автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение надежности и долговечности зубчатых передач локомотивов технологическими методами

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису УЖ 621.923.5:625.28

СААД КАРІМ ШАЗЕР

піддарня НАДІЙНОСТІ ТА ДОВГОВІЧНОСТІ ЗУБЧАТИХ ПЕРЕДАЧ ЛОКОМОТИВІВ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ЖТОДАМИ

Спеціальності:

05.02.06 - технологія машинобудування,

05.22.07 - І^хомий склад залізниць і тяга поїздів

Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Луганськ 199^

Робота виконана на кафедрі "Технологія машинобудування" Східноукраїнського державного університету.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент В.Ф. Осі-

пенко.

Офіційні опоненти: д.т.н., доц. Ю.П. Корабецький к.т.н., доц. В.1І. Старченко

Провідне підприємство - Виробниче об’єднання "Дуганськтепловоз"

Захист дисертаціг відбудеться " ^1994 року

на засіданні спеціалізованої Ради Діб.02.01 у Східноукраїнською державному університеті, 348034,м.Луганськ, кв. Молодіжний, 20а.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці університету.

Відгук на автореферат в 2-х примірниках, завірений печаткою установи, просимо направляти за указаною вище адресою на ім'я вченого секретаря спеціалізованої Ради.

Автореферат розіслано щ 12 щ_, ^ 1994 року.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

ЛУЕІШЩІ&ІЬ' Підвищення швидкості і потужності локомотивів потребують виготовлення зубчатих коліс високої якості і точності. Одним із основних напрямків підвищення довговічності зубчатих по -редач в використання в них загартованих коліс з твердістю робочих поверхонь НКС 50...55. В процесі термічної обробки зубчасті колеса деформуються і це.потребуй додаткової фінішної обробки. До остан -нього часу основним методом чистово! обробки загартованих зубців було зубошліфування, яке забезпечує необхідну точність» але маа суттєві недоліки, серед яких найважливішим є низька продуктивність процесу і структурні зміни металу на робочих поверхнях зубців /зниження твердості, поява прижогів, формування напруги розриву та інші/. Тому замість зубошліфування починають використовувати хонінгування зубців. Абразивне хонінгування належить до нових високопродуктивних методів чистової обробки, воно забезпечує підвищення точності і значно зменшуе шорсткість робочих поверхонь зубців. А це в свою чергу, приводить до зменшення дінамічних навантажень при експлуатації передачі і зносу зубців, а також до підвищення довговічності. Але процес хонінгування вивчений недостатньо. У технічній літературі поки що відсутні, або недостатньо обгрунтовані рекомендації по розрахунку розмірних характеристик інструменту, по умовах контакту зуб -ців інструмента і оброблювального колеса, по умовах виключення підрізання та загострення зубців ціліндричних зубчастих колес.

Актуальність цієї роботи полягає у підвищенні ефективності т, хонінгування зубців і точності оброблюваного колеса на основі уточнення. геометричних розмірів інструмента, які є результатом теорети-ко-експериментального дослідження геометрії зчеплення інструмента і колеса.

Широке впровадження у виробництво .результатів цієї роботи може привести до загального підвищення довговічності і надійності зубчастих передач локомотивів, де руйнування хоч би одного колеса приводить до дуже тяжких наслідків, або до аварії.

Теореткко-експериментальне дослідження геометро-кдіематичних параметрів зчеплення інструменту та оброблюва’-ного колеса, на основі яких розроблюються геометричні характеристики інструмента, визначення оптимальних режимів хонінгування та методів навантаження інструмента, які забезпечили б підвищення точності виготовлення зубчастих коліс і зменшення шорсткості робочих поверхонь,

а це незмінно приведе до підвищення надійності і довговічності зубчастих передач. ..

^М^трду до^лідаеуші. Загальні методи дослідження, які базуються на використанні основних положень теорії механізмів і машин, теорії різання металів, технології машинобудування, деталей машин, теорії міцності,,а також статистичних методів обробки результатів експериментів.

^%У2£0£а„Н9в#зїіа> Вперше для процесу хонінгування і шевінгу-вання евольвентних прямозубих коліс були використані інструменти у вигляді черв’яка /архимедова, або глобоідного/ та гіпоїдного колеса замість дискових інструментів,‘які тепер застосовуються для чистової обробки зубчастій коліс’. Так як профіль черв’яка в розрізі являє собою основну рейку з прямобічним профілем, значно спро-щуєтьсяч виготовлення інструменту і його відновлення після зносу робочих елементів, підвищується точність оброблюванного колеса через відсутність похибок профіля та спрощується кінематична схема верстатів, так як зникає потреба в повертанні інструменту на будь-який кут відносно вісі оброблюванного колеса.

В роботі розроблено Чотири- різні схеми обробки зубців,які значно підвищують ефективність хонінгування. :

_Лраі;тцчуа^ц|иуі. На основі проведених досліджень розроблені пропозиції, які підвищують техніко-економічні показники процесу та сприяють подальшому широкому впровадженню зубохонінгуван-ня з промисловості. Розроблені практичні рекомендації по визначенню оптимальних параметрів процесу /режимів різання, методів навантаження інструменту/, необхідних для проектування технології, устаткування, оснащення та інструменту.

^Атщ^зчія^раб^тіі. Основні результати дисертаційної роботи доповідались на всесоюзній та республіканській конференціях, а також науково-технічних конференціях Луганського машинобудівного інституту у період з 1990 по 1994 роки.

5у5лІк$ДІІ> 3 теми дисертації опубліковано 4 друковані роботи . _

^Сз:рук5ува^х^.0$’5м^ррбртіі. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, мас об’єм 171 сторінку машинописного тексту, 39 малюнків і 10 таблиць. •

з

'Г ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, сформульована новизна та визначений основний напрямок роботи. ПокЬзано, що для оптимізації параметрів хонінгування з метоп підвищення ефективності процесу необхідні глибокі дослідження.

Досвід експлуатації локомотивів показує, що більшість аварій і не-запланованих ремонтів викликають механічні руйнування зубчастих передач внаслідок додаткових динамічних навантажень від наявності кінематичних похибок як нових, так і зношених зубчастих коліс. Одним із напрямків підвищення несучої властивості зубчастих передач є використання в них загартованих зубчастих коліс з твердістю ро -бочих поверхнонь НКС 50...55.Деформація зубців при термічній обробці потребує додаткової обробки рабочих поверхонь. До останнього часу зубошліфування залишалося основним методом чистової обробки загартованих зубців. Але процес зубошліфування дуле малопродуктивний і впливає на зміну структури металу на робочих поверхнях, завдяки чому втикають прижоги, зменшення твердості і формування напруги розриву. Щоб позбутися цих недоліків учені і робітники промислових підприємств почали вивчати питання про використання для чистової обробки загартованних коліс інструментів із надтотвердих матеріалів, які мають різальні кромки. Великий внесок у дослідження в цьому напрямку внесли Г.Г. Овумян, 0.1. Адам, І.А. Копф, Г.Н. Кір— санов, І.С. Лазебник, О.І. Антонов, В.І.' Адамоніс, С.А. Хухрій,

В.П. Шаповалов, П.А. Блох, С.Я. Бараболя, П.Т. Вагін, А.С. Верещак,

Н.5. Гурін, В.В. Жарков, Т.І. Корсетський, В.В. Орлов, І.П. Пейса-хович, Г.Б. Паєвський, В.І. Печений, В»Д. Коновалов та інші. В результатах цих досліджень було визначено, що процес чистової обробки загартованих зубців цими інструментами в 2-3 рази продуктивніший, але точність зубчастих передач на 1-й ступені менша, ніж після зубошліфування і вартість інструменту складає майже 70% собівартості процесу обробки зубчастих коліс на зубошліфувальних верстатах. Тому вчені почали досліджувати процес шевінгування загартованих зубців дисковими шеверами, які виготовлені із надтотвердих матеріалів. Значний внесок у цьому напрямку зробили вчені ФРН і Одеського політехнічного інституту /С.М. Ушинський/. Вони визначили, що шевінгування зубців - це високопродуктивний процес і забезпечує високу точність, але надмірно висока вартість інструмента

затримує впровадження шевінгування у виробництво. Нарешті за останній час почали з’являтися роботи по дослідженню абразивного шё-віншування - хонінгування зубців /І.В. Орлов, I.E. врагін та інші/. Технологія виготовлення інструментів для хонінгування не дуже складна: інструмент пресується з пластичних матеріалів, змішаних з абразивним порошком в штампах, форма яких являє собою кон-трспрофіль інструменту. Незважаючи на дослідження вчених, до цьогі часу поки що відсутні методи розрахунків геометричних параметрів, тому, впроваджуючи процес зубохонінгування у виробництво треба в і; щукувати необхідні розміри інструмента експериментально.

Виходячи з цього в дисертаційній роботі було визначено осної ною метою ретельне теоретичне і експериментальне дослідження процесу хонінгування і розробка рекомендацій на основі цих досліджені по проектуванню інструмента, по вибору оптимальних режимів різання та методів навантаження інструментів. Другою метою дослідження е оцінка технологічних можливостей хонінгування інструментом у виї ляді черв’яка і вплив результатів обробки на експлуатаційні пара • метри зубчастих передач локомотивів.

Jp£3£ijl Ц. JSllHjea j, зч^пдеунд jHSTJ3yyeyTfi І fleja:

j. $оуауи. Геометро-кінематичні показники зчеплення оброблюваного колеса і інструмента, від яких залежать умови контакту поверхонь, процес обробки зубців, розміри миттеєвої площини контакта, знос р< бочих поверхонь інструмента, визначаються геометрією зубців оброблюваного колеса і положенням інструмента.

Рівняння, яке характеризує геометрію зубців прямозубого колеса в загальному вигляді в системі координат X » У, * Z, •

X, =J, (А) ■*£/

У> -л (і) •

2, '

тут JU. - параметр, визначающий положення початку системи координат зчеплення інструмента і колеса;

функції, які визначають профіль зубців колеса у торцевому перетину.

В залежності від значення цих функцій можно одержати поверхні зубців евольвентного колеса, колеса циклоїдального зчеплення, а також колеса з будь-якими іншими зчепленнями.

Рівняння поверхні зубців інструменту у вигляді глобоідного черв’яка, або глобоідного гвинтового колеса одержують шляхом переходу від системи координат X, > У, > 2, ДО системи Хл,У2,Ег маючи на увазі, що кут перехрещування інструменту і деталі рівний прямою

СОЇК-/гЗІЛУї-СОЗУг +/*31(1?! +ДСОЗЧ>2 ; '

У2І/і-£,)сШ'Р,ХІЛ‘Р3 ~^5іп9, $ілЧ>2. -у*СО*Ч>г +&ЛпЧ>г ) (2)

%г (І, ~&і)вік'?, +/гС05'?і V*

тут - відповідно, кут обертання колеса і інструмента;

Л - відстань між вісями колеса і інструмента.

В роботі приводяться також рівняння і для інструмента у вигляді гіпоідного колеса.

Щоб визначити діаметр інструмента, його ширину, швидкість обертання, кут перехрещування вісей інструмента і колеса, треба визначити відносну швидкість у кожній точці контакта зубців інструмента і колеса.

і/'2= ікуїї'+шїтхТ (з)

тут V™, Уу?, 14? ~ складові вектора відносної швидкості.

Рівняння по їх визначенню приведені в дисертаційній роботі. Швидкість ковзання в точках лінії контакта поверхні зубців колеса можно визначити в такій послідовності:

- задаються будь-яким кутом обертання колеса;

- задаються _Д в межах робочого профіля зубців;

- визначають параметр ^ , характеризуючий положення профіля зуба в напряжу вісі £7/2,;

- визначають координати миттєвої лінії контакту;

- визначають швидкість ковзання в точках профіля.

Знос робочих поверхонь інструменту в режимі змішаного тертя залежить від сумарної швидкості, питомого ковзання і приведеної кривизни зубців інструмента і колеса.

Сумарна швидкість

■■/. - 2Р*(пУ+(у«г*)ҐКР',-а.Рл)Ф№еГ)Шл-Є.Р*]

ІЕ, (Р*)2-2Р,РаРх *а,т*]°-5!«,І (4)

гут ІП,І=Шд,-Рг - модуль нормалі;

Сг,; Р, - коефіцієнт першої квадратичної форми поверхні зубців оброблюваного колеса;

РЛ;Р,1;Р* - проізводні.

Питоме ковзання .

/7=401 ; Я а/УУ— ■ /е)

6> Ж*-Vа) и їїш :Ра) ’ (5)

тут ]/п- вектор відносної швидкості в точках контакту;

Уач > Уа*~ швидаості переміщення точок контакту у напрямку вектора відносної швидкості.

Приведена кривизна взаємодіючих поверхонь зубців інструмента і колеса. '

Кар—_____________е!{є^)2_~2Р,рхр^ +с,ґрл/ ________________

ірч^-рї) рл) н\/*'іП(?,рл- ер**) (в)

Напрямок ріжучих кромок шевера найбільш раціональний, коли він перпендикулярний вектору відносної швидкості. Тому при проектуванні такого інструмента треба знати значення кута, визначаючу напрямок вектора швидкості ковзання відносно характерного напрямку. Такий кут визначається рівняннями

ід) = (*№)№- гРлН5ҐУіг)ҐЕ.Рм-ЯРл) ,. .

* (Є,а, Г)РЧгЇУ*)Р* 1 \ І7}

Плавність переспряження зубців при зчепленні інструмента і колеса характеризується коефіцієнтом перекриття. Чим більшим є коефіцієнт, тим краще проходить процес обробки, більше рівномірно на поверхні зубців оброблюваного колеса знімається шар металу. Особливо, це мав велике значення, коли процес різання при гальмуванні колеса чи інструмента.

Числове значення коефіцієнта перекриття можно визначити по формулі .

(а)-

2К

тут - кут обертання колеса, відповідний вступ його зубців у контакт в межах робочого профілю; ■

1Р1К - кут обертання колеса, відповідний виходу його зубців із контакту;

2/с - кількість зубців оброблюванного колеса.

При обробці зубчастих коліс хоном і шевером можливе явище підрізання зубців, яке треба виключити шляхом вибора відповідних

«О (9)

параметрів зчеплення /кут перехрещування, ширина, кількість зубців інструмента/. :

Рішення задачі підрізання зубців потребує знаходження ребра повертання обтікаємо! поверхні. Рівняння ребра повернення, задане в системі координат зв’язане з колесом - це гранічна лінія на поверхні зубців колеса. Рівняння гранічної лінії визначають при сумісному розрахунку рівняння Д/ і співвідношення

Fл F* Ґ

2%! zfxi Vm 2т 2ш

д ^ г+х ' *

тут 2ixi;2/xi>2?tf #2/а/ - значення проізводних вектор-функцій;

- проекції вектора відносно швидкості.

З рівняння /9/ визначають Л і будують ребро повернення циліндричного колеса. Точки цього ребра виключають із зчеплення.

На основі сиснтеза і дослідження зчеплення інструмента і колеса в роботі були визначені основні геометричні розміри глобоїд-них шеверов і хонов. Так, для випадку, коли кут перехрещування вісей інструмента і деталі рівний прямоцу, геометричні розміри інструментів /глобоідних і архимедових черв’яків/ можно визначити за допомогою рівняння.

Подільний діаметр черв’яка в горловому перетину .

du о y.m (to)

тут ф--кількість модулів у подільному діаметрі черв’яка.

Міжцентрова відстань зчеплення

<Л*(2к+ф)т (н)

Діаметр виступів і впадин витків черв’яка в середньому перетину ,

CLua =аи +2ha,

duf * 2. (Л -Bft) №

тут flat- вишина головки витків черв’яка /всередньоцу перетину/. Радіус впадин і Rq, витків черв’яка

*0,5dK*fiiu *С і Rua - JL ~ 0,5cLua

flat - вишина головки зуба оброблюванного колеса;

С - значення зазору. - '

ь

Значення Л-аі і О можно визначити так же, як для зчеплення циліндричних коліс.

Довжина нарізаної частини черв’яка

Е вігі)!

туту \}с - половина кута обхвату **■ 180° ^

кількість зубців, які одночасно знаходяться в зчепленні:

Ек 35-42 45-50 55-67 71-79 65-91

2* 4 5 6 7 Б

Максимальний діаметр черв’яка °

<±щ тах * 2СЛ- УК},-(ОМ)г'1 (і5)

Лздід і-^сдірс^нуя^. 34§п£еуь^ри^0$р$буі..в§а3ь£еутуи}£ £ОДІ£ ііевпдяунірл^ліндручуиу ^ зрлзбзілнум^изв^р^му 3. )£оуа^и>

В процесі дослідження були визначені чотири основні схеми чисто-вої обробки загартованих циліндричних коліс, які показані на мал. І.

Обробка коліс по схемі І виключає повздовжний або поперечний рух оброблюваного колеса чи інструмента. Це підвищує продуктивність процесу обробки і стпрощує кінематичну схему процеса ше-вінгування. Обробка поверхні зубців ведеться одночасово по всій довжині. Зчеплення колеса І і інструмента 2 може бути внутрішні»: і зовнішним. При такій схемі можно чекати підвищення точності оброблюваного колеса. До недоліків цієї схеми треба віднести забезпечення точної міжцентрової відстані, як при обробці бузчасто-го колеса, так і при відновленні зношеного інструмента. Таке відновлення треба виконувати інструментом-циліндричним колесом, який є точною копією оброблюваного колеса.

Обробка коліс по схемі 2 відрізняється тим, що в зчепленні • одночасно знаходяться пара зубців, що збільшує робочий цикл -інструмент - глобоідний черв’як. Кут перехрещування вісей - 90°. Інструмент, або оброблюване колесо переміщується в напрямку вісей

0І,С^ . Треба чекати підвищення оброблюваного колеса. Налагодження міжцентрового відстані повинно бути високої точності.

Обробка коліс по схемі 3 виконується у вигляді архимедова черв'яка, технологія виготовлення якого дуже вдосконалена._Але при обробці коліс треба мати два рухи: повздовжний та попереч-

ний , це ускладнює кінематичну схему процесу.

Обробка коліс по схемі 4 не потребує ніякого руху крім обертання інструмента і деталі. Інструмент - гіпоідне колесо цилін-дро-гіпоідної передачі.

В роботі проведене дослідження по вивченню оборобки поверхні евольвентних зубців циліндричних коліс, так як у локомотивах 0експлуатаються саме ці колеса.

Різняння поверхні евольвентних зубців

X, =-'2oi:cospla+A)+AsLn(Ao+A)J ,

У і =i-2o LSLnUai-A) -я ах(Л0 +Л)3 (і6>

Z'-Jl

Поверхня зубців глобоідного черв'яка /глобоідного гвинтового колеса/

Хг =£“ ? о (COS В +ASin.Q)-tJLlCD$'Pz +J*SLfl <Pz

Уг =L- Zafcase+AsLn.ej+'lJsLn'Pt -J*cas<ft 0?)

2г. = (sin. в -Л COS 9)

Угол профіля cJioe У вісьовоцу перетину можно визначити із рівняння ^2

°а)

зт

, Модуль вектора відносної швидкості для інструмента у вигляді глобоідного черв’яка

ya=t 1/z2(f+Albj*% +226jLi-u(slaQ-AcosQWziL-Zo (case+Asme+Jl] (19) у вигляді гіпоідного колеса _

Va= Jzofyttfhjftu -2?o/iZi Lit (cosB +Л*ілв+Ll LiZo (sla e-AcosB^T (20)

Сумарна швидкість точок контакта у напрямку, перпендикулярному лінії контакта, при обробці евольвентних коліс глобоідним інструментом

у2 а. М 2оЛ COSB ± Р tCOSlBUi±?oA L [-2о (CDSв в)+Л]Sin В Ш)

L?SAisintg +julcosleJ*s

якшо при обробці коліс використовують інструмент - гіпоідне колесо

\/ _ -.^оЛsifiQ -іигі.гіЗіп*В-2пЛіr.UsLnВ *Лcos e)+JL]cosв v L?iJCcos 9 +№ілгВЗ °’5

о,

С г

Г

о,

ІІ

III

ІУ

Мал.І

Питоме ковзання при обробці евольвентних коліс глобоідним черв'яком

. * Іг?о(С05в*ЛЗІлв)+Л]2оЛі.иЄІП.Є±^[±гаЛиі"РпиЙІСОЗв ^

%г в 1%,

при обробці інструментом у вигляді гіпоідного колеса

п а Т-(±?оЛ-цігітв)р$іп83+1.±2й(£ілЄ-лсо5в)+Л]гіЛіма)5в/,й Ь* іМ2оЛяілв 1

<*г,

Приведена кривизна при обробці евольвентних коліс глобоідним інструментом

я* еЗА**іл&+/*а*гв__________•

ІЬпР~ Ш*вЛ &ЛгЬ*оШв-лЗІпв)+ЛЗЗІпв 1251

інструментом у вигляді гіпоідного колеса

. (/» .________2оЯгСОЗгО +/иг-5Іагв.......... /а_4

п-пР~ -^1?оЛ2І.П.1д-2оЛЧ±?о ІЇІЛ в -Лссіїв)+Л]сої9 К о/

, Кут між вектором відносної швидкості і контактної лінії при

обробці евольвентних коліс глобоідним інструментом к

і .г-_+[ї2пЛ+Уиіш9)Мсаг9±и1?вЛ [-2оҐсаїв +Лзіпв)+Л]зіл 9 /„„* іи ~ + Іг1/І [-їоҐССХв+ЛЗІЛ в)+Л]С03в± 2оЛ (+ 2оЛ +}Чц (Мв)зіл в \ '

При обробці зубців інструментом у вигляді гіпоідного колеса

£аіГ-'№(±?оЛ-^іі<5иібЬілв-'гоАІ,,Г±іго{$іл6-Лсо5в)+Л1са$В / , і -і2І/і[±2о(зіа в-ЛСОЗв)+ЛЗзїп.в-2оЛ(±. 2оЛ -,/іігіЗілв)созв <■ 1

^РдаііІ ІУ> Анал>^г§оьіері£ дозт^зу^брч^шдар^озь^зз-^ уе5ландя^ч5рд*зшіи5 і гл^бдіднірс^с^в^р^в^і_^сон£В,/і&и^о$р$бці_, ^ Зу$іу.в^егі05.ь!іеу.тцлх црзм£з^бірс_ддл іс*. Використання інструмента у вигляді черв’яка, аоо гіпоїдного колеса забезпечує лінійний контакт інструмента і зубців оброблюваного колеса. Миттєві контактні лінії розташовані майже перпендикулярно до напрямку .зубців. Це свідчить по те, що вектор відносної швидкості під кутом,

близьким до прямого відносно контактної лінії. Тому при виготовленні глобоідних шеверів ріжучі кромки повинні мати радіальний напрямок. При обробці коліс інструмент переміщується повздовж зубців. Контактні лінії також будуть переміщуватися в тому ж напрямку. Швидкість переміщення лінії контакта повздовж вісі оброблюваного колеса.

Коли = \/а має місце повторний контакт, який позитивно впливає на процес обробки. Це треба мати на увазі при вивченні подачі інструмента.

Питоме ковзання оброблюваного колеса в десятки разів більше ніж питоме ковзання інструмента. Це пояснює велику продуктивність процесу і відносно невеликий знос інструмента. На головці зубців оброблюваного колеса питоме ковзання більше, чим на ніжці.

Реальна пляма контакту являє собою еліпс. При вивченні розмірів контактного еліпса враховувати кривизну поверхні зубців оброблюваного колеса і витків черв’яка. Так як колесо прямозубе, то кривизна %гг-0 > а друга кривизна евольвенти в точці контак-

Одна кривизна поверхні архимедова черв’яка , так як у

нісьовому перетину профіль окреслений прямою лінією, а друга головна кривизна дорівнює кривизні гвинтової лінії

(29)

тут кутова швидкість оброблюваних коліс;

2о - радіус основного кола колеса;

ігі - передаточне відношення колеса та інструмента.

Сумарна швидкість

та

Хц - угзииХ.* сой* =

- кут профіля розвернутості евольвенти;

тут - текучий радіус колеса;

2а - радіус розвернутого кола.

Я

х„ уптр

321

тут Р - крок гвинта.

Півосі контактного еліпсу робочої поверхні інструменту і оброблюваного колеса можно визначити рівняннями: велика півось

U„Ut- коефіцієнт Пуасона;

Еі'Ег- модуль пружності;

Па,ІЦ- коефіцієнти, які залежать від сумарної кривизни.

Велика півось елептичної поверхні мас максимальне значення на ніжці зубця колеса. Туї виникає найбільша контактна наруга 8 що забезпечує інтенсивний процес обробки. Максимальна повздовжна подача інструмента за один оберт колеса із умови нерозривності сумарного контакту не може бути більшим, ніж ZCL .

Якщо використовують інструменти у вигляді гіперболоїдного колеса, то контактні лінії в процесі зчеплення покривають поверхню зубця колеса і переміщуються по цій поверхні. Лінії розташовані під деяким кутом відносно напрямку зубців. Збільшення кута перехрещування вісей інструмента і колеса приводить до збільшення цього кута. Швидкість переміщення ліній контакта у напрямку, перпендикулярному цим лініям приблизно постійна.

З цього можно зробити висновок, що при достатній ширині інструмента оброблюється вся поверхня зуба без додаткових переміщень інструмента. При шевінгуванні необхідне переміщення одного із елементів зчеплення у напрямку вісі, так як сусідні ріжучі кромки розташовані на поверхні інструмента на деякій відстані. Ріжучі кромки повинні бути перпендикулярними вектору відносної ШВИДКОСТІ. Когг фіціент перекриття має достатня значення /більше 3/. Це забезпе-

мала півось

(33)

Ш

тут ри - нормальна сила, діюча у зчепленні інструмента і колеса;

їх - С^ма гплпяньпг ттипиян.

чус добру плавність зчеплення. Рівномірне розташування миттєвих ліній контакту на поверхні зубця свідчить про відсутність підрізання робочих поверхонь.

Розглянутий процес чистової обробки зубців є найбільш про -дуктивним: при хопінгуванні можно виключити повздовжню подачу, а при шевініуванні мінімальне значення повздовжньої подачі буде не менше, чим відстань між сусідніми кромками паралельно вісі оброблюваного колеса.

Лздід ї.^£сцериуе£ітзл£іН§ Д0£ЛІда.Є£іНЗ щ>да§с§ £бвази£н$Г£ „ де^ііігувзння^ Ці дослідження були виконані на модернізованому зу-бошевінговальному верстаті моделі 5714. Обробка зубчастих коліс проводилась шевером у вигляді циліндричного архимедова черв'яка.

При експериментальних дослідженнях оброблялись циліндричні Зубчасті колеса 2 24-60, /77 « 4 мм, В = 22-45 мм із сталі 40Х,

твердістю НЕС=35...45, які частіше всього приміняються у тепловозах. Мета експериментального дослідження - перевірка теоретичних пропозицій по геометричним розмірам інструменту, визначення оптимальних режимів різання і найбільш прийнятих методів навантаження інструмента, або оброблюваного колеса, а також можливості процесу щодо зменшення похибок виготовлення зубчастих коліс на попередніх операціях. У процесі дослідження вибиралась партія зубчастих коліс однакових по розмірам і твердості і за допомогою пристроїв вимірювались основні параметри зубців /довжина загальної нормалі, крок, радіальне биття та інші/. Вимірювання до і після обробки виконувались одним і тим ке оператором, при постійній температурі пристроїв та оброблюваних коліс.

Згідно з плануванням експерименту змінювався один із параметрів і виконувалась обробка зубців. Одержані результати дослідження оброблялись по методу найменших квадратів.’

Визначення методу навантаження інструмента виконане з врахуванням ефективності виправлення похибок виготовлення зубців: коливання кроку, накопичених похибок кроку, коливання довжини загальної нормалі, радіальне биття. '

В результаті проведення експериментів та обробки даних дослідження було визначено, що найкращим є комбінований метод навантаження: радіальне навантаження 6-8 кгс і колове 1,3-1,7 кгм. Оптимальним співвідношенням між гальмуванням і радіальним навантаженням с 0,2.

Оптимальна швидкість обертання інструмента згідно з результа-

тами дослідження для шевіні^вання - 120-130 об/хв., для хонінгу-вання - 230-270 об/хв. При цьому в найбільшій ступені зменшуються похибки виготовлення зубчастих коліс на попередніх операціях.

Вивчення впливу повздовжньої подачі інструменту на зміну довжини загальної нормалі показало, що при підвищенні подачі до 200 км/хв зростає зниження значення коливання мікцентрової відстані, при збільшені подачі виправлення похибок зменшується. Таким чином, оптимальною подачою є 200 мм/хв.

Одержані в результаті вимірювання значення шорсткості поверхні є середніми з великої кількості вимірювань. Де дало можливість визначити основні закономірності процесу хонінгування, визначити його технологічні можливості. Вимірювання показало, що шорсткість поверхні складає 0,1-0,3 мкм при вихідній шорсткості 3,2 мкм.

Дослідження впливу процеса хонінгування на точність обробки зубців проводилось-одночасно з вивченням зносу інструмента. На основі аналізу статичних і метрологічних даних було визначено, що в середньому, виправлення похибок виготовлення зубчастих коліс на попередніх операціях знаходиться в межах зднієї-двох ступенів точності ГОСТ 1643-81 по більшості параметрів зчеплення.

Зменшення шорсткості робочих поверхонь зубців і підвищення точності зчеплення має великий вплив на довговічність передачі.

Так, згідно ГОСТ 21354-67 зменшення шорсткості з Ю мкм до 0,63 збільшиться у два рази. •

Використовуючи відомі рівняння по міцності зубчастих передач в роботі були зроблені порівнювальні розрахунки міцності бузчас-тих коліс,, виготовлених з різною иорсткостю і точністю. В результаті цих розрахунків було визначено, що після хонінгування в 1,3-

1,35 рази зменшився коефіцієнт тертя, миттєве підвищення температури в зоні контакту, робота сили терття і температурний критерій заідалня. Інтенсивність зносу знижується у 6-7 разів, а товщина мастильного шару збільшується у 1,5-2 рази. Довговічність передачі підвищується у 1,8-2 рази.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

. І. В роботі розроблена математична модель геометрії контакту зубців інструмента і зубців оброблюваного колеса, який мас про -філь, окреслений будь-якою кривою при використанні шеверів і хонів у вигляді гіперболоідного колеса, глобоідного черв’яка і гіпоїдного колеса при будь-якому куту перехрещення вісей колеса і інст- .

мента. Розроблені нові схеми шевінгування коліс за допомога*) шеверів у вигляді глобоідного колеса і також схеми хонінгування інструментами аналогічної конструкції. ,

2. Розроблена математична модель і алгоритм дослідження гео-метро-кінематичних показників зчеплення шеверів та хонів з оброблюваним колесом для загального випадку. Одержані результати дають змогу визначити у зчепленні при хснініуванні зубців колес швид -кість ковзання, сумарну швидкість точок контакту, приведену кривизну, питоме ковзання і другі показники, від яких залежить процес обробки і стійкість інструменту. Визначені рекомендації по виключенню тих точок контакту зубців інструменту і оброблюваного колеса, де має бути підрізання у зчепленні і рекомендації по обмеженню робочих поверхонь шевера і хона з умов загострення зубців.

3. Одержані рекомендації по визначенню основних геометричних розмірів хонів і шеверів у вигляді гіперболоїдного колеса і глобоідного черв’яка. Ці рекомендації можно використовувати при геометричному розрахунку інструмента в процесі його проектування^

4. Розроблена математична модель і рекомендації по дослідженню геометрії контакту хонів і шеверів при прямозубих евольвен-тних коліс. Досліджена геометрія контакту зчеплення при обробці евольвентних коліс з використанням інструментів у вигляді глобо -ідних і архимедових черв’яків та гіпоідних коліс..

5. Досліджені миттєві контактні лінії і їх положення на поверхні зубців оброблюваного гіперболоідним інструментом колеса. Визначено, що при хонінгуванні обробка зубців виконується при всій довжині без повздовжній подачі.

6. Досліджені розміри елептичних площин контакту при обробці зубців інструментом у вигляді архимедова черв’яка, розроблений метод розрахунку цих розмірів. Одержано значення максимальної швидкості подачі інструмента.

7. Проведена експериментальна перевірка теоретичних і розрахункових даних по впливу кінематики і режимів різання на ефективність шевінгування. Було визначено, що зменшення відношення радіусів начального кола зубчастого колеса і інструмента в 1,44 рази, інтенсивність обробки збільшується на а,4&, що підтвержус теоре -тичні розрахунки.

' 8. Визначений метод гальмування інструмента і оптимальну

вагу його навантаження. Найбільш прийнятим в комбіноване навантаження інструменту. Оптимальними значеннями навантаження е 1,5 кгм і 7 кгс.

9. Визначена оптимальна швидкість обертання інструмента.

Так, при частоті обертання абразивного черв’ячного цгевера 250 об/хв виправлення похибок виготовлення зубчастих коліс в дуже ефективним при високій стійкості інструменту.

10. Визначено, що середне зняття металу має найбільше зна -чення при повздовжній подачі 2С0 мм/хв при двох подвійних рухів стола у кожному циклі обробки. Збільшення або зменшення приводить до зниження об’єму метала.

11. Абразивне шевінгування зубців загартованих зубчастих коліс - це високопродуктивний процес. Шевінгування типових зубчастих коліс триває не більше 1,5 хвилин.

12. При абразивному шевінгуванні у зоні різання високі температури, тому в поверхні металу немае ніяких змін мікроструктури і твердості.

13. Визначено, що процес абразивного шевінгування черв'ячним інструментом виправляє похибки загартованного зуба і підвищує точність зубчастих коліс, в середньому, на одну-дві ступені ГОСТ 1643-81 і зменшує шорсткість поверхні до 0,3-0,9 мяи.

14. Визначено, що за рахунок підвищення точності виконання основних параметрів зубців, зниження шорсткості робочих поверхонь зубців, залишення незмінним твердості і мікроструктури металу забезпечується зниження дінамічних навантажень у зчепленні і збідь-шується довговічність зубчастих передач у 1,8-2,0 рази при значній зносостойкості робочих поверхонь.

Основний змість диссертації надруковано у таких працях:

1. Осипенко В..Ф., Саад Карім Мазер. Чистовая обработка закаленных зубчатых колес червячным шевером. //Повышение эффективности и качества механообрабатывающего производства. Киев* 1993,с.28.

2. Шишов В.П., Саад Карим Шазер* Панкратов А.И. Исследование кинематики контакта рабочих поверхностей при обработке зубчатых колес глобондньми певерами и хонами. //Теория передач зацеплением. Курган, 1993, с,2а.

3. Шишов Б.П., Саад Карим Шазер. Геометрия и кинематика зацепления глобоидных шеверов и хонов при обработке зубчатых колес. //Проблемы эубчатьк передач. Харьков, 1993, с.92.

4. Шишов ЬЛ., Панкратов А.И., Саад Карим Шазер. Станочное зацепление отделочных операций обработки зубьев цилиндрических колес гиперболоидным инструментом. Деп. Киев, РГАСТЗ, 429.17.^3, 1993.

- 5. Шишов В.П., Шевченко С.Б., Панкратов А.И., Саад Карим

Шазер. Оценка влишия отделочных операций обработки зубьев по качественным показателям эксплуатационного зацепления. Дел. в ДЦТБ, Украина, РГАСНШ, 29Л?;49, 1994, с.15.

Саад Кариы Шазер ПІДШіріНЯ НАДІЙНОСТІ ТА ДОВГОВІЧНОСТІ ЗУБЧАСТИХ ПЕРЕДАЧ ЛОКОМОТИВІВ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ МЕТОДАМИ ‘ .

Автореферат

Підписано до друку 94р. йормат І/І6 60x84 Ум.друк. ар:< І Зам. 2.64 Тираж 100 прим.

Дільниця оперативної поліграфії Східноукраїнського державного університету к

348034 м.Луганськ, кв.Молодіжний , 20а. —-