного образца из шпильки М64х6, длина образца I = 60...80 мм
При механической обработке глубина ПС с высокими остаточными напряжениями мала по сравнению с толщиной вырезаемого образца (а/8) <0,1. Поэтому можно принять £й=0 и учитывать только изгибные деформации образца от вырезки (т* (а).
Расчеты показывают, что момент инерции поперечного сечения участков образцов, соседних со впадинами резьбы, во много раз превышает момент инерции сечения в зоне впадин. Поэтому с достаточной точностью можно считать, что изгиб всего продольного образца возникает только от действия изгибающих моментов на участках впадин. Выведем зависимость для расчета (а) по стреле прогиба ю в середине продольного образца, измеренной после его вырезки, но до удаления вершин резьбы.
Расчетная схема приведена на рисунке 3.
Стрела прогиба /о связана с изгибающим моментом, возникающим на участках /о продольного образца под действием напряжений о,'(и), зависимостью Верещагина:
Для схемы нагружения, приведенной на рисунке 4, зависимость (1) имеет следующий
вид:
где: 1о
. _ 4 • М
Jo
IМ;;
(2)
ширина впадины резьбы (¿0 = 2г); Ми - усредненный изгибающий момент в зоне впадины резьбы, возникающий при вырезке образца; _/о - усредненный момент инерции поперечного сечения образца в зоне впадины резьбы (до травления); п - количество впадин на длине образца, п = / Л"; Е - модуль упругости материала образца; М1 -изгибающий момент от единичной силы (Р = 1) на / - м участке образца.
Рисунок 4. Схема измерения деформаций образца с использованием рычага-увеличителя и эпюра изгибающих моментов от единичной силы (Р=1)
Максимальные напряжения на поверхности впадины резьбы и напряжения о,' (л), на глубине «а», возникающие при изгибе образца, определяются по зависимостям
Рисунок 3. Схема нагружения продольного образца и эпюра изгибающих моментов от единичной силы
м
= —^; *:(а) = а?
мГ1
2/(0) * V 2 7(0)
где: 5 - усредненная толщина образца в зоне впадин резьбы.
(5-2 а)
Из формулы (2) получим: Ми / у0 = Е^ //0£Mi. Тогда: аи (а) =
Е • /о • (5-2а)
0,5п
/о • 5 ^ (2, -1)
В
п 5 М = 4
соответствие с рисунком
^ 35 ,-> 55 и
М2 =—; М3 = —- и т.д. до -;
(и
i=1
четное
4
4
2'
2М,= |£ (2i -1); аи (а) = •
i-' 2 ,■' /о • 5£ (2, -1)
число):
(з)
,=1
Пример:/о = 0,05 мм; 8 =2,2 мм; а =0; /о =2 мм; 5 = 6 мм; п = 10.
<(о) -
2,1 ■ 10= ■ 2,2 ■ 0,05
= 77 МПа
2 ■ 6 ■ 25 на глубине а = 0,2 мм, (0,2) = 63 МПа
Определение нелинейной составляющей остаточных напряжений в ПС впадины резьбы проводится с использованием специальной методики и установки.
На конец образца, как его продолжение или перпендикулярно его продольной оси, закрепляется рычаг-увеличитель длиной Ь. (рисунок 4.) Все поверхности образца и рычага, кроме дна резьбы, покрываются защитным лаком, и образец с рычагом-увеличителем монтируется в установке. Поверхностный слой дна резьбы подвергается травлению, в процессе которого по перемещениям ^(п) конца рычага-увеличителя измеряются деформации (стрела прогиба) образца /(л).
Для схемы нагружения и измерения деформаций образца по перемещениям рычага-увеличителя Б(а), представленной на рисунке 4, формула Верещагина имеет следующий вид
/к • М(а)^-г (4)
Р (а) = ■
'£ М,;
Е • 3 (а) ,=!
где: М(а) - изгибающий момент, возникающий в результате удаления слоя «а» с остаточными напряжениями сг0°(я) с каждого участка (впадины), включая боковые поверхности; ¡(а) - момент инерции поперечного сечения образца на участке травления после удаления напряженного слоя «а»; /к = / + 2а - длина канавки после удаления слоя «а»; М.: - изгибающий момент от единичной силы (Р = 1) на / - м участке образца.
м1 = 1)-5
Представим последнюю зависимость в следующем виде:
II ~ пг М(я) 2Е ' Да)
21-1* 25 {
Или
р (а)=• ма кв.
(5)
2 Е Ла)
где: 1кп - общая длина участков травления; к5 - коэффициент увеличения (за счет рычага и участков, которые не травятся).
К =
2Ь -1 25
К •и
+-Г (1 - -Г £ (, -1)).
4 и ,=1
(5)
В случае установки рычага-увеличителя перпендикулярно оси образца на его конце: М, = М = 1-
,=1
4
Ла) =
М(а) ■ 1к
Е-¡(а) I
■ у 1л-п-
¿=1
1к ■ п ■ Ь М(а)
ТЙГ
Представим последнее выражение в виде (с коэффициентом увеличения кп):
Р («) =
/02 - п- М (а) 2Е J(а)
К;
кп = 2Ь //к -п.
(6)
(7)
(8)
Для образцов с поперечным сечением, близким к прямоугольной форме шириной «В» и толщиной «8», момент инерции и изгибающий момент, возникающий от удаления слоя «а» с остаточными напряжениями сгй (V)определяются следующими зависимостями:
/(«) --—-: М{а) ----
j о",]3 (У) • dx — Ь j ^ (х) • х • с1х
Тогда зависимости (5) и (7) можно представить в следующем обобщённом виде: 3/2 • п2
Р (а) = к
Е • (5-а)3
[(8 - а)| а° (х)аХ - 21 а°(х) • хаХ];
(9)
0
0
где: к = кв по формуле (6) для случая установки рычага-увеличителя вдоль образца; к = кп по
формуле (8) для случая установки рычага-увеличителя перпендикулярно продольной оси образца.
Продифференцировав правую и левую часть выражения (9) по параметру а, после соответствующих преобразований получаем формулу для расчета остаточных напряжений (¿¡') в следующем виде:
(а) = Е(52 а)2 {Р'(а) • (5 - а) - Р(а)[3 + (5 - а)(К + £)]} - }а0(к)аХ; 3к • /2 • п К I 5 - а
(10)
V (пЛ ^^ ь 1' 4/- где: г ^О; - ; К -—; для перпендикулярного рычага - удлинителя к ---7; для пройд йа п1~
V 4 дольного рычага-удлинителя: къ= —- /к / 1 п -+£ (1 - 4 2 (1 -1)) _ п п г=1 _
По формуле (10) остаточные напряжения в слое «а» рассчитываются с учетом ранее определенных напряжений в предыдущих слоях.
Ниже приведен пример определения продольных (осевых) остаточных напряжений во впадинах резьбы М64х6 в вырезанном образце без учета изменения напряжений в результате вырезки образца по методике, изложенной в работе [2]. При Ь = 90 мм, /к = 2 мм, £ = 6 мм, п = 10, 8 = 2,2 мм, Е = 2,1105 МПа после удаления слоя а =0,33 мкм; кв = 9,36.
На рисунке 5 приведены результаты измерения деформаций образца по перемещениям
рычага-увеличителя по мере удаления напряженного
Рисунок 5. График перемещений F(x) рычага - увеличителя по глубине снятого слоя (1)
при травлении продольного образца и эпюры осевых остаточных напряжений: 2 -рассчитанные по полной формуле; 3 - рассчитанные без учета слагаемого с интегралом
ПС впадин путем электрохимического травления, а также результаты расчета остаточ-
ных напряжений ег^0(х) по графику перемещений.
Результаты расчетов показывают, что при определении остаточных напряжений в относительно тонких поверхностных слоях (т < 0,05^ в формуле (10) с погрешностью менее 5%
можно не учитывать слагаемое с интегралом.
Заключение
В статье изложена новая методика определения осевых остаточных напряжений в поверхностном слое впадин (дна) крупных резьб на вырезанных продольных образцах.
Литература
1. Остаточные напряжения/ Биргер И.А.: М.: Машгиз, 1963 г.
2. Технологическое обеспечение качества изделий машиностроения/ Овсеенко А.Н., Клауч Д.Н., Кущева М.Е.: М., МГТУ «Станкин», 2006 г.
3. Технологические остаточные напряжения/ Подзей А.В., Сулима А.М., Евстигнеев М.И., Серебренников Г.З.: М.: Машиностроение. 1973 г.
Совершенствование технологии нарезания модифицированных глобоидных передач с локализованным пятном контакта
к.т.н. Федотов Б.Ф., Думилин С.В., д.т.н. Щегольков Н.Н., Беляков В.Н.
ГНЦ РФ ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» 8(495)675-85-05 dumilin87@mail.ru
Аннотация. В статье рассмотрены возможности совершенствования технологии изготовления модифицированных глобоидных передач с локализованным пятном контакта. Разработана технология модифицированной глобоидной передачи, локализации пятна контакта, а так же конструкция режущего инструмента для нарезания глобоидных червяков и колес.
Ключевые слова: глобоидная передача, глобоидный редуктор, программа расчёта геометрии передачи, технология, механическая обработка
Среди червячных передач глобоидные передачи имеют неоспоримые преимущества по сравнению с червячными передачами с цилиндрическим червяком по нагрузочной способности, долговечности и к.п.д. Благодаря этим преимуществам глобоидные передачи получили широкое распространение в приводах тяжелого, энергетического, транспортного, горношахтного и другого оборудования.
Преимущества глобоидных передач связаны как с их конструктивными особенностями, так и со свойством модифицированного зацепления с локализованным пятном контакта.
Конструкция передачи имеет ряд особенностей. Благодаря вогнутой форме глобоидно-го червяка в зацеплении с витками находится большое число зубьев колеса. Если в червячной передаче коэффициент перекрытия обычно не превышает двух, то в глобоидной передаче число зубьев в обхвате червяком может быть от четырех и более. Соответственно, уменьшается нагрузка, приходящаяся на один зуб.
Радиус приведенной кривизны контакта в направлении, перпендикулярном контактной линии, в глобоидной передаче значительно больше, чем в червячной передаче. Это связано с тем, что в глобоидной передаче выпуклая поверхность витка червяка контактирует с вогнутой поверхностью зуба колеса, тогда как в червячной передаче обе поверхности выпуклые. Поэтому в глобоидной передаче при той же линейной нагрузке контактные напряжения меньше.
Для работы передачи важно расположение вектора скольжения относительно направления контактной линии, так называемый угол смазывания. Чем ближе угол смазывания к 90°, тем больше масла попадает в контакт, тем он лучше смазывается и тем большую нагрузку контакт может передавать при более низком коэффициенте трения. Соответственно, повышается к.п.д. передачи и привода в целом. Если угол смазывания близок или равен нулю -масло не попадает в контакт и смазывание не происходит или происходит недостаточно и
