Введение к работе
Актуальность темы. Зубчатые беззазорные передачи используются в узлах управления механизмов, реверсивных передачах, в частности в системах космических аппаратов. В последние годы в автомобилестроении нашли применение механические усилители средств управления, где используются беззазорные зубчатые передачи. Выявились недостатки таких передач: появление шумов и нарушение плавности работы при возникновении зазоров, вызванных износом, величина которого может быть в несколько десятков микрон, что ограничивает работоспособность передач. Частая замена зубчатых передач в беззазорных соединениях ограничивает их применение и повышает стоимость, поэтому необходим новый способ восстановления зазоров в зубчатых передачах путём нанесения покрытий с высокими эксплуатационными характеристиками. Большим достоинством нового метода является возможность выполнения операций по восстановлению зазоров и профиля передачи непосредственно в рабочем положении контактных пар. Подобный способ для зубчатых передач с односторонним зацеплением был осуществлён ранее по патенту 2183150. Но для беззазорных передач требуется не только съём припуска с целью выравнивания профиля эвольвенты, но и наращивание контура с учётом его реального износа с каждого зуба в месте контакта, а также устранение зазоров с гарантией сохранения работоспособности передачи. Такой способ был разработан соискателем и защищен патентом 2284253. Этот способ лёг в основу работы по комбинированной обработке беззазорных зубчатых передач с целью восстановления их работоспособности. Способ осуществляют в рабочем положении передачи с возможной частичной переборкой на режимах, не используемых ранее в комбинированных методах обработки с наложением электрического поля. Направление исследований отвечает современным тенденциям машиностроения и является актуальным, новым для научного направления "Технология машиностроения"'.
Работа выполнялась в соответствии с научным направлением АТН РФ "Развитие новых высоких промышленных технологий на 2000-2010 годы", научным направлением ГОУВПО "Воронежский государственный технический университет" "Проблемы современной технологии машиностроения". Гос. per. №01960005763.
Целью работы является разработка способа комбинированной обработки и технологии восстановления рабочего профиля беззазорных зубчатых передач с использованием анодных и катодных процессов.
Для достижения поставленной цели решены задачи:
1. Раскрытие механизма избирательного нанесения слоя
покрытия при переменном контакте зубчатых колёс.
2. Раскрытие механизма ускоренного съёма металла с участков
зубьев, имеющих повышенный припуск на выравнивание профиля.
3. Формирование физической и математической модели
процесса восстановления профиля эвольвенты и получение
беззазорного зацепления в зубчатой паре.
-
Обоснование возможности совмещения рабочих параметров при анодном и катодном процессе формирования профиля эвольвентных беззазорных передач.
-
Разработка технологии восстановления профиля беззазорных зубчатых передач, осуществляемой с возможной частичной переборкой узлов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач нспользовшіись разделы теории катодного наращивания материала на детали машин, теоретические положения электрохимической размерной обработки, классические закономерности теории электромагнитных полей, оптимизации и управления дискретными системами в машиностроении, а также технология восстановления деталей машин.
Научная новизна работы включает:
разработанный механизм ускоренного нанесения покрытий на изношенные участки зубьев. Установлено, что при нанесении покрытий на контактные поверхности в момент соприкосновения электролит выдавливается, и рост покрытия замедляется, что способствует ускоренному выравниванию профиля;
механизм ускоренного съёма материала с участков, имеющих повышенный припуск на выравнивание профиля. Показано, что в основе процесса лежит кинематика эвольвентных передач, вращение которых протекает без проскальзывания профиля. В случае искажения формы эвольвенты (например, за счёт износа) возникает проскальзывание, что способствует утонению окисной плёнки в зоне анодного растворения и ускоренному съёму припуска на выступающих участках:
физическую и математическую модели процесса восстановления профиля и устранения зазоров в контактных парах зубчатых передач, для чего предложен новый способ обработки, защищенный патентом № 2284253;
теоретически обоснованы диапазоны напряжений и контактных давлений, обеспечивающих стабильный процесс формирования профиля.
Практическая значимость работы:
на базе предложенного способа разработана технология комбинированного нанесения покрытий с управляемым ростом толщины слоя в местах с переменным припуском, что позволило восстанавливать рабочий профиль беззазорных передач с возможными частичными переборками узла;
обоснованы рабочие диапазоны технологических режимов, обеспечивающих восстановление профиля эвольвенты и положение контактных поверхностей беззазорных зубчатых передач;
даны рекомендации по восстановлению типовых цилиндрических зубчатых передач, имеющих различную степень износа зубчатого профиля, с учётом ограничений на применение каждого вида передачи.
Личный вклад в работу:
- результаты исследования процессов, протекающих при
анодном растворении материала, катодном наращивании слоя, а также
при их совместном воздействии, вследствие чего создан новый способ,
защищенный патентом РФ;
разработка механизма и моделей комбинированного восстановления беззазорных зубчатых передач с выходом на показатели режимов, обеспечивающих получение требуемых эксплуатационных характеристик;
- разработка технологического процесса с управлением
режимами обработки для достижения заданных показателей процесса;
- создание экспериментальной установки для осуществления
комбинированного восстановления беззазорных зубчатых передач.
- участие во внедрении результатов работ в производстве.
Реализация результатов работы.
Результаты исследовании по разработке способа и технологии восстановления профиля зуба реверсивных передач были внедрены в ООО "ФПК ВСЗ-Холдинг": 000 "ЗУБР": ОАО НИИАСПК"; ФГУП ВМЗ при восстановлении беззазорных зубчатых передач.
Апробация работы. Основные научные результаты диссертационной работы докладывались на международных, российских конференциях, в частности на: Международной научно-технической конференции ''Студент, специалист, профессионал ССП-2005" (Воронеж, 2005), Всероссийской (с международным участием) научно-технической конференции "Рабочие процессы и технология двигателей" (Казань, 2005), Международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии" (Липецк, 2006), Международной научно-технической конференции "Студент, специалист, профессионал ССП-2007" (Воронеж, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 1 - в издании, рекомендованном ВАК РФ. и 1 патент РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведённых в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - способ и технология восстановления колёс с обеспечением их качества, [4] -разработка физической и математической модели с учётом особенностей работы реверсивных передач, [7] — технология восстановления профиля с возможной переборкой узлов, [9] -алгоритм разработки режимов и построение технологического процесса восстановления зубчатых колёс, [10] - предложены методы восстановления качества зубчатых передач.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов и приложений. Основная часть работы изложена на 134 страницах, содержит 37 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 127 наименований.
