Инструмент для упрочнения зубчатых колес (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК B21H5/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве зубчатых колес.

Известен инструмент для упрочнения зубчатых колес, выполненный в виде ррлика, рабочие поверхности которого смещены относительно оси ролика Cl

Инструмент позволяет осуществлять объеиное пластическое деформирование изгибом с регулированием технологической нагрузки.

Недостатком инструмента является необходимость сложной дополнительной конструкции установки для согласования режимов и форм инструмента при работе, а сама конструкция инструмента ограничивает его возможности для улучшения адаптационных и виброакустических свойств зубьев при объемном деформировании изгибом, в процессе работы отдельные участки профиля инструмента выполняют различные функции и передают различные нагрузки на обрабатываемые зубья. При смещении (эксцентриситете) всех участков, одновременно, происходит измег нение работы этих участков в местах их контактирования с зубьями, что

не всегда положительно влияет на адаптационные и виброакустические показатели обработанных зубьев.; . Так, появляется возможность успешно модифицировать головку зубьев, однако при этом возникает опасность переупрочнения основания (ножки) зубьев, что приводит в ряде случаев к снижению адаптационных и виброакус10тических свойств зубьев, так как жесткость материала у основания повышается, а глубина деформирования увеличивается.

Целью изобретения является улуч15шение адаптационных и виброакустических свойств обрабатываемых зубчатых колес при объемнс пластическом деформировании изгибом.

Для осуществления поставленной

20 цели в инстр2п енте для упрочнения зубчатых колес, выполненном в виде ролика, рабочие поверхности которого смещены относительно оси вращения ролика, рабочие поверхности выполне25ны с профилем сечения, состоящим из цилиндрических, эЬольвентных и выпуклых радиусных участков, при этом ось вращения ролика совпадает с осью симметрии выпуклых радиусных участ30ков и смещена относительно оси симметрии эвольвентных участков, а высота профиля ti выбрана из соотношения (2,26-2,56)m, где m - модуль зубьев обрабатываемого зубчатого колеса. Кроме того, при обработке крупно модульных зубчатых колес с малыми числами зубьев рабочие -поверхности выполнены с профилем сечения, состоящим из цилиндрических, эвольвент ных и- выпуклых радиусных участков профиля, причем последние выполнены в виде двух дуг сопряженных окружно тей, величины радиусов которых выб 1раны из соотношения ,1-1,5, а Ь, длины дуг выбраны из диапазона 1Г 0,8-1,5, где «2 радиусы, а L и 1,1 - длины дуг выпуклых радиусных участков- профиля соответственно .от периферии к оси вращения ролика, а эвольвентные участки для обоих случаев профиля от места сопряжения с цилиндрическими участками выполнены с точками перегиба на длине, равной {0,2-0,5)тп. Такое конструктивное исполнение инструмента с осью симметрии эвольвентных участков, смещенных относительно оси вращения ролика, позволяет повысить адаптационные и вибро акустические свойства зубьев, произ водить заданную модификацию при объемном пластическом деформировани изгибом без опасности переупрочнени основания зуба и зон переходных кри вых - галтелей. Появляется возможность регулирования, можно получать различную по степени деформацию материала по высоте и по длине обраба тываемых зубьев, без дополнительного усложнения конструкции упрочняющей установки. Наличие цилиндрических участков позволяет при необходимости устра.нять наНлывы металла на вершинах зубьев при деформации, а диапазон высоты профиля Ь устанавливает опти мальную глубину и степень пластичес кого деформирования материала зубье обеспечивающую заданные показатели адаптационных и виброакустических -СВОЙСТВ зубчатых, колес. Так, нижний предел из диапазона высот,, равный 2,26т, назначают при калибрующей или выглаживающей обработке, когда производят финиширование деталей и требуетс5Э только заключительное удаление микронеровностей рельефа .профиля зубьев. Уменьшение этой величины ниже значения 2,26m ограничивается показателями виброакустических свойств, так как инструмент не дает практически ощутимых результатов при обработке зуб ев,, что приводит к непроизводительным затратам времени при обработке, увеличению числа циклов и т.п. Верхний предел диапазона, равный 2,56т, ограничен прочностными характеристиками материала обрабатываемых зубьев, увеличение которого приводит к ухудшению адаптационных свойств. Величина пластического модифицирования профиля зуба с одной стороны повышает прочность и жесткость зубьев., а с другой стороны увеличивает момент изгибающей силы. Увеличение высоты свыше 2,56т приводит к резкому непроизводительному; росту технологических усилий, который не пропорционален по эффективг ности результатам от обработки объемным пластическим деформированием изгибом с использованием предлагаемого инструмента. Исполнение инструмента с выпуклыми радиусными участками в виде двух дуг сопряженных окружностей позволяет эффективно сочетать упрочняющую обработку с улучшением адаптационных свойств крупномодульных зубчатых колес с малыми числами зубьев. В случае большой кривизны профилей зубьев, в сочетании с действием изгибающей нагрузки, два сопряженных выпуклых радиусных участка позволяет эффективно использовать особенности объемного пластического деформирования изгибом, особенно при деформировании тех частей профиля, которые охватывают зоны переходных кривых двух смежных зубьев и дно впадины, В результате наиболее полнореализуются особенности объемного упрочнения для зубчатых колес с малым числом зубьев, появляются возможности учета особенностей условий эксплуатации и производства, например, термообработка с закалкой токами высокой частоты с обрывом закаленного слоя в зоне переходных кривых и т,п., улучшается податливость зубьев и, как следствие, улучшаются показатели адаптационных свойств, снижается шум. Особенность инструмента при исполнении эвольвентных участков, сопрягающихся с цилиндрическими, а точкой перегиба на длине, равной (0,20,5)тп от места сопряжения, позволяет при необходимости осуществить вывод верхней части головки зуба (полностью или частично) из зоны действия технологических нагрузок и непосредственного контакта. За счет этого предотвращается искажение профиля и смятие вершины зубьев, улучшсиются их виброакустические показатели,что особенно важно для зубчатых колес с ограничениями по заострению. Нижнее значение диапазона 0,2т ограничивается числом зубьев обрабатываемого зубчатого колеса порядка 25+35, а также условиями последовательного или частичного профильного модифицирования головок зубьев при пластическом деформировании изгибом. Верхнее значение диапазона 0,5т принимают для зубчатых колес с малыми числами зубьев и жесткими ограничениями по заострению. На фиг,1 показан предлагаемый инструмент, вид сбоку; на фиг,2 то же, поперечное нормальное сечение; на фи1,3 - вариант исполнения инструмента для колеса с малым числом зубьев. Инструмент (фиг.1) представляет собой ролик с осью вращения (00), профиль которого (фиг,2 и 3) выполjFieH в виде цилиндрических аЪ() и fcg (.), эвольвентных Ъс() и е №-, е ) радиусных выпуклых участко (сае) , При этом ось симметрии (0,0 эвольвентных участков ) и fe (,,е ) смещена на величину ДО относ тельно оси вращения ролика (00), ко торая совпадает с осью симметрии выпуклых радиусных участков. Высота профиля инструмента I устанавливает из соотношения li (2,26-2, 56)гп, что позволяет при постоянной высоте про филя и одинаковом радиусе вращени ролика осуществить модификацию профиля, переменную по высоте и длине зуба, при одновременном упрочнении с одинаковой степенью деформировани зоны переходных кривых зубьев обрабатываемого колеса, Максимальная величина отклонения з вольвентных участков определяется разностью между одноименными точкам профиля инструмента Ъ и b-j , равная по величине /soif a, и-задается из ко структивных требований к показателя работы зубчатого колеса. На фиг,3 представлен пример исполнения инструмента для зубчатого колеса с малым чнслом зубьев, Выпук лые радиусные участки cde выполнен в виде двух сопрягающихся дуг окруж ностей радиусов R и R,j , длина которых равна 1н и 1.2. а эвольвентны участки be и ef выполнены с точкой перегиба р , Упрочнение . зубчатого колеса производят на станках или установках для упрЪчнения следующим образом. Инструмент для упрочнения - ролик устанавливают на опоре станка так, что его рабочий профиль оказывается .совмещенным со впадиной между двумя смежными зубьями обрабатываемого .колеса, сообщают упомянутому инстру менту технологическое усилие прижи ма, обеспечивающее объемное пластическое деформирование изгибом зубье Под действием технологического усилия ролик перемещают вдоль зубьэв по всей ширине зубчатого венца. Аналогичный процесс повторяют последовательно для всех зубьев обрабатываемого зубчатого колеса, За счет использования при обработке предлагаемого инструмента существенно улучшаются адаптационные и виброакустические свойства обработанных зубьев при объемном пластическом деформировании изгибом, появляется возможность деформиров. зубьев с образованием бочкообразности, торцовой модификации, при необ-. ходимости устраняются наплывы металла на .вершинах зубьев, уменьшается опасность переупрочнения материала в зоне основания зубьев и переходных кривых - -галтелях. Конкретный пример реализации предлагаемой конструкции иллюстрируется инструментом для обработки крупномодульных зубчатых колес трансмиссии экскаваторов типа Э652Б, .Обработке подвергались зубчатые колеса, изготовленные из стали 40Х с термообработкой - закалкой зубьев токами высокой частоты с обрывом закаленного слоя, со следующими параметрами: число зубьев 14, модуль 10 мм, ширина венца 70 мм. Профиль инструмента для обработки зубчатых колес выполнен со следующими параметрами, 1.Величина смещения оси симметрии эвольвентных участков относительно оси вращения ролика 0,15 мм. 2.Размеры выпуклых радиусных участков: а)радиусы R,4±0,l мм; ,l мм; б)длины дуг ,l мм; ,2 мм. 3.Общая высота профиля ti 25 ± 0,1 мм, 4.Наружный диаметр 120 мм, 5.Посадочный диаметр 40 NW, 6.Ширина по оси вращения 45 мм. В результате использования предлагаемого инструмента для обработки зубчатых колес объемным пластическим деформированием изгибом по сравнению с базовым объектом, применяеквым в производстве, повышается их нагрузочная способность на 25-40%,-существенно улучшаются адаптационные и виброакустические свойства зубчатых колес. Это особенно важно для зубчатых передач, работающих в тяжелых, динамических режимах, при консольном закреплении колес или больших прогибов валов, -ЧТО характерно, например, для работы строительно-дорожных машин и транспортных средств. Создание бочкообразности зубьев и их торцовая пластическая модификация позволяют уменьшить шум передачи, снизить опасность кромочного и торцового контакта зубьев при работе, повысить надежность и долговечность зубчатых колес трансмиссий машин.

Формула изобретения

1.Инструмент для упрочнения зубчатых колес, выполненный в виде ролика, рабочие поверхности которого смещены относительно оси вращения ролика, отличающийся тем, что, с целью улучшения адаптационных и виброакустическйх свойств обрабатываемых зубчатых колес при объемном пластическом деформировании изгибом, рабочие поверхности выполнены с профилем сечения, состоящим из цилиндрических, эвольвентных и выпуклых радиусных участков, при этом ось вращения ролика совпадает

с осью симметрии выпуклых радиусных участков и смещена относительно оси симметрии эвольвентных участков, а высота профиля li выбрана из соотношения (2,26-2,56)т, где m - модуль зубьев обрабатываемого зубчатого колеса.

2.Инструмент для упрочнения зубчатых колес, выполненный в виде ролика, рабочие поверхности которого смещены относительно оси вращения ролика, отлич ающий ся тем что, с целью улучшения адаптационных и виброакустических свойств обрабатываемых колес при объемном пластическом деформировании изгибом крупномодульных зубчатых колес с малыми числами зубьев, рабочие поверхности выполнены с профилем сечения, состоя11шм из цилиндрических, эвольвентных и выпуклых радиусных участков про(иля, причем последние выполнены в виде двух дуг сопряженных окружностей, величины радихсов которых

-1,1-1,5,

выбраны из соотнсчяения К

а длины дуг выбраны из диапазона

,8-1,5, где R и Rg, - радиусы,

а Ц и 1,2-длины дуг выпуклых радиусных участков профиля соответственно от периферии к оси вращения ролика,

3. Инструмент по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что эвольвентные участки профиля от места сопряжения с цилиндрическими участками выполнены с точками перегиба на длине, равной (О,2-0,5)m ,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 513776, кл, В 21 Н 5/00, от 14,01,75 (прототип).