Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

..pdf
Скачиваний:
77
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
33.91 Mб
Скачать

Изменение параметров качества цилиндрических зубчатых колес

451

В. Н. Соколова, Н. Г. Стаханова, 10. И. Сухорукова, Б. А. Тайца, Б. Н. Тимофеева, Н. Э. Тершока и др. В результате этих исследований вопросы обоснованного выбора или расчета норм точности и конструкции оборудования, инструмента и режимов резания при шевинговании в настоящее время достаточно подробно разработаны и отражены в соот­ ветствующих справочных и нормативных материалах.

Особенность процесса шевингования заключается в том, что не все из факторов, влияющих на точность процесса, являются достаточно мобильными, и при наладке опе­ рации шевингования в конкретных производственных условиях не все они могут быть изменены в нужных направлениях и пределах. Так, например, большинство заводов ис­ пользует стандартные шевера. Их геометрические параметры, угол скрещивания осей шевера и колеса, коэффициент перекрытия, форма припуска под шевингование и ряд других факторов для каждого конкретного случая шевингования в основном предопре­ делены. Невелики возможности управления качеством обрабатываемых зубчатых колес при шевинговании и за счет изменения режимов резания, которые для конкретных усло­ вий (размеры обрабатываемого колеса, угол наклона его зуба и угол скрещивания осей шевера и колеса и др.) рекомендуется изменять в пределах 10-50%. Поэтому повышение точности шевингования зубчатых колес и точностной стабильности этого процесса на производстве может быть достигнуто наряду с поддержанием точности и жесткости обо­ рудования и оснастки в основном за счет правильного выбора величии ряда технологи­ ческих факторов процесса шевингования, в том числе обоснованно назначенных вели­ чин исходных погрешностей параметров зубьев, нарезанных под шевингование, точно­ сти базовых поверхностей заготовки, величин припусков, схемы и режимов резания.

В вопросах влияния режимов обработки, формы и величины припуска на точность шевингования мнения исследователей в достаточной степени совпадают. Выбор их для данных условий обработки по рекомендациям, приведенным в справочной литературе (см., например, [2, 3]), не вызывает затруднений.

Иначе обстоит дело с изучением изменений различных параметров точности цилиндри­ ческих зубчатых колес в процессе шевингования. Хотя выполненные исследования по этому вопросу позволяют в настоящее время оценить в принципе характер изменения различных параметров точности при шевинговании и диапазон их достижимых значений, однако они не содержат объективных характеристик процесса, что приводит к расхождениям в выводах ав­ торов относительно многих его особенностей и не создает предпосылок для разработки мето­ дики выбора максимально достижимых значений исходной точности зубчатого венца перед шевингованием с учетом требуемой выходной точности и условий обработки.

Основные результаты выполненных исследований показаны в табл. 12.1. В ней приве­ дены мнения различных авторов о степени нсправляемости параметров точности зубча­ тых колес при шевинговании и характере взаимосвязи значений параметров точности по­ сле шевингования с их исходными значениями. Приведенные данные показывают недос­ таточную изученность изменения при шевинговании показателей точности колес, таких как F'ir, Fpp F", Fliar, f php f" , a также несогласованность мнений различных авторов относи­ тельно характера исправления F$n Fm f ptp Fpr Следует подчеркнуть, что оценка степени тесноты взаимосвязи различных показателен точности до и после шевингования является лишь качественной и не содержит каких-либо количественных характеристик.

Большинство выполненных экспериментальных исследований нсправляемости раз­ личных показателей точности зубчатых колес при шевинговании (за исключением [11, 14]) проведено в лабораторных, а не в производственных условиях, причем выводы о характере их изменения делаются на основании измерения одной-четырех партий зубча­ тых колес по 20-40 деталей в партии. Исследования проведены при установке заготовки иа жесткой оправке и с использованием устаревшего в настоящее время оборудования.

4 5 2 Г л а в а 12

Таблица 12.1

Изменение различных показателей точности прямозубых цилиндрических зубчатых колес при шевинговании и их взаимосвязь с исходными значениями

Показатели точности зубчатого колеса

Литературный

источник

 

F 'ir

*рг

К

F„

Fw r fir

fplr

/ Ры

f ir

ffr

 

[2]

 

э

Ф

ф

ф

И]

Ф

э

 

 

 

 

 

 

[5]

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

[6]

 

 

 

ФА

 

• А

 

• А

ФА

[7]

 

 

 

ФА

 

• Д

 

 

• А

• Д

[в]

 

 

 

ФА

• А

 

 

 

• А

ФА

[9]

 

 

 

•А

 

• А

• А

 

• А

•А

[10]

 

 

 

•А

 

 

 

 

 

[П ]

 

 

•А

• А

 

• Д

 

• Д

• А

• Д

[12]

 

 

 

 

 

 

 

 

[13]

 

 

 

 

 

 

 

 

[14]

 

 

О

 

 

 

[15]

 

 

 

 

 

 

 

 

[16]

 

 

 

 

 

[17]

 

 

 

 

 

 

 

[18]

 

э

 

 

 

 

• А

 

Примечание. Знак

показывает, что шевингование исправляет данный параметр точности; знак

«О» — не исправляет; знак «Ф> — незначительно исправляет; знак «А» показывает, что значение пара­ метра после шевингования зависит от его исходного значения; знак «Д» — мало зависит от исходного значения.

Зубохонингование — часто заключительный процесс чистовой отделки закаленных зубчатых колес, находящий все более широкое применение в серийном и массовом произ­ водстве цилиндрических зубчатых колес.

Кинематически процесс зубохонингования подобен процессу шевингования и также обладает ограниченными возможностями в отношении улучшения исходной точности зубчатых колес. Однако ряд преимуществ процесса (высокая производительность, низкая стоимость, возможность улучшения параметров качества поверхности зубьев и эксплуата­ ционных характеристик зубчатых колес и др.) предопределили широкое распространение этого метода для отделки термоупроченных цилиндрических зубчатых колес. В свою оче­ редь распространенность метода обусловила интерес к нему исследователей.

Изучение влияния на эффективность зубохонингования факторов, отнесенных к первой группе, выполнено в работах Ю. Н. Сухорукова, В. Л. Гринблата, А. Г. Щиголева, Г. Н. Севостьяненко, С. И. Диденко, Г. Н. Сахарова, Ю. С. Богайскова, В. И. Корзинкина,

Изменение параметров качества цилиндрических зубчатых колес

453

B.П. Манумина, М. Б. Вагенштейна, Е. М. Баданеса, Э. Н. Гулиды, О. С. Новишока,

C.Н. Корчака, Е. Ф. Кожемякина, Е. Ф. Фадюшина и др.

Исследования влияния факторов, отнесенных ко второй группе, выполнены в работах Е. Ф. Кожемякина, Г. И. Буторина, 10. Г. Микова, Н. И. Маржине, H. С. Новикова,

В.О. Кургановича, 10. П. Тарамыкина, В. Н. Бунтова, В. В. Завина, А. А. Курищука,

В.Ф. Романова, Ц. 3. Кринзберг, Л. М. Хасина, Е. В. Караулова, Г. В. Томахина,

М.Ф. Иващука, В. А. Смирнова, В. П. Манумина, Н. Г. Жугина и др.

Анализ данных, приведенных в табл. 12.2, позволяет сделать выводы о разногласиях авторов по поводу степени и характера исправления различных показателей точности при зубохонинговании.

Таблица 122

Изменение показателей точности прямозубых цилиндрических зубчатых колес при зубохонинговании и их взаимосвязь с исходными значениями

Литературный

 

 

Показатели точности зубчатого колеса

 

 

источник

Fpr

К

 

 

 

/ Ры

fir

ffr

%

 

 

 

 

[2]

О

о

О

О

О

О

О

о

О

[19]

 

 

 

 

 

О

О

[21]

О

о

О

О

О

О

О

о

О

[23]

о

о

О

о

О

О

о

О

О

[25]

 

 

 

 

 

[26]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[27,28]

• А

о

•А

•А

о

•А

 

•А

•А

[29]

О

О

О

О

О

О

О

[30]

 

 

 

 

 

[32]

 

•А

 

 

 

•А

 

 

 

[341

• А

•А

•А

•А

•А

 

 

•А

•А

[35]

 

 

 

 

[36]

 

П ри м ечани е. О бозначения те же, что и в табл. 12.1.

Обкаткой закаленных колес достигается устранение заусенцев и забоин, получен­ ных при термической обработке и транспортировке, обкаткой незакаленных колес - снижение шероховатости, образование наклепанного поверхностного слоя зубьев, что способствует увеличению долговечности колес, некоторое улучшение геометрии про­ фильных поверхностей зубчатых колес [3]. Улучшая качество поверхности зубьев, об­ катка в то же время приводит к некоторому искажению их профиля вследствие различ­ ных условий скольжения и деформирования материала по высоте зуба [30].

Несмотря на то что данный процесс широко распространен при отделке закаленных цилиндрических зубчатых колес в массовом производстве благодаря своим простоте, де­ шевизне и производительности, он практически не изучен с точки зрения изменения точ­ ности зубчатых колес. Наиболее распространенная схема обкатки в распор [30] исследо­ вана в работе [34].

4 5 4

Г л а в а 12

Зубошлифованис применяется в основном в индивидуальном и мелкосерийном про­ изводстве для отделки закаленных зубчатых колес с твердостью поверхности до HRCa 66 [3] и степенью точности до 3 -4 по ГОСТ 1643-81 [6]. В последние годы применение этого метода расширяется в связи с его совершенствованием. В частности, шлифование червяч­ ным кругом методом обката с непрерывным делением позволило значительно повысить производительность процесса, благодаря чему он все шире используется и в крупносерий­ ном производстве, например, в автотракторостроении. Распространено также зубошлифование методом обката коническим двухсторонним кругом с периодическим делением.

Работы, посвященные зубошлифоваишо, можно также разбить на две группы. В пер­ вую входят работы, направленные иа совершенствование оборудования, оснастки, кине­ матики процесса, оптимизации припусков и режимов резания. К ним относятся работы

A.В. Якимова, И. А. Копфа, Л. И. Деркач, 10. А. Напарьина, Н. А. Ярмонова, Л. П. Карабчиевского, М. А. Рыжова, H. М. Рыжова, В. А. Шалденкова, Л. Г. Гильмутдинова, С. И. Белостоцкого, Б. К. Руденко, Г. Г. Покладия, 10. В. Базарова, 10. А. Бояршинова, В. И. По­ темкина и др. Эти работы позволили оптимизировать требования к оборудованию, осна­ стке, режимам резания при зубошлифовании, и выбор этих параметров в настоящее время не вызывает принципиальных затруднений.

Ко второй группе можно отнести исследования изменения точности зубчатых колес в процессе зубошлнфования, направленные на оценку точностных возможностей этого про­ цесса, разработку рекомендаций по выбору исходной точности колес перед зубошлифованием, числа зубошлифовальных операций, необходимых для обеспечения заданной точ­ ности колес, — это работы С. М. Шрайбмана, В. О. Кургановича, В. И. Лукьянчикова,

B.Б. Гайдучени, Э. Н. Гулиды и др.

Как видно из приведенных списков, большинство выполненных исследований зубошлифования могут быть отнесены к первой группе. С этим связано то, что точностные возможности процессов зубошлнфования изучены недостаточно. Обеспечиваемая ими точность находится в пределах 3 -5 [20], 3 -6 [6], 3 -4 [3], 4 -7 [29], 5 -6 [34] степеней точ­ ности по ГОСТ 1643-81.

Противоречивы и данные о точностных возможностях различных способов зубошлифования. Например, зубошлифование абразивным червяком по мнению авторов [23, 36] обеспечивает наивысшую степень точности колес, а по мнению [5] — наинизшую. Нет данных об изменении при зубошлифовании таких распространенных показа­ телей точности цилиндрических зубчатых колес, как F", f " , являющихся основными ха­ рактеристиками их точности в серийном и массовом производстве. Отсутствует единст­ во взглядов и относительно роли исходной точности зубчатых колес в обеспечении их конечной точности после зубошлнфования. Ряд авторов полагают, что зубошлифование способно исправить практически любую исходную погрешность зубчатых колес и их ко­ нечная точность после зубошлнфования определяется самим процессом зубошлнфования [26]. Авторы [24,37] считают, что точность колес после шлифования зависит от исходной точности. В работах [22, 38] указывается, что припуски на шлифование боковых поверх­ ностей зубьев зависят от точности изготовления зубчатых колес перед зубошлифованием, особенно от радиального биения зубчатого венца, колебания длины общей нормали и по­ грешности направления зуба. Чрезмерные погрешности заготовок зубчатых колес, обус­ ловливающие удаление больших припусков, недопустимы, так как резко увеличивается время обработки, кроме того, при съеме металла с боковых поверхностей зубьев, подверг­ нутых цементации и закалке, удаляется наиболее работоспособный слой и снижается на­ грузочная способность колес.

Химико-термическая обработка (ХТО) широко используется в настоящее время для высоконагруженных зубчатых колес тракторов, автомобилей, металлорежущих станков

Изменение параметров качества цилиндрических зубчатых колес

455

и других транспортных и рабочих машин. В качестве ХТО наиболее широко используют­ ся процессы нитроцементации и цементации в автоматизированных безмуфельных агре­ гатах (Б MA) в газовой среде, причем наиболее распространен процесс нитроцементации в БМА [39-41]. Например, на ВАЗе из всех деталей, подвергаемых ХТО, 77% обрабатыва­ ются нитроцемеитацией, и лишь 3,2% - цементацией [40]. Использование БМА позволя­ ет повысить эффективность и производительность ХТО, улучшить условия труда. Харак­ терно, что в большинстве выполненных работ, посвященных исследованию изменения точности цилиндрических зубчатых колес при ХТО, рассматривается процесс цемента­ ции (в шахтных печах — как в газовой среде [42-44], так и в твердом карбюризаторе [45, 46]) на режимах, существенно отличающихся от современных. В ряде работ (см., на­ пример, [47]) испытания выполнены на моделях. Значительная часть указанных исследо­ ваний выполнена для авиационных косозубых колес т = 3 мм из стали 12Х2Н4А, имею­ щих особенности конструкции и используемых материалов [45, 46].

Исследования изменения точности зубчатых колес при ХТО, как и для других методов отделки зубчатых колес, можно разбить на две группы: 1) исследование влияния физи­ ко-механических свойств материала заготовки, ее конструктивно-размерных параметров, условий и режимов ХТО на изменение показателей точности колес при ХТО; 2) иссле­ дование характера изменения исходных значений показателей точности колес при ХТО.

К первой группе относится большинство выполненных работ. Установлено, в частно­ сти, что уменьшению степени деформаций зубчатых колес после ХТО способствуют пра­ вильно выбранная структура заготовок перед механической обработкой [48-51], оптималь­ ные прокаливаемость, содержание углерода и остаточного аустенита, твердость, соотноше­ ние площадей цементованного слоя и сердцевины зубьев [38, 39, 43, 52], рациональные конструктивно-размерные параметры колес [38,43,53,54], необходимые в данных услови­ ях и стабильные составы рабочих сред и режимы ХТО, применение прогрессивных оснаст­ ки и оборудования, соблюдение технологии подготовки колес (обеспечение необходимого качества поверхностей зубьев, выполнение операций обезжиривания, мойки, сушки).

Известны попытки получить расчетные зависимости для определения деформации деталей после ХТО с учетом их материала, структурных превращений при ХТО и режи­ мов ХТО [52, 55,56]. Однако для зубчатых колес погрешности этих зависимостей оказа­ лись весьма велики (больше 50%) [38]. Установлено, что их можно использовать лишь для оценки деформации деталей простой формы. Достаточно точно деформации зубча­ тых колес при ХТО можно определить лишь экспериментальным путем.

Изменения условий ХТО вызывают существенные изменения характера деформации зубчатых колес. Например, в работах [45,46] (зубчатые колеса из стали 12Х2Н4А, цемента­ ция в твердом карбюризаторе, высокий отпуск, закалка, обработка холодом) установлено, что большая часть изменения показателей Fm Fm„ f vtn Fpr происходит при закалке зубьев, а показателя F$r — при цементации. В работе [42] (зубчатые колеса из стали 18ХГТ, газовая цементация, охлаждение в колодце, закалка ТВЧ с последующим отпуском) показано, что более значительные изменения показателей Fw Ft„vn F^ происходят при цементации.

Большое влияние на степень деформации колес оказывают такие конструктивно-раз­ мерные параметры, как отношение диаметра вершин зубьев da к диаметру посадочного от­ верстия Д , колеса [53,57], наличие и степень асимметрии расположения ступицы относи­ тельно венца [57,58], модуль колеса [43]. По данным В. П. Пономарева [43], с увеличени­ ем модуля в 2 раза при сохранении габаритных размеров колеса примерно в 2 раза увеличиваются после цементации отклонения / ;)Л„ ffr и др. из-за увеличения отношения Fn/Fc (площадей цементованного слоя и сердцевины зубьев).

Анализ работ по исследованию изменения исходных значений показателей точности цилиндрических зубчатых колес при ХТО позволяет сделать вывод о том, что при различ­

4 5 6

Г л а в а 12

ных видах ХТО зубчатых колес и моделей (после цементации и закалки ТВЧ [42], после цементации в твердом карбюризаторе [28], при газовой цементации и объемной закалке моделей и колес [43, 44,59]) имеет место взаимосвязь между значениями до и после ХТО таких показателей, как Fw Fmr, f llhn f j n Fpn d„, в связи с чем предлагается для повышения точности колес после ХТО повысить точность зубопарезания. При этом В. П. Пономарев [43] рекомендует регулировать не только поле рассеяния, но и центр группирования пока­ зателей точности до ХТО, так как в случае регулирования исходных значений показате­ лей точности до ХТО возрастает их относительное влияние на изменение суммарной по­ грешности изготовления примерно в 1,5-3 раза, и для таких показателей, как Fmr, Fm F", fi">fpbr>fjn F$n оно может достигнуть 70-92%. В. П. Пономарев [42] приходит к выводу, что аналитически невозможно смоделировать изменения различных показателей точности колес при ХТО. Процесс необходимо рассматривать как замкнутую преобразующую сис­ тему и для описания взаимосвязей между входными и выходными значениями показате­ лей точности следует использовать полиноминальные зависимости.

Однако в выполненных работах анализ этих зависимостей отсутствует. Для оценки степени и характера изменения различных показателей точности зубчатых колес при ХТО авторы используют анализ средних значений, дисперсий, кривых распределения по­ казателей точности до и после ХТО, точечных диаграмм, коэффициентов изменения точ­ ности [42,60-62] и др. Лишь в нескольких работах используются методы корреляционно­ го анализа [28, 43, 59]. Но и там не показана структура погрешностей после ХТО, не вы­ полнен анализ взаимосвязей между исходными и выходными значениями показателей точности после ХТО.

Все это приводит к противоречивости как полученных результатов исследования, так

итребований к точности до и после ХТО зубчатых йолес, близких по размерам и конеч­ ной точности, действующих на различных заводах. Например, требования к Fp до ХТО на различных автозаводах СНГ для зубчатых колес, близких по назначению, конструкции

иконечной точности, отличаются до 4 раз.

Наряду с задачей обеспечения точности зубчатого венца при изготовлении цилиндри­ ческих насадных зубчатых колес необходимо решить задачу обеспечения точности базо­ вых поверхностей — посадочного отверстия и торца зубчатого венца, так как точность этих поверхностей оказывает большое влияние на точность зубчатого венца при изготов­ лении колес и на условия работы колеса в передаче.

Согласно методическим указаниям по внедрению ГОСТ 1643-81 [63], для колес 7-12 степеней точности посадочное отверстие рекомендуется выполнять по 7 -8 квалитетам точности по ГОСТ 25347-82. Там же приведены рекомендации по допустимому бие­ нию базового торца колес на 100 мм наружного диаметра в зависимости от степени точно­ сти зубчатого колеса по нормам контакта и ширины зубчатого венца. Аналогичные реко­ мендации приведены и в [3].

В технической и справочной литературе уделено мало внимания вопросам обеспече­ ния точности базовых поверхностей цилиндрических зубчатых колес. Справочные посо­ бия приводят лишь рекомендации по маршрутам обработки зубчатых колес [3, 19], кото­ рые значительно отличаются друг от друга и не содержат информации о точности базовых поверхностей, достижимой после различных операций.

Работы, посвященные обработке базовых поверхностей зубчатых колес [64-66], рассмат­ ривают в основном вопросы чистовой обработки или отделки посадочных отверстий зубча­ тых колес. В них приводятся результаты исследований влияния режимов обработки, конст­ рукции и материала инструмента, условий базирования заготовки на характеристики качест­ ва обрабатываемого отверстия, но практически отсутствует информация о пооперационных изменениях параметров качества зубчатых колес на различных операциях обработки.

Изменение параметров качества цилиндрических зубчатых колес

457

Указанные недостатки обусловлены, па наш взгляд, несовершенством принятых ме­ тодов исследования. В выполненных исследованиях использовали один из методов ана­ лиза — кинематики (физики) процесса обработки или опытно-статистических данных, ха­ рактеризующих точность зубчатых колес до и после операций обработки базовых поверх­ ностей, отделки зубьев или термообработки колес.

Первый метод позволяет в принципе раскрыть природу изменения того или иного по­ казателя точности при отделке или термообработке. Однако обилие факторов, влияющих на процесс изменения показателей точности, и случайный характер этого изменения дела­ ют весьма затруднительным установление функциональных взаимосвязей между входны­ ми и выходными погрешностями обработки. Поэтому результаты, полученные с его помо­ щью, отражая основные особенности изучаемого процесса, не позволяют получить его полную математическую модель и не могут быть использованы для оптимизации исход­ ной точности зубчатых колес с учетом конкретных условий обработки.

Второй метод соответствует статистической природе изучаемого процесса и создает предпосылки для полного учета влияния всех факторов на изменение параметров точно­ сти зубчатого колеса при отделке или упрочнении. Однако применяющиеся ранее спосо­ бы реализации данного метода не раскрывали механизма сокращения погрешностей, не давали объективных характеристик изменения параметров точности и не позволяли полу­ чить модель этого процесса. Коэффициенты уточнения Кср и Кс отражают лишь степень изменения того или иного параметра в данных условиях. Они могут использоваться для ориентировочной оценки возможностей процесса, но непригодны для определения точно­ сти, получаемой на данной операции, в условиях изменяющейся точности исходного ма­ териала, так как не отражают природу механизма изменения погрешностей. Оценка степе­ ни взаимосвязи параметров точности до и после отделки или упрочнения зубьев с помо­ щью графиков их изменения по зубчатому венцу до и после данной операции не содержит объективных показателей этой взаимосвязи и способна дать лишь качественную и весьма субъективную ее характеристику. Определение достигаемой при отделке или упрочнении точности отдельных параметров зубчатого венца с помощью описанных выше методов не является достаточно обоснованным, так как не учитывает ни закон распределения показа­ теля точности, ни вероятность принятого интервала его рассеивания.

Подавляющее большинство исследователей использовали в своих работах метод ана­ лиза опытно-статистических данных. При этом выводы о степени нсправляемостн того или иного показателя точности делались на основе анализа либо графиков изменения раз­ личных показателей точности по зубчатому венцу или по длине зуба до и после рассмат­ риваемой операции, либо эмпирических кривых распределения отдельных показателей точности до и после этой операции, либо коэффициентов уточнения /Сср и Ка.

1 У

( 12.1)

 

Ка = %

(12.2)

где Xj и значения показателя точности до и после рассматриваемой операции; х, у, а г <5у — средние арифметические значения и средние квадратические отклонения соответст­ вующих параметров точности до и после этой операции.

Степень взаимосвязи показателей точности зубчатого колеса после отделки или уп­ рочнения с их исходными значениями оценивалась либо по графикам изменения показа­ теля точности по зубчатому венцу до и после рассматриваемой операции, либо с помощью графиков, связывающих групповые средине соответствующих значений параметров точ­

458

Г л а в а 12

ности в партии деталей до и после этой операции. Лишь в нескольких работах по изуче­ нию изменения показателей точности зубчатого венца при ХТО [28, 43, 46, 59] использо­ вались методы корреляционного анализа. Однако они не были дополнены анализом ха­ рактера взаимосвязи между входными и выходными значениями погрешностей колес, структуры выходных погрешностей. Достижимая точность того или иного показателя по­ сле отделки или ХТО определялась либо по минимальным значениям этого параметра по­ сле изучаемого процесса, либо по интервалу его значений, внутри которого лежит боль­ шая часть деталей в партии.

12.2. Анализ современных оценок пооперационных изменений параметров качества поверхности зубьев зубчатых колес в процессе обработки

Характеристики качества поверхности зубьев зубчатых колес оказывают большое влияние на их важнейшие эксплуатационные свойства. Однако вопросы формирования этих характеристик на различных операциях обработки колес и их изменения в процессе обработки изучены в настоящее время явно недостаточно.

В технической и справочной литературе практически отсутствует информация о мик­ ротвердости поверхности зубьев, уровне остаточных напряжений первого и второго ряда в поверхности зубьев после различных операций обработки колес, о пооперационных взаи­ мосвязях между этими параметрами. Большое внимание уделялось обеспечению при зубообработке и отделке зубьев требуемой шероховатости поверхности, однако и в отношении этой характеристики в современных справочниках отсутствует четкая информация о воз­ можностях различных методов обработки. Так, например, в [3,19,20,67] лишь указывается, что зубохонинговаиие уменьшает шероховатость поверхности зубьев шевиигованных и шлифованных колес. Достижимая шероховатость поверхности после шлифования зубьев по данным ряда работ находится в пределах Ra = 1,25-0,08 мкм, а после зубохонингования — До = 3,2-0,16 мкм, что затрудняет для техиолога-пракгика решение задачи нормиро­ вания требований к параметру Ra после указанных операций. В заводских технологических процессах часто после операций ХТО и отделки зубьев указывают значения Ra, полученные после шевингования колес, а после операций отделки указывают значения HRC, достигну­ тые после ХТО, хотя, как видно из ряда работ [24, 67] и подтверждено нашими исследова­ ниями [34], эти параметры существенно изменяются на операциях отделки зубчатых колес.

Несмотря на большую роль остаточных напряжений в поверхности зубьев в обеспече­ нии их эксплуатационных характеристик [67, 68], эта характеристика качества в настоя­ щее время не нормируется при изготовлении зубчатых колес.

Исследования остаточных напряжений в зубчатых колесах выполнялись в основном после цементации колес в различных условиях [24, 39, 69-74] и шлифования зубьев [24, 69, 70, 75], исходя из предпосылки, что качество зубьев формируется на финишных операциях их изготовления. Часто эти исследования выполнялись на образцах-свидете- лях [39, 69, 76], оптически активных моделях методом фотоупругости [77, 78] и реже на реальных зубчатых колесах [69, 70].

Исследовались различные виды цементации и последующей термообработки, различные материалы (стали 25ХГТ [39], 18Х2Н4ВАШ, 12Х2Н4АШ [73], 12Х2Н4А [69], ЭИ112 [70], 12ХН43А [72], 25ХГМ [74]). Применялись как механические методы определения напря­ жений (метод H. Н. Давиденкова в работах [39, 69,70]), так и физические методы (ренге-

Изменение параметров качества цилиндрических зубчатых колес

459

нографический метод в работах [72, 74]), метод с использованием вихревых токов [73]. Это разнообразие объектов и методов испытании предопределило противоречивость по­ лученных результатов.

Установлено [67,69,70,79], что после ХТО в поверхности зубьев возникают сжимаю­ щие остаточные напряжения в пределах (-400)-(-900) МПа, в работе [73] утверждается, что после ХТО (цементация, обработка холодом, закалка и низкотемпературный отпуск) в поверхности зубьев возникают растягивающие остаточные напряжения, которые на глу­ бине 0,015-0,04 мм переходят в сжимающие. В работе [74] показано, что после ХТО дета­ лей из одного материала (стали 25ХГМ) в зависимости от условий и режимов ХТО в по­ верхности могут возникать как сжимающие (до -360 МПа), так и растягивающие (до 300 МПа) остаточные напряжения. По данным большинства работ [69, 79, 73] наиболь­ шие значения остаточных напряжений после ХТО находятся на поверхности образцов и зубьев зубчатых колес (см. рис. 12.1-12.3). По мнению [72], наибольшие остаточные на­ пряжения находятся на глубине =0,4 мм от поверхности образца.

Исследования [46, 67,69,70,73,75,80,81] позволили установить влияние различных факторов на знак и величину остаточных напряжений после шлифования. Установлено, что после зубошлифовапия на поверхности зубьев чаще всего возникают растягивающие напряжения, которые могут достигать 700 МПа (рис. 12.1), что почти вдвое снижает уста­ лостную прочность зубьев [69]. В то же время при определенных условиях, в том числе при правильно выбранных режимах и исходных значениях напряжений и структуры ме-

 

Рис. 12.2. Изменениеостаточныхнапря­

 

жений поглубинеhотповерхностизу­

Рис. 12.1. Изменение остаточных напря­

ба [70]: 1,2 — до шлифования зубьев

= 2,5 мм, сталь ЭИ712); 3-6 — после

жений ai в цементированных пластинах

шлифованиясразной глубинойд(станок

[69]: 1 — нешлифованных; 2 — тщательно

зубошлифовальный 5831, о, в зонедели­

шлифованных; 3 — шлифованныхприповы­

тельнойокружности)

шенныхрежимах

 

4 60

Г л а в а 12

талла, в поверхности зубьев могут иметь место после зубошлифоваиия и сжимающие ос­ таточные напряжения (см. рис. 12.1). После зубошлифоваиия максимальные напряжения чаще всего имеют место на поверхности зубьев (рис. 12.1, 12.2), однако при некоторых ус­ ловиях максимальные напряжения возникают в глубине зуба, на расстоянии 0,015— 0,080 мм от поверхности [69,73] (рис. 12.4). Сделан вывод о том [24], что при зубошлифовании исходные остаточные напряжения уменьшаются в среднем на 18%, при этом коэф­ фициент технологического наследования составляет Ка = 1,22. Тип (червячная фреза или долбяк) и параметры стандартного инструмента влияют на напряженное состояние и прочность зубчатых колес незначительно. В связи с этим расчет зубьев на изгиб можно производить в большинстве случаев без корректировки на тип и параметры стандартного инструмента. Высказано предположение [24], что остаточные напряжения в поверхности зубьев после зубофрезерования не влияют на остаточные напряжения после шевингова­ ния, поскольку глубина ППД после шевингования больше глубины распространения ос­ таточных напряжений после зубофрезерования. Согласно [24], после шевингования на поверхности зубьев возникают сжимающие остаточные напряжения ст01= (—190)—(—210) МПа, коэффициент технологического наследования Ккр = х /у = 180/195 = 0,92. Однако анализ работ [67, 68,82, 83] показывает, что значения глубины действия остаточных напряжений после различных методов обработки деталей машин лезвийным или абразивным инстру­ ментом, ППД для одного обрабатываемого материала сопоставимы.

Вопросы формирования остаточных напряжений второго рода (микронапряжений) на поверхности зубьев после различных видов ХТО и зубошлифоваиия рассматрива­ лись в работах [72, 76]. Для оценки микронапряжений второго рода и размеров областей когерентного рассеяния (ОКР, блоков мозаики) использовали методы рентгенострук­ турного анализа. Показано [72], что величина микронапряжений (210-1200 М Па) зна­ чительно превосходит остаточные напряжения первого рода [(-2 8 0 )-(3 5 0 ) МПа]. Такие

Рис. 12 .3 . Распределение остаточных на­

Рис. 12 .4 . Распределениеостаточныхна­

пряжений поглубинеотповерхностизубьев

пряженийпоглубинепослезубошлифова-

зубчатых колес после ХТО (сталь

ния [73]: 1— после 1-го прохода; 2 — по­

18Х2НВАШ, о1в районеделительнойокруж­

сле 9-го прохода; 3 — после 15-го прохо­

ности) [73]

да; 4 — после 29-го прохода