Армированное червячное или зубчатое колесо

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТЮ ЕСКИНА РЕСПУБ 1/06 1/ Я ОБРЕТ ИСА У МУ СВИДЕТЕП ТО 18 17996 ЯЧНО ЗУБЯШИН итс использован стве зубчаты ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) АРМИРОВАННОЕ ЧЕЧАТОЕ КОЛЕСО(57) Изобретение отнстроению и может бытпри серийном произво и червячных колес. Целью изобретения является зкономия материала облицовки путем приближения формы заг товки к форме детали. В армированном червячном или зубчатом колесе, содержащем основу из конструкционного материала с утоненными зубьями и диффузионно соединенную с основой антифрикционную облицовку перемен" ной толщины на зубьях, поверхности 1,2,4 соединения облицовки и основы эквидистантны поверхности 3 предель ного износа. 7 ил.Изобретение относится к машиностроению и может быть использованопри сериином производстве зубчатыхи червячных колес,Целью иэобретепия является экономия материала облицовки путем приближения Формы заготовки к форме детали.На Фиг. 1 показана зубчатая коронка-заготонка в средней плоскостиколеса, сечение; ца Фиг. 2 - расчетная схема для определения формыповерхности коронки-заготовки; нафиг, 3 - эуб колеса с облицовкой;ца фиг. 4 - участок зуба; ца фиг.5зубчатый венец; на Фиг, 6 - разрезЛ-Л ца с 1 цлг,5 ца Фиг. 7 - профильзуба денца,Па Фиг, 1 отмечены внешняя зубчатая поверхность 1, исходная зубчатая поверхность 2, поверхность 3 предельного износа, внутренняя поверхность 4, СН - внутренняя понерхцостььэкнидистацтная внешней поверхности 25зубчатой коронки-заготовки,В объеме коронки можно выделитьтри слон: первый - припуск ца обработку: ограничивается кривой ЛВвнешнего контура и кривой С 0 исходцого контура; второй - изцосоный слой:ограничцнается кривой СО исходногоконтура и кривой ЕГ предельногоизноса; третий - дефектный слой ограничивается кривой ЕР поверхности35предельного изпоса,Каждый из указанных слоев, естественно, реально це существует, этовсего лишь геометрическая поверхность,характеризующая номинальные положеслоев.Величину износа принятого характеризовать не общим объемом изношенного материала, а по некоторому кри териальному размеру, например, в единицах модуля: И= м М, где м - кокрэКициецт допускаемого износа, М - модуль исходного зубчатого профиля, в частности величину предельного износа нормируют по уменьшению размера на делительцой окружности, тогда е 1 о можно обозначить как И р .крПорядок расчета внутренней поверхности: на основания обследования партии колес по ФормулеХ Уь Е р, и иХь Уь Ер,в.и. определяют среднее значение номинал) координат Х, У, Е предельно изношенной поверхности на радиусе р (радиус на котором производятся измерения, заключен н пределах окружности йв, выступов исходного профиля и окружности двпадин), затем определяют среднее квадратичное отклонение 6, , на основании выбора величины доверительной вероятности Р назначают доверительный интервалии 1(например при доверительной вероятности Р д = 0,999 доверительный интервал равен с р= 3,03).Таким образом, положение поверхности предельного износа для данного типа колес оказывается однозначно заданным с номиналом, координаты которого определены через Х Уь Есрр.и 4, 9 а допуск на отклонение номинала ранен ф р,и,и,р,и.й,При формировании внутренней поверхности не может быть получена идеальная геометрическая поверхность, экнидистантно воспроизводящая поверхность предельного износа. Рассуждая совершенно аналогично, можно сказать, что у изготовленных коронок имеет место разброс геометрических параметрон, среднее значение определяется каквср 1Х, У, Ерв=Х, У, ЕрикРассуждая аналогично, определяеми среднее квадратичное отклонение6 р и доверительный интервалй рв, тогда допуск на отклонениевнутренней поверхности определяетсякакП р, п. Ь = +-р.и,в6 р и вУчитывая, что н 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 н виде переходного или запас. ного слоя В,;. именуя далее переходный слой дефектным, определяют его толщину по внутренней поверхности Р р в, = а П р, в соответственно тогда доверительньгй ин9 с Я:,94чение исходного зубчатого профиля насррадиусе р; Х р - среднестатистичесое значение поверхности предельногосризноса на радиусе р; Х рс - среднестатистическое значейие среднейхлинии дефектного слоя; д р- слойчистого износа; Л- номинальное значение величйны износа до 10 предельного состояния; д - толщина облицовки в направлении координаты Х на радиусе р; Л - толщина запасного слоя, р - радиус окружности профиля, на котором производит" 15 ся отсчет по толщине облицовки,При производстве колес (т.е. приснятии припуска, заключенного междуконтуром облицовки до обработки иконтуром исходного профиля) положение 20 исходного контура имеет разброс погеометрическим параметрам зубчатогопрофиля и его можно определить каксреднее значение некоторого статистического распределения, т.е.25 частных отклонений по формулам- , Ф Рр Ас. арпеархе. арпе ср крЕ д=И+ рз,На фиг,1 кривой СН отмечена поверхность, эквидистантная внешней поверхности зубчатой коронки-заготовки, объем антифрикционного материала в этом случае выше, чем у пред" лагаемого 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: пп - нормаль к контуру предельного износа в критериальной точке; Д толщина эквидистанты к поверхности предельного износа; АВ - контур эквидистанты к контору исходного профиля 6; ВС 0 - контур двойного эквидистантного профиля к контуру исходного профиля 6; ВРС - двойной контур диффузионного спая; й диаметр вершин зубьев исходного зубчатого профиля; д- делительный диаметр исходного профиля; Й /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 1 п Ри и рппв срур, и, ир,р.п 1 Е,. = - Е ср 1 Р РОО и реп у тервал и среднее квадратичное отклонение определяются как Таким образом, величина эквидистантного смещения для внутренней поверхности равна (фиг.2) 1 р,рр,п. и арпи+ 3 ап, + р.д,ср.АсРанее оговорено, что для всех видов зубчатых колес предельная величина износа лимитируется критериальным предельным износом, например по делительной окружности, в этом слу- чае здесь Х, У, Е р, , - измеренные значения координат профиля на радиусер в партии из и деталей.По результатам измерения нетрудно определить среднее квадратичное 4 О отклонение и, выбирая закон распределения случайных величин, в зависимости от доверительной вероятностинетрудно далее назначить доверительный интервал йх, , лр. Р.пи таким обра зом полностью задать номинальный прах,ч х,э,ДЕЛЫ ЕГО ОТКЛОНЕНИЯ тЕ р и и ь р ц и В случае, если заранее определен 50 предельный критериальный износ И "Рнркоторый допустим по условиям работыдля данного типа червячной или зубчатой пары, то, действуя совершенноаналогично, нетрудно определить но минальное (или среднее) положениеповерхности предельного износа Х,У, Е рв зависимости от радиуса р,Срсреднее квадратичное отклонение срх "др,й,пфАналогично, задаваясь законом распределения и доверительной вероятностью, нетрудно назначить доверительный интервал для поверхности предельного износа СУ,2При выбранном способе получения . диффузионного соединения между антифрикционным материалом облицовки и основой возникает переходный слой (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 С ,(при полученном значении среднего квадратичного отклонениях,У,дЬ рс для принятого типа (способа) получения диффузионного соединения),очевидно, что средние (номинальные)размеры дефектного слоя должны определяться по формуле р,з. р д,ср.д.с. На фиг. 4 видно, как строились размерные цепочки по приведенным рассуждениям применительно только к построению профиля вдоль координаты Х.Небольшая погрешность поверхности внутреннего слоя эквидистантна поверхности предельното износа (т.е. расстоянию д, 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 некоторой точки исходного профиля Х в направлении развития износа в оточку 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 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 величине износа в процессе эксплуатации зубчатого колеса.В процессе изнашивания контактныеточки зубчатого профиля не находятсяв одинаковом положении, поэтому поверхность предельного (и промежуточного) износа не подобна исходномупрофилю, для упрощения задачи принимают (совершенно не внося ошибки),что профиль трансформируется вдольнекоторого направления, назовем егоконтрольным, Такое направление выбирают (основываясь на удобстве проведения контрольных замеров иэнашиваемой поверхности), например, измеряявеличину износа при вершине СЕ зуб,однако для проведения расчетов иединства в методике контроля геометрии зуба на этапе изготовления ина этапе изнашивания предпочтительноконтролировать предельный износ наделительной окружности. Обозначаятекущий износ на делительной окружности как У всегда можно напередТ. О,назначить величину предельно допустип.нмого износа И(например, из эксплуатационных свойств зацепления илипо величине минимальной несущей спо- .собности зуба хотя бы в расчетахпо изгибающему напряжению). На .практике величина предельного износа всегда нормируется и назначается в зависимости от модуля зацепления по формуле И";," = м И,Для определения профиля поверхности ступицы, оптимального с точкизрения минимального расхода антифрикционного металла, этих данных недостаточно. Введем следующие обозначе"ния: величину износа вдоль вектораДВ на делительной окружности назовем критериальным износом; при этомкритериапьный радиус равен Рр = й/2,.где д - делительный диаметр, соответственно величину износа на любомдругом радиусе р назовем промежуточным износом и обозначим И" .Если теперь выбрать на обследование партию колес и измерить величины промежуточного износа (методомреплик, профнлографированием и т.п.)т, и.И , то при достижении на делительной окружности величины текущего крит,ц.териального износа И;,- значенияпредельного износа И "ц 1 все величины износа на профиле достигнут прет,и ПР.дельного значения И р = И р ,По полученным данным нетрудно построить гистограммы распределения величины предельного износа по профилю, т.е. определить величину квадратичного отклонения Б Р,п,п, на любом радиусе р. Очевидно, что величина среднего квадратичного отклонения в этом случае зависит от радиуса р, на котором производится конт роль.Будем считать, что поверхность предельного износа профиля полностью задана, если определены координаты поверхности предельного износа. На )5 основании контрольных замеров поверхность предельного износа определим по формулам н)(:1и- У р.н эпЬг"," п,п п.й ср гпн ср,25 п.п. .и а.пгде Х, У р, 2 - координаты по-. верхности предельного износа для любого Е-го колеса из контролируемой партии в и колес.Очевидно, что (И) = (Х)2 ++ (Уп.ц ) 2 + (2 п.и) 235В 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 ния шлифов можно определить среднюю величину дефектного слоя Хд,с, Ув.с, 2 в и среднее квадратичное отклонение на радиусе р профиля:6 Ь" 6 50РВ.с РДС Р ДсАналогично, з,ая технологию получения утоненного зубчатого профиля на ступице, можно определить сред.Нюю величину утоненного зубчатого55профиля ступицы: Х р. сту Р,ст,2 р.ст Ртакже 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 (у) (т)НОГО ИЗНОСа Ср,п.пв С р.п,и р Ср.п.нр(г) (1) (1рдс Р"При этом допуски на величину предельных отклонений составят:мщс нпм (х) (х)мпн, ст - р.ст р, ст фмп ном (У) (У)У)пп- У т С С Р,ст б Р.ст Фмас нпм + 1) (2) 2 т +СР тр В процессе работы червячного или зубчатого колеса происходит утонение профиля, связанное с переходом материала облицовки в износовый шлам, Причем утонение профиля происходит неравномерноф 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, 2 как разница между координатами исход 1 Оного профиля и координатами поверхности износа.Формула и з о б р е т е ц и яЛрмированцое червячное или зубчатое колесо, содержащее основу из конструкцпоццого материала с утоценными 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 иосновы эквидистантны поверхности предельного износа.ж 84 писн ШИ Государственного комитета ССС делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб д. о изводственио-полиграфическое предприятие, г, Ужго Составитель М. Левинскийедактор И, Слободяник Техред Л.Сердюкова Корректор