Проработка вопросов повышения качества зубчатых колес

Статья посвящена улучшению качества изделия «Блок зубчатых колес» и совершенствованию условий его производства. К блокам зубчатых колес (производитель Саратовский агрегатный завод АО «САЗ») предъявляются повышенные требования точности и надежности в виду важного положения, занимаемого в узлах. Были разработаны меры по повышению качества получаемых изделий. Для этих целей были произведены замена материала и модернизация установочно-зажимного приспособления.

Зубчатой передачей называется меха­низм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством зубчатых колес и реек.

Зубчатые передачи представляют собой наиболее распространенный вид передач в современном машиностроении. Они очень надежны в работе, обеспечивают постоянство передаточного числа, компактны, имеют высо­кий КПД, просты в эксплуатации, долговечны и могут передавать любую мощность (до 36 тыс. кВт).

К недостаткам зубчатых передач следует отнести: необходимость высо­кой точности изготовления и монтажа, шум при работе со значительными скоростями, невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа.

В связи с разнообразием условий эксплуатации формы элементов зубча­тых зацеплений и конструкции передач весьма разнообразны.

В качестве объекта модернизации выберем блок прямых цилиндрических зубчатых колес.

Этот выбор обусловлен важным положением, занимаемым данной деталью в сборочном узле, и повышенными нагрузками, что подразумевает более тщательную проработку конструкции для повышения надежности и долговечности.

Данная деталь входит в состав переводного редуктора и является частью механизма подъема высоконагруженного узла. Крепление блока к валу происходит при помощи конических штифтов 3х16 ГОСТ 3129-70. Штифты кернятся в 2-3х точках. Смазочно-промывочными материалами являются ЛИТОЛ-24 ГОСТ 21150-87 и бензин БР-1 ГОСТ 443-76. Условия работы блока зависят от скорости двигателя и состояния зубьев как самого блока, так и сопряженных с ним колес. Контроль параметров производится в процессе изготовления до нарезания зубьев.

Изготовление зубьев осуществляется на фрезерном станке Samputensili S140 и на зубодолбежном станке 5122, в ходе которых были выявлены следующие проблемы:

1)  При повышении режимов резания на зубофрезерной операции и числа двойных ходов долбяка материал блока зубчатых колес начинает крошиться, что приводит к ухудшению качества изготовления.

2)  Неточности базирования могут привести к отклонению от круглости и радиальному биению, приводящему к необратимому браку изделия.

Анализ конструкции изделия позволил определить основные направления ее совершенствования:

1)  Изменение материала детали (блока зубчатых колес).

2)  Улучшение/модификация базирующего приспособления.

3)  Разработка конструкторско-технологических мероприятий, обеспечивающих качество изготовления детали.

Блок зубчатых колес подвергается переменной нагрузке, что приводит к регулярным ударным напряжениям через неравные промежутки времени. Сталь 40Х после термообработки приобрела высокую прочность, но и хрупкость возросла пропорционально, в следствии чего существует риск нарушения целостности конструкции и зацепления. В качестве материала-заменителя стали 40Х для детали предлагается среднелегированная сталь 30ХГСА. Этот выбор основан на особенностях функционирования детали в сборочной единице и свойствами выбранной стали. Сталь 30ХГСА за счет легирующих элементов и достаточно большого содержания углерода обладает высокой прочностью в сочетании с повышенными специальными свойствами при достаточном уровне пластичности и стойкости против хрупкого разрушения.

Описание конструкции и принципа работы разрабатываемого приспособления. На предприятии данную сборочную операцию выполняют при помощи приспособления – оправки П-3, закрепленной в центрах:

Рисунок 1. Приспособление П-3

Деталь устанавливается в оправку. Оправка наворачивается на нижний неподвижный центр, затем прижимается верхним центром, непосредственно к которому крепится поршень пневмоцилиндра. Зажим детали происходит при подаче воздуха в верхнюю полость пневмоцилиндра, при этом центр движется вниз. Разжим совершается подачей воздуха в нижнюю полость пневмоцилиндра и возвращением поршня обратно. Для контроля количества воздуха используем компрессор.

Расчёт диаметра пневмопривода. Заготовка установлена и закреплена в приспособлении. На заготовку действует окружная сила резания.

Уравнение равновесия будет иметь вид:

где: P_Z = окружная сила резания

К – коэффициент запаса

f_ОП = 0,16...0,8 – коэффициент трения на опорах ;

f_ОП = 0,16...0,8 - коэффициент трения в центрах

Определяем диаметр цилиндра , распишем Q:

– давление системы(0,4МПа)

По ГОСТ 15608-81 принимаем ближайшее стандартное значение

D = 25 мм

Расчёт слабого элемента. В качестве слабого звена принимаем шток и рассчитаем шток на сжатие. Диаметр штока d = 12 мм. Материал штока – сталь 20 ГОСТ 1050-74,  = 115 Мпа. Сила на штоке Р=1000 Н.

Расчетный диаметр штока

Таким образом, d < d_p; прочность штока удовлетворительна.

Улучшение качества изготовления детали. В базовом варианте заводского технологического процесса изготовление зубчатого венца исследуемой детали происходит на станке HAMAI-120 за 2 операции: зубофрезерование и зубошевингование. Это приводит к неминуемым погрешностям, возникающим из-за неоднократных установов и положений инструментов. В перспективном технологическом процессе применяется зубофрезерный станок S140. Помимо перспективной конструкции и программного обеспечения станка, на нем возможно изготовить зубчатый венец за один установ и одним инструментом без ухудшения точности детали.

Заключение. Выполненные улучшения и расчеты позволяют изготовлять более технологичные и надежные по сравнению с аналогами блоки зубчатых колес без координальной переработки производственных технологических процессов и небольшими денежными затратами на модернизацию и эксплуатацию средств технологического оснащения.