СПОСОБ РЕМОНТА ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА
METHOD OF REPAIR OF GEAR TEETH

Изобретение относится к способу ремонта зубьев зубчатого колеса при помощи устройства механической обработки, а также к устройству механической обработки для осуществления данного способа.
Изобретение относится к области вращающихся машин большого размера, часто с по существу горизонтальной осью, таких как машины, применяемые в химической промышленности, в горнодобывающей промышленности или в сахарной промышленности и оснащенные зубчатым колесом большого размера, которое позволяет приводить их во вращение при помощи шестерни и двигательной установки. В качестве вращающихся машин этого типа можно указать вращающиеся печи, шаровые мельницы, горизонтальные галечные мельницы, диффузоры на сахарном производстве…
В таких машинах повторяющийся контакт между зубьями шестерни и зубчатым колесом является причиной износа, который может проявляться по-разному с учетом регулировки относительного положения между приводной системой, в состав которой входит шестерня, и приводимой во вращение машиной, и различных движений машины, отличных от вращения вокруг оси. Форма зуба начинает отличаться от первоначального профиля, который являлся эпициклоидным, их толщина уменьшается, и могут появляться точечные поверхностные дефекты.
Когда поверхности контакта отклоняются от идеального профиля, силы, действующие на зубья, могут получать ненормальные направления, и могут появляться вибрации. Это приводит к ненормальным механическим напряжениям на креплении зубчатого колеса, на двигателе и на самой машине и его опорах, что может повлечь за собой повреждение различных механических систем, а также усугубить явления износа зубьев.
Когда износ достигает большого уровня, необходимо произвести ремонт или замену зубчатого колеса. Операция замены является длительной и дорогой в случае машин большого размера. Учитывая, что вращающаяся машина и зубчатое колесо вращаются только в одном направлении, контакт шестерни с зубчатым колесом происходит только на одной из боковых поверхностей каждого зуба зубчатого колеса. Иногда можно произвести переворачивание зубчатого колеса, чтобы задействовать другие боковые поверхности зубьев, которые еще не подверглись износу. Однако эта операция переворачивания остается сложной, даже если она и является немного более дешевой. Как правило, можно осуществить ремонт для восстановления качества формы контактных поверхностей, совместимой с нормальной механической работой, причем по меньшей мере один раз перед переворачиванием или заменой зубчатого колеса.
Такой ремонт выполняют без демонтажа зубчатого колеса; снимают только защитные детали для обеспечения доступа к зубьям. Он состоит в механической обработке, как правило, посредством шлифования, которое воссоздает форму, необходимую для зацепления, на одной стороне каждого зуба зубчатого колеса.
В настоящее время операции ремонта поверхностей зубьев осуществляют вручную операторы, которые управляют инструментами механической обработки или шлифования. Результат операции для каждого зуба оценивают путем сравнения с шаблоном, который образует контрольную форму.
Как убедился заявитель на своем опыте, конечный результат в большой степени зависит от навыков и опыта оператора.
Настоящее изобретение призвано предложить способ ремонта зубьев зубчатого колеса, адаптированный для зубчатых колец машин большого размера, который не требует демонтажа зубчатого колеса и уровень автоматизации которого обеспечивает воспроизводимость качества работы.
Изобретение может находить свое применение для механической обработки зубчатых колец диаметром, превышающим или равным 1,5 метра.
Настоящее изобретение призвано также предложить такой способ, в котором установку устройства механической обработки на зубчатом колесе можно осуществлять просто и быстро.
Другие задачи и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера.
Объектом изобретения является способ ремонта зубьев зубчатого колеса при помощи устройства механической обработки, которое содержит раму и подвижную часть с установленным на ней режущим элементом, перемещаемым вдоль нескольких осей относительно рамы, при этом указанный способ осуществляют на месте без снятия зубчатого колеса с его опоры.
Указанный способ содержит следующие этапы для осуществления механической обработки зуба:
- указанное устройство механической обработки крепят на зубчатом колесе посредством зажимного действия частей, неподвижно соединенных с рамой устройства механической обработки и взаимодействующих с боковыми поверхностями зубчатого колеса,
- определяют положение указанного устройства механической обработки относительно предназначенного для механической обработки зуба посредством опоры на боковую поверхность опорного зуба, при этом боковая поверхность находится, относительно вершины опорного зуба, в направлении, противоположном боковой поверхности предназначенного для механической обработки зуба, при этом опорный зуб является предназначенным для механической обработки зубом или зубом, непосредственно находящимся перед ним,
- осуществляют механическую обработку предназначенного для механической обработки зуба автоматически посредством подачи команды на режущий элемент в соответствии с заранее определенными операциями механической обработки, записанными в памяти в цифровом виде.
Согласно факультативным признакам заявленного способа, рассматриваемым отдельно или в комбинации:
- на указанном этапе определения положения указанного устройства механической обработки относительно предназначенного для механической обработки зуба применяют по меньшей мере первую, нижнюю опору и вторую, верхнюю опору, положения которых смещены по высоте на боковой поверхности опорного зуба;
- первую нижнюю опору на боковую поверхность опорного зуба применяют при помощи опорного элемента, одновременно опирающегося на основание опорного зуба;
- опорный зуб является предназначенным для механической обработки зубом;
- операции механической обработки представляют собой строгание посредством осуществления возвратно-поступательного движения режущего элемента;
- крепление и блокировку рамы на зубчатом колесе обеспечивают только за счет зажимного действия частей на боковых поверхностях зубчатого колеса;
- заранее определенные операции механической обработки воспроизводят профиль зуба эпициклоидных зубьев.
Изобретение относится также к оборудованию, содержащему устройство механической обработки, предназначенное для механической обработки зубчатого колеса, применяемое для механической обработки на месте без снятия зубчатого колеса, при этом указанное устройство механической обработки содержит раму и подвижную часть, на которой установлен режущий элемент, перемещаемый вдоль нескольких осей, при этом указанное устройство содержит:
- зажимные части, неподвижно соединенные с рамой, выполненные с возможностью располагаться с двух сторон от зубчатого колеса, перемещаемого относительно рамы, и предназначенные для крепления и блокировки рамы путем зажатия боковых поверхностей зубчатого колеса,
- средства опоры на боковую поверхность опорного зуба, расположенные, относительно вершины опорного зуба, в направлении, противоположном боковой поверхности предназначенного для механической обработки зуба, при этом опорный зуб является предназначенным для механической обработки зубом или зубом, непосредственно находящимся перед ним,
при этом указанное оборудование содержит средства контроля и управления, выполненные с возможностью автоматического управления режущим элементом для осуществления механической обработки зуба по заданному профилю, содержащие память, в которой в цифровом виде записаны операции механической обработки зуба по указанному заданному профилю.
Согласно факультативным признакам заявленного устройства, рассматриваемым отдельно или в комбинации:
- средства опоры на боковую поверхность опорного зуба содержат первый опорный элемент и второй опорный элемент, предназначенные соответственно для реализации первой нижней опоры и второй верхней опоры в положениях, смещенных по высоте на боковой поверхности зуба;
- первая нижняя опора расположена таким образом, чтобы одновременно опираться на основание зуба;
- указанные средства опоры на боковую поверхность опорного зуба расположены относительно рамы и режущего элемента таким образом, чтобы взаимодействовать с предназначенным для механической обработки зубом.
Изобретение будет более понятно из нижеследующего описания, представленного в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 схематично показано зубчатое колесо, на котором закреплено устройство механической обработки путем зажатия боковых поверхностей зубчатого колеса, вид сверху;
на фиг. 2 схематично показано положение устройства при опоре на боковую поверхность опорного зуба, вид сбоку.
Изобретение относится к способу ремонта зубьев зубчатого колеса 3 при помощи съемного устройства 1 механической обработки.
Это устройство содержит раму 11 и подвижную часть 13, на которой установлен режущий элемент 15, перемещаемый по нескольким осям относительно рамы 11, которая может быть ориентируемой. Воссоздаваемый профиль зуба может быть профилем эпициклоидных зубьев, содержащих эпициклоидные сечения.
Предпочтительно указанный заявленный способ осуществляют на месте, то есть не снимая зубчатое колесо с его опоры, в частности, не снимая зубчатое колесо с обечайки вращающейся машины, которой может быть, в частности, вращающаяся печь, сушилка, диффузор сахарного производства, галечная мельница или шаровая мельница.
Указанный способ содержит следующие этапы для осуществления механической обработки зуба 4:
- указанное устройство 1 механической обработки крепят на зубчатом колесе 3 посредством зажимного действия частей 12, 12’, неподвижно соединенных с рамой устройства механической обработки, взаимодействующих с боковыми поверхностями зубчатого колеса 3,
- определяют положение указанного устройства 1 механической обработки относительно предназначенного для механической обработки зуба 4 путем опоры на боковую поверхность 42; 42’ опорного зуба, при этом боковая поверхность 42, 42’ расположена, относительно вершины 43; 43’ опорного зуба, в направлении, противоположном боковой поверхности 41 предназначенного для механической обработки зуба 4, при этом опорный зуб является зубом 4, предназначенным для механической обработки, или зубом 4’, находящимся непосредственно перед ним,
- осуществляют механическую обработку боковой поверхности 41 предназначенного для механической обработки зуба 4 путем подачи команды на режущий элемент 15 в соответствии с заранее определенными операциями механической обработки.
Зажимные части 12, 12’ выполнены с возможностью перемещения на раме 11 и могут сближаться друг с другом в направлении, перпендикулярном к плоскости зубчатого колеса, для обеспечения зажатия двух боковых поверхностей зубчатого колеса при помощи любой соответствующей системы, такой как система винт-гайка, гидравлический привод или другая система. Эти зажимные части 12, 12’ позволяют также за счет опор на боковые поверхности зубчатого колеса определять положение устройства в направлении, перпендикулярном к плоскости зубчатого колеса, то есть в направлении ОХ в соответствии с системой координат фигур.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, крепление и блокировку рамы 11 на зубчатом колесе 3 обеспечивают только за счет зажимного действия частей 12, 12’ на боковых поверхностях зубчатого колеса 3 и за счет трения между этими частями 12, 12’ и боковыми поверхностями зубчатого колеса. В этом случае для обеспечения крепления и блокировки устройства не требуется никакого дополнительного расположения. Такая простота крепления в данном случае обусловлена тем, что для ремонта всех зубьев зубчатого колеса необходимо многократно перемещать устройство в разные положения крепления, соответствующие ремонту различных зубьев зубчатого колеса. Способ перемещения устройства механической обработки на зубчатом колесе, позволяющий отремонтировать все зубья, описан в международной заявке РСТ, одновременно поданной заявителем, а также во французской патентной заявке FR 15 52197 от 17 марта 2015 года; содержание этих заявок приведено в качестве ссылки.
Этап определения положения указанного устройства 1 механической обработки относительно предназначенного для механической обработки зуба 4 осуществляют посредством опоры на боковую поверхность 42; 42’ опорного зуба. Эта боковая поверхность 42, 42’ находится, относительно вершины 43; 43’ опорного зуба, в направлении, противоположном боковой поверхности 41 предназначенного для механической обработки зуба 4. Поскольку способ ремонта в основном предназначен для зубчатых колец, установленных на вращающихся машинах, имеющих только одно направление вращения, боковая поверхность опорного зуба, на которой осуществляют опору, предпочтительно является не изношенной боковой поверхностью. Опорный зуб может быть предназначенным для механической обработки зубом 4 или зубом 4’, находящимся непосредственно перед ним, как показано на фиг. 2.
Согласно варианту осуществления, этот этап можно осуществлять при помощи первой, нижней опоры Р1 и второй, верхней опоры Р2, положения которых смещены по высоте на боковой поверхности 42; 42’ опорного зуба 4; 4’.
1
2
Для этого устройство механической обработки содержит средства 14 опоры на боковую поверхность опорного зуба 4; 4’, которые могут включать в себя по меньшей мере первый опорный элемент 14 и второй опорный элемент 14, выполненные отдельно и предназначенные для получения соответственно первой нижней опоры Р1 и второй верхней опоры Р2, положения которых смещены по высоте на боковой поверхности зуба.
1
Согласно варианту осуществления, первую нижнюю опору Р1 на боковую поверхность 42; 42’ опорного зуба получают при помощи опорного элемента, в данном случае первого опорного элемента 14, который одновременно опирается на основание опорного зуба 4; 4’.
В целом этап определения положения устройства посредством опоры на боковую поверхность опорного зуба позволяет узнать положение устройства в плоскости, параллельной плоскости зубчатого колеса, то есть плоскости OYZ в системе координат фигур.
Согласно варианту осуществления, единственные опоры для позиционирования и крепления устройства с зубчатым колесом представляют собой опоры зажимных частей 12, 12’ на боковые поверхности зубчатого колеса для обеспечения крепления устройства и опору или опоры опорных средств 14 на боковую поверхность опорного зуба в направлении, противоположном боковой поверхности предназначенного для механической обработки зуба 4.
Согласно варианту осуществления, механическая обработка может быть фрезерованием или шлифованием. Речь может также идти о строгании посредством возвратно-поступательного движения режущего элемента 15.
Механическую обработку боковой поверхности 41 предназначенного для механической обработки зуба 4 осуществляют путем подачи команды на режущий элемент 15 в соответствии с заранее определенными операциями механической обработки. Для этого предусмотрены средства контроля и управления, выполненные с возможностью автоматического управления режущим элементом для механической обработки зуба по заданному профилю при помощи различных приводов.
Эти средства контроля и управления могут содержать память, в которой в цифровом виде записаны операции механической обработки зуба по указанному заданному профилю. Эти цифровые команды разрабатывают для каждого зубчатого колеса перед началом механической обработки в зависимости от размеров зубчатого колеса, от модуля зубьев и от состояния износа. Это позволяет автоматически воспроизводить идеально идентичный профиль для каждого зуба. После завершения работы на обрабатываемом зубе 4 раму устройства ослабляют, перемещают на один шаг и опять крепят на зубчатом колесе для обработки следующего зуба зубчатого колеса.
Степени свободы режущего элемента позволяют обрабатывать зуб по необходимому профилю зуба и, в частности, по эпициклоидному профилю зуба. Для этого подвижную часть 13 можно перемещать вдоль нескольких осей, в частности, вдоль оси ОХ, то есть поперечно к зубчатому колесу 3, вдоль оси OY, то есть в направлении, параллельном плоскости зубчатого колеса и перпендикулярном к радиальному направлению, проходящему через предназначенный для механической обработки зуб 4, и в направлении OZ, то есть по существу в радиальном направлении, проходящем через предназначенный для механической обработки зуб 4. Режущий элемент 15 можно также ориентировать относительно подвижной части, например, вокруг оси вращения, параллельной оси ОХ.
Естественно, можно предусмотреть и другие варианты осуществления, не выходя за рамки изобретения, определенные в нижеследующей формуле изобретения.
Номенклатура
1. Устройство механической обработки
2. Опора (например, вращающаяся машина)
3. Зубчатое колесо
4. Предназначенный для механической обработки зуб
4’. Опорный зуб (когда он является отличным от предназначенного для механической обработки зуба)
11. Рама
12. 12’. Зажимные части
13. Подвижная часть, например, каретка
14. Средство опоры на опорный зуб
15. Режущий элемент
41. Боковая поверхность предназначенного для механической обработки зуба
42. Боковая поверхность опорного зуба, принадлежащая к предназначенному для механической обработки зубу и имеющая направление, противоположное предназначенной для механической обработки боковой поверхности
42’. Боковая поверхность опорного зуба, имеющая направление, противоположное предназначенной для механической обработки боковой поверхности, и образованная зубом, находящимся перед предназначенным для механической обработки зубом
43. Вершина предназначенного для механической обработки зуба
43’. Вершина опорного зуба, образованная зубом, находящимся перед предназначенным для механической обработки зубом
Р1. Первая нижняя опора
Р2. Вторая верхняя опора