РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ ДИНАМІКИ ПРОЦЕСУ ВІБРАЦІЙНО-ВІДЦЕНТРОВОГО ЗМІЦНЕННЯ ЗУБЧАСТИХ КОЛІС ТА ВПЛИВУ
ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА ЇХ НАДІЙНІСТЬ
Метою даного розділу є обгрунтування вибору напрямків дослідження, формулювання методів вирішення задач дисертаційної роботи, розробка загальних методик теоретичних і експериментальних досліджень. Поряд з тим, приведено опис суті, принципів дії запропонованого технологічного процесу зміцнення зубів зубчастих коліс силових передач та конструкцій реалізуючих його зміцнювачів, розкриті методики вимірювання динамічних характеристик процесу і параметрів зміцнювального оброблювання, методика порівняльних втомних досліджень, описаний комплекс контрольно-вимірної апаратури.
Як було показано у попередньому розділі, вирішення проблеми підвищення надійності і довговічності зубчастих коліс силових передач, поряд із досягненням належної геометричної точності, полягає у технологічному забезпеченні заданих фізико-механічних параметрів поверхневих шарів матеріалу бокових поверхонь зубів. Оскільки доведено, що із всіх зміцнювальних та оздоблювально-викінчувальних операцій технологічного процесу виготовлення тільки методи поверхневого пластичного деформування бокових поверхонь зубів спроможні покращити обумовлюючі надійність коліс параметри матеріалу, правомірно вирішення проблеми технологічного підвищення надійності та довговічності зубчастих коліс силових передач зосередити на розробці і дослідженні нових високоефективних і продуктивних методів їх зміцнення ППД.
Поряд з тим, аналіз використовуваних для зміцнення поверхонь зубів методів поверхневого пластичного деформування засвідчив обмеженість їх технологічних можливостей недостатньою енергією деформування, що для матеріалів високої твердості, які переважно використовують для коліс силових передач, зводить до мінімуму ефективність зміцнювальної операції. Певною мірою це і пояснює обмеженість на сьогоднішній час застосування методів ППД групою зубчастих коліс середньої твердості, та і то, переважно, з метою формування мікрорельєфу поверхні зубів у вигляді "олійних заглибин".
Єдиними із методів ППД, спроможними забезпечувати високий рівень енергії деформування, на теперішній час є карбування та вібраційно-відцентрове зміцнювальне оброблювання. Однак, як відмічалось, через надзвичайно низьку продуктивність карбування не придатне для такої масової деталі як зубчасте колесо. Метод ВВЗО якнайкраще зарекомендував себе при зміцненні зовнішніх і внутрішніх поверхонь деталей нескладного профілю із різноманітних за твердістю матеріалів. Однак, в силу складності геометричної будови як зубчастого вінця, так і самого зуба його безпосереднє застосування для зубчастих коліс вкрай проблематичне. Не розроблені конструктивні схеми зміцнювачів для зубчастих коліс за методом ВВЗО, а головне, відсутні науково обгрунтовані рекомендації щодо вибору оптимальних динамічних та технологічних параметрів процесу, здатних забезпечити покращення фізико-механічних властивостей матеріалу зубів, підвищити надійність зубчастих коліс.
Таким чином, основні напрямки досліджень даної дисертаційної роботи можуть бути окреслені як визначення шляхів та методів технологічного забезпечення якості зубчастих коліс силових передач, зорієнтованих на підвищення їх надійності та довговічності.
Беручи до уваги, що оскільки метою дисертаційної роботи є розроблення і дослідження високоефективного методу поверхневого зміцнення зубчастих коліс силових передач, досягнення якої за рахунок забезпечення заданих фізико-механічних властивостей поверхневих шарів матеріалу зубів дозволить технологічним шляхом підвищити надійність зубчастих коліс, основні задачі дослідження можуть бути вирішені такими методами, як:
- теоретичне дослідження для визначення математичних залежностей, що описують динаміку процесу вібраційно-відцентрового зміцнення зубчастих коліс, характер силової ударної взаємодії деформівних елементів із матеріалом зміцнюваних бокових поверхонь зубів, вплив технологічних параметрів процесу на непрямі показники надійності коліс силових передач;
- експериментальне дослідження динаміки процесу вібраційно-відцентрового зміцнення зубчастих коліс, зорієнтоване на визначення основних технологічних параметрів процесу і характеру їх впливу на непрямі показники надійності зубчастих коліс, а також порівняльні втомні дослідження зміцнених зубчастих коліс для вибору оптимальних технологічних параметрів зміцнення залежно від умов експлуатації коліс;
- створення методики розрахунків і проектування сучасними засобами обчислювальної техніки зміцнювачів для вібраційно-відцентрового зміцнення зубчастих коліс силових передач.
2.1. Метод вібраційно-відцентрового зміцнення зубчастих коліс, його основні динамічні та технологічні параметри
Як відмічалось, характерними рисами методу вібраційно-відцентрового зміцнювального оброблювання є поєднання високого рівня енергії деформування із значною продуктивністю процесу. Метод базується на поверхневому пластичному деформуванні матеріалу зміцнюваної деталі внаслідок ударної взаємодії із деформівними тілами, енергію деформування яким надає масивний обкатний елемент. Обкочувальний рух обкатного елемента, при цьому, самозбуджується вібраційним підтримуванням обертання, ініційованим гармонійними коливаннями його осі [10, 32, 36, 92].
Стосовно зубчастих коліс зміцнення бокових поверхонь їх зубів вібраційно-відцентровим оброблюванням може бути реалізовано за двома схемами. Перша передбачає використання вільно розміщених у впадинах зубів деформівних сталевих загартованих кульок, твердість яких перевищує твердість матеріалу оброблюваних зубчастих коліс. В другому випадку застосовують встановлені у сепараторі деформівні елементи, ударна ділянка яких повторює фрагменти профілю впадин зубів, в яких вони розташовані.
При зміцненні сталевими загартованими кульками оброблюване зубчасте колесо розміщують у зміцнювальному пристрої [10]. Зміцнювальний пристрій складаєт