Многие частиновые редукторы энергиииавтомобильные шестерниВ проекте после шлифовки зубчатых колес требуется дробеструйная обработка, что ухудшает качество поверхности зубьев и даже влияет на шумо- и виброустойчивость системы. В данной работе исследуется шероховатость поверхности зубьев при различных условиях дробеструйной обработки и на разных деталях до и после обработки. Результаты показывают, что дробеструйная обработка увеличивает шероховатость поверхности зубьев, на которую влияют характеристики деталей, параметры процесса дробеструйной обработки и другие факторы; при существующих условиях серийного производства максимальная шероховатость поверхности зубьев после дробеструйной обработки в 3,1 раза выше, чем до обработки. Обсуждается влияние шероховатости поверхности зубьев на шумо- и виброустойчивость, а также предлагаются меры по улучшению шероховатости после дробеструйной обработки.

Исходя из вышеизложенного, в данной статье рассматриваются следующие три аспекта:

Влияние параметров процесса дробеструйной обработки на шероховатость поверхности зуба;

Степень усиления шероховатости поверхности зуба при дробеструйной обработке в условиях существующего процесса серийного производства;

Влияние повышенной шероховатости поверхности зуба на шумо- и вибростойкость, а также меры по улучшению шероховатости после дробеструйной обработки.

Дробеструйная обработка — это процесс, при котором множество мелких высокотвердых снарядов, движущихся с высокой скоростью, ударяют по поверхности деталей. Под воздействием высокоскоростного удара снаряда на поверхности детали образуются ямки, и происходит пластическая деформация. Органы, окружающие ямки, сопротивляются этой деформации и создают остаточные сжимающие напряжения. Перекрытие многочисленных ямок образует равномерный слой остаточных сжимающих напряжений на поверхности детали, тем самым повышая усталостную прочность детали. В зависимости от способа получения высокой скорости удара, дробеструйная обработка обычно делится на дробеструйную обработку сжатым воздухом и центробежную дробеструйную обработку, как показано на рисунке 1.

Дробеструйная обработка сжатым воздухом использует сжатый воздух в качестве источника энергии для распыления дроби из пистолета; центробежная дробеструйная обработка использует двигатель для вращения импеллера с высокой скоростью для выброса дроби. Ключевые параметры процесса дробеструйной обработки включают прочность на насыщение, площадь покрытия и свойства дробеструйной среды (материал, размер, форма, твердость). Прочность на насыщение — это параметр, характеризующий прочность дробеструйной обработки, который выражается высотой дуги (т.е. степенью изгиба образца по Альмену после дробеструйной обработки); коэффициент покрытия относится к отношению площади, покрытой ямкой после дробеструйной обработки, к общей площади обработанной дробью области; обычно используемые дробеструйные среды включают стальную проволочную дробь, литую стальную дробь, керамическую дробь, стеклянную дробь и т. д. Размер, форма и твердость дробеструйных сред различаются. Общие требования к процессу обработки деталей валов трансмиссионных шестерен показаны в таблице 1.

В качестве тестируемого образца используется шестерня промежуточного вала 1/6 гибридного проекта. Конструкция шестерни показана на рисунке 2. После шлифовки микроструктура поверхности зубьев соответствует 2-му классу, твердость поверхности составляет 710HV30, а эффективная глубина упрочняющего слоя — 0,65 мм, что соответствует техническим требованиям. Шероховатость поверхности зубьев до дробеструйной обработки показана в таблице 3, а точность профиля зубьев — в таблице 4. Видно, что шероховатость поверхности зубьев до дробеструйной обработки хорошая, а кривая профиля зубьев гладкая.

План испытаний и параметры испытаний

В ходе испытаний используется установка для дробеструйной обработки сжатым воздухом. Из-за условий испытаний невозможно проверить влияние свойств дробеструйной среды (материал, размер частиц, твердость). Поэтому свойства дробеструйной среды в ходе испытаний остаются постоянными. Проверяется только влияние прочности на насыщение и покрытия на шероховатость поверхности зуба после дробеструйной обработки. Схема испытаний приведена в таблице 2. Конкретный процесс определения параметров испытаний следующий: построение кривой насыщения (рисунок 3) с помощью испытания образцов Алмена для определения точки насыщения, чтобы зафиксировать давление сжатого воздуха, расход стальной дроби, скорость перемещения сопла, расстояние сопла от деталей и другие параметры оборудования.

результат теста

Данные о шероховатости поверхности зуба после дробеструйной обработки представлены в таблице 3, а точность профиля зуба — в таблице 4. Видно, что при четырех условиях дробеструйной обработки шероховатость поверхности зуба увеличивается, а кривая профиля зуба становится вогнутой и выпуклой после дробеструйной обработки. Для характеристики увеличения шероховатости используется отношение шероховатости после обработки к шероховатости до обработки (таблица 3). Видно, что увеличение шероховатости различно при четырех условиях процесса.

Пакетное отслеживание увеличения шероховатости поверхности зуба при дробеструйной обработке

Результаты испытаний, представленные в разделе 3, показывают, что шероховатость поверхности зубьев увеличивается в различной степени после дробеструйной обработки с использованием различных процессов. Для полного понимания усиления шероховатости поверхности зубьев в результате дробеструйной обработки и увеличения количества образцов, было выбрано 5 образцов, 5 типов и в общей сложности 44 детали, для отслеживания шероховатости до и после дробеструйной обработки в условиях серийного производства. В таблице 5 приведены физико-химические данные и информация о процессе дробеструйной обработки отслеживаемых деталей после шлифовки зубчатых колес. Данные о шероховатости и увеличении передних и задних поверхностей зубьев до дробеструйной обработки показаны на рис. 4. На рис. 4 показано, что диапазон шероховатости поверхности зубьев до дробеструйной обработки составляет Rz1,6 мкм-Rz4,3 мкм; после дробеструйной обработки шероховатость увеличивается, а диапазон распределения составляет Rz2,3 мкм-Rz6,7 мкм; максимальная шероховатость может быть увеличена в 3,1 раза до дробеструйной обработки.

Факторы, влияющие на шероховатость поверхности зуба после дробеструйной обработки.

Из принципа дробеструйной обработки видно, что высокотвердые и быстро движущиеся дробинки оставляют на поверхности детали бесчисленные ямки, которые являются источником остаточного сжимающего напряжения. В то же время эти ямки неизбежно увеличивают шероховатость поверхности. Характеристики деталей до дробеструйной обработки и параметры процесса дробеструйной обработки влияют на шероховатость после дробеструйной обработки, как показано в таблице 6. В разделе 3 данной работы при четырех условиях процесса шероховатость поверхности зуба после дробеструйной обработки увеличивается в различной степени. В этом эксперименте присутствуют две переменные, а именно шероховатость до обработки и параметры процесса (прочность насыщения или покрытие), которые не позволяют точно определить взаимосвязь между шероховатостью после дробеструйной обработки и каждым отдельным влияющим фактором. В настоящее время многие ученые провели исследования по этому вопросу и предложили теоретическую модель прогнозирования шероховатости поверхности после дробеструйной обработки на основе моделирования методом конечных элементов, которая используется для прогнозирования соответствующих значений шероховатости для различных процессов дробеструйной обработки.

На основе фактического опыта и исследований других ученых можно предположить режимы влияния различных факторов, как показано в таблице 6. Видно, что шероховатость после дробеструйной обработки в значительной степени зависит от множества факторов, которые также являются ключевыми факторами, влияющими на остаточное сжимающее напряжение. Для снижения шероховатости после дробеструйной обработки при условии сохранения остаточного сжимающего напряжения требуется большое количество технологических испытаний для непрерывной оптимизации комбинации параметров.

Влияние шероховатости поверхности зуба на шумо- и виброустойчивость системы.

Шестерни являются частью динамической трансмиссионной системы, и шероховатость поверхности зубьев влияет на их вибро- и шумовые характеристики. Экспериментальные результаты показывают, что при одинаковой нагрузке и скорости, чем больше шероховатость поверхности, тем сильнее вибрация и шум системы; при увеличении нагрузки и скорости вибрация и шум возрастают еще сильнее.

В последние годы наблюдается стремительный рост числа проектов по разработке новых энергоредукторов, демонстрирующих тенденцию к увеличению скорости и крутящего момента. В настоящее время максимальный крутящий момент нашего нового энергоредуктора составляет 354 Н·м, а максимальная скорость — 16000 об/мин, и в будущем она будет увеличена до более чем 20000 об/мин. В таких условиях работы необходимо учитывать влияние увеличения шероховатости поверхности зубьев на шумо- и виброустойчивость системы.

Меры по улучшению шероховатости поверхности зуба после дробеструйной обработки

Процесс дробеструйной обработки после шлифовки зубчатых колес может улучшить прочность поверхности зубьев при контактной усталости и прочность корня зуба при изгибной усталости. Если этот процесс необходимо использовать по соображениям прочности в процессе проектирования зубчатых колес, с учетом шумовых и виброизоляционных характеристик системы, шероховатость поверхности зубьев после дробеструйной обработки может быть улучшена по следующим параметрам:

а. Оптимизация параметров процесса дробеструйной обработки и контроль усиления шероховатости поверхности зуба после дробеструйной обработки при условии обеспечения остаточного сжимающего напряжения. Это требует большого количества технологических испытаний, и универсальность процесса невелика.

b. Применяется комбинированный процесс дробеструйной обработки, то есть после завершения обработки дробью для достижения нормальной прочности добавляется еще один этап дробеструйной обработки. Увеличение прочности в процессе дробеструйной обработки обычно незначительно. Тип и размер дроби могут быть скорректированы, например, можно использовать керамическую дробь, стеклянную дробь или дробь, нарезанную стальной проволокой, меньшего размера.

c. После дробеструйной обработки добавляются такие процессы, как полировка поверхности зуба и хонингование.

В данной работе исследована шероховатость поверхности зубьев при различных условиях дробеструйной обработки, а также на разных деталях до и после дробеструйной обработки, и на основе литературных данных сделаны следующие выводы:

◆ Дробеструйная обработка увеличивает шероховатость поверхности зубьев, на которую влияют характеристики деталей до дробеструйной обработки, параметры процесса дробеструйной обработки и другие факторы, и эти факторы также являются ключевыми факторами, влияющими на остаточное сжимающее напряжение;

◆ В существующих условиях серийного производства максимальная шероховатость поверхности зуба после дробеструйной обработки в 3,1 раза выше, чем до дробеструйной обработки;

◆ Увеличение шероховатости поверхности зубьев приведет к усилению вибрации и шума системы. Чем больше крутящий момент и скорость, тем заметнее усиление вибрации и шума;

◆ Шероховатость поверхности зуба после дробеструйной обработки может быть улучшена путем оптимизации параметров процесса дробеструйной обработки, использования композитной дробеструйной обработки, добавления полировки или хонингования после дробеструйной обработки и т. д. Ожидается, что оптимизация параметров процесса дробеструйной обработки позволит контролировать увеличение шероховатости примерно в 1,5 раза.