Способ упрочнения зубчатой пары Советский патент 1989 года по МПК C21D1/09 

Изобретение относится к термической обработке стали концентрированными источниками энергий 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.

Оптическая система 5)окусирования лазерного излучения 1 содержит опорно цилиндрическое светоотражающее |3еркало 2, за ним по ходу отражающих потоков установленные калибрующие зеркала 3 и . 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 лазерного излучения направлен на ведомое колесо 10. Сисд

о.

00

стема создания интенсивного ультразвукового поля содержит пьезовибро- возбудитель 11, цилиндрическую акустическую линзу 12 для фокусирования ультразвукового излучения 13 на рабочие поверхности зубьев колес 6 и 10.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе, вклю- чающем воздействие лазерным излучением на зубчатые колеса согласно изобретению, 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 всплош ную, а ведущее колесо упрочняют прямоугольными полосами с наклоном от вершины зуба на угол оЛ , который поддерживают больше угла трения зубчатой пары и выбирают из условия , центр первой со стороны вершины зуба сфокусированной прямоугольной полосы располагают в пределах условия

,33, где h - высота зуба;

Ъ - расстояние от вершины зуба до геометрического центра сфокусированной прямоугольной полосы, .

Одноаременное воздействие ультразвукового поля с лазерным излучением на рабочую поверхность зуба и совмещение частоты ультразвука с частотой собственных колебаний зуба устраняют остаточные механические термонапряжения сжатий и растяжения,, образовавшиеся при.локальном воздействии лазерного излучения на рабочую поверхность зуба, позволяют избежать возникновения микротреии1Н и выкрашивания упрочненных зон. Происходящий искусственно созданный релаксационный процесс за счет резонансного возбуждения зуба в упрочненных местах не требует допол нительного технологического процесса бтжига зубьев после лазерного воздействия. Упрочнение зуба ведущего колеса прятугольными косыми полосами, угол oi наклона которых поддерживают больше угла трения зубчатой пары и выбирают из условия Ц° -«:б10°, и упрочнение зуба ведомого колеса всплошную позволяют достичь максимальной износостойкоати зубчатых пар (по мно

0

Q 5 5

0

5

0

5

0

5

гочисленным лабораторным и производственным испытаниям), Максимальная износостойкость обеспечивается тем, что. в эксплуатации промем утки 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

зуба в пределах условия 0,1 : г

0,33 необходимо выдерживать для рационального упрочнения зубьев от вершины к основанию, так как рабочие поверхности зуба при его вершине значительно быстрее изнашиваются, чем при основании. Таким образом, наибольшая глубина упрочненного слоя требуется именно здесь. Соотношение b/h зависит от модуля зуба, т.е. с увеличением высоты зуба соотношение b/h увеличивается.

Пример, Упрочняют зубчатую пару коробки передач для трактора Т-150К, Процесс упрочнения осуществляют путем вращения в отдельности ведущего и ведомого колес с разными угловыми скоростями в одну сторону, з атем в другую. Упрочняют с помощью однокиловатного СО лазера с линейной скоростью вращения колес Т - 1,2 м/мин. Лазерное излучение с помощью калибрующих цилиндрических от- ражакхцих зеркал формируют в полосы прямоугольной формы длиной больше ширины обрабатываемого зуба и шйри- .ной 2-2,5 мм. Одновременно воздействуют сфокусированным ультразвуковым излучением интенсивностью 50-90 Вт/см, возбужденным пьезовибровозбудителем. Возбуждаемое от пьезовибровозбудите- ля ультразвуковое поле фокусируется при помощи цилиндрической акустической линзы. Сфокусированные лазерное и ультразвуковое излучения в виде прямоугольных полос направляют на концевые части зубьев. Ведомое колесо упрочняют всплошную. На ведущее колесо сфокусированные излучения в виде прямоугольных полос напрэвяяют косо, т.е. под угломск1 6 к вершине зуба. Угол d выбирают большим угла трения зубчатой пары и из условия, что Ц в зависимости от марки стали

5

5-150781

и условий смазки. Диапазон угла об i 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 ИЗЛУ- д чения располагают в середине зуба и на расстоянии,,2 мм от вершины зуба, т.е. поддерживают условие 0,1 0,33. Когда b/h- 0,1, упрочнению подвергается верхняя не- J5 рабочая кромка зуба. Когда ,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, твердость по Роквеялу jg HRCa62-70 для сталей S, 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.

35

Предлагаемый способ упрочнения зубчатых пар может быть реализован с помощью однокиловатного СО лазера и пьезовибровозбудителя. Наиболее удобно и рационально упрочнять рдно5

0781

д J5 20 25 jg

16

временно оба зубчатых колеса, т.е.

зубчатую пару.

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

д J5 20 5 g

5

.„

Ф о р мула изобретения

Способ 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 контактной усталости их материала, одновременно с лазерным излучением на рабочую поверхность воздействуют сфокусированном 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 b/h и 0,33, где b - расстояние от вершины зуба

до центра ближайшей полос.ы/ h - высота зуба.

. //

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.

b,

a

Фиг.2