Экспериментальное исследование исправляющих способностей шевингования прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями

УДК 621.83

А.В. Сидоркин, канд. техн. наук, доц.,

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПРАВЛЯЮЩИХ СПОСОБНОСТЕЙ ШЕВИНГОВАНИЯ-ПРИКАТЫВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ

Рассматривается ряд аспектов, связанных с экспериментальным исследованием исправляющих способностей нового высокопроизводительного ресурсосберегающего процесса комбинированной зубообработки цилиндрических колес с круговыми зубьями шевингованием-прикатыванием. Показано, что интегрально точность обрабатываемого зубчатого колеса улучшается на 1-2 степени при высокой производительности процесса.

Ключевые слова: зубчатое колесо, круговые зубья, точность, шевингование-прикатывание.

В Тульском государственном университете на протяжении ряда последних лет разрабатывался процесс шевингования-прикатывания для чистовой обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями (ЦККЗ) [1, 2,

3].

Исследовался процесс обработки колес с модулем m = 2 мм, числом зубьев z = 11, коэффициентом смещения %=0, шириной венца b=10 мм, номинальным радиусом кривизны R01=20 мм, выполненных из стали 20Х ГОСТ 4543-71, за 3 - 4 рабочих циклов (оборотов заготовки при сближении с шевером-прикатником) и 1 - 2 выхаживающих цикла обработки. В ходе экспериментов было установлено, что процесс шевингования-прикатывания зубчатых венцов исправляет погрешности заготовки, в основном, за счет срезания припуска, а частично - за счет выдавливания. При этом поверхность зубьев получается гладкая, чистая.

Процесс обработки заключается в совместном свободном обкате инструмента и заготовки. Инструмент - шевер-прикатник - устанавливается на оправке инструментального шпинделя и вращается с частотой 250 мин-1. Заготовка свободно вращалась на оправке приспособления и находится в двухпрофильном (беззазорном) зацеплении с инструментом. После совершения инструментом числа оборотов, равных числу зубьев обрабатываемой заготовки, осуществляется реверсирование. Обработка производилась за три рабочих цикла с периодической подачей сближения заготовки и за два цикла выхаживания без подачи заготовки. В результате обработки удалялся припуск 0,08...0,12 мм по толщине зуба.

Шероховатость после зубофрезерования составила Rz = 5,28 мкм Шероховатость после шевингования-прикатывания - Rz = 2,16 мкм. После шевингования-прикатывания прирост микротвердости при нагрузке 0,5 Н зафиксирован на уровне 15 %, а при нагрузке 1 Н - 7 %. Время, затрачи-

43

ваемое на один рабочий цикл, составило 5,28 с. Машинное время для одного колеса 26,4 с.

Схема и фото зоны обработки ЦККЗ шевингованием-прикатыванием, осуществляемой на универсальном токарном станке 16К20 одним инструментом с радиальной подачей заготовки, представлены на рис. 1 и 2. Шевер-прикатник 2 устанавливается на инструментальной оправке 1. Инструмент 2 фиксируется втулкой 3, кольцом 4 и зажимается

и и Г Т1

гайкой и контргайкой 5. Инструментальная оправка поджимается задним центром станка 6, установленным в пиноли задней бабки станка. Заготовка-колесо 7 свободно вращается на оси 3, устанавливаемой во втулки 10, которые в свою очередь вварены в корпус 8 приспособления. Ось 3 фиксируется в корпусе посредством штифта 11.

Основной задачей статистического исследования точности является выявление достижимой точности процесса шевингования-прикатывания ЦККЗ, а также его исправляющей способности. Для этого использовались заготовки с предварительно оформленным зубчатым венцом, полученные фрезерованием одной двухсторонней зуборезной резцовой головкой (ЗРГ). Обрабатывалась партия из 50 ЦККЗ цилиндрическим шевером-прикатником с числом зубьев ^0=31.

12 3 6

Рис. 1. Схема шевингования-прикатывания ЦККЗ

Измерения проводились для средних сечений колес. Зубчатые колеса измерялись по следующим параметрам: Ггг — радиальному биению зубчатого колеса; ГШг — колебанию длины общей нормали; fptr — отклонению шага, ГР — накопленной погрешности шага [4] до и после шевингования-прикатывания. Полученные данные приведены в табл. 1 и 2. Результаты исследования точности обработки представлены на рис. 3 — 11. На рис. 3, 5, 7, 8, 10 изображены экспериментальные диаграммы точности обработки

44

зубофрезерованием и шевингованием-прикатыванием. На основе результатов измерений производилось построение кривых распределения. Выравнивание эмпирических кривых распределения осуществлялось по нормальному закону Гаусса [5]. Кривые распределения после зубофрезерования и шевингования-прикатывания представлены на рис. 4, 6, 9, 11. Соответствие теоретических кривых эмпирическим проверялось по критерию согласия Пирсона. Результаты анализа полученных графиков, сопоставленные с данными из ГОСТ 1643-81, можно представить в виде таблицы.

Рис. 2. Зона обработки ЦККЗ шевингованием-прикатыванием

Результаты анализа основных точностных параметров

Параметр Степень точности по ГОСТ 1643-81

После фрезерования ЗРГ После шевингования-прикатывания

Р 1 гг 10 8

РуШг 10* 10-9*

/ргг 9 7

Рр 11-10* 8-7

* - значения параметров в ГОСТе не приведены и рассчитаны методом интерполяции.

Рис. 3. Точечные диаграммы радиального биения Г

Рис. 4. Кривые распределения радиального биения Г,

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

после фрезерования ЗРГ после шевингования-прикатывания

Рис. 5. Точечные диаграммы колебания длины общей нормали Гуш,

ГШ

X =3. =9 13 21 > —- X Э =4. -1( 18 ',0 6 4

А / У Л X ✓ N \ \ \

/ // у ) / \ \ 1 \ 1 \ \ ч \

4 / А 1 / \ \ \ \ \ \ \ \ \

/ / / V \ \ \ \ ч

\ \ \ ч \ \ \

1 я

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

-♦—полигон распределения для фр. ЗРГ -»-аппроксимирующая кривая для фр. ЗРГ

—»-полигон распределения для ш-пр -»-аппроксимирующая кривая для ш-пр.

Рис. 6. Кривые распределения колебания длины общей нормали

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

после фрезерования ЗРГ после шевингования-прикатввания

Рис. 7. Точечные диаграммы верхнего предельного отклонения шага +/Рг

10 15 2 0 25 зэ 35 43 45 С

> Л, тПг -.иг 4 -Л д| \ 1\ 1 „! \ А

к II у А У II я \1 !Н1 \ N \ \ - 1

ц V 11 м к, у У Л/ и > у А

1 1 ] \ 1 1 Л' ч

I I \ \/ У

у II

после фрезерования ЗРГ -*- после шевингования-прикатывания

Рис. 8. Точечные диаграммы нижнего предельного отклонения шага

Рис. 9. Кривые распределения отклонения шага /РХг

Рис. 10. Точечные диаграммы накопленной погрешности шага ГР

ГШ

1С =20,2 5=8,52 х=49,1 3=14,9 > ?

/ > / N \ // ф Л \ Ч \ V

/ ,1 / \ \ \ \ 1 \ \ \ \ V

/ / / \ V / \ / / N N \ \ \

/ / / А < > } / \ \ \ \ \ \

/ / / / \ 1 » \ •

О 10 20 30 40 50 80 70 30 90

полигон распределения для фр. ЗРГ -и-аппроксимиругащая кривая для фр. ЗРГ

полигон распределения для ш-пр. —•—аппроксимирующая кривая для ш-пр.

Рис. 11. Кривые распределения накопленной погрешности шага ГР

Воспользуемся интегральной оценкой, приведенной в [6]:

Ргг+Ружг < Рг+Руж,

где ¥г - допуск на радиальное биение зубчатого венца; РуЖ - допуск на колебание длины общей нормали.

Воспользовавшись значением математического ожидания соответствующих параметров рассматриваемых колес, а также допусками из ГОСТ 1643-81 для колес 8-й степени точности получим неравенство

31,28+39,36<45+28; 70,64<73.

Проведя интегральную оценку, можно считать, что рассматриваемые зубчатые колеса за счет имеющегося запаса по параметру Ргг могут быть признаны по параметру РуЖг соответствующими 8-й степени точности.

Проводя анализ полученных данных, можно прийти к выводу, что интегральная исправляющая способность процесса шевингования-прикатывания ЦККЗ находится в пределах двух степеней точности, что позволяет из заготовок 10-й степени точности получить зубчатые колеса 8-й степени точности. Эти данные в целом соответствуют данным, приведенным в [7] для прямозубых цилиндрических колес, полученных шевингова-нием-прикатыванием.

Существенной особенностью инструмента, является то, что он был изготовлен на станке с ЧПУ. Этим можно объяснить высокую исправляю-

щую способность при шевинговании-прикатывании колес данным инструментом по параметрам Ггг, /Рг и ГР. Кроме того, отсутствие перемещения инструмента в осевом направлении, характерное для процесса шевингования, также положительно сказывается на точностных параметрах шевинго-вания-прикатывания, в первую очередь, Ггг. Улучшение точности зубчатых колес по данному параметру для шевингования находится на уровне 1-й степени точности [4, 6], а для рассматриваемого процесса шевингования-прикатывания ЦККЗ - на уровне 2-й степеней точности, которая достигается за счет отсутствия перемещения инструмента в осевом направлении в процессе обработки. Невысокая исправляющая способность рассматриваемого процесса по параметру РШг объясняется тем, что зубья инструмента, используемого при обработке зубчатых колес, не были отшлифованы. Следовательно, их профилирующие поверхности несли следы предшествующей обработки торцовыми ЗРГ, такие, как огранка и др., что, в конечном счете, и повлияло на невысокую степень улучшения тангенциальной составляющей кинематической погрешности (Рушг). Кривые распределения для параметров /Рг — отклонению шага, ¥Р — накопленной погрешности шага до и после шевингования-прикатывания ЦККЗ также показываю высокую (на 2-й степени точности) исправляющую способность процесса шевингования-прикатывания ЦККЗ.

Таким образом, экспериментально доказана хорошая исправляющая способность шевингования-прикатывания для чистовой обработки круговых эвольвентных зубьев цилиндрических колес, что в сочетании с высокой производительностью процесса и стойкостью шевера-прикатника позволяет считать описанную технологию перспективной для машиностроения.

Список литературы

1. Маликов А.А., Сидоркин А.В, Ямников А.С. Инновационные технологии обработки зубьев цилиндрических колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 335 с.

2. Ресурсосберегающие технологии изготовления цилиндрических зубчатых колес / А.С. Ямников [и др.] // Технология машиностроения. 2008. № 7. С. 7—10.

3. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Шевингование-прикатывание цилиндрических колес с круговыми зубьями // Известия ТулГУ. Технические науки. 2008. Вып. 2. С. 69-76.

4. Марков А. Л. Измерение зубчатых колес. 4-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1977. 240 с.

5. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроении. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1972. 215 с.

51

6. Производство зубчатых колес: справочник / С. Н. Калашников [и др.]; под общ. ред. Б. А. Тайца. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1990. 464 с.

7. Борискин О.И., Валиков Е.Н., Белякова В. А. Комбинированная обработка зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием - при-катыванием: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 123 с.

A.V. Sidorkin

STATISTICAL ANALYSIS OF PATCHING ABILITIES SHAVE-ROLLING OF CYLINDRICAL SPROCKETS WITH CIRCULAR TEETHS

The experimental research of patching abilities of a mode shave-rolling cylindrical sprockets with circular teeths is described. It is displayed that integral exactitude of a processed tooth gear improves on 1-2 degrees at high efficiency of process.

Key words: a tooth gear, drcular teeths, exactitude, shave-rolling.

Получено 14.12.11

УДК 551.46

А.С. Ведяшкин, д-р техн. наук, ст. н. с., проф.,

ОПЫТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАТИВНЫХ СВОЙСТВ ПЛЯЖНЫХ ПЕСКОВ КУРШСКОЙ КОСЫ

Изложены результаты опытного определения в лабораторных условиях де-формативных свойств образцов песка, отобранных на пляжах Куршской косы Балтийского побережья.

Ключевые слова: модуль сжимаемости, модуль осадки, модуль упругости, испытания.

Испытания образцов пляжного песка выполнялись с использованием специального устройства [1], с помощью которого создавались условия, в которых находятся напорные откосы морских пляжей (периодическое затопление и осушение песка, связанное с воздействием прибойных волн).

Испытания сжимаемости и осадки песка выполнялись штампом с квадратной площадью загрузки, составляющей 4 см2 при следующих ступенях давления: 1,0; 3,5; 5,5; 7,5 и 10 кПа (для песка, затопленного водой) и 25,0; 50,0; 75,0; 100,0 и 125,0 кПа (для осушенного песка). Испытания заканчивались при достижении давления, при котором отмечалось резкое

52