Обоснование норм шероховатости переходных поверхностей зубьев, упрочняемых поверхностной закалкой токами высокой частоты, при ремонте судовых тяжелонагруженных зубчатых передач тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат технических наук Саламех Али

• Саламех Али
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Саламех Али

Введение.

1 .Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 Технологический процесс изготовления зубчатых колес при ремонте судового редуктора.

1.2 Поверхностная закалка токами высокой частоты - как фактор, повышающий изгибную выносливость зубьев зубчатых колес.

1.3 Шероховатость переходных поверхностей зубьев колес и их из-гибная выносливость.

1.4 Задачи исследования.

2. Разработка методики проведения исследования влияния шеро-* ховатости переходных поверхностей зубьев колес, подвергаемых поверхностной закалке ТВЧ, на изгибную выносливость зубьев.

2.1 Моделирование напряженного состояния в корне зуба колеса на круглых образцах с выточкой.

2.2 Определение градиента первого главного напряжения в корне зуба колеса.

2.3 Расчет геометрии выточек круглых образцов. Требования к изготовлению.

2.4 Проектирование индукторов для поверхностной закалки ТВЧ образцов и зубьев экспериментальных зубчатых колес.

2.4.1 Индуктор для нагрева зубчатого колеса.

2.4.2 Индуктор для образцов диаметра 10 мм.

2.4.3 Индуктор для образцов диаметра 20 мм.

2.5 Требования к изготовлению экспериментальных зубчатых колес.

2.6 Экспериментальные установки для усталостных испытаний образцов.

2.7 Механический пульсатор для испытаний зубьев экспериментальных колес.

2.8 Оценка необходимого количества образцов для испытаний. База испытаний для круглых образцов и зубьев.

2.9 Методика испытаний методом «лестницы».

2.10 Методика статистической обработки результатов усталостных испытаний.

2.11 Выводы.

3. Исследование влияния шероховатости переходных поверхностей зубьев колес, подвергаемых поверхностной закалке ТВЧ, на их изгибную выносливость. т 3.1 Влияние шероховатости выточек образцов диаметром 10 и 20 мм на изгибную выносливость при симметричном цикле.

3.2 Влияние шероховатости переходных поверхностей зубьев экспериментальных колес на изгибную выносливость при пульсирующим цикле.

3.3 Выводы.

4. Шероховатость переходных поверхностей и впадин зубьев ко

• лес редуктора после зубофрезерования.

4.1 Факторы, влияющие на шероховатость поверхности зубьев при зубофрезеровании.

4.2 Количественная оценка шероховатости переходных поверхностей зубьев зубчатых колес судового редуктора.

4.3 Выводы.

5. Разработка рекомендаций по изменению существующих норм шероховатости переходных поверхностей зубьев, упрочняемых поверхностной закалкой ТВЧ.

6. Определение экономического эффекта от устранения операции полирования переходных поверхностей и впадин зубьев колес редуктора.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование норм шероховатости переходных поверхностей зубьев, упрочняемых поверхностной закалкой токами высокой частоты, при ремонте судовых тяжелонагруженных зубчатых передач»

Дизель-редукторные передачи являются ответственными элементами судовой энергетической установки. К ним предъявляются высокие требования по надежности как при изготовлении, так и при ремонте. Повышение эффективности судоремонтного производства за счет его технологического совершенствования при обеспечении высокого качества ремонта является одной из насущных проблем.

Зубчатые колеса судовых редукторов изготавливают из высокопрочных легированных сталей типа 40ХН, 40Х, 55ПП, 45Х, 45ХН и др., которые для повышения контактной и изгибной выносливости подвергаются закалки токами высокой частоты (ТВЧ).

Техническими условиями на ремонт этих колес предусмотрено обрабатывать переходные поверхности и впадины зубьев до достижения шероховатости Яг 4 мкм. Выполнение этих требований осуществляется операцией ручного полирования, трудоемкость которой составляет до 10.15% от общей трудоемкости изготовления комплекта колес для редуктора.

Назначение высоких норм объясняется стремлением уменьшить концентрацию напряжений в корне зуба от шероховатости, а также отсутствием в технической литературе сведений о влиянии шероховатости переходных поверхностей, упрочняемых поверхностной закалкой ТВЧ, на изгибную выносливость зубьев и других деталей.

Известны работы [6, 59, 60] в которых имеются сведения о том, что поверхностная упрочняющая обработка устраняет влияние следов механической обработки, а также дефектов поверхности в виде царапин, мелких надрезов и рисок на изгибную выносливость деталей. Объясняется это переносом очага зарождения усталостной трещины иод упрочненную зону. Поэтому норма шероховатости переходных поверхностей и впадин зубьев Иг 4 мкм представляется завышенной. Ее изменение в сторону уменьшения позволило бы устранить трудоемкую операцию ручного полирования и тем самым повысить технологичность зубчатых колес и снизить затраты на ремонт редуктора.

Большой вклад в изучение вопросов выносливости зубчатых колес внесли C.B. Серенсен, В.Н. Кудрявцев, Ю.А. Державец, Е.Г. Гинзбург, В.П. Ко-гаев, P.M. Пратусевич, P.P. Гальпер, Ретиг Г., В.А. Мамонтов и другие.

Однако решение этого вопроса невозможно без знаний о закономерностях влияния микронеровностей поверхности на изгибную выносливость зубьев, упрочняемых поверхностной закалкой ТВЧ.

Проблемам разработки и совершенствования прогрессивных методов поверхностной закалки ТВЧ посвящены работы В.П. Вологдина, В.Ф. Артемьева, А.И. Гардина, А.И. Коровина, К.З. Шепеляковского, В.Н. Богданова, Н.В. Беляева и др.

В связи с этим в работе выполнено исследование влияния шероховатости переходных поверхностей на изгибную выносливость зубьев при пульсирующем цикле и на круглых образцах диаметром 10 и 20 мм при симметричном цикле изменения напряжений; проведено моделирование напряженного состояния в корне зуба на круглых образцах с выточкой; дана количественная оценка шероховатости переходных поверхностей зубьев после чистового зубофрезерования; разработаны рекомендации по изменению существующих норм шероховатости; изменен технологический процесс изготовления зубчатых колес при ремонте судового редуктора.

Заключение диссертации по теме «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», Саламех Али

Результаты исследования влияния шероховатости поверхностно — упрочненных ТВЧ образцов при симметричном цикле и шероховатости переходных поверхностей зубьев экспериментальных зубчатых колес при пульсирующем цикле на изгибную выносливость показали в диапазоне шероховатости Яг 0,4.250 мкм снижение средних значений пределов выносливости на 22.28 %. Причем в диапазоне шероховатости Яг 0,4.40 мкм снижение пределов выносливости незначительно, и составляет 2.4 %.

Оценка влияния шероховатости поверхности на выносливость с использованием нижнего доверительного значения пределов выносливости для доверительной вероятности 0,9987 указывает на менее заметное снижение усталостной прочности с увеличением шероховатости, поскольку при этом снижаются среднеквадратические отклонения пределов выносливости. Однако при увеличении высоты микронеровностей от Яг 0,4 мкм до Яг 40 мкм снижение нижних доверительных значений пределов выносливости для всех испытаний образцов и зубьев не превышает 1 .3 %.

Практически неизменность усталостных характеристик при изменении шероховатости в диапазоне Яг 0,4.40 мкм указывает на возможность повысить технологичность зубчатых колес судового редуктора путем изменения норм шероховатости переходных поверхностей и впадин зубьев колес под поверхностную закалку ТВЧ с Яг 4 мкм до Яг 10 мкм и более с ограничением

Изменение норм шероховатости не отменяет необходимости контролировать соблюдение рекомендованных норм. Контроль необходим на случай появления грубых рисок из-за нестабильности процесса резания или других непредвиденных обстоятельств.

Новые нормы шероховатости позволят устранить из технологического процесса изготовления колес редуктора трудоемкую операцию ручного полирования.

Устранение операции ручного полирования впадин и переходных поверхностей из технологического процесса изготовления зубчатых колес при ремонте судового редуктора позволяет:

- сократить трудоемкость изготовления зубчатых колес;

- снизить себестоимость ремонта;

- сократить производственный цикл.

Исходные технико-экономические данные для определения экономического эффекта представлены в табл. 6.1.