Особенности изготовления элементов привода изделий РВ.

Лекция 11 (вечерники) 7. ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА ИЗДЕЛИЙ РВ. 7. 1 Основные понятия и определения Для управления полетом, т.е. для изменения траектории движения, необходимо приложить к центру масс ракеты, кроме силы тяжести, дополнительные, так называемые управляющие силы. Для изменения величины управляющих сил необходимы органы управления, для создания крутящих моментов относительно центра масс, под действием которых происходит отклонение ракеты на некоторый угол по отношению к направлению полета. Такими органами управления являются рули, поворот которых на требуемые углы осуществляется рулевым приводом. В качестве приводов рулевых поверхностей ракеты в зависимости от источника энергии используются три типа приводов:  пневматический;  гидравлический;  электрический. В настоящее время в области создания приводов для управления рулевых поверхностей ракет наблюдается тенденция к замене традиционных пневмо- и гидроприводов на приводы электрического типа. В первую очередь это объясняется высокими эксплуатационными качествами электропривода, возможностью длительного хранения, наличие только одного вида энергии – электрической, которая используется как на борту ракеты в автономном полете, так и в промышленной сети при отладке и плановых проверках работоспособности привода. Конструктивно рулевой привод объединяет все четыре канала управления и выполнен в виде единого блока рулевых приводов (БРП), куда входит механическая часть и электронный блок управления приводом (БУП). Механическая часть включает четыре исполнительных механизма, состоящих в свою очередь из электродвигателя и редуктора. В качестве исполнительного двигателя в приводе используются электродвигатели типа ДПР и ДП, основные характеристики которых приведены в Таблице 7.1. 1 Таблица 7.1- Основные характеристики электродвигателей типа ДПР и ДП Наименование параметра, единицы измерения Параметры ДП-25 ДП-60 ДПР-62 ДПР-72 Номинальное напряжение, В 27 27 27 27 Номинальная мощность, Вт 25 60 24 45 Частота вращения, об/мин 5000 5000 6850 5450 Потребляемый ток, А 1,8 4,4 1,08 1,59 1,02 1,162 0,346 1,2 5,3 3,1 Длина L, мм. 74,2 84,2 Диаметр D, мм 35 40 Пусковой момент, Нм Сопротивление якоря Rx, 1,2 Крепление двигателя к редуктору осуществляется винтами через отверстия во фланце, а центрирование по цилиндрическому выступу на передней торце. Вал двигателя цилиндрический с креплением на нем шестерни с помощью шпонки и гайки (рис.7.1). Кинематическая схема редуктора приведена на рис.7.2. Рисунок 7.1 - Вал двигателя цилиндрический с шестерней 2 Рисунок 7.2 - Кинематическая схема редуктора привода с зубчатыми колесами. В зависимости от объема, выделенного под исполнительный механизм, при одной и той же кинематической схеме, конструкция редуктора может быть выполнена в виде отдельного агрегата или может быть встроена в силовой корпус блока приводов. Каждая из конструкций имеет свои достоинства и недостатки. Первая отличается простотой при сборке и отладке, но содержит больше деталей; вторая – несколько сложна в изготовлении, но имеет меньшее количество деталей и более жесткую конструкцию. На рис. 7.3 приведено сечение корпуса редуктора являющегося самостоятельной сборочной единицей, агрегатом. Степень точности зубчатой передачи выбирается из расчета массового изготовления в серийном производстве и, как правило, назначается 7 или 8 степень. Класс сопряжения зубчатых колес в передаче выбирается из расчета обеспечения плавности хода передачи при максимальном угловом люфте ( 83 12 угловых минут) с учетом наличия боковых зазоров во всем интервале температур окружающей среды в эксплуатации (для ракет класса «воздухвоздух» этот интервал от -55ºС до 65ºС). С учетом этих требований тепень сопряжения зубчатых колес соответствует полям допусков Е, D или F. Рисунок 7.3- Сечение корпуса редуктора В отличие от редукторов общего машиностроения и редукторов применяемых в установках АрВ, редуктора приводов ракет имеют существенно меньшие габариты. Привод состоит из основания, крышки, блоков зубчатых колёс, подшипников, исполнительного электродвигателя и датчика обратной связи (ДОС). В качестве датчика обратной связи по углу отклонения выходного вала используется переменный резистор типа «СП», пленочный (СП-4-8) или проволочный (СП-5-21). Связь с выходным валом привода осуществляется одноступенчатым зубчатым зацеплением с передаточным отношением, обеспечивающим использование всего рабочего угла поворота вала потенциометра. Для обеспечения точности передача выполнена безлюфтовой. Это обеспечивается установкой на вал потенциометра шестерни, которая состоит из двух половинок, между которыми расположена пружина кручения для сдвига шестерен относительно друг друга на 1-2 зуба. Конструкция датчика обратной связи показана на рис.7.4. 4 Рисунок 7.4. - Датчик обратной связи. Вращение вала исполнительного двигателя (ИД) преобразуется в перемещение управляемого элемента или выходного вала (ВВ), руля ракеты. Положение выходного вала определяется положением вала потенциометра или датчика обратной связи (ДОС) являющимся элементом системы управления ракетой. Кинематическая цепь привода состоит из силовой и следящей цепей. Силовая цепь включает в себя зацепление между шестернёй вала исполнительного двигателя и зубчатым сектором вала рулей. Следящая цепь включает зацепления между шестернёй ДОС и зубчатым сектором. К точности изготовления кинематических цепей предъявляются определённые требования, так как они по-разному влияют на параметры статической и динамической характеристик системы. Увеличение зазора или свободного хода в цепи ВВ – ДОС приводит к увеличению статической ошибки рассогласования, а в цепи ИД – ДОС к увеличению длительности переходного процесса и возникновению автоколебаний. Поэтому зазор в цепях ВВ – ДОС, ИД – ДОС строго регламентируется, и после сборки величина его контролируется. Уменьшение зазора в цепи ВВ – ИД приводит к увеличению потерь на трение, а при малом управляющем сигнале нарушается плавность вращения и увеличивается зона нечувствительности. Одним из параметров, влияющим на кинематическую точность редуктора, является мертвый ход, или суммарная величина люфта. Величина мертвого хода зависит от допусков на: 5 толщину зубьев; межосевого расстояния; эксцентриситета сопрягаемых колёс и радиальных зазоров в опорах; допуска на шаг между зубьями. Отсутствие люфтов приводит к заклиниванию системы, малая величина люфта снижает КПД редуктора. Поэтому величина бокового зазора между зубьями должна быть оптимальной, чтобы обеспечить плавность хода и минимальную величину мертвого хода. Как правило, в силовых цепях редукторов зубчатые колёса изготавливают по 7…8 степеням точности, а в цепях измерителей рассогласования предусматривается безлюфтовое зацепление.(см. конструкцию ДОС). 7.2 Технология изготовления элементов корпуса редуктора Для сохранения точности механической передачи важное значение имеет жёсткость корпусных деталей. Корпус редуктора, выполнен в виде отдельного агрегата и имеет относительно простую конструкцию. Как правило, корпус и крышку изготавливают литьём из сплавов АЛ – 9, АЛ – 19, ВАЛ – 5 или листовых полуфабрикатов. Полученная литьём заготовка должна максимально приближаться к форме готовой детали. При изготовлении корпусов редуктора, вследствие их небольших габаритов, наиболее распространенным способом является литье в песчаные формы или по выплавляемым моделям. Механические свойства литейных сплавов имеют следующие характеристики: АЛ-9 имеет σв=190…210 Н/мм2, АЛ-19 σв=300…340 Н/мм2, заготовки из этих материалов подвергают термической обработке, т.е. закалке и искусственному старению. Корпус редуктора, как правило, состоит из двух частей: основания (корпуса) и крышки (см.рис.7.5). Конструкция литых деталей должна иметь наиболее простую конфигурацию. Должна быть обеспечена минимальная толщина стенок и их равномерность. Рисунок 7.5 – Корпус редуктора 6 При литье в песчаные формы извлечение модели из формы не должно приводить к разрушению формовочной смеси выступающими элементами или за счет большого трения, для чего стенкам придаётся уклон по высоте. Для деталей, имеющих высоту до 25 мм, применяется уклон 1/ 5, до 500 мм 1/10 или 1/ 20. Для получения высококачественных отливок отношение толщины стенок при переходе от одного сечения к другому должно быть не более 4 : 1. Переходы от одного сечения к другому выполняют галтелями (радиусом) для всех деталей при соотношении сопрягаемых толщин S  2h S1 (рис. 7.6а). Необходимо устранять узкие или кольцевые углубления (рис.7.6 б). Приливы, бобышки, кронштейны и другие выступающие части не должны мешать извлечению модели из формы. Имеющиеся на корпусе приливы надо располагать в одной плоскости (рис. 7.6 в, г). Не рекомендуется при изготовлении литых корпусных деталей применять дополнительные разъёмы при формовке, так как при этом снижается точность отливки и затрудняется применение формовочных машин. Перед механической обработкой детали походят ренгеноконтроль, для выявления микротрещин, усадочных раковин, рыхлот. Механическая обработка производится по плоскости разъёма, периметру и сопрягаемым поверхностям на фрезерных станках. В дальнейшем эти поверхности используются как технологические базы для последующей обработки. Предварительно обработанные по местам стыка крышка и корпус соединяются технологическими болтами и относительно друг друга координируются двумя штифтами, отверстия под которые сверлят и разделывают совместно в корпусе и крышке. Обработка отверстий, посадочных мест под подшипники зубчатых колёс и поверхности крепления корпуса двигателя, датчика обратной связи производится на координатно-расточных станках. Расстояния между осями колёс выдерживаются с отклонением не более 0,01 мм, а отклонения от параллельности и перпендикулярности не превышают 5 угловых секунд. Чтобы обеспечить требуемую точность по соосности и перпендикулярности осей зубчатых колёс, обработка крышки и корпуса ведётся совместно после их сборки. После механической обработки детали корпуса редуктора направляются в цех покрытий, где подвергаются анодированию. 7 Рисунок 7.6 – Выбор литейных форм 7.3 Технология обработки зубчатых колёс. Зубчатые колёса редукторов бывают следующих типов: шестерня с центральным отверстием (рис.7.7); вал-шестерня (рис. 7.8); блочные зубчатые колёса (рис.7.9). На Рис.7.10 приведена конструкция блока зубчатых колёс в сборе. Типовые технологические процессы и последовательность изготовления зубчатых колёс и других аналогичных конструкций достаточно полно описывается в Справочнике технолога, - Изд. 3-е/ под ред. Г.А.Монахова, - М.; Машиностроение, 1963г., Обработка металлов резанием. Рассмотрим основные этапы изготовления зубчатых колёс. Укрупненная последовательность технологического процесса изготовления любого зубчатого колеса может быть представлена следующими этапами: - заготовительный; предварительная черновая обработка ; термическая обработка (по необходимости); чистовая обработка; нарезание зубьев; 8 - отделка зубьев; антикоррозионное покрытие и контроль. Рисунок 7.7- Шестерня с центральным отверстием Рисунок 7.8- Вал - шестерня. Рисунок 7 .9 - Блочные зубчатые колёса Рисунок 7.10 - Блочные зубчатые колёса Учитывая, что в редукторе применяются зубчатые колёса и шестерни с модулем, от 0,4 до 1 мм и их размеры ограничены, а величина суммарного люфта в зацеплении не должна превышать 8-12 угловых минут, к зубчатым колёсам редуктора предъявляются достаточно жёсткие требования по 9 точности изготовления. В частности, биение делительной окружности шестерни относительно посадочного диаметра должно быть не более 0,016 мм, а сопрягаемые поверхности обрабатываются по 6-7 квалитетам точности. В отличие от зубчатых колёс установок АрВ зубчатые колёса имеют значительно меньшие габариты. В большинстве случаев блоки зубчатых колёс изготавливают сборными рис.7.11., что позволяет уменьшить габариты блока, за счёт плотного прилегания зубчатых колёс друг к другу. Изготовление монолитного блока зубчатых колёс аналогичной конструкции исключает возможность нарезания зубьев методом долбления на колесе меньшего диаметра. В качестве материала, для изготовления зубчатых колёс и шестерен, применяются нержавеющие марки сталей типа 03Х11Н10М2ТВД. Исходной заготовкой являются полуфабрикаты типа прутка. В зависимости от конструкции зубчатого колеса в качестве заготовки могут использоваться прутки, листы, поковки или штамповки, в зависимости от серийности производства и условий их работы. На рис.7.11 приведена схема макроструктуры материала заготовок, из которых резанием изготавливают зубчатое колесо. При изготовлении из прутка (рис.7.11,.а) волокна направлены вдоль боковой поверхности зуба, такое расположение снижает прочность зуба, так как направление силы, со стороны сопряжённого колеса, совпадает с плоскостью скольжения волокон. В случае изготовления из полосы (рис.7.11,б) направление волокон в разных зубьях различное и соответственно прочность зубьев будет разной. В случае изготовления из заготовки, получаемой осадкой из прутка (рис.7.11,в), направление волокон радиальное и они работают на изгиб, при этом возрастает прочность и износоустойчивость. Если сравнить направление волокон и напряжения, возникающие в результате изгиба зуба колеса при изготовлении его из различных типов заготовок, то предпочтительней окажется заготовка полученная осадкой прутка при горячей штамповке рис.7.11 в. Зубья шестерни работают на изгиб, в прутке волокна направлены вдоль его оси, а напряжения действуют поперёк волокна и совпадают с плоскостью скольжения, что приводит к преждевременному разрушению зуба при достижении напряжений равных 50 – 70 % от  в. На рис.7.11 б заготовка штампуется из полосы, волокна в различных зубьях ориентированы по-разному, следовательно зубья оказываются неравнопрочными. 10 а) б) в) Рисунок 7.11- Схема макроструктуры зубчатых колес, изготовленных из различных заготовок. 7.4 Нарезание зубьев цилиндрических колёс и методы отделочной обработки. 7.4.1 Заготовки для зубчатых колёс. Материал для зубчатых колес берут в зависимости от условий работы. Для силовых зубчатых передач применяют главным образом хромистые (15Х, 20ХА, 40Х), хромоникелевые и хромомолибденовые (12ХН3, 40ХН, 35ХМА, 18ХГТ) и другие цементируемые стали. Глубина слоя цементации находится в пределах 0,7-1,2 мм. Зубчатые колёса для тихоходных малонагруженных передач изготавливают преимущественно из серых и модифицированных марок чугуна. Для обеспечения бесшумной работы при малых нагрузках зубчатые колеса изготавливают из неметаллических материалов (текстолита, нейлона). Для изготовления червячных зубчатых колёс применяют бронзы, биметаллические отливки (бронза, залитая на металлическую отливку), антифрикционный чугун. Требования к материалам: материал должен обладать однородной структурой, которая способствует стабильности, размеров после термической обработки, особенно размеров отверстия и шагов колёс. В качестве заготовок для цилиндрических и конических зубчатых колес диаметром до 50 мм применяют калиброванную прутковую сталь, диаметром более – 50 мм – штамповки. Заготовки для червячных колёс получают литьём. Червяки изготавливают из штамповки и проката.(Могут изготавливать свободной ковкой). 11 В зависимости от способа получения заготовки зубчатые колеса подразделяют на литые (рис.7.12а), кованые или штампованные, изготовленные механической обработкой (рис. 7.12б), сварные (рис. 7.12в). а б в Рисунок 7.12 - Виды зубчатых колес по типу заготовки: а- литое зубчатое колесо; б - кованое или штампованное; в -сварное зубчатое колесо колесо, механически обработанное Зубчатые колеса, у которых диаметр впадин незначительно превышает диаметр вала в месте посадки зубчатого колеса, изготовляют за одно целое с валом. Такую конструкцию (рис. 7.13) называют валом-шестерней. В остальных случаях зубчатое колесо выполняется отдельно, после чего насаживается на вал. Рисунок 7 13.-Вал-шестерня Колеса диаметром меньше 400 мм имеют форму диска с выточками (см. рис.7.12а) или без выточек. Чаще всего эти колеса изготовляют из поковок. Колеса диаметром более 400-500 мм изготовляют со спицами (рис.7.14) различного сечения. 12 Рисунок 7.14 - Зубчатое колесо со спицами При конструировании колеса наиболее важным требованием является его жесткость. Основные соотношения элементов зубчатых колес в зависимости от их конструкции приведены в специальных справочниках. Для экономии высокопрочных дорогостоящих материалов изготовляют сборные конструкции — бандажированные колеса (рис. 7.15). В этом случае зубчатый венец колеса изготовляют из качественной стали, а центральную часть делают из менее дорогого материала (например, чугуна). Рисунок 7.15- Зубчатый венец бандажированного колеса 7.4.2 Технологичность зубчатых колёс Все зубчатые колёса относятся к телам вращения и имеют характерную схему построения технологического процесса механической обработки. Обрабатываемыми поверхностями являются наружные и внутренние цилиндрические поверхности, торцы. Такие поверхности обрабатывают на станках токарной группы. Отверстия для крепления – на станках сверлильной группы. Небольшие посадочные внутренние поверхности – на протяжных станках. Зубья колес обрабатывают на зубофрезных, зубодолбежных, зубошлифовальных или шевинговальных станках. 13 В качестве базовых поверхностей в рассматриваемых деталях при выполнении черновых операций принимают один из необработанных торцов и наружную или внутреннюю поверхность; при выполнении последующих операций – торец и внутреннюю или наружную обработанные поверхности. Виды цилиндрических зубчатых колес: зубчатая рейка, прямозубые зубчатые колёса, косозубые зубчатые колёса с винтовым зубом, шевронное (со сплошным венцом, с разделёнными полушевронами), цилиндрические с криволинейными зубьями. 7.4.3 Способы обработки зубчатых колёс Различают два основных способа обработки зубьёв: метод копирования; и метод обкатки (огибание). Метод копирования: фрезерование дисковой (рис. 7.16) и модульной фрезами, пальцевой (рис.7.17), одновременное долбление всех зубьев, протягивание осевыми (круговыми) протяжками, шлифование профильным кругом, а также нарезают зубчатые колёса на горизонтально – или универсально – фрезерных станках дисковой модульной фрезой или пальцевой модульной фрезой на вертикально – фрезерных станках. Этот метод имеет существенный недостаток – малая точность профиля. Рисунок 7.16 - Нарезание зубьев методом копирования дисковой фрезой 14 Рисунок 7.17 - Нарезание зубьев пальцевой фрезой Метод обкатки: (более точный и производительный) фрезерование червячными фрезами, долбление, строгание зубчатой рейкой, фрезерование кольцевой гребенчатой рейкой, точение обкаточными резцами, шлифование (2-мя тарельчатыми кругами, конусным кругом, плоским кругом, абразивным червячным кругом), хонингованием зубчатыми хонами, обкаткой, притиркой (см. рис. 7.18-7.22). Рисунок 7.18- Нарезание зубьев наружного зацепления. 15 Рисунок 7.19 - Нарезание зубьев внутреннего зацепления Рисунок 17.20 - Нарезание зубьев червячной фрезой Рисунок 17.21 - Нарезание зубьев инструментальной рейкой 16 Рисунок 7.22 - Нарезание зубьев конического колеса Метод обкатки основан на зацеплении зубьев режущего инструмента с заготовкой при их перемещении относительно друг друга. При этом режущие кромки инструмента не совпадают по форме с профилем впадины между зубьями. В сравнении с методом копирования метод обкатки является более производительным и отличается большей точностью. Кроме того, одним и тем же инструментом можно обрабатывать зубчатые колёса с различным количеством зубьев, но одного модуля, что исключается при методе копирования. Перед нарезанием зубьев заготовка подвергается термической обработке, однако твёрдость материала не должна превышать более 32…35 HRC. В зависимости от метода обработки режущий инструмент и заготовка, в процессе нарезания зубьев, совершают различные перемещения. Метод копирования позволяет нарезать зубья на фрезерном станке фасонной дисковой или концевой фрезой (рис.7.23 а). Формирование впадины между зубьями осуществляется при перемещении инструмента в одном направлении, называемым рабочим ходом. Возврат инструмента в исходное положение называется холостым ходом. Поворот заготовки на угол равный шагу между зубьями осуществляется с помощью универсальной делительной головки. Метод даёт низкую точность и невысокую производительность вследствие дискретности процесса обработки. Недостатком данного метода является невозможность использования одного и того же инструмента для нарезания зубьев одного модуля на колёсах с различным количеством зубьев, т.е. требуется новая фреза с профилем соответствующим профилю впадины между зубьями. Наиболее широкое применение нашёл второй метод нарезания цилиндрических колёс – метод обкатки. Операция нарезания зубьев 17 выполняется на зубофрезерных или зубодолбёжных станках. При образовании зуба на зубофрезерном станке в качестве режущего инструмента применяется червячная фреза (рис.7.23. б). Главным рабочим движением является: вращение фрезы V; перемещение фрезы вдоль заготовки Sв;; вращение заготовки, согласованное с вращением фрезы Sкр. Зубчатые колёса, имеющие модуль m  2, можно фрезеровать за один проход начисто, а при m  2 – за два и более проходов. Степень точности при таком способе обработки 7…9, а чистота поверхности Rа=2,5 или Rz=20. а) в) V 1/Z Рисунок 7.23 - Методы нарезания резьбы: а) метод копирования; б) метод обкатки; в) метод обкатки инструментом «долбяком». Цилиндрические колёса с косыми зубьями нарезаются червячными фрезами, имеющими такой же угол наклона винтовой линии, что и у колеса. Зубофрезерование червячными фрезами отличается высокой производительностью за счёт непрерывности самого процесса и применяется для нарезания только цилиндрических колёс с наружным зацеплением и червячных колёс. При нарезании цилиндрических колёс с прямыми зубьями ось фрезы устанавливается под углом  относительно плоскости перпендикулярной оси вращения колеса и равным углу подъёма  режущей кромки червячной фрезы. Нарезание зубьев цилиндрических колёс на зубодолбёжных станках производится специальным инструментом «долбяком» по методу обкатки (рис.7.23 в). Данный способ позволяет обрабатывать зубчатые колеса, как с 18 внешним, так и с внутренним зацеплением, а так же нарезать блоки зубчатых колёс с малым расстоянием между венцами, так как ни методом копирования ни фрезерования червячными фрезами не позволяют нарезать зубья. В случае если расстояние между торцами колеса и шестерни, для блочных колёс равна нулю или меньше чем допускаемый выход долбяка, блочное зубчатое колесо выполняется сборным. Ширина канавки для выхода долбяка для колёс наружного и внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями оговаривается ГОСТ 13754 – 68. Долбяк представляет собой колесо с режущими эвольвентными зубьями. Конструктивное оформление долбяка может быть различным, основными являются дисковые, чашечные и хвостовые ГОСТ 9323 – 60. В процессе нарезания зубьев главным является возвратно – поступательное движение долбяка. Движение долбяка вниз является рабочим Vр, вверх – холостым Vх. Рабочее и холостое движение долбяка составляют двойной ход. Вращение долбяка (круговая подача долбяка Sкр.д.) и вращение заготовки (круговая подача заготовки Sкр.заг.) являются движением обкатки. Радиальным (поперечным) перемещением долбяка Sр достигается его врезание в заготовку на величину равную глубине впадины между зубьями. Рассмотренные процессы долбления и фрезерования червячными фрезами по производительности часто оказываются равноценными. Однако нарезание зуба долблением обеспечивает несколько большую точность. Вместе с тем рассмотренные методы зубообразования не могут обеспечить 5…6 степень точности зубчатых колёс. Для увеличения степени точности вводятся дополнительные операции отделки. 7.4. 4 Основные способы отделки зубчатых колес. Для достижения высокой точности и малой шероховатости поверхности зубьев после нарезания производится их отделка. К отделочным операциям относятся: шевингование; хонингование; шлифование; притирка и обкатка. Способы отделки зубьев: – шлифование – производится методом копирования или обкатки шлифовальным кругом; – шевингование – выполняется специальным инструментом шевершестерней или шевер-рейкой (обкатывая обрабатываемое колесо, шевер отделывает зубья до требуемых точности и шероховатости поверхности); 19 – притирка – производится с помощью специального чугунного колеса (притира), находящегося в зацеплении с обрабатываемым колесом. - шевингование зубьев цилиндрическим шевером на зубошевинговальном станке (деталь вращается вокруг оси, шевер вращается вокруг своей оси), метод используется при обработке зубчатых колёс диаметром от 6 до 1200 мм при модуле от 0,4 до 12 мм. Шевингование – срезание тонких слоёв металла (0,001-0,005) бреющими кромками. Припуск на шевингование составляет 0,1-0,25, метод даёт возможность получать колёса 6-7 степени точности, производительность метода (на специальных станках) 60 деталей в час, требует интенсивного охлаждения маслом. - хонингование хоном на зубохонинговальном станке (деталь вращается вокруг оси, хон вращается вокруг оси и совершает возвратно-поступательное горизонтальное движение) - шлифование червячным кругом на зубошлифовальном станке (деталь вращается вокруг оси, червячный круг вращается вокруг оси и совершает возвратно-поступательное вертикальное движение), метод позволяет обрабатывать прямозубые и косозубые колёса, обладает большой производительностью, позволяет получить 4-6 степень точности, припуск на обработку после термической обработки 0,18-0,75 на толщину зуба. - шлифование коническим кругом на зубошлифовальном станке (деталь вращается вокруг оси, конический круг вращается вокруг оси и совершает возвратно-поступательное вертикальное движение), метод требует использования сложного оборудования, малопроизводителен, применяется для точных и ответственных деталей. Производительность – 3 минуты на 1 зуб. - шлифование плоским кругом на зубошлифовальном станке (деталь вращается вокруг оси и совершает возвратно-поступательное горизонтальное движение, плоский круг совершает вращательное движение вокруг оси) - шлифование двумя тарельчатыми кругами (деталь совершает возвратно-поступательное горизонтальное движение, круги вращаются вокруг оси) - шлифование профильным кругом (деталь совершает поступательное движение, круг вращается вокруг оси). Для отделки зубьев колёс, имеющих HRC  35…37, применяются процессы шевингования и обкатки. Процесс шевингования заключается в срезании (соскабливании) с поверхности зубьев очень тонкого слоя материала, для исправления их погрешностей, специальным шевер – 20 колесом. Шевер представляет собой колесо с косыми зубьями, на боковых поверхностях которых имеются режущие поперечные кромки. В процессе обкатки его режущие кромки соскабливают с поверхности зуба стружку толщиной 0,05…0,01 мм. Шевингованием обрабатывают колёса с прямым и косым зубом, блоки колёс и колёса большого диаметра с внутренним зацеплением ( см. рис.7.13). Диаметр шевера должен быть больше диаметра колеса, что способствует уменьшению нагрузки на зуб шевера и повышает размерную стойкость инструмента. При обработке блока необходимо также соблюдение условия свободного прохождения шевера без касания колеса. Это условие будет выполняться, если выполняется неравенство  Dшев .   a  c cos      2   sin  2   D   a cos  c     нк.      2   sin    2 2  Aшев  ш где Ашев-ш – межосевое расстояние между шевером и обрабатываемой шестерню; а – растояние между венцами блока шестерни; с – разность между шириной шевера и шестерни. В зависимости от модуля изменяется угол наклона шевера: при m  1,5 мм.  =100; при m  1,5мм.  =50. Обрабатываемое колесо закрепляется на специальном приспособлении, устанавливаемом на столе станка (рис. 7.24). Шевер 1 получает принудительное вращение и, находясь в зацеплении с колесом 2, вращает последнее. Колесо свободно установлено в центрах плиты 3, закреплённой на столе станка 4. Шевер представляет собой набор пластин с острыми режущими кромками на боковой поверхности зуба. Зуб шевера Рисунок 7.24 - Обработка колеса на специальном приспособлении Для отделки поверхностей зубьев, имеющих повышенную твердость после операций цементации или азотирования, применяется процесс шлифования. Шлифованием устраняют значительные дефекты, полученные 21 на предыдущих этапах обработки зубьев колёс. Шлифование цилиндрических зубчатых колёс производится двумя методами: копирования и обкатки. Метод копирования заключается в снятии припуска с боковой поверхности зубьев абразивным дисковым кругом, заправленным по профилю впадины обрабатываемого колеса (рис.7.25 а). Вращающийся круг совершает возвратно-поступательные движения Sпо. После каждого двойного хода (вперёд и назад) колесо поворачивается на один зуб и шлифуется следующая впадина. Данный метод пригоден только для шлифования прямозубых цилиндрических колёс. Шлифование методом обкатки основано на принципе зацепления обрабатываемого колеса с зубчатой рейкой (рис. 7.25 б). Колесо совершает два согласованных между собой движения: возвратно – поступательное Sпр и возвратно – вращательное Sкр. Зубья обрабатываются тарельчатыми абразивными кругами, торцы которых расположены по касательной к их боковой поверхности. Более перспективным методом шлифования является шлифование абразивным червячным инструментом (рис. 7.25 в). Этим методом можно шлифовать как прямозубые, так и косозубые цилиндрические колёса. Однако все методы шлифования не могут быть использованы для обработки закрытых зубчатых колёс. Одним из процессов отделки поверхностей закалённых зубчатых колёс является метод зубохонингования, при котором с поверхности зуба снимается слой материала 0,01…0,03 мм. Процесс аналогичен процессу шевингования, только вместо шевер – колеса применяется абразивное колесо, при этом уменьшается шум от зацепления с другими колёсами при работе редуктора. Рисунок 7.25 – Методы шлифовки зубчатых колес: а) метод копирования; б) метод обкатки, в) шлифование абразивным червячным инструментом 22 Для повышения качества поверхности зубьев применяется процесс зубопритирки. Процесс применяется для закаленных зубчатых колёс. В качестве притиров используются чугунные зубчатые колёса с прямыми или косыми зубьями (рис. 7.26.). Оси двух притиров скрещиваются с осью колеса, а ось третьего притира – параллельна оси колеса. Скрещивание осей притира и колеса вызывает относительное продольное скольжение зубьев. Обрабатываемое колесо вращается и приводит во вращение притиры. Одновременно колесо совершает возвратно- поступательное движение Sпр вдоль своей оси. Таким образом, обеспечивается обработка зуба на всю его ширину. Рисунок 7.26 - Схема зубопритирки. 7.4.5 Технология изготовления цилиндрического зубчатого колеса (примеры) 1. 3аготовительная: штамповка, 2. Токарная: сверление осевого отверстия, подрезание торца, обтачивание наружного диаметра, подрезания второго торца, обтачивание ступицы 3. Термообработка: (размеры под термообработку - номинал плюс 2-З мм на сторону) 4. Токарная: обтачивание наружного диаметра, подрезка торца, обработка отверстия (растачивание, зенкование, снятие фасок), подрезка второго торца, обработка ступицы, подрезка торца на венце, снятие фасок. 5. Протяжная: протяжка шпоночного паза или шлицевого отверстия. 6. Зубофрезерная: предварительное фрезерование зубьев 7. Зубодолбёжная: чистовое нарезание зубьев (зубофрезерная) 8. Зубофрезерная: закругление зубьев 9. шевингование: шевингование зубьев 10. Шлифовальная: шлифование зубьев 23 11. Контроль ОТК. Типовые технологии изготовления зубчатых колес. 1. Одновенцовое зубчатое колесо с центральным (посадочным) отверстием. Заготовка: калиброванный пруток. 1. Сверление отверстия, подрезание торца, растачивание отверстия, обтачивание наружных поверхностей, отрезка; 2. Протягивание шлицев; 3. Чистовое обтачивание и подрезка торцов; 4. Чистовое подрезание или шлифование торцов; 5. Нарезание зуба; 6. Закругление зуба; 7. Шевингование зуба; 8. Термическая обработка; 9. Шлифование отверстия (выступов шлицев); 10. Притирка зуба; 11. Испытания на шум; 12. Контроль ОТК 2. Многовенцовое зубчатое колесо с центральным (посадочным) отверстием. Заготовка: штамповка. 1. Сверление отверстия, зенкерование; 2. Протягивание шлицев; 3. Черновое обтачивание венцов и торцов; 4. Чистовое обтачивание и подрезание торцов; 5. Предварительное нарезание зуба; 6. Чистовое нарезание зуба; 7. Закругление зуба. 8. Шевингование зубьев; 9. Термическая обработка; 10. Шлифование отверстия (выступов шлицев); 11. Притирка зуба; 12. Приработка зубьев парных колес; 13. Испытания на шум; 14. Контроль ОТК. 24 3. Одновенцовые со ступицей, многовенцовые блочные колеса. Заготовка: штамповка. 1. Сверление отверстия, растачивание, подрезание торца; 2. Растачивание выемки и подрезание второго торца; 3. Протягивание шлицев; 4. Черновое обтачивание венцов и подрезание торцов; 5. Чистовой обтачивание и подрезание торцов; 6. Предварительное нарезание зубьев; 7. Чистовое нарезание зубьев; 8. Закругление зубьев; 9. Шевингование зубьев; 10. Термическая обработка; 11. Шлифование отверстия (выступов шлицев); 12. Притирка зуба; 13. Испытание на шум; 14. Контроль ОТК. 4. Одновенцовые со ступицей, одновенцовые со ступенчатой выточкой и отверстиями под болты, зубчатые колёса с внутренними и наружными зубьями. Заготовка: штамповка. 1. Черновое обтачивание торца, растачивание отверстия, обтачивание по наружному диаметру; 2. Черновое обтачивание, протачивание второго торца, растачивание отверстия; 3. Чистовое обтачивание наружного диаметра и торца, растачивание отверстия; 4. Чистовое обтачивание и растачивание другой стороны; 5. Протягивание шпоночных пазов; 6. Предварительное нарезание зуба; 7. Чистовое нарезание зуба; 8. Закругление зуба; 9. Шевингование зубьев; 10. Термическая обработка; 11. Шлифование отверстия; 12. Притирка зуба; 25 13. Обкатка; 14. Контроль ОТК. 5. Вал - шестерни. Заготовка: штамповка. 1. Подрезание торцов и центрирование; 2. Черновое обтачивание с одной стороны; 3. Черновое обтачивание с другой стороны; 4. Чистовое обтачивание одной стороны; 5. Чистовое обтачивание второй стороны; 6. Шлифование базирующих поверхностей шеек; 7. Фрезерование шлицев или шпоночных пазов; 8. Сверление отверстия; 9. Нарезание резьбы на концах; 10. Нарезание зуба; 11. Шевингование зуба; 12. Термическая обработка; 13. Шлифование цилиндрических поверхностей; 14. Шлифование шлицев; 15. Шлифование зуба; 16. Контроль ОТК. 7.4.6 Методы контроля зубчатых колёс Контроль зубчатых колёс подразделяется на операционный (технологический) и окончательный. Операционный контроль предназначен для проверки точности нарезания зубьев на данной операции своевременного воздействия на технологическую систему в случае отклонения размеров. Этот контроль проводят, как правило, по элементам. Контролируют параметры зубьев, точность которых зависит от качества наладки станка на выполняемой операции. За измерительную базу в данном случае принимают установочную. Такой контроль часто выполняют без снятия зубчатого колеса со станка. Окончательный контроль предназначен для определения соответствия параметров зубьев обработанных зубчатых колёс техническим требованиям чертежа. При этом контроле устанавливают эксплуатационные показатели: 26 кинематическую точность; плавность работы; контакт боковых поверхностей зубьев; шумовую характеристику. При окончательном контроле зубчатых колёс за измерительные базы принимают основные и контролируют обычно показатели точности, так как погрешности отдельных показателей взаимодействующих между собой зубьев могут компенсировать друг друга. При контроле проверяют следующие основные параметры зубчатых и червячных передач: - биение базового торца определяют индикатором на специальном приспособлении: - неточность основного шага проверяют шагомером по разности действительного и нормального расстояния между параллельными касательными к двум соседним одноименным профилям зубьев. - кинематическую погрешность зубчатых колёс контролируют на специальных приборах, на которых обкатывают контролируемое колесо с измерительным колесом в однопрофильном зацеплении. Приборы работают по принципу непрерывного сравнения передаточного числа двух связанных механизмов: эталонного и содержащего измерительное колесо (прибор БВ608К). - накопленную погрешность осевого шага: измеряют шагомером, шаг на одной окружности зубчатого колеса по всем зубьям. - толщину зуба по начальной окружности измеряют штангозубомером. - радиальное биение зубчатого венца проверяют специальным прибором, который определяет максимальную разность положения измерительного наконечника во впадинах между зубьями контролируемого колеса за один оборот. - погрешность длины общей нормали контролируют специальными зубомерами, индикаторными скобами (нормалеметрами). - погрешность межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса оценивают на специальных приборах. Колебание межосевого расстояния измеряют при обкатке контролируемого колеса, находящегося в беззазорном зацеплении с эталонным колесом. - смещение исходного контура находят тангенциальным зубомером, как радиальное положение исходного контура относительно окружности выступов. - плавность работы оценивают измерением циклической погрешности, погрешности профиля зуба и окружного шага, определением отклонений основного шага. 27 Циклическую погрешность оценивают по диаграмме кинематической погрешности зубчатого колеса как среднюю величину неточностей, непрерывно повторяющихся при повороте колеса. Погрешность эвольвентного профиля замеряют на специальных приборах – эвольвентомерах, позволяющих сравнивать теоретическую эвольвенту, воспроизводимую прибором, с профилем эвольвенты контролируемого колеса. Пятно контакта зубьев определяют при взаимной обкатке контролируемого колеса с эталонным. На боковые поверхности эталонного колеса наносят тонкий слой краски. Контроль осуществляется на контрольно-обкатных станках или на специальных стендах. Одно из колес притормаживают. По отпечатку краски на боковых поверхностях зубьев контролируемых колес определяют качество контактной линии. Контроль зубчатых колес на шум осуществляется на универсальных контрольно-обкатных или специальных станках. При проверке ведомое колесо притормаживают. Шум определяют на слух или с помощью звуковых приборов (фонометров, звуковых индикаторов). Чем полнее сопрягают поверхности зубьев, тем меньше шум они издают в процессе работы. 7.4.7 Виды разрушения зубьев колес При передаче вращающего момента возникают упругие деформации профилей зубьев, вызывающие на поверхности зуба контактные напряжения σH, а у основания зуба напряжения изгиба σF, которые изменяются во времени по нулевому циклу (рисунок 4.4). Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев, вызывающего выкрашивание поверхности зубьев. Зубья также разрушаются вследствие поломки, износа и заедания. Усталостное выкрашивание поверхностных слоев является наиболее распространенным видом повреждений зубьев для большинства закрытых, хорошо смазываемых и защищённых от загрязнений зубчатых колёс. На рабочей поверхности, ниже полюсной линии, появляются оспинки, которые затем превращаются в раковины (питинг) и растут по поверхности к ножке. 28 Рисунок 7.27 – Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев Для предотвращения выкрашивания зубья рассчитывают на контактную выносливость рабочих поверхностей по контактным напряжениям (σH). Поломка зубьев может вызываться большими перегрузками ударного или статического действия или усталостью материала от многократно повторяющихся нагрузок. Чаще выламывается один из углов зуба. Для предотвращения поломок зубья рассчитывают по напряжениям изгиба (σF). Рисунок 7.28 – Поломка зубьев Абразивный износ характерен для открытых и закрытых зубчатых передач, работающих в среде засорённой абразивом. Износ приводит к утонению зуба, что, в свою очередь, приводит к понижению его прочности, появлению дополнительного шума, повышению динамических нагрузок. Рисунок 7.29– Абразивный износ зубьев Заедание зубьев наблюдается у тяжело нагруженных и скоростных редукторов. Его механизм – местное молекулярное сцепление 29 контактирующих поверхностей в условиях разрушения смазочной пленки. Пленка разрушается из-за повышенного контактного давления, высоких скоростей и температур. Рисунок 7.30 – Характер разрушения зубьев при заедании 7.5 Технология изготовления зубчатого сектора Одним из элементов механической передачи, входящей в цепь привода, является зубчатый сектор. Сектор находятся в зацеплении с выходным валом, на котором закреплена плоскость руля. Конструктивно зубчатые секторы можно свести к двум основным типам: 1. Секторы, имеющие центральное отверстие, которое является одновременно конструкторской и технологической базой (см. рис.7.31 а, в). 2. Секторы, у которых базовой является внутренняя или внешняя поверхность радиуса r или боковая поверхность, перпендикулярная оси вращения (рис. 7.31 б). В цепи привода рулей применяются сектора первого типа, которые крепятся на оси руля. Для изготовления сектора в качестве материала применяются те же стали что и для зубчатых колёс 03Х11Н10М2Т-ВД. Заготовка для сектора, в зависимости от действующих нагрузок получается свободной ковкой, штамповкой или из листового материала. 30 а) б) Рисунок 7.31 - Зубчатые секторы в) Вопросы: 1. Опишите типы приводов рулевых поверхностей ракеты. 2. Дайте характеристику единого блока рулевых приводов. 3. Как выбирается степень точности зубчатой передачи? 4. Опишите обе конструкции редуктора. 5. В чем состоит отличие редуктора привода ракет? 6. Что используется в качестве датчика обратной связи? Как обеспечивается точность передачи? 7. Опишите кинематическую цепь привода. 8. К чему приводит уменьшение зазора в цепи ВВ-ИД? 9. Опишите технологический процесс изготовления элементов корпуса редуктора. 10. Опишите технологический процесс обработки зубчатых колес. 11. Перечислите основные требования к материалам для изготовления зубчатых колёс. 12. Укажите основные требования, предъявляемые к зубчатым колесам при проектировании. 13. Опишите один из способов обработки зубчатых колес. 14. Перечислите виды цилиндрических зубчатых колёс. 15. Укажите основные недостатки метода копирования и метода обкатки. 31 16. Дайте краткую характеристику зубофрезерования с червячными фрезами. 17. Какие операции относятся к отделочным операциям поверхности зубьев? 18. Укажите роль термической обработки при изготовлении зубчатых колёс 19. От чего зависит диаметр шевера? Опишите операцию шевенгования. 20. Какую операцию отделки при повышенной твердости зубьев? Дайте характеристику данной операции. 21. Перечислите методы контроля зубчатого колеса. 22. Перечислите виды разрушения зубчатых колёс и их возможные причины. 32