автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение надежности зубчатых колес

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

Г Г о ОД

і н* правах ру«оп»су

ГУЛІДА Едуард Миколайович

УДК 621.833.002г 19

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ ЗУБЧАСТИХ КОЛІС

Спеціальність 05.02.08—Технологія машинобудування

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Львів—1998

Робота штопана п Державному університеті «Львівська політехніка» на кафедрі «Технологія машинобудування»

Офіційні опоненти:

1. Доктор технічних иаук, професор Сухоруков ІО. М., Державний політехнічний університет, м. Одеса, професор.

2. Доктор технічних наук, професор Радзевич С. II., Національний технічний університет України «КПГ», м. Київ, професор.

3. Доктор технічних наук, професор Мазуренко Ю. П., Українська академія друкарства, м. Львів, професор.

Провідна установа—Східноукраїнський державшій університет., кафедри «Технологія машинобудування» та «Деталі машин . >, м. Луганськ.

ДаННі тси,іалілупапиі вчспиі уаАК /А ио. ии. у ДерЖЭВНОМу університеті

«Львівська політехніка» за адресою: 290646, м. Львів—13, вулиця С. Бендери, 12. .

Відгуки на автореферат у двох примірниках, які завірені печаткою, просимо надсилати за адресою: 290646, м. Львів—13, вул. С. Бандери, 12, Дег жавшій університет «Львівська політехніка», вченому секретарю сгіедіалізо-ваішої ради Д 35. 052. 06. .

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного університету «Львівська політехніка» (вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий «_ 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

1998 р. о 14 год. на засі-

Є. В. ХАРЧЕНКО

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність тема Основа основ науково-технічного прогресу • це розвиток науки та інженерної діяльності. Результати цієї діяльності новині без затримки впроваджуватися машинобудуванням у високоефективні надійні машини, прилади та енерго- і матеріалозберігаючі технології.

Серед показників якості надійність займає одне з перших місць. Тому забезпечення надійності продукції, а тим більше керування нею, надає великі перспективи у випуску високоякісних виробів. З кожним роком збільшується випуск виробів високої категорії якості, в тому числі і високої надійності. Цьому сприяє використання в виробничій практиці основних положень теорії надійності і довговічності машин, в розвиток якої значний вклад внесли П.І.Бобрик, В.В.Бойцов, В.Вейбулл, А.В.Глічьов, Б.В.Гнеденко, В.М.Гребеник, А.М.Дальський, МА.0шавєгін, І.В.Крагеш>ський, Б.І.Костецький, Л.Н.Нікольський,

О.С-Проніков, Г.І.Фукс, М.Ьл.Хрущов, О.В.Якімов, Г.М.Яковлєв, П.І.Ящерицин і багато інших.

У нашій країні машинобудівна промисловість постійно випускає велику кількість типорозмірів різних машин і механізмів. Майже в кожній такій машині або механізмі є зубчасті передачі. Тому об’єм випуску зубчастих коліс дуже значний. Таким чином, забезпечення і підвищення надійності зубчастих коліс є одниц з проблемних питань сучасного машинобудування, рішення якого дасть змогу зберегти матеріальні ресурси, підвищити експортні та інші можливості і отримати значний економічний ефект.

Вирішуючи питання, які пов’язані з надійністю зубчастих коліс, необхідно використовувати дуже велику кількість данних і рекомендацій з теорії зачищення зубчастих передач, теорії різання матеріалів і точності процесів оброблення, технології виготовлення зубчастих передач, а також данні та рекомендації по підвищенню їх тримкої здатності і багато іншого. В цих галузях науки і техніки виконано значну кількість досліджень, результати яких опубліковано в працях Л.А.Архангеяьського, В.А.Гавриленка, М.Д.Генкіна, К.І.Заблонського,

Н.А.Калашнікова, Я.Г.Кіст’яна, В.Д.Клепікова, І.А.Коганова, НА.Коваяьова, АІ.Корабльова, В.І.Корзінкіна, В.Н.Кудрявцева, М.З.Мільоггейна,

М.М.Маркова, АЛ.ГЇегрусевича, В.П.Пономарьова, Д.Н.Решетова, В.М.Рещікова, П.Р.Родіна, В.Ф.Романова, С.П. Радзевича, І.І.Семенченка, Г.Н.Сахарова, Г.А.Снесарєва, Ю.М.Сухорукова, Б.А.Тайца, М.Е.Тернюка, Ю.В.Цвіса, А.Н.Шевченко та інших. Результати та рекомендації цих авторів дали змогу вирішити багато питань, які пов’язані з підвищенням тримкої здатності і

довговічності зубчастих передач, а також з впровадженням у виробництво прогресивної технології зубооброблення і обладнання, різального інструменту та контрольно-вимірювальних приладів.

Аналіз результатів робіт в цих напрямках свідчить, що розрахунок та вибір конструкційних і геометричних параметрів зубчастих передач дає змогу забезпечити з конструкторської точки зору їх найвищу надійність. Аналогічний висновок можна зробити і щодо умов експлуатації зубчастих передач.

Однак такий висновок не можна зробити стосовно питань, які пов'язані з технологічним забезпеченням надійності зубчастих коліс. Як свідчать результати досліджень, зубчасті колеса однакової конструкції мають рину надійність. Головна причина такого явища полягає у відмінності технологічних процесів їх виготовлення.

Розглядаючи технологічний процес оброблення зубчастих коліс як систему в цілому, можна відзначити, що вона складається з великої кількості різних варіантів. Тому, як вказують А.М.Дальський, МА.Єщзавсгін, Б.І.Костецький, А.А.Маталін, О.С.Проніков, П.І.Ящерицин, описати кількісну сторону технологічного процесу і встановити необхідні взаємозв'зки дуже важко. Це, мабуть, і визначило відсутність комплексних системних робіт з теорії і практики технологічного забезпезпечення надійності зубчастих коліс.

Тому дослідження, які пов'язані з вирішенням питань технологічного забезпечення надійності зубчастих коліс, є доцільними, актуальними і перспективними.

Мета роботи - розроблення науково-методологічних основ технологічного забезпечення надійності циліндричних зубчастих коліс, які давали б змогу для заданої конструкції, встановлених похазників якості і умов експлуатації зубчастих коліс спроектувати оптимальний технологічний процес їх оброблення і складання в передачу з використанням прогресивного устаткування, інструментів і спорядження, що дозволило б забезпечити необхідну надійність зубчастих коліс при мінімальній собівартості та максимально можливій прдуктивносгі оброблення.

Основні задачі робот

1. Вибір і обгрунтування показників надійності зубчастих коліс, а також встановлення їх зв’язку з границею витривалості, зносом і критичним питомим навантаженням заїдання зубчастого колеса.

2. Розроблення математичних моделей зубооброблювальних операцій і дослідження з їх використанням впливу технології на формування значень показників надійності зубчастих коліс.

3. Розроблення математичного забезпечення і методу структурної оп-тимізації технології оброблення зубчастих коліс, який забезпечує їх надійність з

використанням явища технологічного успадкування і дає змогу внкорисговувага для його реалізації САПР,

4. Розроблення нових конструкцій контрольного спорядження і різальних інструментів для зубовшгінчування та проведення модернізації обладнання, які забезпечують необхідну надійність і високу продуктивність у прцесі оброблювання зубчастих коліс.

5. Розгляд економічної ефективності технологічних засад забезпечення надійності зубчастих коліс.

Наукова швшга:

1. Вперше встановлено функцібний математичний зв'язок між якістю поверхневого шару бокових поверхонь зубців колеса і границями витривалості на згин і по контакту, зношуванням і критичним питомим навантаженням заїдання зубчастого колеса.

2. Вперше розроблено математичні моделі зубооброблювальних операцій і досліджено з їх використанням вплив технології на формування значень показників надійності зубчастих коліс.

3. Вперше на підставі теоретичних і експериментальних досліджень розроблена оптимізаційна математична модель технологічного процесу оброблення зубчастих коліс.

4. Вперше розроблено метод структурної оптимізації технології оброблювання зубчастих коліс з використанням явища технологічного успадкування, який забезпечує їх надійність і дає змогу використовувати для його реалізації САПР.

5. На підставі результатів роботи розроблено нові конструкції різальних інструментів, які захищені авторськими свідоцтвами.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що вони дають можливість ще на етапі технологічної підготовки виробництва синтезувати для розробленої конструкції зубчастого колеса такі технологічні процеси, які гарантовано забезпечують його надійність і якісні показники при мінімальній собівартості і максимально можливій прдухтивності оброблення. Наведені у дисертаційній роботі математичні моделі, методики та програмно реалізовані алгоритми, нові способи та інструменти для оброблення зубчастих ходіс, нові конструкції контрольних пристроїв та модернізоване устаткування можуть бути впроваджені на підприємствах і установах автотракторної, машинобудівної та верстатоінстру-ментальної промисловості, редукторобудуванні та інших галузях, а також в науково-дослідних та проектних організаціях під час розробки і використання технологічних процесів виготовлення зубчастих коліс. Такі роботи виконано і впроваджено на автомобільному заводі (нЛуцьк, тема N1900, N д.р.72029641), авто-крановому заводі (м.Дрогобич, тема N2942, N д.р.77023588), ВАТ “Автобусний завод" («Львів, тема N2561, N д.р. 75012954), завод "Автонавантажувач” (мЛьвів,

теиа N3817, N д.р.01820085784), РТП (м.Самбір, тема N6097, N д.р.0196Ш02469) і на багатьох інших підприємствах з загальним річним економічним ефектом понад 1,2 нлн. крб.(у цінах 1991 року). Всі ці роботи виконувалися згідно з планом науково-дослідних робіт Державного університету "Львівська політехніка".

Особистий внесок здобувата. В роботі [3] автору належить загальна методика технологічного проектування ГВС і розроблена інтегрована система її технологічної підготовки. У роботі [14] запропонована система автоматичного керування кінематичною точністю зубооброблювальних верстатів; у роботі [15] розроблено алгоритм проектування технології; у роботах [16, 17] - запропоновано методи підвищення надійності зубчастих коліс технологічними методами і встановлено математичнії зв'язок між розглянутими параметрами; в роботах [18, 20} запропоновано і розроблено конструкції зубовикінчувальних інструментів для оброблення зубчастих коліс; в роботі [19] - запропоновано метотику виміру глибини впадини між зубцями зубчастих коліс.

Апробація результатів дисертації полягала в доповідях матеріалів дисертаційної роботи на 1 міжнародній, 3 всесоюзних, раді респупліканських і галузевих конференціях і семінарах, у тому числі на: Всесоюзній міжотраслевій конференції "Усовершенствование зубообрабатывающего инструмента" (м .Одеса, 1969 р.), 4-й Всесоюзній міжвузівській науково-технічній конференції "Научные основы автоматизации производственных процесов в машиностроении и приборостроении” (м.Москва, 1975 р.), Республіканському семінарі "Алмазный и твердосплавный зубообрабатывающий и резьбонарезной инструмент” (м.Київ, 1976 р.), Республіканській науково-технічній конференції "Проблемы конструирования, технологии и организации производства сельскохозяйственных машин" (м.Кіровоград, 1977 р.), Республіканському семінарі "Протресивные виды зубообрабатывающего и резьбонарезного инструмента из твердых сплавов и синтетических алмазов" (и.Київ, 1977 р.), Республіканському науково-технічному семінарі "Повышение надежности и ресурса зубчатых передач в тракторном и сельскохозяйственном мшиностроенни" (м.Харків, 1979 р.), Республіканській науково-технічній конференції "Исследование и перспективы развития зажимных, загрузочных и фиксирующих механизмов станков-автоматов и станков с програмным управлением" (м.Чернігів, 1980 р.), Республіканській науково-технічній конференції "Размерный анализ и статистические методы регулирования точности технологических процессов" (м.Запоріжжя, 1981 р.), Республіканській науково-технічній конференції "Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении" (м.Київ, 1981 р.), Республіканській науково-технічній конференції

"Автоматизация проектирования машиностроительных предприятий” (м.Київ, 1981 р.), Всесоюзному науково-технічному семінарі "Современная технология производства приборов, средств автоматизации и систем управления” (м.Львів, 1984 р.), Республіканській науково-технічній конференції "Разработка и внедрение гибких автоматизированных систем в производство" (м. Севастополь, 1985 р.),

Республіканській науково-технічній конференції ’’Методы ускорения технологического обеспечения цикла "разработка-производство” при создания и освоении новых изделий” (м.Севастополь, 1987 р.), Республіканській науково-технічній конференції "Информационное и математическое обеспечение САПР” (м.Дніпропетровськ, 1987 р.), Республіканській науково-технічній конференції ‘Электронизация технической подготовки машино- и приборостроительного производства" (м.Київ, 1987 р.), Науково-технічному семінарі "Интенсификация и оптимизация обработки резанием конструкционных материалов" (мЛьвів, 1988 р.), Науково-технічній конференції “Комплексная механизация и автоматизация производства на основе внедрения станков с ЧГТУ, промышленных роботов, ГПС и роторно-конвейерных линий” (нЛуцьк, 1988 р.), Республіканській науково-технічній конференції "Автоматизация и диагностика технологических процессов” (мЛуцьк, 1990 р.), 2-му Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків у Львові (мЛьвів, 1995 p.).

Крім того, черв'ячна збірна з твердосплавними зубцями фреза відзначена Головним комітетом виставки досягнень народного господарства УРСР (1987 р.) і була направлена на ВДНГ СРСР (1988 p.).

Публікації за матеріалами дисертації висвітлюють усі основні положення роботи. Всього опубліковано за матеріалами дисертації 61 робота. У тому числі 4 монографії, з яких 3 одноосібних, 1 одноосібний навчальний посібник і 19 одноосібних статей. Крім того, за матеріалами дисертації отримано 3 авторських свідоцтва.

Автор захищає:

1) вибір та обгрунтування непрямих показників надійності зубчастих коліс та їх фунхційнин математичний зв'язок з границею витривалості, зношуванням і критичним питомим навантаженням заїдання зубчастого колеса;

2) функційний математичний зв’язок непрямих показників надійності зубчастих коліс з основними;

3) математичні моделі зубооброблювальних операцій для визначення значень основних параметрів якості зубчастого колеса, які впливають на його надійність;

4) методику і результати теоретичних та експериментальних досліджень забезпечення технологічними методами якості поверхневого шару бокових поверхонь зубців і ступені точності зубчастого колеса в процесі його оброблення та складання в передачу;

5} оптимізаційну математичну модель проектування технологічного процесу оброблення зубчастих коліс, який забезпечує необхідну надійність при мінімальній собівартості і максимально можливій продуктивності оброблення;

б) технологічні способи підвищення надійності зубчастих коліс і галузі їх приложения з використанням нових конструкцій інструментів, контрольних при-

строїв та модернізованого обладнання для зубовикінчувальних операцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з умовних позначень, вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку літератури з 264 назв і містить 65 рисунка та 13 таблиць на 336 crop., а також з 9 додатків на 185 crop. Загальний обсяг роботи - 521 crop.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Робота починається з умовних позначень, які є в тексті і в залежностях дисертації.

У вступі подано загальну характеристику роботи, обгрунтовано актуальність теми, мета і задачі роботи та її наукова новизна, практична цінність, сформульовано основні положення, які розглядаються у розділах дисертаційної роботи та найбільш вагомі результати, які виносяться на захист.

У першому розділі - "Сучасні методи забезпечення надійності зубчастих коліс. Мета та задачі досліджень" - проведено аналіз сучасного стану проблеми забезпечення надійності зубчастих коліс.

Результати аналізу стану питання про вплив конструкційних факторів на надійність зубчастих коліс показує, що сучасна методологія розроблення конструкції зубчастих коліс і схеми їх компонування в передачі, а також вибір мастил для передачі дають змогу забезпечити 'їх високу конструкційну надійність. Було також встановлено, що питання про вплив умов експлуатації на надійність зубчастих коліс вивчено достатньо глибоко і дає можливість ще на стадії розроблення конструкції зубчастого колеса забезпечити його високу експлуатаційну надійність. Отже, питання забезпечення надійності зубчастих коліс на стадії проектування в цей час практично вирішені і продовжують удосконалюватися.

Однак такий висновок, як свідчать результати аналізу сучасного стану, не належить до питань, які пов'язані з технологічним забезпеченням надійності зубчастих коліс, оскільки дуже важко описати кількісну сторону і встановити необхідні взаємозв'язки.

Очевидно, це і визначило відсутність комплексних робіт у цьому напрямку. Виходячи з цього була зфорнульована мета та задачі досліджень, які виконані у наступних розділах.

У другому розділі - "Технологічні засади забезпечення надійності зубчастих коліс” - розглянуто вибір та обгрунтування показників надійності зубчастих коліс. На границі витривалості на згин і по контакту , на інтенсивність зношування

Іь та критичне питоме навантаження заїдання Рк впливає якість поверхневого ша-

Таким чином, для рішення проблеми забезпечення встановленої надійності зубчастих коліс необхідно, щоб фактичне значення границі витривалості (контактної і на згин), інтенсивності зношування і критичного питомого навантаження заїдання після завершення технологічного процесу оброблення зубчастих коліс і їх складання в передачу дорівнювали б тим значенням, які визначив і встановив конструктор у процесі проектування передачі, тобто, щоб було збезпечено, наприклад, середній нарабіток до відмови Тс (основний показник надійності), значення якого за даними В.П.Гриневича, Є.Арамейської, А.К.Алферова та А.В.Златопольського залежно від границі витривалості дорівнює

Тс = М0 / V 60(се/<*,)*, (1)

де N0 - базова кількість циклів напружень; пн - частота циклів напружень в хвилину; ае- еквівалентне напруження, дія яхого еквівалентна дії напружень о;, с2,... а, при певному повторенні пі, Пг, ..., По! аг - границя витривалості, яка залежить від асиметричності циклу навантаження, концентрації, якості поверхневого шару і структури, а також від інших факторів; к - показник степені, який визначається кривою втомлюваності.

За даними І.В.Крагельського Т5 залежно від інтенсивності зношування визначається так:

Т0 = [Ь,]/ІьЦп^, (2)

де [Ьі] - допустиме значеная зношування зубця; І_« - шлях тертя ковзання; г, -кількість пар зачеплення з колесом, яке підлягає розгляду.

Аналогічні залежності є і для визначення Тс залежно від значення Р*.

На практиці фактичне значення сгга, о^., Іь і Р^ порівнюють не з розрахунковими значеннями сг^', с^', Іь і Рк, а зі значеннями, яхі отримано при стандартних умовах випробування (стга*, Іь* і р/).

Тоді маємо

^ои = °гв / = стгіс Лі'< К-Іь = ^ ^Рк = ^ *к> @)

де К^, Кл, КІ(1, Кр,. - коефіцієнти кількісної зміни фактичних значень границь витривалості, інтенсивності зношування і критичного питомого навантаження заїдання відносно певних значень тих самих параметрів, які було отримано для зубчастих коліс при стандартних умовах їх випробовування.

Зміна значень цих коефіцієнтів залежить головним чином від того, на скільки якість поверхневого шару матеріалу зубців відрізняється від якості поверхневого шару зубців колеса, яке випробувалося у стандартних умовах. Тому технологічний процес оброблення зубчастих коліс і складання їх у передачу повинен включати такі операції і способи оброблення, які б сприяли забезпеченню встановлених конструктором параметрів. Тобто, щоб значення коефіцієнтів Код, К[ь, змінювалися в таких інтервалах:

0<Кчя, <4сн> ^<К{ІС <(Л>К!ь с0>К-Рк

де &,т, 4*. і - значення коефіцієнтів Кда, К^, К,ь, , які розраховано за

залежностями (3) з використанням встановлених значень Іь, Рк.

Значення коефіцієнтів К^,, КЛ, К,ь, формуються технологічним процесом за рахунок зміни фактичних значень Іь, Рк при переході зубчастого

колеса від однієї операції до іншої, тобто за рахунок приведення властивостей якості поверхневого шару до фактичних значень стга, о^, Іь, Ріс. Тому ці коефіцієнти прийнято називати приведеними коефіщєнтами технологічного успадкування. Виходячи з цього, можна записати

К^иК); КЛ = ГА(Ю;

4 Ч =ГІЬ(К); КІк=^(К), ^

де К - множина показників якості поверхневого шару.

Крім того, в процесі виконання технологічного процесу відбувається кількісна зміна показників якості поверхневого шару матеріалу зубчастого колеса. Для визначення цієї зміни і встановлення їх дійсного значення після закінчення виконання технологічних операцій використовують так звані коефіцієнти технологічного успадкування.

Аналізуючи основні показники кількосної оцінки надійності зубчастих коліс, можна констатувати, що вони дають змогу повною мірою оцінити їх надійність. Але ці значення показників надійності визначають лише після виготовлення зубчастих коліс, встановлення їх в передачу та отримання необхідної інформації за данини спостережень за ними в процесі експлуатації або при проведенні стендових випробувань.

Виходячи з цього за показники надійності зубчастого колеса були прийняті показники якості поверхневого шару робочих поверхонь зубців колеса, які можна назвати, за даними В.Я.Тішкова і А.С.Соболєва, непрямими показниками надій-носгі.Такими показниками для кількосної оцінки надійності вважаємо:

І. Ступінь точності г зубчастого колеса згідно ГОСТ 1643-81 за показника-

миЦ,.: кінематичної точності, плавності роботи, контакту зубців у передачі і боковому зазорі. Значення цих показників представимо у вигляді множини

п, є {f^ , FpkTi FlT, Vwr, fpg., ttr, ffr, Fpinr, Fkr- Fpr. Енг. Ц*]-

Тоді і = {Ц.}

2. Шорсткість поверхневого шару зубців колеса R*.

3. Хвилястість поверхні, яка характеризується середньою висотою "W хвилі.

4. Структура поверхневого шару, яка характеризується мікротвердістю Нц.

5. Залишкові напруження <т0.

6. Структура основного матеріалу, характеристикою якої для кількостної оціики може бути твердість Н є{НВ, HRC}.

Для вїфішення поставленої задачі необхідно знайти значення приведених коефіцієнтів технологічного успадкування Кот, К^, KIh, залежно від непрямих показників надійності.

Для стандартних умов проведення випробувань і для аналізу відомих результатів досліджень було прийнято: т = б (по всіх трьох нормах); R»= 1,6 ... 2,0 мкм; "W = 8 ... 12 мкм; = 7000 ... 8500 МПа; сг0 = ±20 МПа; після термічного оброблення HRC 58 ... 60, а покращених - НВ 2000... 2200 МПа.

При виконанні досліджень були враховані рекомендації В.М.Гребеніка, в яких вказується, що "... при змінних навантаженнях і випробуваннях на втомлюваність виникає обов'язково розсіювання довговічності.". Тому дня встановлення закономірностей бажано використовувати результати "... можливо великої кількості незалежних випробувань. Але в цьому випадку необхідно оцінювати рівність середніх значень даних, які взяли з результатів різних незалежних випробувань. Для цієї мети перед визначенням геніальної сукупності використовували гипотезу рівності двох вибіркових середніх за критерієм te - Сиодента.

В основу для встановлення фуикційних зв'язків похладено результати досліджень, які були отримані на випробувальному стенді, який працював за замкнутим енергетичним циклом. Досліджувалися зубчасті колеса mn= 5 мм, z =

32, d = 160 мм, х = 0, b = 10 мм, p = 0° з вихідним контуром за ГОСТ 1377-68, які виготовляли з сталей таких марок: 40Х; 30Х; 45; 35СГ, Для виміру ступені точності використовувалися прилади (Carl Zeiss) для комплесного контролю показників кінематичної точності, плавності роботи і контакту зубців у передачі. Параметри R& і V/ визначали на бокових поверхях зубців за допомогою профілометра-профілоірафа та профілограм. Мікротвердість визначали на бокових поверхнях зубців (на чотирьох протилежно розміщених) за допомогою приладе ПМТ-3.

Для визначення залишкових напружень з кожної виборки коліс брали одне

колесо, з якого вирізали два взірця з зубців. Залишкові напруження визначали за методом Н.Н.Давиденхова. Твердість ННС і НВ вимірювалися за допомого приладів: Роквелп та Бринель. Значення аге і визначали графічним методом при форсованому навантаженні або і при доведені зубчастого колеса до руйнування за прийнятная критеріями.

Значення Іь визначали при доведенні зносу зубців 0,05 мм по довжині загальної нормалі. Знайдене значення Іь зменшували множенням на величину <тг /стф (разів) для отримання дійсних значень порівняно зі значеннями, які були отримані при форсованому режимі.

Величину Рк визначали за значенням моменту навантаження стенда, при якому починалося пошкодження бороздками робочої поверхні зубців, які розміщувалися по висоті зубця.

Випробування зубчастих коліс на стенді проводили за методикою прискорених випробувань зубчастих передач на надійність.

Згідно з залежностями (4), приведені коефіцієнти технологічного успадкування будуть дорівнювати

К<* =КЧіКІіЯКіЧіК-НивК-омКНи; КЧс = К-ЧсКЯкК-^ісК-Н(*КвокКНк!

де К , Кк ......К , Кн - часіхові приведені коефіцієнти технологічного ус-

а

падкування, які враховують вплив ступеня точності, шорсткості, хвилястості, структури, залишкових напружень і структури основного матеріалу на границю витривалості, інтенсивність зношування та критичне питоме навантаження заїдання.

Результати досліджень свідчать, що з підвищенням ступеня точності і (точність зубчастого колеса при цьому зменшується) за ГОСТІ643-81 границя витривалості зменшується. Це пояснюється головним чином появою додаткових динамічних навантажень в зачепленні, значення яких і закон їх зміни залежать від характеру і величини похибки, частоти їх зміни та іншого. Між частковими приведеними коефіцієнтами технологічного успадкування і ступеню точності зубчастого колеса встановлено кореляційний зв'язок (рис.І і 2). Кореляційне відношення п близько до 1. Довірчі границі (ДГ) верхні (В) і нижні (Н) визначено при надійності а = 0,9. Математична обробка експериментальних даних дала змогу отримати залежності для визначення і К,к; = 0,7гй2 і К,к = 0,бїаз.

Паралельно було встановлено вплив ступеня точності т на Іь і Р*. Математична обробка результатів експериментів дала змогу отримати такі залежності:

п

= 1/0,115т ; К, = 0,87т

Д08

Результати проведених досліжень та їх математична обробка дала можливість встановити функційний математичний зв’язок між показниками якості поверхневого шару зубців коліс і значеннями часткових приведених коефіцієнтів технологічного успадкування:

Кк ^О,?^0’14;

315.

=1/0,9211,

KWJ = 0,95+0,005W: К„. = 1 /0,87 \\г°'06;

К„

: 1.2-0,ОІН,

533.

кКк = 0,87 іО2;

=0,935К/‘; К^ =0,92+0,008\У; К„ = 0.89\У°05;

Кн =1,45-0,005Н

Пні- ’ ’ 1

0,2.

Кн... =0,26Н114,5:

пмь

Кн

Ка =1+4,0-10 о0; К. = 1-5,0-10г4с ;

К0о][=1+2,5-ІО-4о0;

(\-Ь*

К_ = 1+2,1-10 аа;

°Р)Ь

пдя зубчастих коліс з НВ ^3500 МПа

Кн< = І.І-О.ОІНВ03; КН(. = 1.2-0.0бНВаі5;

Кн =0.22НВа2-,

Кн^ =1/0.15НВа25;

щія зубчастих коліс з ЖС 35 ... 64 і вище

Кн, = 1.4-0.1НІІС035; КНь = 1.45-0.2НІІС02; Кн, =0.б65НКСа|; КНг_ = 1/0.535ІЖС015

Ьі Пс

Рнс. 1. Залежність значення коефіцієнта К, від ступеня точності х зубчастого колеса.

Рис. 2. Залежність значення коефіцієнта К,к бід ступеня точності х зубчастого колеса.

Як свідчать результати досліджень, параметр Яа більше впливає на контактну витривалість. Хвилястість на бокових поверхнях зубців зумовлює концентрацію навантаження на виступах хвиль, збільшення приведенних напружень у поверхневих шарах матеріалу, а також утворення на цих місцях передчасних контактних руйнувань. Хвилястість більше впливає на іраницю контактної витривалості.

На Іь якість поверхневого шару впливає неоднаково: найбільше структура матеріалу і мікротвердість бокових поверхонь зубців. На значення Р* найбільше впливає структура поверхневих шарів і основного матеріалу, а менше - шорсткість обробленої поверхні і ступінь точністі зубчастого колеса. Залишкові деформації дня випадку пружньо-пласгичного і пластичного контактів не впливають на значення Рк.

Аналіз результатів статистичної перевірки отриманих залежностей дав змогу встановити, що максимальна похибка при розрахунках часткових приведених коефіцієнтів технологічного успадкування в більшості випадків не перевершує

11,4%. Тільки для деяких залежностей вона коливається в межах 15,2 ... 22,3%. Однак для досліджень подібного характеру такі похибки можна вважати допустимими. Тону отримані залежності є адекватними.

У третьому розділі - "Дослідження впливу технології виготовлення на формування непрямих показників надійності зубчастих коліс" - подані вихідні положення, методика і результати досліджень. При цьому технологічний процес було представлено у вигляді каскадного ірафу, на якому кожна вершина являє собою певну властивість (певний непрямий показник надійності), яка характеризує надійність зубчастого колеса, а кожне ребро характеризується коефіцієнтом технологічного успадкування.

із

Всі операції, котрі виконувалися до утворення зубців, умовно віднесемо до готівельних. які, в свою чергу, будуть виявляти технологічне успадкування на ■ршій і наступних операціях зубооброблення і оброблені базових поверхонь.

Експериментальні дослідження здійснювалися в лабораторних і цехових «овах машинобудівних заводів. Результати цих досліджень оброблялися з вико-ісганням основних пложень математичної статистики і побудовою в необхідних іпадках кумулятивних кривих. '

Залежно від методів оброблення бокових поверхонь зубців і використаного сгрументу всі зубооброблювальні операції були поділені на шість груп. Для зжної трупи були встановлені джерела похибок.

Розроблення математичної моделі для зубооброблювальних операцій айбільш доцільно виконувати в два етапи. На першому етапі визначали сумарні адлишкові переміщення технологічної системи, а на другому - показники точ-осгі зубчастого колеса. При чому на другому етапі використовували два остових способи: 1) основні положення аналітичної геометрії при опису умов профілю-ания бокової поверхні зуба; 2) основні положення теорії множин, графів і матиць. ■

Після визначення надлишкових переміщень і поворотів зубчастого колеса і іструиенту визначаємо сумарні надлишкові переміщення і повороти техно-[огічної системи в процесі виконання зубооброблювальної операції

Аг2

Ду2 Ку2

Ах2 к,2

Афг2 V

Дфу2

д%2 V

100100000 010 0 10 0 0 0 0 0 10 0 10 0 0 000000100 000000010 000000001

дЛ*2

М2 *Ц2 АУ..2 Ку * А^К,,2

А^/

дЛД

(5)

це Кг, Ку,..., - коефіцієнти відносного розсіювання, значення яких визнача-

ють за залежністю

де ami - передавальні коефіцієнти.

Для зубооброблювальних операцій третьої групи, які виконуються черв'ячним інструментом, в січенні, яке нормальне до напрямлення гвинтової лінії черв'яка, контур зубців рейки окреслюємо по впадинах вихідного контуру. Математичний опис умов профілювання почнемо з введення таких допущень і позначень (рис. 3): 2пь висота зубця рейки; профіль зубця рейки в межах глибини заходу прямолінійний; XYZ - система координат, яка пов'язана з заготовкою; X1Y1Z1 -система координат, що пов'язана з координатами твірної прямої МіМг інструмента, яка знаходиться в нормальному січенні витка; 1, - шлях, який пройдено інструментом паралельно осі обертання заготовки з подачею s в міліметрах на один оберт заготовки (0^1, ^Ь); ф> - кут повороту інструмента навколо своєї осі Хд; <pz+д<£, - кут повороту заготовки навколо своєї осі Z; са,, юг- кутові швидкості обертання інструмента і заготовки;! - кут підйому витка черв'яка; А * відстань між осями інструменту і оброблювальної заготовки, А = R, + (d/2); R, - радіус ділильного циліндра інструмента; е - відстань між точкою Мі і віссю зубця рейки, е= ^(0.2571+tga„); а - крок між першим і za січенням одного витка інструмента.

Рис. 3. Схема для математичного опису умов профілювання бокової поверхні зубця колеса третьої групи операцій.

Рівняння прямої Мі M2 твірної поверхні інструмента в параметричній формі системі координат XsYiZi має вигляд

х, = kji; у, = щ z, = 0,

се (і - поточна координата точки М твірної прямої М1М2, 0^ц.^2т„; k - кутовий .оефіцієнт, k = tgav.

Для того щоб при математичному опису врахувати всі супутні фактори, не-юхідно перейти від системи координат X1Y1Z1 до системи координат XYZ і таким інном знайти рівняння сліду твірної поверхні інструмента на торцовій площині аготовки. Після перетворень і відповідних підстановок, отримуємо

х = {[а - (с- кц) cos X]cos(p+Acpy)+[(с-кр.) sinX cos (ft -

- (д+R, - т„ ) siiKft ] sin(p+Деру) + Ax}cos(qx, + Аф3) -

-[(e~kn.)sin?.sm^ + (p.+ R, -mr)cos<;>, + Ay-А ]зіп(ф2+Аф2);

у =f(e- kji)smXsiii(ft +(fj.+ Rt - т„)соз(д + Ay-Ajcos( tpj. + A^^

(^)

+{[a - (e - Sep.) cosXjcos(p+Дф^) + [(e- kfi) sinX cos (ft -

- (ji+R, - mn ) sm<ft ] sin(p+Лфу) + Ax}cos^z + AcpJ;

z= [(e-ifi)sinXsin<ft-(fj.+R, -mIl)sin(pi]cos(p+A(py)-

- [a - (e -141) cos x]sin(p+Дфу) - - Az.

Значення срг, lj і a - змінні величини. Для знаходження еліда, який залишає зірка поверхня інструменту в торцовій площині заготовки, необхідно виразити начення змінних (р2,1, і а через і визначити параметр р в залежності від <&. Зна-іення змінних Ij і а представимо через q>,:

cPi = (ftko',z; li = (ft(slcD',z,3fi0P): a = <ftnR,tgX/360P. •

Значення змінного параметру ш визначаємо з рівняння (7) при умові, що ко->рдината z = 0.

Але сліди твірної поверхні інструмента не дають уявлення про профіль >станнього. Профіль зуба оброблювального колеса можна знайти як огинаючу до я'мейства слідів інструмента. Для цього, якщо виразити значення змінних <$>., І, і а і рівняннях (7) - через (ft, отримуємо рівняння огинаючої кривої в торцовій пло-цині в параметричній формі

2 = х[са, р(<рі)]; у = у[<й. н(ф( )]; г= г[ч>,. р(ф,)]. Значення функції визначається з умови

дк дх

Ф дії

дх дх

Для знаходження координат точок профіля зубця оброблювального колеса в торцовій площині необхідно задавати значення кута ер, в межах від 0° до 360° і для кожної точки необхідно визначити різницю між координатами профіля зубця точного колеса і того, що досліджується, а також дійсну відстань між профілем оброблювального і точного колеса за направленням радіуса кривизни евольвенти точного профіля зубця для кожного торцового січення, використовуючи залежності

З, = Дх, /кідф, або 5, = Дуі/біпфх,

де ер, - кут розгорнугості евольвенти.

За цими параметрами визначаємо конкретні значення похибок оброблення: їь-, Е^, Ррг, АИпг, Ц,, Гр,., Рц..

Крім того, похибки оброблення визначали з використанням основних положень теорії графів, множин і матриць. Для цього представимо значення сумарних надлишкових переміщень і поворотів множиною Ає{дг, Ду, Дх, д<р2, Д<ру, Дер,}, а значення похибок оброблення, які характеризують точність зубчастого колеса за ГОСТ 1643-81, множиною Б є^, Рркт, У„г, £рЬг, ГГг, Рь, ЕНг, Ц.г|.

Між елементами цих множин існують бінарні відношення С, які встановлюють відповідність елементів множини А елементам множини Э. На рис. 4 зображено орієнтований граф відношення від А до О.

Використовуючи відношення С, можна визначити значення показників точності зубчастого колеса в матричній формі. При цьому експериментальні дослідження свідчать, що сумарні надлишкові переміщення і повороти підпорядковуються нормальному закону розподілу. Тоді ці показники визначаються за залежністю (9).

Крім визначених за залежністю (9) значень похибок оброблення, можна також визначити радіальне бита зубчастого колеса Р^ і похибку напрямлення зубця РРг. Для визначення ^ вибираємо дня одного торцового січення максимальне і мінімальне значення ЕНг. Тоді Р„ = ЕНг““ - . Ррг визначаємо за значеними 4

при і, = 0 і 1, = Ь в кожному з чотирьох осьових січень за залежністю

Р„г = (і;г(р) - і]}) /сояа,^. Приймаємо найбільше значення.

У»')'

'V,

*-рЬг

Гіг2

иП и!2 2 2 1*21 и22

и912 и91 *" Щб 2 2 2 “101 и102 и106

Аг2

Ду2

Дх2

X Д^1

Дф/

# о

(9)

де Дг, Ду, Дх - сумарні надлишкові переміщення технологічної системи, мм; А<рг, Дер,, Дер, - сумарні надлишкові повороти зубчастого колеса, рад; ии, иц,иіое - передавальні коефіцієнти.

2

2

и

Рис. 4. Граф відношення від А до О.

Аналіз результатів перевірки на адекватність показав, що максимальна похибка розрахункових значень показників точності зубчастих коліс першого способу і коливається в межах від 4,6 до 12,9%. Для другого ця похибка знаходиться в межах 5,7 ... 16,4%. Таку похибку для досліджень за допомогою математичних

моделей операцій механічного оброблення можна вважати допустимою.

Беручи до уваги прийняті вихідні положення, представимо типовий технологічний процес виготовлення загартованих циліндричних зубчастих коліс у вигляді каскадного графу (рис. 5) технологічного успадкування.

^о.< \пл

о--------<-о-------»-о----——*-о------мз

‘-о ГІ1 <гСг сС} ■■■ ї'і*

Рис. 5. Каскадний граф технологічного успадкування ступеня точності зубчастого колеса.

Початком каскадного графу (рис.5) с ступінь точності т0 зубчастого колеса, яка забезпечується комплексом заготівельних операцій. Першою після комплекса заготівельних операцій є зубофрезерна операція, яка забезпечує отримання ступеня точності т, зубчастого колеса. Далі виконують операції зубозаокруглення і ЗНЯТТЯ фасок, МИТТЯ І термічну, ЯКІ ВІДПОВІДНО формують ступені ТОЧНОСТІ т2, Ті, Т4. Наступним кроком оброблення зубчастих коліс є підготовка базових поверхонь для виконання першої зубовикінчувальної операції, що забезпечується операціями: внутрішліфовальною (шліфування базового отвору і торця), плоско або тор-цешліфувальною (шліфування другого торця) і круглошліфувальною (шліфування зовнішнього діаметру), які формують відповідно ступені точності зубчастих коліс

*5. *6. *7-

Наступною є операція зубошліфування, яка забезпечує ступінь точності т8. Після її виконання зубчасте колесо проходить термічну операцію (штучне старіння) і далі операції підготовки базових поверхонь: внутрішліфувальну (шліфування базового отвору і торця) і плоскошліфувальну або торцешліфуваяьну (шліфування другого торця). Ці три операції відповідно формують ступені точності т9, т10, тп.

Наступним етапом оброблення зубчастого колеса є операція зубошліфування, яка забезпечує його ступінь точності тіг, після якої виконують операцію миття ' (ступінь точності т,3) і відправляють зубчасте колесо на складальну оптацію, де його встановлюють у передачу, котра і визначає його кінцеву ступінь точності т14.

У деяких галузях промисловості при обробленні зубчастих коліс високої твердості мають місце відхилення від розглянутого типового технологічного маршруту, які полягають у наступному: '

1) після зубофрезерної операції виконують операцію зубошевінгування або зубообкочування з наступною термічною операцією, після якої обробляють базові поверхні отворів і торців;

2) після термічної або хіміко-термічної обробки і оброблення базових по-

верхонь виконують операцію зубохонінтування замість операції зубошліфування та інші,

Для визначення ступеня точності % зубчастого колеса після виконання комплексу заготівельних операцій за показники точності були прийняті: радіальне биття і неперпендикулярнісгь базового торця відносно осі колеса.

Дослідження виконувалися на зубчастих колесах двоступеневої гідромеханічної передачі (ГМП-2) автобуса Львівського автобусного завода. Статистичний аналіз результатів цих досліджень показав, що зубчасті колеса загального застосування після виконання комплексу заготівельних операцій мають згідно з ГОСТ1643-81 найбільш імовірну ступінь точності т0 = 8.8.

Першою операцією після завершення комплексу заготівельних операцій є зубофрезерна. Для встановлення ступеня точності на цій операції були виконані експериментальні дослідження в цехових умовах, а також теоретичні дослідження

з використанням математичної моделі зубофрезерної операції.

Математична обробка отриманих значень сіупеней точності на підставі експериментальних і теоретичних досліджень дала змогу визначити середнє найбільш імовірне значення і, = 7,6. За значеннями т, і т0 визначаємо коефіцієнт технологічного успадкування = 8,8 / 7,6 = 1,16.

Аналогічні дослідження були проведені для всіх операцій прийнятого технологічного процесу оброблення зубчастих коліс. Результати цих досліджень дали можливість встановити значення коефіцієнтів технологічного успадкування ступеня точності дая всіх технологічних операцій. їх значення наведені в табл. і.

Також було розглянуто технологічне забезпечення ступеня точності зубчастого колеса в процесі складання зубчастої передачі.

Результати теоретичних досліджень свідчать, що складальна операція зменшує точність зубчастого колеса на робочій осі. Середнє значення коефіцієнту технологічного успадкування ступеня точності зубчастого колеса, яке отримано за результатами досліджень, дорівнює К,Ш4 =0,91.

При проведені досліджень ступеня точності зубчастого колеса одночасно досліджувалися прийняті показники якості поверхневого шару бокових робочих поверхонь зубців. Результати цих досліджень дали можливість визначити значення коефіцієнтів технологічного успадкування для зубооброблювальних операцій [табл. 2).

У четвертому розділі - "Технологічне забезпечення надійності зубчастих коліс” - подано теоретичні положення забезпечення надійності зубчастих коліс.

Для рішення цієї задачі за вихідне положення було прийнято наступне. Кон-лруктор, який розробив конструкцію зубчастого колеса, визначає згідно з керівний матеріалами і стандартами імовірність безвідмовної роботи і відповідне зна іення середнього наробітку до віднови та інші основні показники надійності.

. Таблиця І

Значення коефіцієнтів технологічного успадкування ступеня точності

Технологічна операція Позначення коефіцієнта Значення коефіцієнта

1. Зубофрезерна (черв'ячна фреза) 1.16

2. Зубоззокруглююча *42 1.00

3. Мнття 1.00

4. Зубошсвінгуваяьна 1.10

5.Зубообкочувальна 1.08

6. Термічна (гартування і відпуск, або цененту-вання, гартування і відпуск) 0.84

7. Внутрішньошліфувальна (отвір і базовий торець) _ 1.12

8. Плоскошліфувальна (протилежний торець) Ч, 1.00

9. Круглошліфувальна (зовнішній діаметр) 1.00

10. Зубошліфувальна (перша, абразивний черв'як) 1.34

11. Зубохоиініувальва (одиопрофільне) 1.12

12. Термічна (старіння) 0.96

13. Внутрішньошліфувальна 1.06

14. Плоскошліфувальна Ч,, 1.00

15. Зубошліфувальна (друга, абразивний черв'як) Чш 120

16. Миття Ч.п 1.00

Таблиця 2

Значення коефіцієнтів технологічного успадкування показників якості поверхневого шару робочих поверхонь зубців

Технологічна операція Значення коефіцієнтів технологічного успадкування

Кда Кн ни Ч Кн

Зубошевінгувальна 3.00 2.00 0.92 0.92 1.00

Зубообкатна (зубчастим обкатувачем) 2.00 1.33 0.88 0.88 1.00

Термічна: цементація, гартування і відпуск; термічне зміцнення 1.00 1.00 1.00 1.00 0.392 0.526 0.72 0.72 038 1.00

Зубошліфувальна (перша, абразивним черв'яком) 3.60 2.40 1.04 122 1.00

Термічна (штучне старіння) 1.00 1.00 1.03 120 1.00

Зубошліфувальна (друга, абразивним черв’яком) 2.00 1.67 0.94 122 1.00

Після встановлення основних показників надійності зубчастого колеса розраховують значення о,,, ал, Іь і Рк, наприклад, з використанням залежностей (1), (2) та інших.

Виходячи з того, що ми знаємо значення , о**, 4* і Рк‘ (при цих значеннях виконувалися стандартні випробування), визначаємо значення приведених коефіцієнтів технологічного успадкування К^, К^, КІл і КРк, тобто 5®»' ?Ік * ?І\-

Для визначення коефіцієнтів технологічного успадкування розглянемо каскадний граф (рис. 6) варіантів технологічного процесу і технологічного успадкування непрямих показників надійності зубчастих коліс високої твердостїв процесі

іх оброблення. Цей каскадний граф для спрощення приведено до зубооброблю-вадьних операцій. На ньому під параметром х розуміється певний непрямий показник надійності, індекс при х позначає певний номер технологічної операції, а цифра, яка стоїть в дужках, - номер варіанта оброблення на цій операції. В цей типовий процес було додано два варіанти зубовикінчувальної операції: 8(1) - зу-бошевінгування; 8(2) - зубообкочування.

Рис. 6. Каскадний граф варіантів технологічного процесу.

Визначивши коефіцієнти технологічного успадкування, які приведені до зу бооброблювальних оперякцій, можна знайти загальний коефіцієнт технологічною успадкування і-го варіанта технологічного процесу виготовлення зубчастого колеса

Чч = Пк», (Ю)

1 ),=!

де Пі * кількість усіх операцій і-го варіанта технологічного процесу; К^. - значення ^-го коефіцієнта технологічного успадкування, який приведено до ^-ої зубооб-роблювальної операції і-го варіанта технологічного процесу; 1 - враховує складальну операцію. .

Визначивши загальні коефіцієнти технологічного успадкування, можна визначити значення часткових приведених коефіцієнтів і відповідно приведених коефіцієнтів технологічного успадкування. Для зубчастих коліс високої твердості:

Кац1 = (о, 7г002 !К^){о,9КьОІА /КЯаа«4)[0,95 +

+ (0,05W0 / Кадак,)][і,2-(0,01Н^ і КНцйа^3)] х (11)

х [і + (4,0-10^ оо0 / )|і,4-(ОДНЯС/*35 / Кно^0-35)];

к* = (о.б*о42 /К^. ад)[0,92+

+ (С100^0/К^|і145-(0.005НМ*І /КНйя,^)]х (12)

х[і + (2,5.1(ГЧ0 /К0оапі)|і.45-(0,2НКС0^/Кнап,0’2)];

Ку = (к^>2/0,115г01’2)(кРЛі1^15/0,92ЯаоЩ5)х

*(^сш,Д06/0,87\*/0ао6)(о,26Н/15(13) х[і-(510.10'4ао0 /Коьаоі)](0.665НКС0ад /К

ноші )>

=(о,87х00'03 /К^)(о,935^ад / К^х

х (o(89W00-05 /К^^Цн^^/аі^Іх (14)

х[і + (2,МО-4сго0 /К^^Кно,^5 /0,535 НЛС^5).

де НЯСо « НВц /95; НД) - твердість матеріалу зубчастого колеса після виконання комплексу заготівельних операцій, МПа.

Для оцінки економічності була використана технологічна собівартість С,,

п

яка найбільш повно відбиває ефективність застосування того чи іншого варіанта технологічного процесу. Для технологічного забезпечення надійності в модель були введені приведені коефіцієнти технологічного успадкування К,,. К.к, К*. К^.

Крім того, вибраний варіант технологічного процесу і обладнання повині забезпечувати задану програму випуску <2 зубчастих коліс в хвилину. Для цього необхідно, щоб

де С - середнє значення кількості одиниц обладнання на кожній операції; С2* -продуктивність одиниці обладнання.

Переходячи до представлення оптимізаційної математичної моделі технологічного процесу оброблення зубчастих коліс, можна відзначити, що поставлена задача є багатокреггеріальною і приводиться до нелінійної задачі математичного програмування.

Функція мети при цьому формулюється таким чином;

мінімізувати

С^С^С^С^Ьшія;

ф. = і?*. ■-К«*і|+к-ЧІ+к ■-К,у| -ипія; (15)

при умовах (обмеженнях)

0<Кв^5?Ож:

0<Кп,5г.,;

** (16) >К,в1й^;

ОсКр^ 5 5^:

«>СО,*г<г, (17)

де Сті - технологічна собівартість і-го варіанта технологічного процесу оброблення зубчастих коліс; Срі - заробітня платня, грн/дет, С©і - витрати на утримання і експлуатацію обладнення, пристроїв та інструментів, грн/дет; С,і - витрати на електроенергію, грн/дег; Сзі - витрати на утримання і експлуатацію частини будівлі цеху, яка потрібна для розміщення необхідної кількості обладнання і-го варіанта технологічного процесу, грн/дет.

Для рішення поставленої задачі використовували метод Монте-Карло. Кодом і-го варіанта технологічного процесу був його загальний коефіцієнт технологічного успадкування ступеня точності зубчастого колеса (К^ *), який визначається за

залежністю (10). Для перетворення псевдовипадкових чисел щ, які рівномірно розподілені в інтервалі 0...1, до значення К^’ використовували таку залежність:

(18)

де К, , К,яіа - можливі граничні значення загального коефіцієнта технологічного успадкування ступеня точності зубчастого колеса, які враховують всі можливі випадеш зміни діючих значень .

Далі за значенням ’ вибирають і-й варіант технологічного процесу (при умові, що -К^ *|і0,0 І), Для взятого на випробування варіанта перевіряють

умови (16) і (17). У випадку їх виконання обчислюють функцію мети (15) і її значення запам'ятовують, а розглянутий процес повторюють. Значення функції мети, яке отримано при другому випробувані, порівнюється з попереднім. Варіант технологічного процесу з меншин значенням функції мети запам'ятовується і процес випробування продовжується.

Область допустимих рішень Д в розглядуваній задачі є пересічення п-мірного паралелепіпеда А, який визначається обмеженнями (16) і області В, яка визначається обмеженнями (17).

Програма для рішення цієї задачі була поділена на дві частини: навчальну і виконавчу. Після введення вихідних даних навчальна програма проводить декілька серій випробувань в області А, оцінює імовірність Р попадання точки в область Д і будує новий паралелепіпед Аі < А, в якому цикл випробувань повторюється, Далі навчальна програма бувує новий паралелепіпед Аг < Аі таким чином, щоб збільшити відношення кількості точок, які попали в область Д, до кількості випробувань в наступній серії. При імовірності Ра0,95 навчальна програма закінчує роботу і передає управління виконавчій програмі.

Блок-схема алгоритму проектування оптимального варіанта технологічного процесу оброблення зубчастих коліс зображена на рис. 7. Ця блок-схема алгоритму охоплює комплекс операцій, який починається від першої зубооброблювальної до операції складання колеса в передачу.

Після введення в ЕОМ програми і вихідних даних в блоках 2... 13 виконуються відповідні процедури, які дозволяють сформувати оптимальний варіант технологічного маршруту оброблення зубчастого колеса.

Вибраний оптимальний варіант технологічного маршруту є основою для проектування плану оброблення кожної операції в блоці 14. Для кожної операції встановлюється порядок виконання допоміжних і основних переходів.

Введення програми і вихідних даних

Визначення значень °™> °гк> Че

Визначення значень

^Че’

так

jKtaaj ]sО

Вихідні дані: m„, z, p, a, b, L, dj

R(tji tj)> T:> T,

To> ®-«o> W0, H^, ao£l, HB0, HRC0 D, Ф„

‘max ~mitt • • * _ «

an . cik ' % • Pk

z,, u, 31, P, E,, E^, [ht]

- - ■■ Визначеная значень . 9,11,13

Пі і КТійі1 за залежністю (10)

< '' .

Визначення значень К_,л„ за залежністю (18)

.-< 1 ч у' Перевірка \ НІ

Визначення значень Тоа,; Тй; ЯТЩ; Сі; Q,; Q=D/603>a

Визначення функції мети Сті, Ф, за залежностями (15)

44-

I

m____Перевірка умови

\ч СТі <СТ|-І» ф1 <Фі-І

тах

12

Рис, 7. Блок-схема алгоритма проектування оптимального варіанта технологічного процеса оброблення зубчастих коліс.

2

Продовження рис. 7.

Після введення в ЕОМ програші і вихідних даних в блоках 2... 13 виконуються відповідні процедури, які дозволяють сформувати оптимальний варіант технологічного маршруту оброблення зубчастого колеса.

Вибраний оптимальний варіант технологічного маршруту є основою для проектування плану оброблення кожної операції в блоці 14. Для кожної операції встановлюється порядок виконання допоміжних і основних переходів,

Після цього для кожної операції, крім першої зубофрезерної, встановлюється припуск на оброблення згідно з рекомендаціями. Далі вибирається обладнання і технологічне спорядження, розраховуються режими різання, основний, допоміжний та штучний час і встановлюється розряд роботи.

Після виконання перерахованих процедур блок 15 розміщує результати розрахунків і текстовий матеріал у форми ЄСТД і віщає на друк технологічний процес. -

Оптииізаційна нодель технологічного процесу перевірялася на адекватність дійсним значенням параметрів надійності зубчастих коліс, які були оброблені згідно з технологічним процесом, який був розроблениий за допомогою ЕОМ.

Як свідчать результати досліджень, дійсні значення ^

відрізняються від відповідних значень 5ві, ?ІЬ, 5^ оптимізаційної математичної иоделі технологічного процесу в таких межах: 4,^ - 9 ... 12,5%; ^ - 8 ... 10,2%;

4,1П -14,9 ... 25,3%; ^ -10,2 ... 15,1%.

Отримане неспівпадання дійсних і заданих значень досліджених параметрів для таких оптимізаційних моделей є цілком допустимим. Тому можна зробити висновок, що розроблена оптимізаційна модель технологічного процесу дає змогу проектувати технологічні процеси оброблення зубчастих коліс, що забезпечують значення параметрів надійності, які є адекватними дійсним значенням.

У п'ятому розділі - “Економічна ефективність забезпечення надійності зубчастих коліс" - розглянута економічна ефективність від впровадження у виробництво практичних результатів цієї роботи. Загальний економічний ефект від впровадження прогресивних технологій оброблення зубчастих коліс, впровадження прогресивного технологічного спорядження, контрольних пристроїв, САПР технологічних процесів, яхий забезпечує встановлену надійність зубчастих коліс, впровадження прогресивних зубообрблюв?льних інструментів, методики проектування технологічних процесів оброблення зубчастих коліс становить понад 1.2 млн. крб. (у цінах 1991 року).

ВИСНОВКИ

1. На підставі системного підходу та за результатами теоретичних і експериментальних досліджень впливу технології на надійність зубчастих коліс запропоновано загальний підхід до вирішення проблеми забезпечення технологічної надійності зубчастих коліс, який базується на топологічному розгляді цього питання у функцінному зв'язку з технологічним успадкуванням і реалізується шляхом оптимізації технологічного процесу на етапі технологічної підготовки виробництва з використанням розробленої науково обгрунтованої оптимізаційної моделі.

2. Використання розробленої багатокрітеріальної оптимізаційної моделі дало змогу оітшізувати структуру технологічного процесу виготовлення зубчастого колеса, яка забезпечує регламентовані (встановлені конструктором) значення границь витривалості зубчастих коліс, інтенсивності зношування і критичного питомого навантаження заїдання у функційному зв'зку з основними показниками надійності. Для розв'язання цієї задачі найбільш раціонально використовувати метод Монте-Карло.

Результати лабораторних і виробничих випробувань свідчать, що технологічні процеси виготовлення зубчастих коліс, які розроблені за допомогою запропонованої оптимізаційної моделі, забезпечують встановлені конструктором параметри надійності.

3. На зміну значень границь витривалості на згин і по контакту, інтенсивності зношування та критичного питомого навантаження заїдання найбільше

мшиває ступінь точності зубчастого колеса, якість поверхневого шару і структура матеріалу робочої поверхні зубця, що з'явилося важливою концепсіею для прийняття цих параметрів за непрямі показники надійності зубчастого колеса.

У процесі дослідження впливу технології на формування показників надійності зубчастих коліс найбільш доцільно використовувати системний підхід, який розглядає технологічну систему з процесі виконання технологічного процесу як одну цілу замкнуту систему.

4. Встановлений за допомогою приведених коефіцієнтів технологічного успадкування функційний математичний зв'язок між непрямими показниками надійності і границями витривалості зубчастих коліс, а також інтенсивністю зношування і критичним питомим навантаженням заїдання дав змогу встановити функційний зв'язок з основними показниками надійності зубчастих коліс.

5. Параметрами технологічного забезпечення надійності найбільш доцільно вважати приведені коефіцієнти технологічного успадкуввання, які характеризують зміну якості зубчастого колеса в процесі його оброблення.

Доведено, що приведені коефіцієнти технологічного успадкування є параметрами не тільки технологічного забезпечення надійності зубчастих коліс, але і її керування. Для технологічного забезпечення встановленої надійності зубчастого колеса або її підвищення необхідно ще на стадії проектування технологічного процесу його виготовлення (в кожному конкретному випадку) встановлювати на зміну значень приведених коефіцієнтів технологічного успадкування певні обмеження, які рекомендуються в роботі.

6. Вперше отримані значення коефіцієнтів технологічного успадкування свідчать, що кінцева ступінь точності зубчастого колеса та якість поверхневого шару бокових поверхонь зубців колеса залежать від успадкованих явищ, які передаються від попередніх до наступних операцій оброблення, а також від способу механічної і термічної або хіміко-термічної обробки.

7. Розроблені математичні моделі зубооброблювальних операцій, які дають змогу з достатньою для практики імовірністю прогнозувати на розглядуваній операції зформовану ступінь точності зубчастого колеса, котра є одним з непрямих показників надійності. Результати експериментальних перевірок свідчать, що розроблені математичні моделі забезпечують отримання розрахункових даних адекватних дійсним.

8. Встановлено, що контроль якісних параметрів елементів зубчастої передачі, в тому числі з використанням спеціальних контрольних пристроїв, є основою метрологічного забезпечення надійності зубчастих коліс.

9. Розроблені прогресивні технологічні процеси, технологічне спорядження, нові конструкції зубооброблювальних інструментів, модернізоване обладнання та методика проектування технологічних процесів оброблення зубчастих коліс з па-

кетом прихладних програн впроваджені у виробництво на ряді підприємств. Розроблений пакет технічної документації знаходиться у Державному університеті "Львівська політехніка”.

Осповпі яубткацйза матеріалами дисертаційної роботи:

1. ГулидаЭ.Н. Технология отделочных оптаций зубообработки цилиндрических колес. - Львов; Виша школа, 1977. - 168 с.

2. Гулида Э.Н. Управление надежностью цилиндрических зубчатых колес (технологические основы). - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те, 1983. -136 с.

3. Гуліда Е.М., Ядченко О.О., Сгупницький В.В. Гнучкі виробничі системи для механічної обробки. Львів: Світ, 1992. - 152 с.

4. Гулида Э.Н. Установление оптимального режима резания при помощи электронной вычислительной машины. // Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении, 1970, N8. - С. 33-37.

5. Гулида Э.Н. Размерный износ режущих инструментов и возможность применения системы программного управления для его автоматической компенсации. // Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении, 1970, N9.-0. 40-48.

6. ГулидаЭ.Н. Определение допускаемых отклонений основных параметров зуборезного инструмента с помощью ЭВМ. //Автоматизация технологической подготовки производства в машиностроении с помощью ЭВМ. - Ворошиловград: НТО Машпром, 1973. - С. 230.

7. Гулида Э.Н. Исследование точности зубоотделочных операций с использованием математической модели. // Повышение качества производства и технология изготовления редукторов общего назначения. - Киев: Знание, 1977. - С. 26.

8. Гулида Э.Н. Технологические основы управления надежностью цилиндрических зубчатых колес. - Вест. Львов, политех, ин-та N146. Технология машиностроения и динамическая прочность машин. Львов: Вища школа, 1980. - С. 30-

33.

9. Гулида Э.Н. Исследование влияния качества поверхностного слоя зубьев цилиндрических колес на их надежность. // Размерный анализ и статистические методы регулирования точности технологических процессов. Материалы конференции. - Запорожье: НТО Машпром, 1981. - С. 116-117,

10. Гуліда Б.М. Технологічне забезпечення надійності зубчастих коліс. // 2-й міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові. - Львів: Вид-во ДУ "Львівська політехніка", 1995. - С. 101-102.

11. Гуліда Е.М. Оптимізація технології виготовлення зубчастих коліс. - Вісн, ДУ "Львівська політехніка"// Оптимізація виробничих процесів і технічний кон-

зо .

троль у машинобудуванні і приладобуванні, N 290. - Львів: Вид-во ДУ "ЛЬвівська політехніка", І995, - С. 12*14.

12. Гуліда Е.М. Вибір непрямих показників надійності зубчастих коліс. -Вісн. ДУ "Львівська політехніка"// Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобуванні, N 303. - Львів: Вид-во ДУ “Львівська політехніка", 1996. - С. 26-28,

13. Gulida Е. Das Honen der Zahne von Stimradem. Wissenschaftliche Beitrage. I.H. Zwickau, Heft 2/1975, s. 55-60.

14. Гудида Э.Н., Махоркин E.H. Разработай системы автоматического управления кинематической точностью зубообрабатывающих станков. - В сб.: Доклады и сообщения. - Львов: Вища школа, 1975, N 4. - С. 27-29,

15. Гудида Э. Н., Заруцкий Г.И., Махоркин Е.Н. Некоторые вопросы автоматизированного проектирования технологии механической обработки деталей. -Вест. ЛПЙ, N 170. Технология машиностроения и динамическая прочность машин. - Львов: Вища школа. Идв-во при Львов, ун-те, 1983. - С. 57-60.

16. Гуліда Е.М., Махоркін Є.М. Технологічні методи підвищення надійності зубчастих коліс. Вісн. ДУ "Львівська політехніка"// Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобдуванні, N 303. - Львів: Вид-во ДУ "Львівська політехніка", 1996. С. 28-30.

17. Гуліда Е.М., Махоркін Є.М. Вплив якості поверхневого шару зубців зубчастих коліс на їх надійність. Вісн. ДУ "Львівська політехніка”// Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні, N 303. - Львів: Вид-во ДУ “Львівська політехніка", 1996. С. 30-32,

18. Гулида Э.Н., Заруцкий Г.И., Грицай И.Е. А.с. 1103967 (СССР). Инструмент дня отделочной обработки зубчатых колес. Опубл. в Б.И., 1984, N 27.

19. Гулида Э.Н., Ткачик Н.Г. А.с. 1320644 (СССР). Глубиномер. - Опубл. в Б.И., 1987, N 24.

20. Гулида Э.Н., Краюшкин ГЛ., Внксман Е.С. и др. А.с. 891278 (СССР). Инструмент для отделочной обработки зубчатых колес. - Опубл. в Б.И., 1981, N 47.

Анотація

Гуліда Е.М. Технологічне забезпечення надійності зубчастих коліс. - Рукопис дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальностями 05.02.08 - технологія машинобудування. - Державний університет “Львівська політехніка", Львів, 1998.

Дисертацію присвячено питанням подальшого розвитку теорії надійності зубчастих коліс і розробленню на її базі технологічних засад її забезпечення.

Встановлено функцінннн математичний зв'язок між показниками якості поверхневого шару робочої поверхні зубців колеса (непрямі показники надійності) і

границями витривалості на згин та по контакту, інтенсивністю зношування та кри-гичннм питомим навантаженням заїдання зубчастого колеса. Це дало підставу ш встановлення зв'зку між непрямими показниками надійності і основними.

Запропоновано загальний підхід і математичні моделі зубооброблювальних операцій і проведено досліджена впливу технології на формування показників іадшносгі. Розроблено метод структурної оігпшізації технології оброблення зубастих коліс, яка забезпечує їх надійність з використанням явища технологічного /спадкування, мінімальну собівартість виготовлення та максимально можливу іродуктивність оброблення.

Ключові слова: надійність, якість, поверхневий шар, границя витривалості, іношування, заїдання, математична модель, структурна оптимізація, технологічне ('спадкування.

Апзияпакря

Гулида Э.Н. Технологическое обеспечение надежности зубчатых колес, -рукопись дисертации на соискание ученой степени доктора технических наук по специальностям 05.02,08 - технология машиностроения. - Государственный уни-sepcjrrer "Львовская политехника", Львов, 1998.

Дисертация посзящена вопросам дальнейшего развитая теории надежности губчатых колес и разработке с ее помощью технологических основ ее обеспечения.

Установлена функциональная математическая связь между показателями сачества поверхностного слоя рабочей поверхности зубьев колеса (косвенные показатели надежности) и пределом выносливости на изгиб и по контакту, интенсивностью износа и критической удельной нагрузкой заедания зубчатого колеса. Это дало основание для установления связи между косвенными показателями надежности и основными.

Предложен общий подход и математические модели зубообрабатывающих эпераций и проведено исследование влияния технологии на формирование пока-гатеяей надежности. Разработан метод структурной оптимизации технологии обработки зубчатых колес, которая обеспечивает их надежность с использованием тления технологической наследсгвеиосги, минимальную себестоимость и максимально возможную производительность обработки.

Ключевые слова: надежность, качество, поверхностный слой, предел вы-тосяивосги, износ, заедание, математическая модель, структурная оптимизация, технологическая наследственость.

Guiida E.M. Technological Provision of the Gears Preliability. A manuscript presented for obtaining a Doctor's scientific degree in Technical Sciences on specialities: 05.02.08 Technology of Machinebuilding. The State University "Lvivska Politechnika", Lviv, 1998.

The paper presents the questions of subsequent evolution of the gears preliability theory and the development of the technological bases of its provision.

It estableshed the functional mathematical union between the quality indeces of surface layer of gear teeth working surface (inderect indeces of reliability) and the fatigue limit of bending and contacting, wear intensity and critical specific of gear seizing, The union between inderect and basic reliability indeces on this base is estableshed.

The general approach and mathematical models of gear machining operations and conducted the investigation of the technology influence on reliability indeces forming is suggested. The method of structural optimization of gear machining technology is developed. This optimization supplies the gear reliability with the using of the. effect of technological heredity, minimal cost and maximal possible machining efficiency.

Key words: reliability, quality, surface layer, fatigue limit, wearing, seizing, mathematical model, structural optimization, technological heredity.

Підписано до друку 3. 04. 98 р. Формат 60 x 847ч-Друк офсетний. 2,0 ум. др. ар. Тираж 100. Зам. 299. Друк. ПТУ Л:2 53. 290008- Львів, Ів. Федорова, 9.