Дослідження зубохонінгування зубчастих коліс після шевінгування і термообробки

Research paper considers a new method of gearing cylindrical gears, after gear shaving and heat processing with worm diamond elastic hones. The main disadvantages of the existing methods of gearing honing are given. The main advantage of the new method of gear honing is that serial milling or grinding machines can be used to implement it. To ensure spring linkage in the system tool-detail a special device has been developed. As a tool, a specially developed diamond elastic worm hone instead of a disk hone was used. The use of worm hone equalized the cutting speed of the gear height and significantly reduced the dynamic load while gear honing, compared with the disk gear hone. The characteristics of the diamond worm hone, the modes and quality of machining gears are stated. To assess the quality of machining gears, the surface roughness parameters were used, which were measured before gearing honing. For measuring the roughness of the surface of gear honing, a complex was created by measurement with data output to a computer.

The complex is connected to a computer, which allows to automatically obtain the following roughness parameters: Ra, Rq, Rt, Rz, Rc, Rsm, as well as the supporting curve. The roughness was measured both along the involute profile and along the honing line of the cogwheel. For statistical assessment of the results, the roughness supporting curves were constructed before and after processing. From the analysis of the scattering curves, it was found that the roughness of the surface of the gear wheels after gear honing can be reduced by 2-3 times. In addition to providing roughness parameters, the process of gear honing allows correcting local defects (cracks) of the profile. All gears after the gearing are recognized as suitable ones for the construction of hydraulic machines. The conclusions and perspectives of further research are presented.

Keywords: final polishing, roughness, cogwheel, cylindrical gearings, worm hone, diamond-abrasive processing.

У результаті аналізу стану проблеми встановлено, що сучасний рівень розвитку техніки характеризується істотним збільшенням використання в різних галузях народного господарства механізмів вищих кінематичних пар з деталями зі складними формами робочих поверхонь і одночасним підвищенням вимог до їх функціональних, експлуатаційних, економічних, екологічних та габаритних показників. Прикладами таких кінематичних пар є зубчасті передачі різних класів, видів і типів.

Одним з найбільш поширених класів зубчастих передач є циліндричні зубчасті передачі.

Циліндричні зубчасті передачі використовуються в різних машинах і механізмах, у тому числі в коробках перемикання передач автомобілів, бойових машин, танків, у редукторах літаків та різнотонажних морських та річкових суден.

Для сучасних реалій України якісне виготовлення циліндричних зубчастих передач є важливим завданням машинобудування, що зумовлено низкою причин [1, 2]:

- у зв'язку з масовим придбанням машин та механізмів імпортного виробництва, простежуються велика імпортозалежність і значні витрати валютних коштів на придбання запчастин, особливо зубчастих передач з вихідним контуром, відмінним від національного стандарту України ДСТУ ISO 53-2001. Так, за весь період експлуатації машин і механізмів витрати на їх ремонт і технічне обслуговування, у зв'язку зі зносом деталей, у декілька разів перевищують вартість самих машин і механізмів;

- низька конкурентоспроможність вітчизняних машин і механізмів через низькі експлуатаційні, екологічні (шум) та ін. показники зубчастих передач, від яких значною мірою залежить якість машини або механізму загалом.

У багатьох випадках використання зубчастих передач з високими якісними показниками дозволяє значною мірою розширити функціональні й підвищити експлуатаційні та ін. показники різних машин і механізмів.

Наразі проблема якісного виготовлення циліндричних зубчастих передач для ремонту імпортних машин і механізмів та вітчизняних, які експортуються, вирішується через закупівлю імпортного обладнання і швидкозношувального складнопрофільного зуборізного інструменту для їх виготовлення, а також вимірювальної техніки для контролю, що вимагає значних валютних витрат.

Аналіз основних досліджень і публікацій. Технологія виготовлення зубчастих вінців циліндричних зубчастих коліс включає декілька послідовно виконуваних технологічних операцій, залежно від необхідної точності та якості поверхневого робочого шару зубчастих коліс.

Аналіз сучасних світових технологій виготовлення високоточних та якісних зубчастих передач засвідчив, що залежно від точності для якісного виготовлення циліндричних зубчастих коліс може бути здійснено ряд традиційних послідовних технологічних операцій [3, 4]:

для зубчастих коліс 6-8 ступенів точності: зубофрезерування (або зубодовбання), шевінгування, термообробка, зубохонінгування дисковим зубчастим хоном з зовнішніми або внутрішніми зубцями на спеціальних зубохонінгувальних верстатах [4];

для зубчастих коліс 3-6 ступенів точності: зубофрезерування (або зубодовбання), термообробка зубошліфування та зубохонінгування дисковим зубчатим хоном з зовнішніми або внутрішніми зубцями на спеціальних зубохонінгувальних верстатах [4].

При зубошліфуванні (без спеціальних доводочних операцій) шорсткість бокових поверхонь зубів складає Ra 0,4-0,7 мкм, а при зубошевінгуванні та термообробці - Ra 0,4--1,0 мкм.

Рис. 1. Робоча зона обробки зубчастих коліс зубохонінгуванням, спеціальне приладдя для обробки й алмазний еластичний черв'ячний хон.

Для видалення дефектного шару після термообробки, незначних забоїн та задирок, подальшого зменшення шорсткості робочої поверхні зубців, що призводить до зменшення шуму під час роботи зубчастої передачі та моменту її зрушення, тобто для більш якісного виготовлення зубчастої передачі, необхідно вводити додаткову технологічну операцію - зубохонінгування.

Традиційні методи зубохонінгування дисковими зубчастими хонами містять цілий ряд недоліків [5]:

- необхідність використовувати спеціальні, високовартісні зубохонінгувальні верстати та інструменти імпортного виробництва;

- нерівномірність шорсткості по висоті зуба за зубохонінгування дисковими зубчастими хонами, через різні швидкості ковзання по висоті зуба;

- значні динамічні навантаження в парі “інструмент - деталь” під час переспряження зубців при обробці;

- складність оснащення при виготовленні алмазних дискових зубчастих хонів.

У зв'язку з тим, що вітчизняна промисловість не виготовляє зубохонінгувальних верстатів, необхідно дослідити можливість використання серійних фрезерних та шліфувальних верстатів для процесу зубохонінгування та ліквідації інших зазначених вище недоліків процесу зубохонінгування.

Метою дослідження є розробка та дослідження нового способу зубохонінгування циліндричних зубчастих коліс з використанням серійних фрезерних та шліфувальних верстатів.

Для реалізації зазначеної вище мети був розроблений новий спосіб зубохонінгування циліндричних зубчастих коліс на серійному горизонтально-фрезерному верстаті черв'ячним алмазним еластичним хоном при осях схрещування інструмент - деталь близьких до 90 градусів. Робоча зона обробки представлена на рис. 1.

Використання черв'ячного хона вирівняло швидкість різання по висоті зубця шестерні і значно зменшило динамічні навантаження при зубохонінгуванні, порівняно із зубохонінгуванням дисковим зубчастим хоном. Значно знизилася і трудомісткість виготовлення черв'ячного хона порівняно з дисковим.

Для забезпечення пружного зв'язку в парі черв'ячний хон-зубчасте колесо було розроблено спеціальне пристосування, яке закріплюється на столі верстата (див. рис.1).

Характеристика черв'ячного хону представлена в таблиці 1.

Таблиця 1. Характеристика черв'ячних алмазних еластичних хонів