книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

где у — одни из измеренных показателей точности зубчатого венца; ÛQ» аг<аг ~ постоян­ ные коэффициенты уравнения, зависящие от свойств технологической системы и харак­ тера связи.

Для определения вида связи, в наилучшей степени описывающей зависимость дан­ ного показателя точности венца от показателей точности баз, для каждого из исследуе­ мых показателей точности венца, для 5-10 типоразмеров колес, для каждого из изучае­ мых видов и условий зубообработки на ЭВМ по специально разработанной программе были рассчитаны коэффициенты уравнений (11.20)—(11.23) и ряд показателей, необхо­ димых для оценки степени адекватности каждой из зависимостей, а именно;

1) коэффициенты множественной корреляции R y .x ._ tli, рассчитанные с помощью ос­ таточной S и полной суммы квадратов; ' ’

2)^-критерий Стыодепта значимости R,jjXj...xk ;

3)f -критерий Фишера адекватности модели, рассчитанный по методике, приведен­ ной в [23]. Если F< Етаб (для рассмотренных условий FTi(l- 1,55), то гипотеза адекватности принимается;

4)средняя относительная ошибка уравнения связи еср в % или коэффициент аппрок­ симации в относительных единицах.

11.3.2.Результаты экспериментального исследования

Для сбора экспериментальных данных было обработано и измерено 60 партий зуб­ чатых колес в производственных условиях и 20 партий зубчатых колес в лабораторных условиях. В производственных условиях обработка зубчатых колес производилась на МЗШ, МТЗ, ВГТЗ, МАЗе, в лабораторных — на Витебском станкостроительном заводе им. Коминтерна. Основные характеристики исследованных зубчатых колес и условий их зубообработки приведены в табл. 11.5. Согласно [24, 25], эти типоразмеры зубчатых колес охватывают примерно 90% номенклатуры прямозубых цилиндрических зубчатых колес, применяемых в странах СНГ в общем машиностроении.

Установка заготовок при зубофрезеровании и зубодолбленин во всех случаях произ­ водилась на жесткую оправку и торец приспособления. При этом зубчатые колеса, имею­ щие шлицевые отверстия, центрировались в основном по наружному диаметру шлиц, а в отдельных опытах — по внутреннему диаметру. При зубофрезеровании на станок уста­ навливали одну или две заготовки. При зубофрезеровании одновременно двух заготовок влияние баз на точность зубообработки исследовалось лишь для нижней детали в пакете.

Шевингование производилось, как правило, на жесткой оправке, без прижима по тор­ цам детали. В условиях ВГТЗ исследовали шевингование на разжимных оправках (труб­ чатых цангах конструкции ВГТЗ) также без прижима по торцам. При этом было обработа­ но 5 партий зубчатых колес.

Впроизводственных и лабораторных условиях было прошевннговано несколько пар­ тий зубчатых колес с поджимом по торцам. Во всех случаях шевингование производилось при беззазорном зацеплении инструмента и детали.

Впроизводственных условиях величина Етв заготовках находилась в пределах

0,02-0,3 мм, Ет- 0,03-0,4 мм, отверстие выполнялось по 6 -8 квалитетам точности. В лабо­ раторных условиях величина Етвыдерживалась в пределах 0,008-0,150 мм, Ег - 0,01— 0,20 мм, отверстие выполнялось по 5 -7 квалитетам точности.

В результате расчетов гу.х .и RyjXj _.Xi, принятых нами для оценки степени взаимосвязи показателей точности зубчатого венца с параметрами точности баз (£т ДО0, Ег) и оценки достоверности полученных значений, было установлено, что влияние £г на подавляющее

Влияние точности базовых поверхностей заготовки и режимов зубофреэерования 435

погрешностей базовых поверхностей заготовок па такие характеристики кинематической точности колес, как F ir,‘ F" и Fpr Значения характеристик взаимосвязи показателей точно­ сти баз с показателями плавности работы /,,/,п//г оказались недостоверными.

2.Характеристики взаимосвязи показателей точности зубчатого венца с показателя­ ми точности базовых поверхностей заготовок при зубофрезеровании и зубодолблении в производственных условиях изменяются в пределах одних и тех же интервалов, поэтому нами принята идентичность этих характеристик.

3.Степень тесноты взаимосвязи между показателями точности баз и показателями точ­ ности зубчатого венца даже для данного вида и условий зубообработки может меняться в ши­ роких пределах. Это отражается в разбросе значений гу.х.и RyiXj..jk• В общем для производст­ венных условий обработки этот интервал шире, чем для лабораторных, а для зубофреэерова­ ния, зубодолбления — шире, чем для шевингования. Первое может быть объяснено тем, что в производственных условиях диапазон изменения различных факторов, оказывающих влия­ ние на взаимосвязь изучаемых параметров, больше, чем в лабораторных. Второе явление свя­ зано с тем, что влияние баз на точность зубчатого венца при зубофрезеровании и зубодолбле­ нии больше, чем при шевинговании, что подтверждается данными, приведенными в табл. 11.6. Интервал изменения значений гу.х . и RyjXj..ak при зубофрезеровании и зубодолблении нахо­ дится в пределах 150-600%. Поэтому для конкретных условий зубообработки наиболее точ­ ную модель взаимосвязи параметров точности базовых поверхностен заготовок с параметра­ ми точности зубчатого венца можно получить лишь экспериментальным путем.

4.Полученные результаты позволяют объективно, математически обоснованно оце­ нить не только степень тесноты одно- и многофакторной взаимосвязи показателей точно­ сти баз с показателями точности зубчатого венца, но также и долю погрешностей баз в суммарной погрешности (дисперсии) того или иного показателя точности зубчатого вен­

ца для различных видов и условий зубообработки. Это можно сделать с помощью коэф­ фициента детерминации (R'yiXj...ц ) г- Так, при зубофрезеровании в производственных условиях доля погрешностей баз в суммарной погрешности F-r может достигать 54% ( % £ тдотах = 0,732), Fpr- 72%, Fn - 57%, F” - 26%, i > - 62% и т. д.

Эти данные позволяют выбрать пути и методы повышения точности различных пара­ метров зубчатого венца при зубофрезеровании, зубодолблении и шевинговании.

5.Повышение точности и жесткости оборудования увеличивает степень влияния ба­ зовых поверхностей заготовок на точность зубообработки. Это подтверждается тем, что значения г и RyiXj..xk, рассчитанные в производственных условиях, меньше соответст­ вующих значений, рассчитанных для лабораторных условий зубообработки.

6.Шевингование значительно уменьшает степень влияния базовых поверхностей за­

готовок на различные параметры точности зубчатого венца. Это отразилось в существен­ ном уменьшении величин ry.X} \iR IJiXj...xk после шевингования. Этил» можно частично объ­ яснить то, что изменение схем резания (шевингование с продольной и диагональной пода­ чей) и базирования детали (шевингование с прижимом и без прижима детали по торцу) не оказывает существенного влияния на взаимосвязи показателей точности баз и зубчато­ го венца при шевинговании.

После анализа тесноты зависимости различных показателен точности зубчатого вен­ ца от показателей точности баз для тех показателей точности зубчатого венца, взаимо­ связь которых с показателями точности баз оказалась существенной, был выполнен выбор вида этой зависимости, аппроксимирующей ее в нанлучшей степени.

В табл. 11.7 приведены основные результаты выполненного исследования. В столбцах 3-10 даны значения, полученные как средние арифметические показателей, рассчитанных для 7-МИ-15-ТИ типоразмеров колес. В столбцах 11—14 указано, какой вид связи в нанлуч-

шей степени описывает зависимость между рассматриваемыми факторами, а в столбцах 15-18 — какой вид уравнений применим при практических расчетах. Как видно из табл. 11.7, адекватность зависимостей многих показателей точности зубчатого венца от показателей точности баз улучшается, если в этих зависимостях учитывается величина Ег Однако это улучшение адекватности несущественно. Так, значения ес,„ подсчитанные с учетом и без учета Еп отличаются не более чем на 2-3%. Применение критерия Романов­ ского для оценки существенности различия между значениями RyiXj ..Xk, подсчитанными с учетом и без учета Еп также позволило подтвердить несущественность различия между ни­ ми. Поэтому при практических расчетах зависимостей рассматриваемых показателей точ­ ности зубчатого венца от точности базовых поверхностей влиянием Ег можно пренебречь.

Для описания взаимосвязи большинства рассматриваемых показателей точности зуб­ чатого венца при зубофрезеровании, зубодолблении и шевинговании с показателями точ­ ности базовых поверхностей может быть использована зависимость вида (11.12). Исклю­ чение составляют зависимости таких показателен точности, как f'ir, (в лабораторных и производственных у с л о в и я х ) , +Ea..s (в лабораторных условиях), от показателей точности баз при шевинговании. Степень тесноты связей этих показателей с показателя­ ми точности баз при этом настолько слаба, что не представляется возможность подобрать уравнение, адекватно описывающее эти взаимосвязи.

11.4. Влияние режимов зубофрезерования на точность и параметры качества поверхности зубьев цилиндрических зубчатых колес

1 1 .4 .1 . Соврем енны е представления о влиянии реж им ов зуб оф резеро вания

на парам етры качества зубчаты х ко л ес

Исследованиям влияния режимов резания на точность деталей машин посвящен ряд работ, в которых рассматриваются в основном процессы точения и фрезерования. Взаимо­ связь режимов зубофрезерования и показателей точности цилиндрических зубчатых ко­ лес рассмотрена в работах [26-29], где получены эмпирические зависимости таких пока­ зателей точности, как f /r [26, 28], F*r [27,29], +E0„S, [27] от скорости резания V и по­ дачи 5. Показано [30], что при зубофрезеровании в результате неравномерной загрузки зубьев фрезы, колебания припуска и других факторов имеет место изменение сил резания за оборот фрезы в 1,5-3 раза при чистовой и в 4 -5 раз при черновой обработке. Установ­ лено [29], что на величину тангенциальной составляющей силы резания при зубофрезеро­ вании наибольшее влияние оказывает подача (см. рис. 11.10 и 11.11). Скорость резания в основном определяет температуру в зоне резания и оказывает существенное влияние на стойкость инструмента [31]. Сложное взаимодействие параметров Уи 5 в конкретных ус­ ловиях оказывает влияние практически на все показатели точности зубчатых колес. Одна­ ко это влияние при современных условиях зубофрезерования и различных материалах зубчатых колес изучено недостаточно.

В еще меньшей степени исследовано влияние режимов зубофрезерования на парамет­ ры качества поверхности зубьев цилиндрических зубчатых колес. Исследования А. А. Маталина, П. Е. Дьяченко, П. И. Ящерицына, Э. В. Рыжова, А. Г. Суслова, В. П. Федорова,

Н. А. Подосеновой, Г. А. Дерягина, И. А. Биргера, Б. Л. Кравченко и др. позволили устано­ вить природу формирования основных характеристик качества поверхности при точении, фрезеровании, шлифовании, некоторых финишных методах алмазно-абразивной и отде- лочно-упрочняюшей обработки. Было показано, в частности, что подача в наибольшей степени влияет на силы резания и уровень деформационного упрочнения (наклепа) по­ верхности обработанной детали. Скорость резания определяет в значительной степени температуру в зоне резания, продолжительность воздействия деформирующих сил на ме­ талл. Поэтому с ростом скорости резания могут иметь место процессы разупрочнения, по­ верхностной закалки обрабатываемой заготовки, возникновения растягивающих остаточ­ ных напряжений и др. Увеличение подачи вызывает рост шероховатости, степени и глу­ бины наклепа, сжимающих остаточных напряжений. В настоящее время отсутствуют методы прогнозирования параметров качества поверхности в конкретных условиях обра­ ботки даже для рассмотренных видов обработки. Для зубофрезерования указанные иссле­ дования практически отсутствуют. Это крайне затрудняет выбор режимов зубофрезерова­ ния, обеспечивающих требуемое качество цилиндрических зубчатых колес.

1 1 .4 .2 . М етодика экспериментального исследования

Экспериментальные исследования влияния режимов зубофрезерования (скорость ре­ зания V, м/мин, и подачи S, мм/мин) червячной фрезой на качество поверхности зубьев (параметр шероховатости Rn, мкм, микротвсрдость Яй, МПа, остаточные напряжения пер­ вого и второго рода Ст| и с 2, МПа) и точность (показатели Fm F"r, f ”, F^) цилиндрических зубчатых колес были выполнены с помощью методов планирования эксперимента [12,32].

На первом этапе выполнено исследование формы корреляционных зависимостей рас­ сматриваемых параметров качества зубчатых колес от режимов зубофрезерования по схе­ ме полного факторного эксперимента с добавлением 4-х опытов в центре плана (табл. 11.8). Это позволило построить эмпирические линии регрессии по трем точкам для каждого параметра качества и более обоснованно установить форму взаимосвязи каждого параметра качества с каждой характеристикой режима резания.

440 Г л а в а 11

Таблица 11.8

Матрица планирования эксперимента при предварительном исследовании взаимосвязей параметров качества зубчатых колес и режимов зубофрезерования

Примечание.Х\ —скорость резания Vi м/мин;хг —подачаS, мм/мип; (- 1 ) — нижний, (+1) — верх- ний и (0) — средний уровень факторов х, идг2.

Таблица 11.10

Матрица рототабельиого центрального композиционного планирования эксперимента