Способ упрочнения зубчатой пары

 

Изобретение относится к термической обработке стали концентрированными источниками энергии и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шестерен и зубчатых колес для тракторов. Цель изобретения - увеличение срока службы колес путем повышения сопротивления контактной усталости их материала. Одновременно с лазерным излучением воздействуют ультразвуковым полем частоты, резонансной с частотой собственных колебаний зуба, лазерное и ультразвуковое излучения фокусируют на рабочую поверхность зуба в виде прямоугольных полос длиной не менее ширины обрабатываемого зуба, ведомое колесо упрочняют всплошную, а ведущее колесо упрочняют прямоугольными полосами с наклоном от вершины зуба на угол α, который поддерживают больше угла трения зубчатой пары и выбирают из условий 4°*98A≤10°. KPOME ТОгО, цЕНТР пЕРВОй CO СТОРОНы ВЕРшиНы зубА СфОКуСиРОВАННОй пРяМОугОльНОй пОлОСы РАСпОлАгАюТ B пРЕдЕлАХ уСлОВия 0,1*98B/H≤0,33, где H - высота зуба

B - расстояние от вершины зуба до геометрического центра сфокусированной прямоугольной полосы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 С 21 Э 1 09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4338032/31-02 (22) 04.12.87 (46) 15.09.89. Бюл.,Н 34 (71) Институт физики АН ЛитССР и Кайшядорское районное производственное объеди нение (72) Р.-М.В. Канапенас, Р.В. Мажримас и ll,П, Климавичюс (53) 621 ° 785.79(088.8) (56) Заявка ЕП и 0147190, кл. С 21 0 "/09,.С 21 D 9/32, опублик. 1985.

Патент Японии М 61-3853, кл. С 21 D 9/32, опублик. 1986. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ЗУБЧАТОЙ ПАРЫ (57) Изобретение относится к термической обработке стали концентрированными источниками энергии и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шестерен и зубчатых колес для тракторов. Цель изобретения - увеличение срока службы колес

Изобретение относится к термической обработке стали концентрированными источниками энергии и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шестерен и зубчатых колес для тракторов.

Цель изобретения - увеличение срока службы колес путем повышения сопротивления контактной усталости их материала.

На фиг. 1 дана схема упрочнения, на фиг. 2 " расположение полос упрочнения на рабочей поверхности зуба.

„„SU„„1507811 А 1

2 путем повышения сопротивления контак" тной усталости их материала. Одновременно с. лазерным излучением воздействуют ультразвуковым полем частоты, резонансной с частотой собственных колебаний зуба, лазерное и ультразвуковое излучения фокусируют на рабочую поверхность зуба в виде прямоугольных полос длиной не менее ширины обрабатываемого зуба, ведомое колесо упрочняют всплошную, а ведущее колесо упрочняют прямоугольными поло" сами с наклоном от вершины зуба на угол о, который поддерживают больше угла трения зубчатой пары и выбирают из услови и 4 < 0С с 1 0 . Кроме того, центр перво" со стороны вершины зуба сфокусированной прямоугольной полосы располагают в пределах условия О,1 (b /h О, 33, где h - высота зуба, b— расстояние от вершины зуба до геометрического центра сфокусированной прямоугольной полосы. 2 ил.

Оптическая система фокусирования лазерного излучения 1 содержит опорно цилиндрическое светоотражающее еркало 2, за ним по ходу отражающих отоков установленные калибрующие зеркала 3 и 4. По ходу потока 5 сфокусированного лазерного излучения, направленного на ведущее колесо 6, установлен закрывающий клапан 7, управляемый электромагнитным устройством 8 постоянного тока. Поток 9 сфокусированного ла эерно го и злуч ения направлен на ведомое колесо 10. Си15078 11 стема создания интенсивного ультразвукового поля содержит пьезовибровозбудитель 11, цилиндрическую акустическую линзу 12 для фокусирова5 ния ультразвукового излучения 13 на рабочие поверхности зубьев колес 6 и 10.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе, вклю- 10 чающем воздействие лазерным излучением на зубчатые колеса согласно изобретению, одновременно с лазерным излучением воздействуют ультразву" ковым полем частоты, резонансной с частотой собственных колебаний зуба, лазерное и ультразвуковое излучения фокусируют на рабочую поверхность зуба в виде прямоугольных полос длиной не менее ширины обрабатываемого зуба, ведомое колесо упрочняют всплошную, а ведущее колесо упрочняют прямоугольными полосами с наклоном от вершины зуба на угол Ы, который поддерживают больше угла трения зубчатой 25 о о пары и выбирают из условия 4 ««10 центр первой со стороны вершины зуба сфокусирова н ной пря моугол ь ной полосы располагают в пределах условия

Ь

0,1"- "-«0,33, где h - высота зуба, 30 !

Ь вЂ” расстояние от вершины зуба до геометрического центра сфокусированной прямоугольной полосы, Одновременное воздействие ультра3$ звукового поля с лазерным излучением на рабочую поверхность зуба и совмещение частоты ультразвука с частотой собственных колебаний зуба устраняют остаточные механические термонапряже"

40 ния сжатия и растяжения,. образовавшиеся при локальном воздействии лазерного излучения на рабочую поверхность зуба, поз воляют и збежат ь возни к новейия микротрещин и выкрашивания упрочненных зон. Происходящий искусствен45 но созданный релаксационный процесс за счет резонансного возбуждения зуба в упрочненных местах не требует дополнительного технологического процесса отжига зубьев после лазерного воздей- 0 ствия. Упрочнение зуба ведущего кокеса пря моугол ь ными косыми полоса ми, угол o(наклона которых поддерживают ° больше угла тоения зубчатой пары и выбирают из условия 4 ace 10 и 55 упрочнение зуба ведомого колеса всплошную позволяют достичь максимальной износостойкоати зубчатых пар inn мно- гочисленным лабораторным и производственным испытаниям) . Максимальная износостойкость обеспечивается тем, что. вэксплуатации промежутки между косыми .упрочненными полосами улучшают условия смазки за счет увеличенной фактической площади масляного трущегося контакта при нагрузке. Расположение геометрического центра фокуса лазерного и ультразвукового излучений в центре боковой рабочей поверхности

Ь зуба в пределах условия 0 I c --«6

h 0, 3 необходимо выдерживать для рационального упрочнения зубьев от вершины к основанию, так как рабочие поверхности зуба при его вершине зна" чительно быстрее изнашиваются, чем при основании. Таким образом, наибольшая глубина упрочненного слоя требуется именно здесь. Соотношение

Ь/h зависит от модуля зуба, т.е. с увеличением высоты зуба соотношение

Ь/h увеличивается.

Пример. Упрочняют зубчатую пару коробки передач для трактора

Т-150Ê. Процесс упрочнения осуществляют путем вращения в отдельности ведущего и ведомого колес с разными угловыми скоростями в одну сторону, затем в другую. Упрочняют с помощью однокиловатного СО лазера с линейной скоростью вращения колес 1

1,2 м/мин. Лазерное излучение с помощью калибрующих цилиндрических от" ражающих зеркал формируют в полосы прямоугол ьной формы дли ной бол ьше ширины обрабатываемого зуба и шири.ной 2-2,5 мм. Одновременно воздействуют сфокусированным ультразвуковым

2 излучением интенсивностью 50-90 Вт/см, возбужденным пьезовибровоэбудителем.

Возбуждаемое от пьезовибровоэбудителя ультразвуковое поле фокусируется при помощи цилиндрической акустической линзы. Сфокусиронанные лазерное и ультразвуковое излучения в ниде прямоугольных полос направляют на концевые части зубьев. Ведомое колесо упрочняют всплошную. На ведущее колесо сфокусированные излучения в виде прямоугольных полос направляют косо, т.е. под углом о = 6 к вершине зуба.

Угол Ы выбирают большим угла трения зубчатой пары и из условия, что 4 ( сЕ < 10 в зависимости от марки стали

1 5078

Предлагаемый способ упрочнения зубчатых пар может быть реализован с помощью однокиловатного COz ла зера, 40 и пьезовибровозбудителя. Наиболее удобно и рационально упрочнять одно5 . и условий смазки. Диапазон угла,а установлен многочисленными лабораторными и производственными опытами и, по»видимому, это может быть объяснено возникновением дополнитель- ных динамических сил в осевом направлении зубчатых пар. Кроме того, геометрический центр первой сфокусированной прямоугольной полосы излучения располагают в середине зуба и на расстоянии b=2,2 мм от вершины зуба, т.е. поддерживают условие

0,1 "- Ъ/h 0,33 ° Когда Ь/h < 0,1, . упрочнению подвергается верхняя нерабочая кромка зуба. Когда Ъ/Ь ) 0,33 первая полоса упрочнения спускается по эвольвенте зуба, в результате остается неупрочненной рабочая часть зуба. Между упрочненными параллель- 20 ными полосами оставляют неупрочненные промежутки шириной 1-2 мм и это осуществляют с помощью прерывателя лазерного излучения в виде клапана, управляемого электромагнитным уст- 25 ройством постоянного тока и установленного по направлению лазерных лучей. Глубина упрочнения рабочих .поверхностей зубчатых колес составляет 0,5-0,9 мм, твердост ь по Роквеллу

НЕС = 62-70 для сталей 45, У8А-У10А.

Наибольшая глубина упрочнения наблюдается у вершины зубьев из-за наибольшей удельной энергии лазерного и ультразвукового излучения на одну и ту же площадь поверхности.

11 6 временно оба зубчатых колеса, т.е. зубчатую пару.

По сравнению с прототипом предлагаемым способом упрочненные зубчатые пары служат в 5-7 раз дольше иэ-за снижения или полного снятия. релаксационных факторов, т.е. напряжений сжатия и растяжения, как следствие, исключение микротрещин и выкрашивания рабочих поверхностей зубьев. формула и зобр ет ения

С особ упрочнения зубчатой пары, преимущественно состоящей иЗ ведомого и ведущего колес, включающий нагрев под закалку рабочей поверхности зубьев колес лазерным излучением, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы колес путем повышения сопротивления кон" тактной усталости их материала, одновременно с лазерным излучением на рабочую пов рхность воздействуют сфокусированным ультразвуком на частоте колебаний, резонансной частоте коле- баний зуба,- причем ведомое колесо упрочняют равномерно по всей рабочей поверхности зубьев, а ведущее колесо упрочняют прямоугольными полосами длиной не менее ширины зуба и имеющими угол наклона от вершины зуба

4 10 при этом центр ближайшей со стороны вершины зуба прямоугольной полосы располагают на расстоянии, выбираемом из условия

0,1 Ь/h 6 0,33, где b - расстояние от вершины зуба до центра ближайшей полосы, h — высота зуба.

1507811

Составитель А. Кулемин

Редактор Н. Киштулинец Техред Л. Олийнык Корректор Л. Латай

Заказ ббб2 Тираж 530 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, В-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101