Армированное червячное или зубчатое колесо

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при серийном производстве зубчатых и червячных колес. Целью изобретения является экономия материала облицовки путем приближения формы заготовки к форме детали. В армированном червячном или зубчатом колесе, содержащем основу из конструкционного материала с утоненными зубьями и диффузионно соединенную с основой антифрикционную облицовку переменной толщины на зубьях, поверхности 1,2,4 соединения облицовки и основы эквидистантны поверхности 3 предельного износа. 7 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИА ЛИСТ И ЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

А1 (ч) 4 F 16 H 1/06 1/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4085376/25-28 (22) 10.07.86 (46) 15.05.88. Бюл. 0 18 (75) А.Г. Потапов (53) 621.833(088.8) (56) Патент США И 2179967, кл. 74-460, 1939. (54) АРМИРОВАННОЕ ЧЕРВЯЧНОЕ ИЛИ ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при серийном производстве зубчатых

„„80„„1 95869 и червячных колес. Целью изобретения является зкономия материала облицовки путем приближения формы заготовки к форме детали. В армированном червячном или зубчатом колесе, содержащем основу из конструкционного материала с утоненными зубьями и диффузионно соединенную с основой антифрикционную облицовку переменной толщины на зубьях, поверхности

1,2 4 соединения облицовки и основы эквидистантны поверхности 3 предельного износа. 7 ил.

1 395869

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при серийном производстве зубчатых и червячных колес.

Целью иэобретепия является экономия материала Облицовки пу1ем приближения формы заготовки к форме детали.

На фиг. 1 показана зубчатая коронка-заготовка в средней плоскости колеса, сечение; на фиг. 2 — расчетная схема для Определения форглы поверхности коронки-заготовки; на фиг, 3 — эуб колеса с облицовкой; на фиг. 4 — участок зуба; на фиг.5 зубчатый венец; на фиг. 6 — разрез

A-Л на фиг.5; на фиг. 7 — профиль зуба венца. . Па фиг. 1 отмечены внешняя зуб- 0 чатая поверхность 1, исходная зубчатая поверхность 2, поверхность 3 предельного износа, внутренняя поверхность 4, СН вЂ” внутренняя поверхность, эквидистантная внешней поверхности 25 зубчатой коронки-заготовки.

В объеме коронки можно выделить три слон: первый - припуск на обработку: ограничивается кривой AB внешнего контура и кривой CD исходного контура; второй — износовый слой: ограни п1вается кривой CD исходного контура и кривой ЕГ предельного износа; третий — дефектный слой oграничивается кривой ЕР поверхности предельного износа.

1<аждый из указанных слоев, естественно, реально не существует, это всего лишь геометрическая. поверхность, ! характеризующая номинальные полО?!(е 40

) ния слоев.

Величину износа принятого характеризовать не общим объемом изношенного материала, а по некоторому критериальному размеру, например, в единицах модуля: И „ „ = м М, где м — кокр эффициент допускаемого износа, М— модуль исходного зубчатого профиля, в частности величину предельного износа нормируют по уменьшению размера на делительной окружности, тогда е1о можно обозначить как И „р „. кр

Порядок расчета внутренней поверхности: на основания Обследования пар55 тии колес по формуле

Х,У,Z,,„= и 7Х,У,Е,,„ определяют среднее значение (номинал) координат Х, У, Z предельно изношенной поверхности на радиусе р (радиус, на котором производятся измерения, заключен в пределах окружности d выступов исходного профиля и окружности 4 впадин), затем определяют среднее квадратичное отклонение 6, „,<, на основании выбора величины доверительной вероятности

Рд назначают доверительный интервал

„„(например, при доверительной вероятности Р д = 0,999 доверительный интервал равен t р „ „= 3.03).

Таким образом, положение поверхности предельного износа для данного типа колес оказывается однозначно заданным с номиналом, координаты которого определены через Х, У, Z

cð а допуск на отклонение номинала pa+t Р,П,И, 6 P 0.а, При формировании внутренней поверхности не может быть получена идеальная геометрическая поверхность, эквидистантно воспроизводящая поверхность предельного износа.

Рассуждая совершенно аналогично, можно сказать, что у изготовленных коронок имеет место разброс геометрических параметров, среднее значение определяется как ь ср Т.

Х, У, Zpen= c X, У, Е„,, h

Рассуждая аналогично, определяем и среднее квадратичное отклонение

6 р,„, и доверительный интервал

Й р 0 6 у тогда допуск на отклонение внутренней поверхности определяется как

D P II. ü = +- с р. II, О р n. s

Учитывая, что в процессе получения диффузионного соединения между антифрикционным металлом зубчатой коронки-заготовки и металлом ступицы образуется переходной слой в виде смешанной структуры, и, поставив условие, чтобы поверхность предельного износа не касалась внутренней поверхности заготовки, вводят между ними зазор в виде переходного или запас. ного слоя и „;. именуя далее переходный слой дефектным, определяют его толщину по внутренней поВЕрХНОСтИ D р > с = d -D р, 0 p COOT» ветственно, тогда доверительньгй ин9 g 8 s- : 9

4 чение исходного зубчатого профиля на

Ср радиусе р; Х,,„ — среднестатистичесое значение поверхности предельного ср износа на радиусе р; Х, — среднестатистическое значейие средней х линии дефектного слоя; 4 р „ „ — слой чистого износа; Л „ „ — номинальное значение величйны износа до

1ð предельного состояния; Л» — толщина облицовки в направлении координаты Х на радиусе р; Л, — толщина запасного слоя, р — радиус окружности профиля, на котором производит" ся отсчет по толщине облицовки.

При производстве колес (т.е. при снятии припуска, заключенного между контуром облицовки до обработки и контуром исходного профиля) положение

2р исходного контура имеет разброс по геометрическим параметрам зубчатого профиля и его можно определить как среднее значение некоторого статистического распределения, т.е.

25 частных отклонений по формулам!, Ф,т р.д,с. "р.п.е х p @.ñ. ": рете э

На фиг.1 кривой GH отмечена поверхность, эквидистантная внешней поверхности зубчатой коронки-заготовки, объем антифрикционного материала в этом случае вышее, чем у предлагаемого объекта (примерно на

40%) .

На фиг. 3 представлен зуб колеса с облицовкой, где позициями отмечены: 5 — контур облицовки до обработки, 6 — контур исходного профиля, 7 — контур поверхности предельного износа, 8 - контур диффузионного спая между основой и облицовкой:

nn — нормаль к контуру предельного износа в критериальной точке; толщина эквидистанты к поверхности предельного износа; AB — контур эквидистанты к контору исходного профиля 6; BCD — контур двойного эквидистантного профиля к контуру исходного профиля 6; EFG — двойной контур диффузионного спая Й диаметр вершин зубьев исходного зубчатого профиля; d и — делительный диаметр исходного профиля; d /2 в диаметр впадин исходного зубчатого профиля; И „р — критериальный предельный износ на контролируемом (критериальном) радиусе колеса р „ (в примере на делительной окружности).

На фиг. 4 пред.:тавлен участок профиля; дополнительно позициями 9-1 1 соответственно отмечены доверительные интервалы исходного профиля предельного износа диффузионного спая.

Индексами отмечены: Х рР„ „ — среднестатистическое (номинальное) знаХ = — ° Х ср I n

Р. и, и П р. и и ср I u

У = — У р.и.п р.и.п ю

z,. = — z.... ср I р тт тт П а . тт тт тервал и среднее квадратичное отклонение определяютс, :как

Таким образом, величина эквидистантного смещения для внутренней поверхности равна (фиг.2) dp p t ртт. и рптт+ 3аП, + tppC PÀ C

Ранее оговорено, что для всех видов зубчатых колес предельная величина износа лимитируется критериальным предельным изноcîì, например по делительной окружности, в этом случае ср кр

X,,Y,, рва.= ".,+8ðç здесь Х, У, Z р „ „ — измеренные значения координат профиля на радиусе р в партии из и деталей.

По результатам измерения нетрудно определить среднее квадратичное

4О отклонение и, выбирая закон распреI деления случайных величин, в зависимости от доверительной вероятности нетрудно далее назначить доверительный интервал t

Х т тт, 2 р. и.п и таким обра45 зом полностью задать номинальный прах,ч, z, х,s,z делы его отклонения +t „ „. 4

В случае, если заранее определен предельный критериальный износ И „Р ° нр который допустим по условиям работы для данного типа червячной или зубчатой пары, то, действуя совершенно аналогично, нетрудно определить но55 минальное (или среднее) положение поверхности предельного износа Х, У, Е р„ „ в зависимости от радиуса р, Ср среднее квадратичное отклонение d " " р, it,ui

1395869

Аналогично, задаваясь законом распределения и доверительной вероятностью, нетрудно назначить доверительный интервал для поверхности

При выбранном способе получения диффузионного соединения между антифрикционным материалом облицовки и основой возникает переходный слой

10 (дефектный слой), отличающийся по своим антифрикционным свойствам от материала облицовки. Толщина этого слоя подается анализу с использованием формул, аналогичных ранее приведенным. Требуя, чтобы поверхность предельного износа не касалась по- " верхности дефектного слоя, и задаваясь доверительным интервалом

t" "„„ (при полученном значении среднего квадратичного отклонения

x,S,i

Ь р.„. для принятого типа (способа) получения диффузионного соединения), очевидно, что средние (номинальные)

25 размеры дефектного слоя должны определяться по формуле ср

Хр Ур Z .„. X» Ур Zp.„.„+ р ьи „ ö

Х,У,2 Х,У, Х,Ч, р,з. р д.с р д с.

На фиг. 4 видно, как строились размерные цепочки по приведенным рассуждениям применительно только 35 к построению профиля вдоль координаты Х.

Небольшая погрешность поверхности внутреннего слоя эквидистантна поверхности предельного износа (т.е. 40 расстоянию d в направлении нормали пп . поверхности предельного износа).

На фиг. 5-7 представлен (для случая одностороннего износа) профиль поверхности 12 предельного износа.

В математическом плане процесс трансформирования исходного профиля 13 можно представить как перемещение 50 некоторой точки исходного профиля

Х в направлении развития износа в о точку Х" (кривая АВ). С точки зрения топологического анализа кривая АВ никогда не вырождается в 55 прямую, но с достаточной для практики точностью можно утверждать, что

А — прямая и тогда вектор АВ равен величине износа в процессе эксплуатации зубчатого колеса.

В процессе изнашивания контактные точки зубчатого профиля не находятся в одинаковом положении, поэтому поверхность предельного (и промежуточного) износа не подобна исходному профилю, для упрощения задачи принимают (совершенно не внося ошибки), что профиль трансформируется вдоль некоторого направления, назовем его контрольным. Такое направление выбирают (основываясь на удобстве проведения контрольных замеров иэнашиваемой поверхности), например, измеряя величину износа при вершине СЕ зуб, однако для проведения расчетов и единства в методике контроля геометрии зуба на этапе изготовления и на этапе изнашивания предпочтительно контролировать предельный износ на делительной окружности. Обозначая текущий износ на делительной окружности как 0 „,, всегда можно наперед

Т. U назначить величину предельно допустип.и мого износа И „ (например, из эксплуатационных свойств зацепления или по величине минимальной несущей спо- . собности зуба хотя бы в расчетах по изгибающему напряжению). На .практике величина предельного износа всегда нормируется и назначается в зависимости от модуля зацепления по формуле И";,р = м-И.

Для определения профиля поверхности ступицы, оптимального с точки зрения минимального расхода антифрикционного металла, этих данных недостаточно. Введем следующие обозначения: величину износа вдоль вектора

ДВ на делительной окружности назовем критериальным износом; при этом критериапьный радиус равен Р„р = й/2,. где d - делительный диаметр, соответственно величину износа на любом другом радиусе р назовем промежуточным износом и обозначим И " .

Если теперь выбрать на обследование партию колес и измерить величины промежуточного износа (методом реплик, профнлографированием и т.п.) т, и.

И, то при достижении на делительной окружности величины текущего крит, ц. териального износа И;, - значения предельного износа И 1 все величины износа на профиле достигнут прет.и п.и. дельного значения И р = И р .

)395869

h,V

С, (х) (х) . (х) рй ° p. рc п.п ср

Z п,v

СР.

G(» (»), (») р,д.с t p.cò. р.ст» (1) (X) () р.„с р ст

По полученным данным нетрудно построить гистограммы распределения величины предельного износа по профилю, т.е. определить величину квадратичного отклонения Б р.п,и, на любом радиусе р. Очевидно, что величина среднего квадратичного отклонения в этом случае зависит от радиуса р, на котором производится конт- 10 роль.

Будем считать, что поверхность предельного износа профиля полностью задана, если определены координаты поверхности предельного износа. На основании контрольных замеров поверхность предельного износа определим по формулам п.п. п.и и и где Х „, У „, Z „— координаты по-. верхности предельного износа для любого k-го колеса из контролируемой партии в и колес.

Очевидно, что (И ) = (Х ") +

+ (vh.u ) 2 + (z".v) 2

В процессе диффузионного соединения в антифрикционном материале появляется дефектный слой, толщина которого зависит от стабильности технологического процесса сборки между 40 собой металлов венечной и ступичной частей (сварки, наплавки и т.д.), . Для любого из используемых процессов соединения металлов ступичной и венечной частей на основе исследова- 45 ния шлифов можно определить средw)o величину дефектного слоя Хд.с, У,, Z > и среднее квадратичное отклонение на радиусе р профиля: х г 50 р.д.с р.g.ñ р.д

Аналогично, з;ая технологию получения утоненного зубчатого профиля на ступице, можно определить сред.Нюю величину утоненного зубчатого

ПРОФИЛЯ СТУПИЦЫ: X р. Сту р,ст. р.ст а также Ь" „6"

Условие незаедания (особенно у червячных колес), требует, чтобы поверхность предельного износа не касалась дефектного слоя (а он расположен между поверхностью предельного износа и поверхностью утоненного зубчатого профиля ступицы); это можно выразить математически, если задаться величинами доверительных вероятностей: для поверхности предель(х) (») (т)

НОГО ИЗНОСа 1рп.Н» t р.п,и» t p h.нр (х) (у) (2! дефектного слоя и для утоненного зубчатого профиля р.ст» формул! ном. и п (х) ., (х)

Хст, у(х) " р.п.иGðhé tp и с" нам. и и (»), р(») п.v p.n.u иo ч, n, u (z) (z) (z)

Z ст, Z t р.п,u р.п.v 2с р.д-c"

При этом допуски на величину предельных отклонений составят:

Х"""4с X Hash (х) (х)

JA4H, ст p.cT p, ст» ном (v) () °

Умп У ст, р.ст p.cT м хнс нпм (т ) МПН. Zc.т - р,c» р.ст °

В процессе работы червячного или зубчатого колеса происходит утонение профиля, связанное с переходом материала облицовки в износовый шлам, Причем утонение профиля происходит неравномерно: в .большей мере профиль деформируется у вершины и впадин, в меньшей — у средней части профиля.

Обследуя партию изнашиваемых червячных или зубчатых колес, всегда можно определить величину износа на любом иэ радиусов р. При этом вели" чина износа может быть определена в направлении координат Х, У, Z как разница между координатами исход1395869

1О ного профиля и координатами поверхности износа.

Ф о р и у л а и з обретения

Лрмированное червячное или зубчатое колесо, содержащее основу из конструкцпонного материала с утоненными зубьями и диффузионно соединенную с основой антифрикционную облицовку переменной толщины на зубьях, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью экономии материала облицовки, поверхности соединения облицовки и основы эквидистантны поверхности предельного износа.

1 395869

1395869

Составитель М. Левинский

Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни

Редактор И. Слободяник

Заказ 7481/3b Тираж ? 84 Подписное

БН1ЯЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

1i3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4