CC BY
31
During the operational life of rotor turbines, their shaft journals are wearing It is reasonable to recover large-size turbine shafts on their operation places. Thus, the possibility of turbine rotor journal restoration using location of the machining surface on turbine bearing bottom is considered. One of processing problems is finding offinal position of turbine shaft that determines the subsequent rotor unbalance. As an example, round grinding process is studied. Imitating modeling shows that the shaft relocation value at initial stages of processing is increased, but further is decreased depending on of certain parameters of technological system and on the processing mode.
Key words: turbine rotor journal restoration, location on the machining surface, grinding, disalignment.
Shchurova Anna Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, shchuro-va avamail.ru, Russia, Chelyabinsk, South-Ural State University
УДК 621.833
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЧАТОГО ВЕНЦА ЗАГОТОВОК
С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОФОРМЛЕННЫМИ ЗУБЬЯМИ
А. А. Маликов, Г.В. Малахов, А.В. Михайлов
Установлены необходимые составляющие для аналитического определения припуска на боковых сторонах зубьев заготовок с предварительно оформленным штамповкой венцом для чистового зубонарезания. В основе их определения - специфические погрешности зубчатых колес, возникающие как в процессе изготовления зубчатой заготовки, так и ее чистовой зубообработки.
Ключевые слова: зубообработка, технологическая схема, заготовки с зубом, припуск, составляющие припуска, погрешности зубчатого колеса.
Производство зубчатых колес остается и в настоящее время одним из наиболее широкомасштабных и трудоемких видов производств современного машиностроения. Совершенствование его технологии для колес средних модулей в условиях массового и крупносерийного производств направлено на уменьшение металлоемкости вплоть до безотходных технологий и сокращение цикла зубообработки.
Первая задача решается при использовании заготовок, максимально приближенных к готовой детали, т.е. с предварительно оформленными зубьями, вторая - за счет уменьшения удаляемого припуска и концентрации зубообработки в пределах одной операции. Их совместное решение особенно для зубчатых колес 8-й степени точности и выше, требующих применения нескольких методов их зубообработки, предполагает использование заготовок с предварительно оформленными зубьями [1]. Таким образом, для совершенствования производства зубчатых колес целесообразна технологическая схема, включающая:
344
- получение заготовок с зубьями (приближенных к готовой детали);
- чистовую зубообработку за одну операцию.
Внедрение прогрессивных заготовок цилиндрических зубчатых колес с предварительно оформленными зубьями окажется наиболее эффективно при использовании процесса зубонарезания, обладающего высокими исправляющими способностями. Именно поэтому на кафедре «Технология машиностроения» Тульского государственного университета разработана и успешно исследована группа процессов чистового зубонарезания, обеспечивающих высокую производительность обработки и необходимую исправляющую способность, которые открывают возможность осуществления на их основе указанной технологической схемы [2, 3].
Однако эффективность работы этих способов и всей технологической схемы в значительной мере определяется самой заготовкой, т.е. ее материалом, размерами, способом получения, точностью, величиной припусков.
В технологии изготовления поковок со штампованным зубом можно выделить два направления.
1. Изготовление зубчатого венца заготовки без припуска на всех ее поверхностях. Такие заготовки не предусматривают последующей механической обработки и обеспечивают наименьшую материалоемкость. Однако из-за низкой точности зуба (в среднем не выше 9-й степени) зубчатые колеса, полученные из них, могут использоваться лишь в передачах с низкими эксплуатационными показателями.
2. Изготовление заготовки с профилем зуба, требующим только чистовой зубообработки.
У таких заготовок в зависимости от распределения (наличия) припуска между отдельными участками зуба можно выделить три формы впадины зубчатого венца [4]:
- впадины с припуском на всех поверхностях - на боковых (эволь-вентных), переходных и дне впадины;
- впадины с припуском на боковых и переходных участках;
- впадины с припуском только на боковых участках.
Второе направление позволяет получать колеса более высоких степеней точности, чем первое. Но в этом случае независимо от формы впадины особую важность приобретает вопрос о назначении рациональных по величине припусков на боковых поверхностях зубьев.
В машиностроении применяется опытно-статистический метод определения и назначения припусков на механическую обработку, основанный на использовании справочных таблиц, которые составлены как обобщение опыта ряда отраслей промышленности. Однако опытно-статистические значения, как правило, не учитывают конкретных условий проведения технологических процессов обработки зубчатых заготовок, установлены с существенным «запасом» и приводят к завышению величин
345
припусков. Расчетно-аналитический метод характеризуется большей трудоемкостью, но он позволяет устанавливать более точные значения припусков, что особенно важно при чистовой обработке предварительно оформленных зубьев.
Поэтому для определения припусков на чистовую обработку штампованных зубьев следует использовать расчетно-аналитический метод.
Будем считать, что припуск одинаков на всем эвольвентном участке поверхности зуба и профиль боковой стороны зуба заготовки - это эквиди-станта к профилю зуба обработанного колеса.
Припуск обычно задается и измеряется по нормали к обработанной поверхности заготовки. Для зубьев заготовок цилиндрических колес возможно задание припуска по одному из двух направлений:
- по нормали к боковой (эвольвентной) стороне обработанного зуба;
- по хорде зуба обработанного зубчатого венца.
В первом случае припуск отсчитывается «на сторону» и представляет собой односторонний припуск, т.к. нормали к противоположным боковым сторонам одного зуба не параллельны, во втором - припуск следует рассматривать как симметричный двусторонний припуск, отсчитываемый на обе стороны зуба, т.е. «на толщину» зуба. Использование схемы с двусторонним припуском представляется более целесообразным, т.к. конечной целью определения припусков на выполнение чистовой ступени обработки зубьев является установление размеров заготовки, которые задаются их номинальными значениями и допустимыми отклонениями. Это задание удобнее для схемы двустороннего припуска.
Поэтому рассмотрим использование расчетно-аналитического метода для определения двустороннего «на толщину» зуба, симметричного припуска на чистовую обработку оформленных у заготовки зубьев цилиндрических колес.
В существующей методике [5, 6] приводится общая формула для определения численной величины 2 в операционного (или промежуточного) двустороннего припуска:
2в = кл1б2 + 4(н2 +Т22 +Л2а +Р2 +е2 ), (1)
в Л/а\аа а^ав/'
где К - коэффициент, учитывающий возможные отклонения законов распределения отдельных составляющих припуска от нормального закона, обычно К =1,2^1,3 [6]; ба - составляющая припуска, учитывающая погрешность размера самой поверхности, подлежащей обработке, мкм; На и Та - составляющие припуска, характеризующие соответственно высоту неровностей и глубину дефектного слоя, полученные на предшествующей ступени обработки, мкм; Л а - составляющая припуска, учитывающая погрешность размера, координирующего положение подлежащей обработке поверхности относительно установочной базы заготовки, мкм; ра - со-
ставляющая припуска, характеризующая неопределенность положения поверхности, подлежащей обработке, из-за пространственных геометрических отклонений, мкм; ев - погрешность установки, являющаяся комплексной производственной погрешностью, мкм. В общем случае
ёв = ёб + ёз + ёпр, (2)
где ёб - погрешность базирования, учитывающая несовпадение установочных баз заготовки и приспособления; ёз - погрешность закрепления, возникает из-за смещения заготовки относительно установочных элементов приспособления или относительно настроенного на размер инструмента под действием зажимных усилий; ёпр - погрешность положения установочных
элементов приспособления относительно настроечной базы или относительно режущего инструмента, настроенного на заданный размер.
Применять формулу (1) для расчета припусков на чистовую обработку зубьев колес, полученных точной штамповкой, следует с учетом особенностей заготовки и специфики технологического процесса ее механической обработки.
Рассмотрим все составляющие припуска для случая чистовой зубо-обработки.
1. В качестве составляющей 5а следует принимать допустимую погрешность толщины зуба заготовки Есг, т.е. 5а = Есг. Если технические
условия на изготовление штампованных заготовок основаны на нормах точности по ГОСТ 1643-81 [7], то в зависимости от способа задания размера зуба заготовки в соответствии с указанным стандартом возможно различное задание отклонений толщины зуба и, следовательно, составляющей
припуска 5 а.
ГОСТ 1643-81 определяет размеры зубьев цилиндрического колеса, используя следующие размерные параметры и их отклонения:
- толщину зуба по постоянной хорде Бс;
- дополнительное смещение исходного контура Енг (не связано с корригированием зуба);
- длину общей нормали Ж.
Если размер зуба заготовки задается толщиной по постоянной хорде, то в качестве погрешности Есг следует принимать нижнее отклонение
допуска по постоянной хорде ЕсГ1 (рис. 1), Есг=ЕсГ1.
Численная величина нижнего отклонения Есг^ на основе норм точности ГОСТа 1643-81 должна быть назначена равной допуску на толщину зуба Тс, зависящему от принятой степени точности изготовления заготовок, модуля и диаметра колеса, т.е. ЕсГ1=Тс.
Рис. 1. Отклонения толщины зуба по постоянной хорде Бс предварительно оформленного венца заготовки
Численное значение ЕсГ1 может быть также установлено по ГОСТ 7505-89 [8] в зависимости от массы поковок, номинальной толщины зуба детали (по постоянной хорде) и принятой группы точности изготовления штампованных поковок.
Если размер зуба заготовки задается дополнительным смещением исходного контура и допуском на него, то численная величина допустимой погрешности Есг толщины зуба заготовки устанавливается из выражения
Есг = 2(ЕЖ + ТН )■ ^а, где Е^ - верхнее отклонение смещения исходного контура, мкм; Тн - допуск на дополнительное смещение исходного контура, мкм; а - угол профиля исходного контура (производящей рейки), а = 200 (рис. 2).
Рис. 2. Смещение исходного контура: 1 - номинальное положение исходного контура; 2 - действительное положение
исходного контура
348
Величины Ehs и Тц зависят по ГОСТ 1643-81 от принятой степени точности изготовления заготовок, модуля и диаметральных размеров колеса. Если толщина предварительно оформленного зуба задается через длину общей нормали W, то погрешность Ecri приобретает численное значение, устанавливаемое из выражения
Ecr = 2(Ews + Tw ) /cos a,
7 ' u и rri
где Ews - верхнее отклонение средней длины общей нормали, мкм; Тц -допуск на среднюю длину общей нормали, мкм.
Включение в состав припуска составляющей Ecr компенсирует также погрешность профиля зуба заготовки ff (рис. 3), которая не должна
выходить за пределы половины допуска на толщину зуба.
Рис. 3. Погрешность профиля зуба: 1 - действительный торцовый активный профиль зуба; 2 - номинальные торцовые профили зуба;
3 - основная окружность; 4 - границы активного профиля зуба
2. Минимальный припуск на чистовую обработку зуба включает в себя высоту неровностей На = и глубину поверхностного дефектного слоя Га, численные величины которых устанавливаются в зависимости от способа получения заготовки.
3. Под погрешностью Аа следует понимать возможное смещение боковых поверхностей зубьев заготовки, подлежащих обработке, относительно баз заготовки, т. е. относительно оси центрального отверстия и впадины зубчатого венца, используемой для его угловой ориентации. Следовательно, составляющая Аа должна быть представлена двумя производственными погрешностями заготовки.
Первая погрешность - несовпадение осей зубчатого венца заготовки и ее базового отверстия (рис. 4).
Значение этой составляющей зависит от последовательности предшествующей обработки, принятой схемы базирования и закрепления заготовки. В общем случае численное значение составляющей ва определяется
путем размерного анализа предшествующей части технологического процесса. Если посадочное отверстие не подвергается предварительной механической обработке и все же служит базой для центрирования колеса при обработке его зубьев, то величина составляющей еа может быть установлена по ГОСТ 7505-89 [8] в зависимости от принятого класса точности изготовления поковки и ее диаметра. Если же технические условия на изготовления штампованных заготовок основаны на нормах точности по ГОСТ 1643-81 [7], то значение составляющей еа следует принимать равным половине допуска на радиальное биение зубчатого венца в зависимости от степени точности штампованного колеса и его диаметра.
Рис. 4. Эксцентриситет зубчатого венца: 1 - ось зубчатого венца
Вторая составляющая ¥рг - накопленная погрешность шага зубчатой заготовки. Эта составляющая учитывает возможное смещение подлежащих обработке поверхностей зубьев заготовки относительно базовой впадины, по которой ориентируется ее угловое положение на станке при чистовой зубообработке, из-за погрешности окружного шага. Ее численное значение должно приниматься равным допуску на накопленную погрешность шага ¥р, устанавливаемому по ГОСТ 1643-81 [7] в зависимости от степени точности заготовки зубчатого колеса, его диаметра и модуля.
4. Составляющая ра при чистовой обработке зубьев в общем случае может учитывать влияние на величину припуска двух производственных погрешностей.
Первая р1 - составляющая, определяемая пространственным отклонением обрабатываемых поверхностей из-за коробления заготовки:
где р 0 - удельное коробление поковки, мкм/мм; I - расстояние от опорной поверхности до наиболее удаленного торца зубчатого венца, мм. Вторая - погрешность на направление зуба (рис. 5).
1 2
заготовки; 2 - ось базового отверстия
Р1 = Р01,
Численная величина этой составляющей ^р должна приниматься равной допуску на направление зуба ^р, устанавливаемому по ГОСТ 164381 [7] в зависимости от степени точности зубчатого венца заготовки и его ширины.
5. При чистовой обработке зубьев колеса следует учитывать влияния на величину припуска погрешности установки, определяемую по зависимости (2).
Погрешность базирования ёб возникает из-за несовпадения установочных баз заготовки и приспособления. Это обстоятельство обуславливается двумя причинами.
Первая - это неточность центрирования заготовки, вызывающая смещение оси отверстия заготовки относительно оси оправки ёб1.
При установке заготовки на жесткой оправке (рис. 6) ёб1 определяется как
<о —
еб1 =
2
где do - максимальный диаметр посадочного отверстия колеса, мкм; dn min - минимальный диаметр оправки, мкм.
Рис. 5. Отклонение направления прямолинейного зуба: 1 - действительная делительная линия зуба; 2 - номинальные делительные линии зуба; 3 - рабочая ось зубчатого колеса
При установке заготовок на разжимных оправках величина ёб1 зависит от конструкции оправки.
Вторая причина - эксцентричность оси зубчатого венца заготовки и оси оправки, обусловленная неперпендикулярностью опорного торца заготовки относительно оси зубчатого венца ёб, определяется по зависимости [6]
_ I ёб2 = е-,
а
где ет - величина торцового биения опорной поверхности заготовки (отклонение от перпендикулярности опорного торца к оси зубчатого венца), мкм; I - расстояние от опорной поверхности колеса до наиболее удаленного торца зубчатого венца, мм; ( - диаметр опорного (базового) торца заготовки, мм.
Рис. 6. Схема установки заготовки на жесткой оправке: 1 - ось установочной оправки; 2 - ось посадочного отверстия
Погрешностью закрепления £з в радиальном направлении из-за ее малой величины при чистовой обработке зубьев колеса можно пренебречь, т. е. £з = 0.
В качестве погрешности положения установочных элементов приспособления £пр следует учитывать погрешность положения фиксатора
относительно режущего инструмента £j, обеспечивающего угловую ориентацию впадин зубчатой заготовки.
Таким образом, зависимость (1) для определения припуска на толщину зуба при чистовой зубообработке примет вид
ZB = + 4(яа2 + Ta2 + e2 + F + pj2 + F2 + e l + e ^ + e J).
Рассмотренный метод определения припусков может быть также использован для расчета припусков на чистовую обработку зубьев накатанных колес и зубчатых колес, полученных литьем.
Список литературы
1. Малахов Г.В., Михайлов А.В., Савичев И.А. Схемы чистовой зу-бообработки резцовыми головками методом огибания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 1. С. 110 - 116.
2. Малахов Г.В., Михайлов А.В., Савичев И.А. Исходные технологические параметры зубообработки двухрядными резцовыми головками // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 1. С. 117 - 125.
3. Малахов Г.В., Артамонов В.Д., Михайлов А.В. Направление модернизации взаимозаменяемых резцов сборных резцовых головок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 1. С. 297 - 303.
4. Малахов Г.В., Птицын В.В., Горохов А.В. Оценка сочетаний параметров зубчатых колес из заготовок с предварительно оформленными зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 8. С.297 - 303.
5. Коганов И. А., Станкеев А. А. Расчет припусков на механическую обработку. Тула: ТПИ, 1973. 192 с.
6. Станкеев А. А. Аналитический метод определения припусков на обработку зубьев цилиндрических колес // Исследования в области технологии механической обработки и сборки машин ТПИ. Тула, 1978. С. 104 - 109.
7. ГОСТ 1643-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски. М.: Изд-во стандартов, 2003. 44 с.
8. ГОСТ 7505-89. Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски. М.: Изд-во стандартов, 2003. 36 с.
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., tms@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Малахов Геннадий Викторович, канд. техн. наук, доц., tms a t.su.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Михайлов Александр Владимирович, канд. техн. наук, доц., tmsatsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DETERMINATION OF PARAMETERS OF TOOTHED CROWN OF PURVEYANCES WITH
THE PRELIMINARY EXECUTED POINTS
A.A. Malikov, G. V. Malakhov, A. V. Mikhailov
The necessary components for analytical determination of the allowance for the sides of the teeth of workpieces with pre-decorated with stamped crown for finishing ubonratana are installed. Based on the specific error of gears that occurs in the process of manufacturing of gear blanks and finishing gear treatment.
Key words: gear treatment, the technological scheme of the workpiece with the tooth, allowance components of the allowance, the error of the gears.
Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical sciences, professor, tmsa tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Malakhov Gennady Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, tmsa tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Mihailov Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, tmsa tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University
