СИНТЕЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА БАЗЕ
ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА
Лахин А.М., Михайлов А.Н., Аль-Судани Т. Т., Рылова В.C. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина)
Тел.: +38(062)3010805;E-mail: lelax@mail.ru
Abstract. In article presents the features of the creation and
implementation process to ensure the production of gears on the basis of
functional-oriented approach. The basic scheme of the technological impact on
the working elements of gears depending on the characteristics of the
operational functions, as well as the proposed structure of the functional
operations-oriented process with using a multilayer vacuum ion-plasma coatings
Key words. Gears, technology, functional-oriented approach,
coatings
Зубчатые
передачи являются основным видом силовых передач, используемых в
машиностроении. Работоспособность их определяется качеством зубчатых колес,
образующих передачу, к которым предъявляют ряд жестких требований размерной
точности и к качеству поверхностного слоя рабочих элементов. Между тем на
некоторые элементы зубчатых колес основные требования по точности и качеству
поверхностного слоя, назначаемые при конструировании, несколько необоснованные,
где условия эксплуатации позволяют использовать несколько меньшие параметры
качества. Поэтому основной задачей конструкторского и технологического
обеспечения производства зубчатых колес является обеспечение заданных и требуемых
свойств рабочих элементов зубчатых колес в соответствии с реальными условиями
их эксплуатации.
Вопросы производства и повышения качества зубчатых колес в настоящее время получили
развитие в следующих направлениях:
- повышение качества работы зубчатых колес за счет ужесточения норм точности;
- снижения объема металлообработки за счет формирования зубьев на стадии
получения заготовок зубчатых колес;
- повышение физико-механических характеристик поверхностного слоя элементов
зубчатого венца за счет применения специальных покрытий.
Одним из способов повышения качества и эффективности производства зубчатых
колес является применение функционально-ориентированного подхода [1, 2, 3],
который позволяет адаптировать изделие при его изготовлении к особенностям эксплуатации
в машине или технологической системе.
Целью данной работы является повышение эксплуатационных характеристик
зубчатых колес за счет синтеза технологических операций обработки рабочих элементов
на базе функционально-ориентированного подхода.
Для достижения
поставленной цели необходимо решить следующие задачи: выполнить анализ элементов зубчатых колес по
функциональному назначению; предложить схемы технологического воздействия на
рабочие элементы зубчатых колес для выполнения заданной структуры функций,
предложить варианты обеспечения свойств рабочих элементов зубчатых колес в
соответствие с условиями эксплуатации.
Зубчатые колеса, как
элементы изделия, представляют собой совокупность связанных между собой
элементов, которые можно объединить в группы по виду эксплуатационных функций.
Согласно классификации [4], их можно разделить на исполнительные рабочие,
исполнительные базирующие, связующие, вспомогательные и дополнительные. При
этом структуру зубчатого колеса, можно представить следующей схемой (рис. 1).
Рис. 1. Структура построения зубчатого колеса
В то же время, каждый функциональный элемент группы
разделяется на функциональные зоны, которые формируются зонами функциональных
элементов. При этом зоны представляют собой элементарные геометрические фигуры,
определяющие характер действия эксплуатационных функций в них и, согласно
принципам ориентации [1], характер технологических воздействий для реализации
свойств требуемых по условиям эксплуатации.
Рассмотрим характер действия эксплуатационных функций
поверхностного слоя рабочего профиля зуба (рис. 2).
Рис. 2. Схема технологического воздействия для
обеспечения свойств поверхностного слоя рабочего профиля зуба
При реализации схем технологического воздействия для
поверхностных слоев рабочего профиля, возможны следующе схемы технологического
воздействия [1]:
- для обеспечения прерывистых свойств поверхностного слоя в двух направле-
ниях s и t на глубине dlv:
- для обеспечения непрерывных свойств поверхностного слоя
в двух направлениях s и t на глубине dlv:
- для обеспечения единовременных свойств поверхностного
слоя в двух направлениях s и t на глубине dlv:
- для обеспечения непрерывно-прерывистых свойств
поверхностного слоя (непрерывные – в направлении s, и прерывистые – в направлении t на глубине dlv):
- для обеспечения единовременно-прерывистых свойств
поверхностного слоя (единовременные – в направлении s, и прерывистые – в направлении t на глубине dlv):
- для обеспечения единовременно-непрерывных свойств
поверхностного слоя (единовременные – в направлении s и непрерывные – в направлении t
на глубине dlv):
Как известно, в процессе зацепления между сопряженной
парой зубьев действует взаимное скольжение профилей, скорость которого
изменяется от 0 в полюсе зацепления, до максимального значения у головки и у
ножки зуба.
Характер
изменения скорости взаимного скольжения зубчатых профилей меняется в
зависимости от соотношения чисел зубьев зубчатой пары, коэффициента смещения
исходного контура и угла наклона зубьев. Реализация действия равномерных
эксплуатационных свойств зубчатого профиля в зависимости от условий эксплуатации,
возможно при изменении коэффициента трения, а также стойкости к механическому
износу, в соответствии с графиком скорости взаимного скольжения профилей по
высоте зуба.
Данная
особенность действия эксплуатационных функций может быть реализована при
реализации технологических воздействий на основе нанесения многослойных
вакуумных ионно-плазменных покрытий. При этом наиболее целесообразно послойное
нанесение покрытий, при котором количество слоев увеличивается в местах профиля
зуба головки и ножке зуба, причем каждый последующий слой обеспечивается
покрытием с более низким коэффициентом трения, по отношению к материалу
сопряженного зубчатого колеса, или покрытию сопряженного колеса. При этом однослойное
покрытие реализовано у полюса зацепления главным образом для снижения
контактных напряжений в зубчатом зацеплении. Для нанесения покрытий требуемых
свойств только к определенным зонам и участкам рабочего профиля зуба, возможно
применение предохранительных масок для участков зуба, не требующих свойств,
обеспечиваемых текущим наносимым покрытием. Также обеспечение требуемой толщины
поверхностного слоя с покрытиями возможно при реализации заданной структуры
кинематики технологического движения в камере, а также обеспечения необходимой
направленности участков зубчатых колес по отношению к катодам, создающим потоки
напыления покрытия. При этом возможно регулирование толщины покрытия
посредством заданной направленности потока по отношению к наносимым
поверхностям, а также управлением теневыми зонами в участках зубчатых колес.
Выводы.
Таким
образом, в работе рассмотрены условия работы рабочих элементов зубчатых колес и
возникающие при этом эксплуатационные функции, на основании которых возможно
определение структуры технологических воздействий для каждого элемента. На
основании условий работы поверхностных слоев рабочего профиля зубьев,
разработаны схемы технологического воздействия, а также варианты реализации
различных по структуре свойств. Для возможности реализации свойств поверхностных
слоев зубчатых колес в зависимости от скорости взаимного скольжения по высоте
зуба, предложен вариант технологической операции. Использование
функционально-ориентированного подхода в производстве зубчатых колес, позволяет
решать комплексные задачи повышения качества зубчатых колес, а также способствуют
повышению эффективности из изготовления.
Список литературы: 1. Михайлов А.Н. Основы синтеза
функционально-ориентированных технологий машиностроения. – Донецк: ДонНТУ, 2008. - 346 с. 2.
Михайлов А.Н. Повышение качества изделий машиностроения на базе комбинированной
функционально-ориентированной отделочной обработки // Машиностроение и
техносфера XXI века. Сборник трудов XVI международной научно-технической
конференции в г. Севастополе 14-19 сентября