Содержание к диссертации
Введение
1. Перспективы применения полимерных материалов для изготовления спироидных передач 10
1.1. Область применения зубчатых передач из полимерных материалов -
1.2. Обзор материалов и методов формообразования пластмассовых зубчатых колес 16
1.2.1. Характеристики пластмасс -
1.2.2. Методы формообразования пластмассовых зубчатых колес 27
1.3. Спироидные передачи, особенности геометрии и кинематики их зацепления, перспективы применения полимерных материалов для изготовления спироидных колес 39
1.4. Задачи работы 47
2. Принципиальные вопросы формообразования зубьев пластмассовых спироидных колес методом копирования 48
2.1. Принципиальная схема изготовления, пластмассовых спироидных колес —
2.2. Модель зуба реального спироидного колеса 52
2.3. Технологический синтез модифицированной спироидной передачи 62
2.4. Алгоритм анализа контакта зубьев в реальной спироидной передаче 69
2.5. Исследования влияния параметров наладки на положение пятна контакта в передаче 74
3. Проектирование инструментов, изготовление и контроль спироидных колес 84
3.1. Проектирование, изготовление и контроль инструмента второго порядка -
3.2. Изготовление и контроль формообразующей матрицы 93
3.3. Изготовление и контроль спироидных металлополимерных колес 100
3.4. Коррекция станочных параметров при формообразовании инструмента второго порядка 118
4. Экспериментальное исследование спироидных передач с металлополимерными колесами 124
4.1. Конструкция редуктора и испытательного стенда
4.2. Методика проведения и результаты испытаний спиродных редукторов с металлополимерными колесами 129
4.2.1, Динамические испытания спироидных редукторов с металлополимерными колесами -
4.2.2. Статические испытания спироидных редукторов с металлополимерными колесами
4.3. Рекомендации по проектированию и изготовлению инструментов и спироидных колес из полимерных материалов 142
Заключение 145
Литература
- Обзор материалов и методов формообразования пластмассовых зубчатых колес
- Модель зуба реального спироидного колеса
- Изготовление и контроль формообразующей матрицы
- Методика проведения и результаты испытаний спиродных редукторов с металлополимерными колесами
Введение к работе
Актуальность темы. Совершенствование методов изготовления изделий, имеющее целью повышение производительности и качества обработки, всегда является актуальной задачей для всех отраслей техники.
Среди изделий машиностроения, нашедших чрезвычайно широкое применение, большое место занимают зубчатые передачи, которые во многих случаях определяют такие важнейшие показатели машин как надежность, долговечность, динамические характеристики, масса, экономичность. При большом разнообразии зубчатых передач выбор методов формообразования их зубьев достаточно ограничен, что связано с особенностями их геометрии и условиями конкретного применения. В любом случае при выборе метода изготовления ставится задача обеспечения приемлемой производительности и высокого качества передачи.
Одним из направлений развития зубчатых передач является выбор новых материалов для их изготовления, позволяющих улучшить такие показатели, как масса, технологичность изготовления, прочность, и другие. Среди этих материалов заметную роль играют полимерные материалы, которые заняли прочное место в технике зубчатых передач, несмотря на ряд присущих им недостатков - ограниченную стойкость к повышенным температурам, сравнительно низкую нагрузочную способность, существенные колебания усадки, низкую теплопроводность. Их широко применяют там, где не требуется высокая нагрузочная способность, но актуальными являются способность передачи эксплуатироваться без смазки, существенное уменьшение массы изделия, возможность использования современных высокопроизводительных методов производства, таких, как литье под давлением, штамповка, повышенные требования к шуму, коррозионной стойкости, износостойкости, способность надежно работать в вакууме или в условиях низких давлений. Указанные достоинства обусловили достаточно широкое применение различных полимерных материалов для самых разнообразных видов зубчатых передач — цилиндрических, винтовых, червячных, планетарных и других.
Среди зубчатых передач с перекрещивающимися осями одной из перспективных, обладающей целым рядом достоинств, является спироидная передача, которая относится к передачам типа червячных по способу изготовления и особенностям геометрии зацепления, но является, как гипоидная, передачей 3 класса по геометрическим признакам - зона зацепления смещена по отношению к межосевой линии передачи вдоль осей обоих звеньев.
В настоящее время известны многие разновидности спироидных передач, выполнено большое количество исследований в области геометрии зацепления, прочности, технологии изготовления, применения, конструирования и проектирования, в том числе автоматизированного, однако металлополимерная спироидная передача практически не изучена.
Имеющиеся данные о применении полимерных материалов для
спироидных передач не раскрывают эту проблему в достаточной степени, в то время, как особенности геометрии и кинематики зацепления спироидных передач (большой коэффициент перекрытия, большие значения приведенных радиусов кривизны, благоприятное расположение контактных линий и другие), специфическое расположение зубьев колеса на его торцовой поверхности делают эту проблему привлекательной и актуальной с различных точек зрения - эксплутационной, технологической, экономической.
Целью настоящей работы является разработка технологии формообразования зубьев пластмассовых спироидных колес и инструментов, обеспечивающих высокую производительность обработки и требуемое качество зацепления в передаче.
Задачи работы:
обобщение известных данных об использовании полимерных материалов и методов их обработки применительно к зубчатым передачам, обоснование целесообразности применения и выбора пластмасс для изготовления колес спироидных передач;
разработка принципиальной технологической схемы изготовления пластмассовых спироидных колес на основе механической и физико-технической обработки;
построение математической модели зуба реального пластмассового спироидного колеса с учетом технологических погрешностей изготовления, решение задачи технологического синтеза по расчету параметров наладки, обеспечивающих необходимую модификацию зуба для компенсации погрешностей и достижения требуемого качества контакта в передаче;
проектирование, изготовление и контроль инструментов, реализующих разработанную технологию формообразования зубьев пластмассовых спиродных колес;
обоснование конструкции и изготовление пластмассовых спироидных колес, испытание спироидных редукторов с этими колесами при различных режимах нагружения;
разработка рекомендаций по проектированию спироидных передач с металлополимерными колесами, инструментов и технологии их изготовления.
Научная новизна работы.
Основным научным и практическим результатом работы является доказательство принципиальной возможности и эффективности формообразования зубьев металлополимерных колес спироидных передач методом копирования и работоспособности этих передач при различных режимах нагружения.
Новыми научными результатами являются:
- принципиальная схема изготовления инструментов и формообразования
зубьев металлополимерных спироидных колес, состоящая из
взаимосвязанных этапов, реализующих последовательно изготовление
резцов-летучек, нарезание колес-электродов, выжигание матрицы электроэрозионным методом, литье под давлением спироидных колес, при этом на каждом предыдущем этапе изготавливается инструмент для последующего;
математическое обеспечение для решения задачи технологического синтеза передачи, включающее в себя: математическую модель поверхности зуба реального спироидного металлополимерного колеса с учетом погрешностей, возникающих при изготовлении инструментов и самих колес; алгоритм решения задачи анализа контакта зубьев в реальной передаче и расчета таких наладок, которые на первых этапах реализации указанной выше принципиальной схемы (изготовление резцов-летучек и нарезание колес-электродов) обеспечивают необходимую модификацию зубьев пластмассового колеса и требуемое качество контакта в передаче;
результаты контроля инструментов и металлополимерных спироидных колес, показавшие превалирующую роль систематических погрешностей изготовления и закономерности их изменения;
результаты испытаний спироидных редукторов с металлополимерными колесами, позволившие получить оценки их основных эксплутационных показателей (нагрузочной способности и КПД) и установить, что лимитирующим критерием прочности пластмассового спироидного колеса является срез зубьев; предложена методика расчета прочности спироидной передачи с металлополимерными колесами по напряжениям среза, которая дает достоверные результаты, сопоставимые с полученными экспериментальными данными.
Методы исследования: теоретические исследования проводились на базе основ технологии машиностроения и обработки полимерных материалов, теории зубчатых зацеплений, математического моделирования, обработки материалов давлением, прочности материалов.
Экспериментальные исследования проводились на основе разработанных автором и стандартных методик лабораторных испьпаний с использованием испытательного оборудования Института механики ИжГТУ и Словацкого технического университета в Братиславе. Контроль формы изделий и инструментов проводился на контрольно-измерительной машине с ЧПУ и универсальном оборудовании. При численных исследованиях, расчетах, проектировании, построении твердотельных моделей и обработке экспериментальных данных использовалось следующие программные системы: "SPDIAL+", SolidWorks, Компас, Excel.
Практическая ценность работы заключается в реализации полученных научных результатов при изготовлении инструментов и металлополимерных колес спироидных передач. При этом разработаны рекомендации по: проектированию как инструментов, так и самих передач; выбору режимов обработки на различных этапах технологической схемы; установке инструментов при нарезании колес-электродов и изготовлении формообразующей матрицы.
Практическую ценность представляют также: результаты контроля инструментов и колес, дающие конкретную количественную информацию о величине погрешностей, возникающих на различных этапах изготовления; результаты численных исследований, дающие необходимые данные для выбора значений параметров наладки при изготовлении инструментов и спироидных колес; результаты испытаний спироидных редукторов с металлополимерными колесами, положенные в основу рекомендаций по проектированию и режимам эксплуатации редукторов.
Результаты работы внедрены в практику проектирования, изготовления спироидных редукторов в УНПЦ «Механик», а также в учебный процесс в Институте механики и на кафедре ТРП ИжГТУ.
Работа выполнялась в рамках проектов Федеральной Целевой Программы «Интеграция», инновационной программы министерства образования РФ «Прогрессивные зубчатые передачи», проекта «Создание гаммы механических приводов нового поколения» подпрограммы «Инновации», а также международной программы «Передачи и трансмиссии»
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на следующих научных и научно-практических конференциях:
международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию ИжГТУ в г. Ижевске в 2002 г.;
международной научно-технической конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» в г. Ижевске в 2003 г.;
научно-технической конференции с международным участием «Теория и практика зубчатых передач» в г. Ижевске в 2004 г.
на научном семинаре «Прогрессивные зубчатые передачи» в Новоуральске 2003 г.
научно-технических семинарах Института механики ИжГТУ в 2001-2004гг.
Публикации. По тематике диссертации опубликовано 6 печатных работ, материалы диссертации включены в 3 научно-технических отчета по инновационным проектам.
Диссертация структурно содержит введение, 4 главы, заключение и список использованной литературы, содержащей 181 источник.
Обзор материалов и методов формообразования пластмассовых зубчатых колес
Диапазон областей применения полимерных материалов для зубчатых колес определяется большим количеством видов и марок конструкционных термопластов и реактопластов, включая наполненные, армированные и модифицированные полимеры [118].
Американское общество испытаний и материалов дает определение пластиков следующим образом [59]: пластическими массами называют материалы, изготовленные на основе, синтетических полимеров, проявляющие при определенной температуре и давлении свойства пластичности и текучести. Эти свойства пластмасс используются для переработки их в изделия. Полимерами, в свою очередь, называются соединения, молекулы которых состоят из большого числа атомных группировок, соединенных химическими связями в длинные цепи [116].
Известны различные признаки, по которым различают полимерные материалы (рис.. 1.1): в зависимости от способа получения, поведения в нагретом состоянии, по назначению [126]. В зависимости от способа получения пластмассы делятся на четыре класса. Класс А. Пластмассы на основе полимеров, получаемых полимеризацией: полиэтилен, полистирол, акрилат и др. Класс Б. Пластмассы на основе полимеров, получаемых поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией: фенопласты, аминопласты, полиамиды и др.. Класс В. Пластмассы на основе химических модифицированных природных полимеров: целлопласты, протеинопласты и др. Класс Г. Пластмассы на основе природных нефтяных асфальтов и смолби-тумпласты с различными наполнителями. Пластмассы в нагретом состоянии по поведению полимера подразделяются на термоактивные (реактопласты) и термопластичные (термопласты).
Реактопласты при нагревании сначала переходят в вязко-текучее состояние, а потом превращаются в твердые и неплавкие материалы. Претерпевая при нагреве необратимые физико-химические превращения, повторной обработке они не поддаются. К реактопластам относится большинство пластмасс класса Б.
Термопласты при переработке претерпевают только физические превращения, связанные с расплавлением материала, формованием и охлаждением изделия. К ним относятся в основном пластмассы классов А, В, Г [126]. По применению пластмассы можно подразделить на силовые (конструкционные, фрикционные, антифрикционные, электроизоляционные) и несиловые (оптически прозрачные, химически стойкие, электроизоляционные, теплоизоляционные, декоративные, уплотнительные, вспомогательные). Однако это деление условно, так как одна и та же пластмасса может обладать разными свойствами [116, 126],
В пластмассы входят смазывающие вещества для увеличения подвижности молекулы полимеров при литье под давлением, для лучшего распределения и прилипания порошковых красящих веществ во время нанесения их на гранулированные термопластичные материалы. Стабилизаторы предназначены для замедления процесса старения полимерных материалов, происходящего под воздействием теплоты, кислорода и ультрафиолетовых лучей. Наполнители вводят для повышения механической прочности и термостойкости, а также для уменьшения усадки, снижения стоимости пластмасс. Различают наполнители порошкообразные, волокнистые и слоистые. Порошкообразными наполнителями являются: древесная мука, кварцевый песок, слюда и др. К сложным — ткани, бумага, шпон. Пластикаторы применяют для увеличения эластичности, текучести, гибкости и уменьшения хрупкости полимерных композиций при формовании.
К основным технологическим свойствам пластмасс относятся текучесть, усадка, отвердение и содержание летучих веществ [127]. Текучесть - способность пластмассы заполнять формующую полость пресс-формы при определенной температуре» удельном давлении и времени, присущих конкретным условиям процесса. Она зависит от вида и содержания в пресс-материале полимера наполнителя, пластификаторов, смазки, а также от конструкции пресс-формы и литьевого цикла. Слишком высокая текучесть ведет к перерасходу пластмассы, слишком малая препятствует полному заполнению пресс-формы, требует предварительного подогрева пластмассы и увеличения удельного давления. Для термопластов показателем текучести расплава служит «индекс расплава» — количество материала, выдавливаемого через сопло пластомера (диаметр 2,095 ± 0,005 мм) при определенных температуре и давлении в единицу времени (г/мин). Показатель текучести расплава влияет на выбор оптимального режима формообразования изделий (температуры, давления, скорости экструдирования и др.).
Усадка - уменьшение размеров изделия по сравнению с размерами, формующей полости пресс-формы. Поскольку усадка пластмассы зависит от большого числа факторов, трудно поддающихся учету (состава пластмассы,, режима формования, конфигурации изделия и т.п.), то при изготовлении изделий с небольшими допусками иногда приходится корректировать размеры формующей полости пресс-формы, усадку надо учитывать с максимально возможной точностью [15, 100,113, 114].
Модель зуба реального спироидного колеса
Для пластмассовых спироидных колес более предпочтительным оказывается метод копирования, как более производительный. В связи с торцовым расположением зубьев спироидного колеса оказывается удобным их формообразование путем прессования или литья под давлением. При этом не происходит перерезание слоев полимерного материала и нарушение целостности его структуры, как при зубофрезеровании, а состояние рабочей поверхности зубьев целиком зависит от качества формообразующего инструмента. Напомним при этом, что на качество фрезерованной поверхности влияет не только качество фрезы, но и дискретность самого процесса резания, из-за которой на зубьях появляется так называемая огранка.
Итак, остановившись на методе литья под давлением, как одном из наиболее прогрессивных для изготовления пластмассовых спироидных колес (п. 1,2.2.), отметим, что для его реализации необходимо иметь соответствующий инструмент - матрицу, являющуюся «отпечатком» колеса. Изготовление матрицы: также целесообразно выполнить методом копирования, при этом инструмент второго порядка должен быть аналогичен изготавливаемому спироидному колесу (в идеальном случае, то есть при отсутствии ошибок изготовления, геометрия боковых поверхностей зубьев инструмента-электрода и пластмассового колеса должна быть совершенно одинаковой). Поскольку матрица для изготовления пластмассового колеса имеет сложную форму и должна быть из более прочного материала, в данном случае стали, то для ее изготовления выбран метод электроэрозионной обработки, а инструментом для ее реализации - электродом — спироидное колесо, нарезанное известным образом с помощью, например, резца-летучки. Таким образом, принципиальная схема изготовления пластмассового спироидного колеса выглядит следующим образом: - изготовление резца-летучки для нарезания электрода; - нарезание электрода для выжигания формообразующей матрицы; - выжигание формообразующей матрицы для прессования колес; - получение пластмассового спироидного колеса методом лшъя под давлением. Рассмотрим каждый из этапов.
Аналогично обработке резанием, при электроэрозионном выжигании целесообразно применять предварительную и окончательную обработку -электроимпульсный режим для предварительной обработки, электроискровой для окончательной. Предварительная обработка в электроимпульсном режиме позволяет удалить наибольший слой металла, однако поверхность не имеет требуемого качества, при чистовой обработке в электроискровом режиме производится окончательная доводка формообразуемой поверхности до требуемой точности и шероховатости. Поэтому для обработки электродов необходимо рассчитать и спроектировать два резца-летучки - черновой и чистовой, В параметры стандартного инструмента для нарезания колеса необходимо внести коррективы (в соответствии с режимом обработки), зависящие от межэлектродных зазоров - бокового и торцового (стандартный резец утолщается на величину бокового зазора и удлиняется на величину торцового). Нарезание электродов производится методом обкатки на зубофрезерном станке. Как правило, материалами для электродов выбирается медь или графит. Нарезание электродов из меди более предпочтительно, так как графит отличается большой хрупкостью и вызывает большие сложности при обработке на стандартном оборудовании. При нарезании электродов возникают погрешности, обусловленные установкой заготовки на оправке, биением оправки, на которой установлен резец в приспособлении, неточностью профиля резца, его углов профиля, то есть погрешностью изготовления самих резцов-летучек 8р.я. и погрешностями, обусловленными инструментальной наладкой при нарезании электродов- инструментов, а также торцовым и радиальноым биением электродов инструментов, что составляет погрешность изготовления электродов-инструментов S3_u;
Следующий этап - это выжигание формообразующей матрицы электроэрозионным методом. В настоящее время применяют несколько технологических схем электроэрозионной обработки: прошивание, электроэрозионное шлифование, разрезание профильным или непрофильным инструментом, электроэрозионное упрочнение [92, 102]. В нашем случае используется прошивание, так как оно позволяет значительно сократить время обработки и наиболее целесообразно для изделий, имеющих сложную форму. Суть процесса заключается в следующем. Удаление металла с заготовки происходит в среде диэлектрика за счет микроразрядов, расплавляющих часть металла. В качестве диэлектрика используют керосин или дистиллированную воду. На современном уровне развития электроэрозионной обработки точность изготовления деталей достигает 5-7-го квалитета, шероховатость поверхности для сталей Ra= 0,3...0,6 мкм.
Изготовление и контроль формообразующей матрицы
Проблема обеспечения высокого качества контакта рабочих поверхностей является одной из главных при проектировании и изготовлении любой зубчатой передачи, в том числе и спироидной С-пластмассовым колесом. Эта проблема решается на различных этапах создания передачи: — на этапе проектирования передачи, то есть при выборе геометрических параметров передачи, при выборе геометрических параметров передачи, когда рассчитывают основные геометрические, кинематические и силовые показатели передачи, определяющие ее нагрузочную способность, КПД, долговечность; — на этапе технологического проектирования (технологического синтеза), в процессе которого определяют геометрические параметры инструмента, параметры его установки и движения по отношению к заготовке. При этом основная задача технологического синтеза заключается в обеспечении необходимой геометрии рабочих поверхностей зубьев, при которой достигается планируемое качество контакта с учетом различных факторов (погрешностей, деформаций), действующих в реальной передаче [123].
Дня спироидных передач, которые, как и червячные передачи, образуются по второму принципу Оливье [84], технологический синтез является вторым, после синтеза идеального зацепления, этапом проектирования передачи [148, 123, 55]. Задача технологического синтеза может иметь две следующие постановки:
Постановка А. Рассчитать параметры инструмента, характеризующие его геометрию, положение и движение (параметры наладки [148]), при которых образуются сопряженные (идеальные) рабочие поверхности зацепляющихся витков червяка и зубьев колеса. В этой постановке задача в основном реализуется уже на стадии синтеза сопряженного зацепления (первый этап проектирования передачи), поскольку параметры наладки при обработке зубьев колеса в принципе повторяют аналогичные параметры в зацеплении червяка, в этом случае проектируется копирующая червяк фреза или другой инструмент, например, летучий резец, режущие кромки которого воспроизводят винтовую поверхность червяка.
В указанной постановке вполне приемлемо решать задачу технологического синтеза для спироидной передачи с нарезанным фрезой бронзовым или пластмассовым колесом. В первом случае неизбежные технологические ошибки изготовления и монтажа компенсируются хорошей прирабатываемостью бронзы, во втором - упругими деформациями полимерного материала. Для принятой принципиальной схемы изготовления пластмассовых спироидных колес методом копирования первая постановка неприемлема по ряду причин, одной из которых является большая накопленная погрешность изготовления, описанная в п. 2.1. Постановка Б. Выбрать параметры наладки, обеспечивая при этом, такую модификацию рабочих поверхностей зубьев, при которой достигается желаемый их контакт и малая чувствительность к различным погрешностям и деформациям. В этом случае критерием правильности решения задачи являются поле модификаций, размеры, форма и расположение суммарного пятна контакта и мгновенных площадок касания.
При этом подчеркнем, что задача технологического синтеза при принятой схеме изготовления решается на этапе проектирования резцов-летучек и параметров их установки для нарезания колеса-электрода (см. п. 2.1.). Структуру процесса технологического синтеза в постановке Б можно представить в виде, показанном на рис. 2.5. [148]. Исходными данными для решения задачи являются параметры идеального зацепления и требования к пятну контакта. На первом этапе выбирается метод модификации и вид станочного зацепления.
Известны два вида модификаций зубьев — профильная и продольная [87 и др.]. С практической точки зрения необходимо обеспечивать оба вида модификации, чтобы получить требуемое положение пятна контакта. При этом локализация контакта может быть обеспечена модификацией любого из звеньев передачи. Однако если говорить о локализации в обоих направлениях то, на наш взгляд, предпочтительно ее добиваться, модифицируя зуб спироидного колеса, сохраняя шаг и профиль витка рабочего червяка постоянным по его длине. Последнее качество является весьма ценным как с точки зрения сохранения достаточно простой и производительной обработки витков червяка, так и с точки зрения сборки передачи, обеспечивая теоретическую нечувствительность ее к ошибке осевого положения червяка. По этой причине далее будем говорить лишь о модификации зубьев спироидного колеса.
Возможны различные приемы модификаций зубьев колеса [123, 148, 87]. В частности, величиной модификации по профилю зубьев можно управлять, изменяя соотношение кривизны профилей червяка и инструмента для обработки зубьев колеса. В продольном направлении зубьев колеса необходимая модификация может быть достигнута путем введения отличия форм делительных поверхностей червяка и инструмента; например, применение червяка с цилиндрической (конической) делительной поверхностью и инструмента - с глобоидной, либо, напротив, червяк выполнить бочкообразным, а инструмент - цилиндрическим (коническим) [80]. Оставшиеся параметры наладки при этом остаются идентичными соответствующим параметрам идеального сопряженного зацепления.
Однако более универсально и эффективно модификация зубьев колеса обеспечивается в случае изменения любых параметров наладки, а именно: расстояние и угла между осями инструмента, передаточного отношения и подачи при обработке.
Методика проведения и результаты испытаний спиродных редукторов с металлополимерными колесами
Предыдущие испытания спироидных передач с полимерными колесами показали, что основной причиной выхода передач из строя является срез зубьев. Однако, во-первых, эти испытания были далеко не полными, во-вторых, результаты их описаны также настолько скупо, что нет возможности выявить, какой критерий прочности, температура или нагрузка, является определяющим для таких изделий. Поэтому было принято решение о проведении комплекса испытаний, включающего в себя динамические испытания на специальном стенде и испытания на прочность металлопластмассовых спироидных колес при их статическом нагружении.
Динамические испытания, под которыми понимаются испытания работающей передачи при различных величинах нагрузочного момента, имели целью принципиальную проверку работоспособности и определение нагрузочной способности спироидного редуктора с металлополимерным колесом, изготовленным методом литья под давлением. Испытания проводились на стенде, общий вид которого показан на рис. 4.5. (п. 4.1.).
Как уже отмечалось выше, испытываемый редуктор относится к серийно выпускающемуся редуктору.
Входящие в состав редуктора передачи состояли из стальных червяков, закаленных до твердости 42...45 HRC, шероховатость рабочей поверхности витков червяков 0,4мкм и металлополимерных колес из следующих марок полиамидов: ПА-610 литьевой, ПА-610 литьевой + 5% графита, ПА6-210/311, ПА6-210-КС (стеклонаполненный). Метод получения колес — литье под давлением с одновременным формообразованием зуба и соединением ступицы 1 и зубчатого венца 2 (рис. 4.4.) (см. подробнее п.3.3.). Измерение входного момента М/ на редукторе производилось балансным способом, то есть путем уравновешивания соответствующего реактивного момента. Для этого балансирный двигатель был вывешен на двух неподвижных подшипниковых опорах и снабжен закрепленным на его статоре равноплечим рычагом (длина плеча рычага равна 1м) с подвесными чашами для подвески грузов на концах. Подсчитывалась масса грузов, размещенных на чашах, и вычислялась величина момента Mj. Для определения веса грузов использовались весы с ценой деления 1гр.
Выходной крутящий момент создавался порошковым тормозом ПТ 2,5М. Измерение выходного крутящего момента Мг на валу испытуемого редуктора производилось с помощью установленного на порошковом тормозе индикатора, протарированного в единицах момента. Смазка зацепляющихся звеньев в редукторе производилась в масляной ванне (смазка - аналог ТАД17). Температура масляной ванны замерялась каждый час. На боковой поверхности зуба температура замерялась после четырех часов непрерывной работы редуктора. Измерение температуры масляной ванны и боковой поверхности зуба производились с помощью термопары.
При испытаниях спироидных редукторов с металлополимерными колесами нагружение проводилось ступенчато по 1-2Нм в непрерывном режиме работы по ГОСТ 21354 по правой и левой стороне до 6Нм включительно, а затем по правой стороне до среза. Испытания проходили при температуре окружающей среды примерно 17 "С. Результаты испытаний фиксировались в специальном журнале, затем производилась их обработка в табличном редакторе Excel.
Выполненные испытания, результаты которых приведены на графиках на рис. 4.6.-4.8., позволяют сделать следующие выводы: - редукторы с металлопластмассовыми спироидными колесами (колеса были получены методом литья под давлением) показали достаточно высокую работоспособность; - в сравнении с редукторами, где были использованы нарезанные пластмассовые колеса, для отлитых металлополимерных колес предельно допустимый нагрузочный момент равнялся 9-12Нм (9Нм - для ПА6-210-КС, ЮНм - для ПА-610+5%графита, 12Нм - для ПА-610, эти данные соответствуют предполагаемому уровню, который приблизительно в 1,2-1,6 раза меньше допустимой нагрузки, ограничиваемой износом, для сочетания материалов в паре сталь - бронза), нарезанные пластмассовые спироидные колеса разрушаются при нагрузочном моменте 5-8Нм. Это можно объяснить, во-первых, тем, что при литье поверхностный слой полимера не нарушается, а во-вторых, в геометрию зубьев отлитых металлополимерных колес были внесены модификации для компенсации систематических погрешностей; - установлено, что материал без наполнителя ПА-610 имеет наибольший предельно допустимый нагрузочный момент, это можно объяснить тем, что данный материал обладает наилучшей из испытываемых материалов упругой податливостью (наполнители: графит и особенно стекловолокно делают полимерный материал более твердым, неподатливым и даже хрупким); - характерный вид разрушения пластмассовых спироидных колес — срез (рис. 4.9.-4.11.), следует отметить, что колеса разрушались без каких-либо предвестников (резкое повышение температуры, вибрации и др.) наступающего разрушения: при переходе на следующую ступень нагружения зубья колеса срезало за несколько минут работы. Важно отметить, что зубья отлитых металлополимерных колес срезало у основания, это говорит о большей жесткости металл ополимерного колеса и его посадки на вал.
