Армированное червячное или зубчатое колесо Советский патент 1988 года по МПК F16H1/06 F16H1/16 

i

(Л

С

bo

со

ел 00

05

со

фигЛ

Изобретение относится к магиино- строению и может быть использовано при cepm iHOM производстве зубчатых и червячных колес.

Целью изобретения является экономия материала облицовки путем при- ближения формы заготовки к форме детали.

На фиг, 1 показана зубчатая ко- ронка-заготовка в средней плоскости колеса, сечение на фиг. 2 - расчет- пая схема для определепич фор1-1Ы, поверхности коронки-заготовкиj на фиг. 3 - зуб колеса с облицовкой; на фиг. А - участок зуба| на фиг.5 - зубчатый венец; на фиг. 6 - разрез Л-А на фиг.5; на фиг.. 7 - профзшь зуба венца,

, Па фиг. 1 отмечены внешняя зуб- чатая поверхность 1, исходная зубчатая поверхность 2, поверхность 3 предельного износа, внутренняя поверхность 4, GH - внутренняя поверхность эквидистантная внешней поверхности зубчатой коронки-заготовки.

В объеме коронки можно выделить три слоя: первый - припуск на обработку: ограничивается кривой АВ внешнего контура и кривой CD исход- ного контура; второй - износовьй слой ограни шваетеп кривой CD исходного контура и кривой EF предельного износа; третий - дефектный слой о г- раничивается кр1гвой EF поверхности предельного износа.

Каждый из указанных слоев, естественно, реально не существует, это всего лг-шь геометрическая, поверхност характеризу1оп(ая номиналь ые положа- НИИ слоев,

определяют среднее значение (.номинал) координат X, У, Z предельно изношенной поверхности на радиусе р (радиус, на котором производятся измерения, заключен в пределах окружности d выступов исходного профиля и окружности d f впадин), затем определяют среднее квадратичное отклонение брп,,; на основании выбора величины доверительной вероятности Рд назначают доверительный интерва t рп „|(нанример, при доверительной вероятности Рд 0,999 доверитель- ньй интервал равен tp „.иг 3.03).

Таким образом, положение поверхности предельного износа для данног типа колес оказывается однозначно заданным с номиналом, координаты которого определены через X, У, а допуск на отклонение номинала ра- вен ±t р,п,,, 6 р.пу, .

При формировании внутренней поверхности не может быть получена идеальная геометрическая поверхность, эквидистантно воспроизводящая- поверхность предельного износа. Рассуждая совершенно аналогично, можно сказать, что у изготовлен- libix коронок имеет место разброс ге- ометршгеских параметров, среднее значение определяется как

У, Z

ср

р. 5. П

1

h

ZX, У, 1

р.п.а.

Рассуждая аналогично, определяем и среднее квадратичное отклонение 6 р. гт в, и доверительный интервал р.п.б тогда допуск на отклонение внутренней поверхности определяется как

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,

Величину износа, принятого харак - теризовать не обрдим об7земом изношенного материала, а по некоторому критериальному размеру, например, в единицах модуля: H. Ifp М М, где ы - коэффициент допускаемого износа, М - модуль исходного зубчатого профиля 5 в -частности величину предельного износа нормируют по уменьшению размера на делительной окружности, тогда efo можно обозначить как И д.

Порядок расчета внутренней поверхности: на основания обследования партии колес по формуле

XV 7 - I Y V 7 i - р. П.М, П - 9 Р.Г. и.

Dp. п. в tt

р.п.6

- 6

р.П.Е

5 Учнтывая, что и процессе получения диффузионного соединения между антифрикционным металлом зубчатой коронки-заготовки и металлом ступицы образуется переходной слой в ви.. де смешанной структуры, и, поставив условие, чтобы поверхность предельного износа не касалась внутренней поверхности заготовки, вводят между ними зазор в виде переходного или запасного слоя Лзап Г именуя далее нереходньи слой дефектным, определяют его то;ш1ину по внутренней поверхности D рас а-О р.п.6 соответственно, тогда доверительный ин3139586

тервал и среднее квадратичное отклонение определяются как

tp.A.c. a-tp,,

p. А. с.

а

Таким образом, величина эквидистантного смещения для внутренней поверхности равна (фиг.2)

Р-Э t р.п. lan.

+ tp...A-C .

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

X, У, Z

ср р. 8.п.

пр.д .

3

поверхности

На фиг.1 кривой GH отмечена поверхность, эквидистантная внешней поверхности зубчатой коронки-заготовки, объем антифрикционного материала в этом случае вьше, 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 предапьного износа, 8 - контур диффузионного спая между основой и облицовкой: пп - нормаль к контуру предельного износа в критериальной точке; толщина эквидистанты к предельного износа; АВ - контур эквидистанты к контору исходного профиля 6; BCD - контур двойного эквидистантного профиля к контуру исходного профиля 6; EFG - двойной контур диффузионного спая; d - диаметр вершин зубьев исходного

зубчатого профиля; d - делительный диаметр исходного профиля; d/2- диаметр впадин исходного зубчатого профиля; И пр - критериальный предельный износ на контролируемом (критериальном) радиусе колеса р р(в примере на делительной окружности).

На фиг. 4 представлен участок профиля; дополнительно позициями 9-11 соответственно отмечены доверительные интервалы исходного профиля предельного износа диффузионного спая. Индексами отмечены: .п - среднестатистическое (номинальное) зна9586

в

10

15

20

25

9

чение исходного зубчатого профиля на радиусе р; Хр , ,j - среднестатистическое значение поверхности предельного износа на радиусе р; - среднестатистическое значение средней линии дефектного слоя; .iu слой чистого износа; Лр „„ номинальное значение величины износа до предельного состояния; 4р - толщина облицовки в направлении координаты X на радиусе р; p.j. 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 исходного контура имеет разброс по геометрическим параметрам зубчатого профиля н его можно определить как среднее значение некоторого статистического распределения, т.е. частных отклонений по формулам

I

п

. X

р. н ч

30

. Р р. м, п

П

Р.М.П

5

0

0

.7

p.U.n JJ р.И.П

здесь X, У, ZP. u.n - измеренные значения координат профиля на радиусе р в партии из п деталей.

По результатам измерения нетрудно определить среднее квадратичное отклонение и, выбирая закон распределения случайных величин, в зависимости от доверительной вероятности нетрудно далее назначить доверительный интервал , и таким обра5 зом полностью задать номинальный проср

ср

Р

фИЛЬ X рУу „ , Ур7и,п 2 р.и.п

и пре.

X.V.Z ,S,I

5

делы его отклонения tt . .J.n .

В случае, если заранее определен предельный критериальный износ И JJ , который допустим по условиям работы для данного типа червячной или зубчатой пары, то, действуя совершенно аналогично, нетрудно определить номинальное (или среднее) положение поверхности предельного износа X, У, .и зависимости от радиуса р, среднее квадратичное отклонение .

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

При выбранном способе получения диффузионного соединения между антифрикционным материалом облицовки и основой возникает переходньгй слой (дефектный слой), отличаницийся 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 p д e(пpи полученном значении среднего квадратичного отклонения

6 р .д .с для принятого типа (способа) получения диффузионного соединения),

очевидно, что средние (номинальные) размеры дефектного слоя должны определяться по формуле

У V Х У Z + t л, у, Р.А.С л, у, р.п.н р.п.м Ьр.п.н

а

X, V, 2 Р. 3.

+ 4:

Х.У, 2

р-А.С

, Vi

р.А.С.

Па фиг. А видно, как строились размерные цепочки по приведенным рассуждениям применительно только к построению профиля вдоль координаты X.

Небольшая погрешность поверхности внутреннего слоя эквидистантна поверхности предельного износа (т.е расстояншо и 3 п направлении нормали пп . поверхности предельного износа) .

На фиг. 5-7 представлен (для слу чая одностороннего износа) профиль поверхности 12 предельного износаt В математическом плане процесс транформирования исходного профиля 13 можно представить как перемещение некоторой точки исходного профиля Х° в направлении развития износа в точку Х (кривая АВ). С точки зрения топологического анализа кривая АВ никогда не вырождается в прямую, но с достаточной для практики точностью можно утверждать, что АВ - прямая и тогда вектор АВ равен

5

0

5

0

j,/ , всегда можно наперед величину предельно допусти- износа (например, из экс5

0

5 0 5

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 изнашиваемой 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 назначить мого

плуатационлых 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 5;р; м-м.

Для определения профиля поверхности ступицы, оптимального с точки зрения минимального расхода антифрикционного металла, этих данных недостаточно. Введем следукяцие обозначения величину износа вдоль вектора иВ на делительной окружности назовем критериальным износом; при этом критериальный радиус равен Ркр d/2, где d - делительный диаметр, соответственно величину износа на любом другом радиусе р назовем промежуточным износом и обозначим .

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

И , то при достижении на делительной окружности величины текущего критериального износа значения

все .величипредельного износа , ны износа на профиле достигнут предельного значения И р,.

По полученным данным нетрудно построить гистограммь распределения величины предельного износа по профилю, т.е. определить величину квадратичного отклонения (р,п.а. на любом радиусе р. Очевидно, что величина среднего квадратичного отклонения в этом случае зависит от радиуса р, на котором производится контУсловие 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 ве роятностей: для поверхности предельiioro профиля и координатами поперх- ности износа.

зубьями и диффузионно соединенную с основой антифрикционную облицовку переменной тол1ДИ 1Ы на зубьях, о тФормула изобретения , личающееся тем, что, с

целью экономии материала облицовки, Армированное червячное или зубча-поверхности соединения облицовки и

тое колесо, содержащее основу из кон- ос:новы эквидистантны поверхности преструкционного материала с утоненнымидельного износа.

tP

fl

Фиг.З

Физ.2

S

L / J.tp.&..d.c.

Фиъ.5

Фи,.6

Фиг. 7