47VIII Международная научно-практическая конференция УДК 62-1/-9
Иванова Юлия Александровна Ivanova Yulia Aleksandrovna
Студент Student
Дмитриев Александр Яковлевич Dmitriev Alexander Yakovlevich
Кандидат технических наук, доцент Candidate of Technical Sciences, Associate Professor «Самарский национальный исследовательский университет
имени академика С.П. Королева» "Samara National Research University named after Academician S. P. Korolev»
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС IMPROVEMENT OF GEARS
Аннотация. Данная статья посвящена исследованию методов совершенствования зубчатых колес. Автор рассматривает профили производительности зубчатых колес, а также основные методы обработки зубчатых колес. Кроме того, автор рассматривает хонингование термически обработанных зубчатых колес почти всех типов, которые используются в современном машиностроении для исправления ошибок основных параметров зубчатого венца.
Abstract: The article is devoted to studying methods for improving gears. The author examines the performance profiles of gears, as well as the basic processing methods for gears. In addition, the author examines the honing of heat-treated gears of almost all types, which are used in modern mechanical engineering to correct errors in the main parameters of a gear ring.
Ключевые слова. зубчатые колеса, хонингование, машиностроение, производительность зубчатых колес, методы обработки зубчатых колес.
Key words: gear wheels, honing, mechanical engineering, gear performance, gear processing methods.
Постановка проблемы. Зубчатые колеса являются одними из самых массовых и используемых деталей в современном машиностроении. Существующие технологии изготовления зубчатых колес имеют свои недостатки, особенно финишные операции, что приводят к выходу из строя зубчатых передач по разным причинам, а именно: преждевременный износ, заедание, остаточные деформации, контактная усталость, трещины и разрушения зубов в зубчатых колесах.
Цель работы заключается в исследовании методов совершенствования зубчатых колес.
Основное изложение работы. Ключевыми параметрами, определяющими положение контакта при передаче крутящего момента в шестерне, являются погрешности профилей шестерен. Эти параметры обеспечиваются при чистовой шлифовке зубчатых колес. Обеспечение профильных параметров боковых поверхностей зубьев во многом зависит от обеспечения их номинальных значений после зубофрезерования.
Профиль ошибок - это профили производительности:
«Новые импульсы развития: вопросы научных исследований»
- Суммарная ошибка профиля Fa.
- Ошибка направления профиля FHa.
- Форма профиля ошибок ййа
Также в него входят показатели продольного профиля:
- Суммарная погрешность продольного профиля Fp.
- Погрешность продольного направления профиля FHp.
- Погрешность формы продольного профиля йф
Методы обработки зубчатых колес без снятия стружки и финишной обработки находят все большее применение в машиностроении. Эти методы достаточно различаются между собой по физической сути, их объединяет лишь то, что они позволяют формировать поверхностный слой детали с заданными стабильными свойствами, а именно:
уменьшение шероховатости,
повышение точности размеров и др. [4, с.61]
К таким методам можно отнести зубохонингование, механическое полирование, химико-механическое полирование, электрохимическое полирование, гидро-абразивную обработку, виброполировку и др.
Рассмотрим эти методы подробнее.
Зубохонингование
Для исправления ошибок основных параметров зубчатого венца в современном машиностроении используют хонингование термически обработанных зубчатых колес почти всех типов. Для данного процесса используют абразивные или алмазные зубчатые хоны - цилиндрические зубчатые колеса или рейки (прямозубые или косо зубе), которые имеют соответствующий выходной контур. На боковых поверхностях зубов хона размещен абразив или алмаз [1, с.211].
Зубохонингование, как и шевингование, - технологически равно типичные процессы, то есть в этом процессе также осуществляется взаимная обкатка обрабатывающего колеса и хона с перекрестными осями, в результате которой за счет взаимного скольжения сопряженных профилей с рабочей поверхностью зуба колеса снимает небольшой слой материала.
Итак, зубохонингование является высокопроизводительным методом, который используется для уменьшения шероховатости поверхностей шевингованных зубчатых колес до Rа = 1,25 ... 0,32 мкм, снижение уровня шума на 2 ... 4 дБ, удаление небольших выбоин и заусиниц величиной до 0,3 мм и увеличение срока службы закаленных зубчатых колес после шевингования или зубошлифования [1, с.214].
Сам процесс зубохонингования предназначен для удаления небольшого припуска и исправления небольших ошибок. Припуск с стороны зуба составляет 0,01 ... 0,03 мм и именно в этом диапазоне осуществляется исправление погрешностей в зубчатом зацеплении.
Зубохонингование не повышает температуру поверхности зуба, а также не вызывает тепловых трещин, припалов и не снижает твердость поверхностного слоя.
VIII Международная научно-практическая конференция
Во время зубохонингования, которое обрабатывает зубчатое колесо находится в плотном зацеплении с абразивным зубчатым хоном, который выполнен в виде косозубого зубчатого колеса при угле скрещения осей 10 ... 15 Зубчатое колесо совершает возвратно-поступательное движение параллельно своей оси. Направление вращения хона меняется при каждом ходе стола. Беззазорное зацепление осуществляется при небольшом регулировании давления путем поджатия бабки инструмента к зубчатому колесу. Во время рабочего цикла хон подвижной, он как бы следует за погрешностями в зубах зубчатого колеса и тем самым предупреждает поломку инструмента и уменьшает эти погрешности до определенных пределов [1,2].
На рис. 1 приведена схема зубохонингования с радиальными нагрузками.
; 2
I
5 4 3
Рис. 1. Схема зубохонингования с радиальными нагрузками
1 - хон; 2 - зубчатое колесо; 3 - наружный диаметр хона; 4 - точки контакта; 5 - зазор между хоном и зубчатым колесом
В процессе зубохонингования вершина и профиль зуба колеса 2 постоянно контактируют с впадиной и профилем зуба хона 1 в точках 4. Благодаря контакту внешнего диаметра колеса с впадиной зуба хона под небольшим давлением зубы колеса постепенно внедряются в тело хона и автоматически восстанавливают зубы, а на вершине зуба колеса образуется небольшой радиус, который обеспечивает плавный вход зубов в начале зацепления [3, с.50].
Для предотвращения поломки зубов, хон правят по наружному диаметру 3, это нужно для поддержания необходимого радиального зазора 5.
Зубохонингование с внутренним зацеплением
Зубохонингование также может осуществляться зубчатым хоном с внутренним зацеплением, что по сравнению с обработкой хоном с внешним зацеплением является более современным методом с широкими технологическими возможностями. Зацепления зубчатого хона 1 (рис.2) с заготовкой (зубчатым колесом) 2 осуществляется под углом перекрещивания у. При свободной кинематической связи ведомым элементом является хон, а при жесткой связи вращения хона и зубчатого колеса осуществляется раздельно с высокой точностью синхронизации за счет электронной системы управления.
«Новые импульсы развития: вопросы научных исследований»
Ширина хона больше ширины зубчатого колеса. Кроме вращения зубчатый хон осуществляет также радиальный движение подачи, а зубчатое колесо осуществляет осевой осциллирующий движение для улучшения показателей резки, амплитуда которого равна 3 ... 4 мм [1,2].
Рис. 2. Зубохонингование с внутренним зацеплением [2] 1 - хон; 2 - зубчатое колесо
Конструкция зубчатых хонов Эффективность процесса зубохонингования во многом определяется конструктивными особенностями зубчатого хона. Все конструкции зубчатых хонов разделены на шесть типов [2, с.103].
Зубчатые хоны 1-го типа имеют стальную втулку с прорезанными пазами и литой абразивно-пластмассовый зубчатый венец. Зубчатые хоны типов 1а, 1б, 1в, отличаются только размерами. После износа или поломки зубов хона абразивный венец скалывают и напрессовывают на втулку новый венец. Простота конструкции зубчатых хонов этого типа обусловила наиболее широкое использование их в машиностроении
Зубчатые хоны 2-го типа отличаются от 1 -го типа зубчатых хонов тем, что между их абразивным зубчатым венцом и втулкой запрессовывается резиновая прокладка толщиной 30 мм, что позволяет хонингувать зубчатые колеса в распор без дополнительных амортизирующих приспособлений. Значительным недостатком зубчатых хонов 1 -го и 2-го типов является низкая прочность зубов хонов, в результате чего они нередко ломаются в процессе эксплуатации. Этого недостатка не имеют зубчатые хоны 3-го типа, которые представляют собой зубчатое колесо с изящными зубами и нанесенными на их боковые поверхности абразивный слой толщиной 1,5 ... 2,0 мм. В зубчатых хонах 4-го типа зубчатый венец можно развернуть относительно стальной втулки. Абразивный венец и стальная втулка соединены между собой с помощью плоских рессор. Упругость абразивного венца в окружном направлении позволяет значительно снизить негативное влияние динамических факторов на точность обработки и прочность
VIII Международная научно-практическая конференция
зубчатого венца зубчатого хону. Такие зубчатые хоны можно использовать на станках с жесткой кинематической связью. С помощью наклеенных на рессоры датчиков можно следить за ходом снятия припусков и исправлением ошибок. Зубчатые хоны 5-го типа имеют абразивный венец с зубьями внутреннего зацепления. Хоны 6-го типа отличаются от известных зубчатых хонов тем, что между зубчатым венцом и металлической втулкой запрессована пластмассовая втулка, которая обеспечивает частичную амортизацию радиальных и тангенциальных нагрузок [5, с.421-422].
Выводы. Подытоживая вышесказанное, отметим, что алмазные зубчатые хоны имеют более высокую прочность зубчатого венца. Процесс обработки ими может осуществляться при более высокой статической нагрузке, способствует повышению производительности, точность процесса и износостойкости зубчатых хонов. По износостойкости алмазные зубчатые хоны превосходят более чем в 10 раз. Процесс зубохонингования зубчатых колес может осуществляться методами продольной, тангенциальной и диагональной подачи. Необходимая рабочая нагрузка обеспечивается путем радиальной или окружной нагрузки. В отдельных конструкциях станков с целю интенсификации процесса зубохонингования детали или инструмента задают осциллирующее осевое или радиальное движение. Это целесообразно в случаях хонингование зубчатых колес при малых углах перекрещивания или при параллельных осях.
Библиографический список:
1. Базров, Б.М. Основы технологии машиностроения: Уч. / Б.М. Базров. -М.: Инфра-М, 2019. - 492 с.
2. Зубарев, Ю.М. Динамические процессы в технологии машиностроения. Основы конструирования машин: Учебное пособие / Ю.М. Зубарев. - СПб.: Лань, 2018. - 212 с.
3. Кабатов А.А. Анализ финишных методов обработки поверхностным пластическим деформированием // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. - 2013. -№ 58. - С. 49-54.
4. Кулыгин, В. Л. Технология машиностроения : учеб, пособие для студентов вузов / В. Л. Кулыгин, В. И. Гузеева, И. А. Кулыгина. — М.: «Издательский Дом «БАСТЕТ», 2011.
5. Якимов А.А. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя зубов высокоточных зубчатых колес при шлифовке: дис ... докт. техн. наук: 05.02.08 / Якимов Алексей Александрович. - Одесса - 2015. 800 с.
