CC BY
37
образца. Концентрация легирующего элемента у насыщаемой поверхности достаточно высока и стабильна в течении всего процесса насыщения.
Рис. 4. Содержание марганца в диффузионном слое, полученное при температуре 1300 °С
При данном способе насыщения окисления марганца, характерного для марганцовистой стали, полученной методами классической порошковой металлургии, не наблюдается. Поверхность образца не подвержена разъеданию и подплавлению, характерному для диффузионного насыщения с помощью установки ТВЧ.
Необходимо отметить, что высокие плотности тока в установке достигаются увеличением силы тока в цепи питания при неизменной площади образца. В процессе наблюдается интенсивное перемешивание расплава и обновление его состава у поверхности образца за счет конвекции. И достаточная равномерность распределения концентрации марганца в поверхностном слое детали в первую очередь связана с этим явлением.
Ранее применялся способ заключающийся в следующем: в тигель насыпается соль. В соль погружается электрод и образец. Тигель помещается в печь и там разогревается до температуры плавления смеси солей. На электроды подается напряжение и происходит электролиз. По сравнению с данным методом плотность тока в предполагаемом способе возрастает с 1 А/см2 до 5 А/см2, а производительность процесса при этом интенсифицируется более чем в два раза (рис. 5).
Прелагаемый метод диффузионного насыщения характеризуется следующими преимуществами: надежная защита от окисления поверхности насыщаемого
Рис. 5. Содержание марганца в диффузионном слое, полученное при температуре 1100 °С и плотности тока 1 А/см2
Нагрев поверхности образцов до температуры диффузионной подвижности марганца осуществляется равномерно, а рабочая температура при насыщении легко стабилизируется. Его введение в промышленное производство позволит с минимальными затратами значительно интенсифицировать процесс диффузионного насыщения.
Литература
1. Дорофеев Ю.Г., Жердицкий Н.Т., Колесников В.А., Кудрявцев А.К., Неудажина А.И. // Исследования в области порошковой и стружковой металлурги / Тр. НПИ. Новочеркасск, 1969. Т 221. С. 49 - 57.
2. Волынова Т.Ф. Высокомарганцовистые стали и сплавы. М., 1988.
3. Кидин И.Н., Андрюшечкин В.И., Волков В.А., Холин А.С. Электрохимическая обработка металлов и сплавов. М., 1978.
4. Скориков А.В., Гайдамакин В.А. Модернизированная высокотемпературная печь-ванна // Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатроники: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск, 2002. Ч. 3.
Южно-Российский государственный технический университет (НПИ)
1 апреля 2004 г.
УДК 621.833.6
ФОРМИРОВАНИЕ ЛИНИИ ТОЧЕК КОНТАКТА СОПРЯЖЁННЫХ ПРОФИЛЕЙ ЦЕВОЧНОЙ СТУПЕНИ ПЛАНЕТАРНЫХ ПЕРЕДАЧ С ВНЕЦЕНТРОИДНЫМ ЭПИЦИКЛОИДАЛЬНЫМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ
© 2004 г. С.О. Киреев
Планетарные передачи с внецентроидным цевочным эпициклоидальным зацеплением, благодаря ряду достоинств, успешно применяются в приводах звеньев промышленных роботов и в системах автоматическо-
го управления различными сервисными и технологическими устройствами современного производства [1]. Проектирование и изготовление этих передач сопряжено с изучением процесса формирования и
описания геометрического места точек контакта сопряжённых профилей цевочной ступени в неподвижной системе координат, что позволяет проектировщикам прогнозировать качественные характеристики создаваемых планетарных механизмов и принимать обоснованные решения о выборе геометрических параметров эпициклоидных сателлитов на этапе их параметрического синтеза.
Исследование процесса контакта сопряжённых профилей беззазорного цевочного зацепления планетарной передачи выполним с привлечением схемы, приведенной на рисунке. Цевочному неподвижному колесу 4 с роликом 5 радиуса гр принадлежит центроида 2 радиуса г2 = а12, где 12 - чётное число роликов, а - межосевое расстояние, угловой шаг ф2 цевочного колеса является угловым шагом неподвижной центроиды [2]. В начальном положении системы полюс зацепления занимает положение Р0. Радиус центра роликов цевочного колеса равен г3. Угловая скорость качения зубчатого колеса равна Ю1 = - Юн/^1, где 21 - число зубьев эпициклоидного сателлита (21 = 22-1). Точки контакта К0, К2 К2... .К11 роликов с зубьями лежат на профильных нормалях, проходящих через полюс зацепления. Точки первоначального контакта зубчатого колеса в поступательном переносном движении стремятся перемещаться по дугам окружности радиуса а, например, см. контакт в точке Кц.
Формирование линии контакта сопряжённых профилей внецентроидного эпициклоидального зацепления
В результате зубчатое колесо упирается в неподвижные цевки и поворачивается вместе с центром О1 вокруг полюса зацепления в направлении угловой
скорости Ю1. Поэтому в начале цикла зацепления при ^ = 0 и фя = 0 контактирует ^2/2-1 цевок, расположенных в левой части цевочного колеса (см. рисунок). При дальнейшем повороте водила до угла 2п полюс перемещается по неподвижной центроиде 2, и соответственно положению полюса происходит смена контактов на сопрягаемых поверхностях. Зубья первоначального контакта последовательно выходят из зацепления, а на смену им ролики правой части цевочного колеса входят в зацепление. В завершении поворота водила на угол 2п полюс Р0 займёт положение, отклонение которого по центроиде 2 составляет один шаг. Объясняется это тем, что длина центроиды 1 меньше длины центроиды 2 на один шаг [3]. Изменение положения полюса сопровождается изменением положения точек контакта на цевках. По расположению точек контакта начала и конца зацепления устанавливается форма и длина траектории общих точек контакта зубьев относительно неподвижной плоскости. Очевидно, что ею является семейство дуг неподвижных цевок, например £ = иКК.
При работе передач сопряжённые зубья обычно перекатываются со скольжением. Только в условиях чистого относительного качения поверхностей требуется равенство проекций скоростей контактирующих точек на касательную плоскость. В нашем случае цевки неподвижны, поэтому скорость скольжения равна скорости контактирующих точек зубчатого колеса. Возможная местная подвижность роликов вокруг своих осей имеет спонтанный, кратковременный характер и не относится к устойчивому вращению, поэтому этим движением пренебрегаем. Мгновенная скорость контакта определяется из условия поворота зубчатого колеса вокруг полюса зацепления (мгновенная ось вращения) с постоянной угловой скоростью Ю1. Мгновенный радиус вращения есть отрезок профильной нормали, заключённый между полюсом зацепления и точкой контакта. Обозначив мгновенный радиус вращения через 1, выразим скорость скольжения У£ = Ю1/. Для начального положения радиус вращения получим из следующих рассуждений. Хорда О31О3 = Ь найдется из треугольника О2О31О3: Ь = 2гз-8т(ф2/2), угол в = 90 °-ф2/2. Из треугольника Р0О31О3 имеем
¡Я = ((Гз - Г2)2 + Ь2 - 2Ь(Г3 - Г2)0С8Р)1/2 - Гр.
Конечное положение линии контакта определяется мгновенным радиусом вращения ¡к, который является отрезком касательной, проведённой из центра ролика к неподвижной центроиде. Из треугольника О2Р2О31 получим ¡К = (г32 - г22)1/2 - Гр.
Определим угол V охвата линии контакта. Из тре-
1/2
угольника Р2О2Р0 имеем Р2Р0 = г2-2 . Угол, ограничивающий дугу зацепления, получим из треугольника
Р0Р2О31
V = агссс8(((1я + Гр)2 + (¡к + Гр)2 - 2г22) / (2(Я + /р)(К + /р))).
По результатам выполненных расчётов устанавливается длина линии контакта одной цевки £ = г„-у,
где угол у в радианах. Скорость скольжения в конце линии контакта У5К1' > Кжь так как 1К > 1Н. В пределах угла у точка контакта перемещается от точки К1 к точке К1/, а скорость скольжения растёт. Это свидетельствует об опережающем скольжении контакта на поверхности ролика.
В точке К1' на ролике войдёт в контакт точка профиля зуба, удалённая от первоначального контакта К1 в направлении вершины зуба, т.е. точка К1".
При дальнейшем перемещении полюса за пределы Р2 точка контакта изменяет направление движения на противоположное и выходит из зацепления в положении полюса Р3, которое соответствует повороту водила на угол п. Для других зацеплений активный участок зуба смещается также к вершине с тенденцией к росту скорости скольжения. Таким образом, в беззазорной цевочной внецентроидной передаче плавность зацепления объясняется плавностью сопрягаемых поверхностей, постоянством их контактирования и наличием скольжения при входе зубьев в зацепление. Процесс зацепления заключается в смещении точек контакта по поверхности роликов. Влияет на процесс зацепления сложное плоское движение зубчатого колеса относительно неподвижного. В статическом состоянии беззазорной передачи все сопрягаемые элементы находятся в контакте. Движение колеса как круговое поступательное выделяет из 22 роликов (22/2)-1 активных, в которых точки первоначального контакта стремятся внедриться в ролики. Оставшаяся часть теряет первоначальный контакт с роликами (см. контакт К1 и К11) и переходит в разряд пассивных.
Во второй половине фазы зацепления активность приобретает ранее пассивная часть роликов. Процесс зацепления в них протекает по аналогии с предыдущим зацеплением. За один поворот водила произойдёт смещение зубчатого колеса в направлении ю1 на один угловой шаг и система примет исходное положение. Последующий один поворот водила, с отсчётом от вертикали, повлечёт повторение кинематики контакта предыдущей фазы зацепления. Активные участки зубьев с каждым оборотом будут смещаться от основания к вершине зуба (см. ролик с осью О31 на рисунке). Для того чтобы каждая активная поверхность зуба полностью восприняла контактирование, водило должно сделать 21 оборотов.
Таким образом, в результате выполненных исследований рассмотрен процесс формирования линии контакта внецентроидной цевочной ступени, которая представляет собой семейство дуг роликов цевочного колеса; описан процесс смены фаз в зацеплении и порядок работы цевок; найдена величина скольжения в зацеплении зубьев колёс передачи и дано объяснение плавности процесса зацепления беззазорной передачи.
Литература
1. Киреев С.О., Ковалев В.Н. Структура, кинематика и геометрия планетарных передач с внецентроидным цевочным зацеплением / Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 1995.
2. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. М., 1968.
3. Берман Г.Н. Циклоида. М., 1980.
22 марта 2004 г.
Южно-Российский государственный технический университет (НПИ)
УДК 620.1:620.771.11
ПРИМЕНЕНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ К ДИАГНОСТИКЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ НЕОДНОРОДНЫХ ДЕТАЛЕЙ
© 2004 г.
В последние годы интенсивно развиваются методы упрочнения деталей машин и элементов конструкций путем нанесения покрытий, поверхностной закалки ТВЧ, цементации, азотирования, а также методы, основанные на использовании высококонцентрированных источников энергии и др. Контроль качества таких деталей связан со сложными микроструктурными исследованиями. Приповерхностный слой материала любой детали машины всегда существенно влияет на прочность и долговечность не только данной детали и узла, в который она входит, но и на надежность всей машины в целом. Поэтому при решении задач прочности в машиностроении весьма важно иметь представление о наличии дефектов в приповерхностных слоях и о характере напряженно-деформированного состояния в них, отвечающего
Л.П. Вовк
реальным условиям эксплуатации. С этой точки зрения разработка метода оперативной диагностики наличия дефектов в приповерхностных слоях деталей, имеющих сложные физико-механические свойства, является важной технической проблемой. Но при этом следует отметить, что говорить только о наличии трещин недостаточно, поскольку причинами появления трещины являются не только внешние нагрузки, но и механические свойства материала. С позиций прогнозирования ресурса детали правильнее учитывать все этапы диагностики.
Образование и развитие трещин имеет усталостную природу, поэтому очень важно разработать методы диагностики пальцев на различных стадиях жизненного цикла: изготовление, ремонт и т.д. В настоящее время разработано большое количество методов диагностики
