CC BY
18
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
Вип. №12
2001 г.
УДК 621.791.92(088.8)
Онищенко В.П.1, Корицкий Г.Г.2
ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Рассмотрена конструкция и определены параметры устройства для восстановления изношенной рабочей поверхности зубьев крупногабаритных зубчатых колес. Устройство обеспечивает непрерывное измерение погрешности профиля и отключение блока нанесения износостойкого покрытия по достижению номинальной толщины зуба. Устройство может быть использовано для ремонта зубчатых колес большого (свыше 2 м) диаметра в условиях ремонтных цехов горно-обогатительных и металлургических предприятий.
Интенсификация добычи и переработки горной массы для получения металлургического сырья способствует ускорению износа горно-обогатительных машин. Отличительной особенностью таких машин является наличие в приводах рабочих органов открытых зубчатых передач с колесами диаметром 2-^6 м. которые, из-за запыленности окружающей среды и малой твердости рабочей поверхности зубьев (менее 35 НЯС), подвергаются значительному изнашиванию в процессе эксплуатации. Как правило, такие колеса редко поставляются в запасные части и при необходимости изготавливаются по специальным заказам, что стоит очень дорого.
Соответственно, возникает необходимость в организации восстановления работоспособности зубьев крупногабаритных зубчатых колес на производственной базе ремонтных цехов горно-обогатительных и металлургических комбинатов, ремонтно-механические подразделения которых обычно не располагают зубофрезерными станками требуемых характеристик, в связи с чем необходимо разработать простые устройства для обеспечения движения наплавляющего и обрабатывающего наплавленную поверхность инструмента по эвольвентной траектории с заданной точностью [1, 2, 3]. Схема одного из таких устройств, предназначенного для ремонта зубьев зубчатых колес и секторов диаметром 2-^6 м. представлена на рис. Устройство включает в себя следующие основные узлы: механизм деления, механизм моделирования эвольвентной траектории, механизм измерения погрешности профиля зуба, зубообрабатывающее устройство и механизм его перемещения.
Механизм деления (на рис. показан только его вал 1) предназначен для поворота ремонтируемого зубчатого колеса на угловой шаг и его фиксации на время обработки зуба. При сравнительно невысоких требованиях по шагу зубьев в качестве механизма деления может быть использовано ремонтируемое зубчатое колесо с фиксатором в форме зуба зубчатой рейки, опирающимся на неизношенную поверхность зуба вблизи поверхности впадин.
Механизм моделирования эвольвентной траектории включает в себя следующие узлы: основание 3, связанное на время обработки зуба с ремонтируемым зубчатым колесом 2; обод 4, представляющий собой кольцевой сменный сектор; гибкий зубчатый бандаж 5, радиус начальной окружности которого равен радиусу основной окружности ремонтируемого зубчатого
колеса и зубчатую рейку 7 с приводом 6. При перекатывании зубчатой рейки по зубчатому бандажу траектории всех точек рейки, находящиеся на ее начальной прямой, представляют собой эвольвенту.
Конструкция зубообрабатывающего устройства определяется технологией восстановления изношенной поверхности зуба и последующей его обработки. В качестве такого устройства может применяться ролик-электрод 9 или торцевая фреза (шлифовальный круг).
1 ДонНТУ, д-р техн. наук, доц.
2 ДонНТУ, канд. техн. наук, доц.
4
10
■к сварочному Чтрансформатору
Механизм измерения погрешности профиля зуба состоит из подпружиненного рычага (с зубообрабатывающим устройством), неподвижно связанного с рейкой 7, и концевого выключателя 10.
Механизм перемещения зубообра-батывающего устройства обеспечивает его движение вдоль образующей зуба, поскольку ширина зоны обработки зуба значительно меньше длины зуба. Для косозубых колес это перемещение имеет место в плоскости, касательной к основному цилиндру ремонтируемого колеса под углом, равным углу наклона зуба [2].
Процесс восстановления рабочей поверхности зубьев включает в себя два основных этапа.
На первом этапе на изношенный зуб наносится такой материал, у которого механические характеристики, а также сцепление с основным металлом, были бы не хуже изношенного металла. Обычно для восстановления изношенной поверхности зубьев применяется электродуговая наплавка обычным либо ленточным электродом.
Более эффективным методом является метод электроконтактной наплавки износостойкого слоя. Суть метода заключается в нанесении на зуб композиции порошка железа с износостойким порошком и его обкатке под нагрузкой роликом-электродом. Обкатка рейки по зубчатому бандажу осуществляется прерывисто и в момент остановки через зону контакта пропускается определенное количество импульсов сварочного тока. Наплавка осуществляется избирательно - только в местах износа зуба, так как концевой выключатель разрывает сварочную цепь при погрешности профиля, равной нулю. После восстановления полосы, равной ширине ролика-электрода, инструмент перемещается вдоль зуба на такое же расстояние, и процесс повторяется до восстановления всей поверхности зуба. Затем зубовосстанавливающее устройство возвращается в исходное положение, механизм воспроизводства эвольвенты фиксируется, после чего осуществляется поворот ремонтируемого колеса на угловой шаг и производится восстановление следующего зуба.
Второй этап заключается в финишной обработке зуба, при которой ролик-электрод заменяется, в зависимости от твердости нанесенного покрытия, на торцевую фрезу либо на тарельчатый абразивный круг.
Отличительной чертой предлагаемой конструкции является наличие гибкого зубчатого бандажа, применение которого со сменным ободом, позволяет достаточно легко настроить устройство на требуемый типоразмер ремонтируемого зубчатого колеса, тем более, что из-за больших габаритов количество этих типоразмеров на конкретном комбинате сравнительно невелико. Изготовление сменного обода не вызывает затруднений, однако в случае установки гибкого бандажа на обод, не соответствующий исходному (при его изготовлении) радиусу бандажа, имеет место погрешность профиля, максимальное значение которой А5тах можно определить как разность толщин зубьев на расстоянии, равном двум модулям от вершины зуба:
Рис. - Схема устройства для ремонта зубьев крупногабаритных зубчатых колес 1 - вал механизма деления, 2 - ремонтируемое зубчатое колесо, 3 - основание, 4 - обод, 5 - гибкий бандаж, 6 - привод рейки, 7 - рейка, 8 - каретка, 9 - ролик-
А^пах =т
(г-2)[^ + вь-в -ОЬ-2)
^ л- ^
-+оь-вр
Л
(1)
1-1/^-21
2рг
где - толщина зуба, которую должен был бы иметь составной сектор,
£с0 - толщина зуба гибкого бандажа, т - модуль гибкого зубчатого бандажа, 2с = I) / т - условное полное число зубьев составного сектора,
И - диаметр начальной окружности составного сектора, равный диаметру основной окружности ремонтируемого зубчатого колеса, Р = г0 /гс- параметр диапазона применимости гибкого бандажа,
гп - полное число зубьев гибкого бандажа,
дь = (£ОСь ~ссь- эвольвентный угол, соответствующий углу исходного контура,
со&аь
в = tga - а - эвольвентныи угол центрального угла а = агссов-—,
р гс со$аъ
в = tga -а - эвольвентныи угол центрального угла а ^ = агссо в -
Условием обеспечения требуемого качества ремонта зубьев является выполнение условия, при котором погрешность профиля А5тах не должна превышать значение допуска на погрешность профиля гибкого зубчатого сектора , определяемую требованиями стандарта:
А^таХ<У> (2)
Так, например, если принять Р =1.5 , то при изготовлении зубьев гибкого бандажа по 6-й степени точности необходимо, чтобы диаметр И был не менее 1000 мм. а число зубьев гс было более 400.
Другой причиной, которая может привести к погрешности профиля зуба ремонтируемого колеса, является деформация гибкого бандажа при его монтаже на обод с диаметром, не равным исходному диаметру, что приводит к изменению основного шага, определяемого по формуле:
Арь = гу А(р соьссъ. (3)
где Гу - расстояние от нейтрального слоя гибкого бандажа до его делительной окружности,
А(р - угол поворота поперечных сечений бандажа при его изгибе по отношению к исходному состоянию.
Значения параметров гу ш Аср для точек, лежащих на делительной окружности бандажа толщиной д , находятся их следующих зависимостей:
2$
гу=Ь/+0.5Я; Аср = ^(р-\\ (4)
где йу - высота ножки зуба гибкого сектора,
- ширина впадины между зубьями, измеренная по окружности впадин, диаметр окружности впадин.
В процессе перекатывания зубчатой рейки по деформированному гибкому бандажу (на угол развернутости эвольвенты (р, соответствующему рабочей части профиля зуба ремонтируемого колеса) из-за разности шагов зубьев рейки и бандажа может накопиться погрешность, которая приведет к погрешности профиля зуба ремонтируемого колеса, определяемой как:
¿71
Предельные значения деформации гибкого зубчатого бандажа, то есть диапазон использования одного и того же бандажа для наплавки колес с различными параметрами зацепления, определяется из условий обеспечения требуемой точности воспроизводства эвольвентного профиля:
(6)
и ограничения напряжений в гибком бандаже пределом упругости:
а =—-—Е < ст , (7)
изг упр' V '
где (/р()гб' предельное отклонение шага гибкого зубчатого бандажа,
(// )Рк' допуск на погрешность профиля зуба ремонтируемого колеса, либо припуск на шлифование (при последующей финишной обработке),
Е и аупР ' соответственно: модуль и предел упругости материала гибкого бандажа.
Выводы
1. Разработана оригинальная конструкция установки для ремонта зубьев крупногабаритных (2...6 м) зубчатых колес, позволяющая получить в условиях ремонтных цехов горнометаллургических комбинатов эвольвентный профиль зубьев с требуемой точностью.
2. Обоснован теоретический подход к определению основных параметров и настройки установки на заданный типоразмер ремонтируемого зубчатого колеса. Конструкторская проработка, выполненная на уровне технического проекта по заказу производственного объединения «Азот» (г. Новгород, Россия), показала целесообразность разработки рабочей документации и изготовления опытного образца установки.
Перечень ссылок
1. A.c. СССР №1193905, МКИ В23К 11/06, B23F 6/00. Устройство для электроконтактной наплавки / В.П. Онищенко, Г.Г. Корицкий, П.М. Матеко, В.И. Каплуновский (СССР). -№3760351/25-27; Заявлено 26.06.84; - 11 с.
2. A.c. СССР №1365519. МКИ В23К 11/06. Устройство для электроконтактной наплавки / В.П. Онищенко, Г.Г. Корицкий, П.М. Матеко, A.B. Лисогор и др. (СССР). - №4078340/31-27; Заявлено 16.06.86; - 4 с.
3. Онищенко B.n.L Галкин A.C., Галкина A.C. Синтез эвольвентного профиля зубьев крупногабаритных колес на базе кулисного механизма // Прогрессивные технологии и системы машиностроения,- Междунар. Сб. научн. тр.- Донецк: ДонГТУ, 1998,- Вып.5. - С. 163-170.
Онищенко Валентин Петрович. Д-р техн. наук, проф. кафедры «Основы проектирования машин» ДонНТУ, окончил Донецкий национальный технический университет в 1961 г. Основные направления научных исследований - долговечность зубчатых передач тяжелонагруженных машин, разработка конструкций для ремонта нестандартного горно-обогатительного оборудования, исследование и разработка конструкций электромеханических импульсных передач.
Корицкий Геннадий Григорьевич. Канд. техн. наук, доц. кафедры «Технология конструкционных материалов» ДонНТУ, окончил Донецкий национальный технический университет в 1961 г. Основные направления научных исследований - разработка конструкций для ремонта нестандартного горно-обогатительного оборудования методами электродуговой и электроконтактной наплавки.
Статья поступила 27.07.2001
