Глава7. Изготовление зубчатых колес гтд.

7.1. Конструкция, технические требования и

МАТЕРИАЛЫ.

В редукторах и коробках отбора мощности авиационных двигателей используются зубчатые колеса разнообразных конструкций. Примеры таких зубчатых колес приведены на рисунке 7.1а, б, в. Все они сконструированы с учетом обеспечения минимальной массы, минимальных габаритов, высокой надежности. При этом зубчатые колеса авиационных двигателей работают при высоких оборотах и предельных нагрузках. Исходя из всех перечисленных эксплуатационных требований, можно определить следующие конструкторско-технологические особенности авиационных зубчатых колес:

• Ажурность конструкции, ее пониженная жесткость.

• сложность формы, определяющаяся сочетанием многих конструктивных элементов, зубчатых венцов, шлиц, использованием блочных конструкций, валов-шестерен и т. д.

• Использованием специальных материалов, имеющих высокие механические свойства, требующих проведения термохимической обработки.

• Плавность переходов между различными элементами,

• Низкая шероховатость всех поверхностей (включая, свободные), высокая и равномерная твердость рабочих поверхностей. Эти условия обеспечивают надежность работы деталей при знакопеременных и статических нагрузках.

• Высокие степени точности и технические требования на взаимное расположение рабочих поверхностей относительно конструкторских базовых поверхностей.

• Применение зубчатых венцов с косыми зубьями, круговым зубом, улучшенным профилем зуба (рисунок 7.2) и др.

НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ

ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ПЕРЕДАЧ.

Допуски для эвольвентных зубчатых колес и передач с модулем 1 мм. регламентированы в ГОСТ 1643-81, который распространяется на зубчатые колеса с исходным контуром по ГОСТ13755-81. В стандарте даны отклонения и допуски для десяти степеней точности: 3 –12-й.

Понятие «точное колесо» подразумевает высокую точность изготовления тех элементов, которые являются наиболее важными для данных условий эксплуатации колеса. Исходя, из необходимости иметь передачи с определенными эксплуатационными признаками в отношении точности, в стандарте установлены три вида независимых норм: кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев зубчатых колес в передаче. Эти виды норм можно для зубчатых колес и передач назначать исходя из разных степеней точности, учитывая характерный признак данных условий эксплуатации и способ обработки. При необходимости точность колеса может быть задана разными степенями, так, например СТ 8–7–7–Ш ГОСТ1643-81, что означает колесо 8-й степени кинематической точности, 7-й степени плавности работы, 7-й степени по контакту зуба, с боковым зазором по сопряжению «Ш».

На комбинирование норм введены специальные ограничения. Нормы плавности работы колеса могут быть не более чем на две степени точнее или на одну степень грубее степени кинематической точности. Нормы контакта зубьев могут быть назначены по любым степеням, более точным, чем нормы плавности работы зубчатых колес и передач, а также по степени не более чем на одну грубее, чем по нормам плавности колес и передач.

Кинематическая точность характеризуется полной погрешностью угла поворота за оборот зубчатого колеса. Норма точности по плавности работы определяется погрешностью угла поворота зубчатого колеса, многократно повторенной за его полный оборот. Точность по контакту зубьев оценивается комплексным показателем – суммарным пятном контакта по боковой поверхности зуба.

Боковые зазоры в зубчатой передаче определяются в основном толщиной зуба колеса и отклонением межцентрового расстояния в корпусе. Для разных условий эксплуатации требуются различные боковые зазоры независимо от точности зацепления. Исходя из этого, в ГОСТ1643-81 предусмотрено шесть видов сопряжений (шесть рядов точности), определяющих наименьший (гарантированный) боковой зазор между зубьями. Принятые в стандарте сопряжения обеспечивают то, что при любом угловом положении колес боковой зазор между зубьями будет не меньше гарантированного значения. В стандарте приняты следующие виды сопряжений для передач: Н, Е, Д, С, В, А.

В большинстве случаев принимают передачи с нормальны боковым зазором В.

Видам сопряжений соответствуют виды допуска на боковой зазор, приведенный на рисунке 7.3.

Допускается изменять соответствие между видом сопряжения, видом допуска бокового зазора.

Требования к точности колес и передачи и к боковому зазору обозначаются одной или тремя цифрами (при комбинировании норм разных степеней точности), например, 7-С ГОСТ1643-81 или 8-7-6 и одной или двумя буквами (при изменении допуска бокового зазора), например, В или Ва. В конце обозначения указывается ГОСТ1643-81.

Для контроля точности зубчатых колес и передач в разных условиях производства стандартом предусмотрен ряд комплексов контроля, содержащих комплексные и поэлементные показатели для каждой из трех норм точности и вида сопряжения.

Зубчатые колеса, применяемые в авиационных двигателях, имеют степень точности 5…8, что требует применения специальных методов обработки. Например: для зубчатого колеса 7-й степени точности при m = 2..4 назначаются следующие допуски: на толщину зуба – 0,06 мм; на шаг – 0,03 мм; на биение зубчатого венца 0,06 мм; на отклонение профиля 0,005 мм.

Зубчатые колеса газотурбинных двигателей изготавливаются из высокопрочных сталей, которые могут быть разделены на три группы в зависимости от применения термической или термохимической обработки.

ГРУППА 1 – термоулучшаемые стали (закалка, отпуск, твердость HRCэ = 40 ед.) 40ХНМА, 37ХН3А.

ГРУППА 2 – цементируемые стали (цементация + закалка + отпуск, твердость HRCэ = 58 ед.) 18ХНВА, 12Х2НВФА, ЭИ712.

ГРУППА 3 – азотируемые стали (закалка + азотирование, твердость HRCэ = 65 ед.) 38ХМЮА, ЭИ415, 20Х3НВФА.

Глубина циментированного слоя задается в пределах 0,7….1,2 мм, а глубина насыщения азотом 0,3…0,6 мм.

Материал зубчатого колеса является важнейшей характеристикой, т. к. влияет на структуру технологического процесса, выбор метода обработки и т. д.

Наиболее широко в авиадвигателестроении для изготовления зубчатых колес применяют цементируемые стали, т. к. после цементации, закалки и отпуска они имеют высокую твердость цементированных поверхностей и низкую твердость в основной массе материала. Это обеспечивает высокую контактную прочность поверхности зубьев и значительную ударную вязкость их сердцевины, предохраняющие зубья при вибрационной нагрузке от появления трещин и разрушения.

7.2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС.

7.2.1. Общие принципы построения технологических