Введение

Актуальность темы. Зубчатые колеса получили широкое распространение поскольку являются основными элементами зубчатых передач, которые являются основными видами силовых передач, используемых в технике. В настоящее время потребность в зубчатых колесах значительно, и постоянно увеличивается. Это связано с очевидными преимуществами зубчатых передач по сравнению с остальными видами силовых передач, среди которых: высокий КПД, высокие значения передаваемых моментов и скоростей, относительно небольшие габариты и масса, возможность передачи крутящего момента при параллельных, скрещивающих и пересекающихся осях ведущего и ведомого звена, и другие. Рост потребности в зубчатых колес связан в первую очередь с развитием научно-технического прогресса, а также непрерывным моральным и физическим износом изделий, в которые они входят. Например, около 45% деталей автомобильных трансмиссий представляют зубчатые колеса. Также зубчатые колеса – основные элементы коробок передач металлорежущих станков, приводов подъемно-транспортного, и другого оборудования.

В производстве зубчатых колес, в настоящее время, используется традиционные технологические процессы, основанные на следующих последовательных этапах – черновая и чистовая обработка базовых поверхностей, обработка шпоночных пазов или шлицев, черновое зубонарезание, чистовое зубонарезание или зубошевингование, термическая обработка, шлифование шеек или отверстий, шлифование или хонингование зубьев.

Однако изготовляемые по данному технологическому процессу зубчатые колеса, имеют некоторые недостатки в работе, среди которых: повышенный шум в работе, неравномерных износ отдельных зубьев, высокий нагрев передачи, возможности заклинивания и преждевременного выхода из строя передачи и прочее.

Анализ показал, что основной причиной данных недостатков, является не достаточное изучение условий эксплуатации при проектировании конструкции зубчатых колес и технических требований к ним, и как следствие, отсутствие связи технологического процесса изготовления зубчатых колес, с условиями их эксплуатации.

При этом, анализ причин выхода из строя зубчатых колес показал, что основными причинами выхода из строя зубчатых колес, является усталостное выкрашивание с поверхностей отдельных зубьев, а также абразивный износ. Причем данные виды износа не являются регулярными, что свидетельствует о неравномерном контакте зубьев в процессе зацепления. Поэтому основной задачей является повышение качества зубчатых колес в соответствии с реальными условиями их эксплуатации.

Цель и задачи исследования

Цель диссертационной работы – повышение качества изготовления зубчатых колес на основе разработки структурного и технологического обеспечения функционально - ориентированных технологий.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи:

- выполнить анализ особенностей функционирования зубчатых колес; исследовать функциональные особенности работы зубчатых колес; выполнить исследование существующих технологий повышения качества зубчатых колес;

- разработать методику синтеза функционально-ориентированных технологий зубчатых колес; предложить общий алгоритм синтеза функционально-ориентированных технологий зубчатых колес;

- разработать общие принципы ориентации технологических воздействий функциональным свойствам зубчатых колес, предложить системную модель синтеза функционально-ориентированных технологий зубчатых колес;

- разработать структурное и технологическое обеспечение синтеза функционально-ориентированных технологий зубчатых колес;

- выполнить экспериментальное исследование реализации функционально-ориентированных технологий зубчатых колес;

- разработать рекомендации по внедрению результатов работы в производство; внедрить функционально-ориентированные технологии зубчатых колес в производство.

Объект исследования – технологический процесс отделочной обработки рабочих элементов зубчатых колес.

Предмет исследования – установление рациональной структуры технологического процесса изготовления зубчатых колес в зависимости от особенностей эксплуатации зубчатых колес в изделии.

Научная новизна полученных результатов

1. В работе впервые разработан общий подход синтеза структуры функционально-ориентированного технологического процесса производства зубчатых колес, реализуемого по уровням глубины технологии.

2. Классификация зубчатых колес и их элементов впервые выполнена по функциональным признакам. При этом выделены силовые и кинематические зубчатые колеса, и элементы зубчатых колес: исполнительные (рабочие и базирующие), связующие, вспомогательные и дополнительные элементы.

3. Разработаны схемы технологических воздействий для зон рабочих элементов зубчатых колес в соответствии с принципами ориентации технологических воздействий и свойств.

4. Разработаны методы повышения качества зубчатых колес на основе отделочной обработки рабочих элементов зубчатых колес, основанные на следующих технологических методах: пескоструйная обработка кромок зубьев, полирования рабочих элементов зубчатых колес (перед нанесением покрытий), ультразвуковая чистка рабочих элементов зубчатых колес, нанесение вакуумных ионно-плазменных покрытий на основе TiN, сглаживающее полирование рабочих поверхностей зубчатых колес для достижения шероховатости, требуемых по условиям эксплуатации.

5. Предложена методика нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий (металлических и композиционных) на рабочие элементы зубчатых колес. При этом разработан способ и устройства для равномерного ориентированного нанесения покрытий на зубчатые поверхности.

Практическая ценность полученных результатов

1. Предложено технологическое обеспечение позволяющее производить нанесение вакуумных ионно-плазменных покрытий на рабочие элементы зубчатых колес в условиях направленной подачи потока плазмы.

2. Разработан рациональный функционально-ориентированный технологический процесс, позволяющий повысить качество зубчатых колес и адаптировать свойства их элементов в соответствии с условиями эксплуатации.

3. Результаты эксперементальных исследований позволили разработать рекомендации по применению элементов функционально-ориентированного подхода при разработке операций отделочной обработки рабочих элементов зубчатых колес.