PL244097B1 - Przyrząd do wywoływania wstępnego napięcia zębów podczas zabiegu śrutowania kół zębatych - Google Patents

Abstract

Przyrząd do wywoływania wstępnego napięcia zębów podczas zabiegu śrutowania kół zębatych charakteryzuje się tym, że wyposażony jest w dźwignie napinające (2) połączone z belkami (3) przy pomocy sworzni (4), gdzie dźwignie napinające (2) napinane są regulatorami nacisku (5). Regulatory nacisku (5) stanowią śruby napinające lub siłowniki hydrauliczne. Przyrząd posiada segmenty (6) z wymiennymi nakładkami (7). Przyrząd służy do wywołania w krytycznych strefach zębów kół zębatych naprężeń wstępnych rozciągających podczas zabiegu śrutowania powierzchni roboczych i dna wrębów w celu osiągnięcia wyższej efektywności śrutowania jako sposobu obróbki dla zwiększenia odporności na zmęczeniowe wyłamanie zębów.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do wywoływania wstępnego napięcia zębów podczas śrutowania kół zębatych, co służy wydatnemu zwiększeniu skuteczności śrutowania jako zabiegu stosowanego dla poprawy trwałości zmęczeniowej kół zębatych.

Śrutowanie elementów maszyn, w tym kół zębatych stanowi jedną z wielu metod nagniatania, których szeroki przegląd zawierają prace: Przybylski W.: Technologia obróbki nagniataniem. WNT Warszawa: 1987, Przybylski W.: Obróbka nagniataniem - technologie i oprzyrządowania. WNT Warszawa: 1979 i Łunarski J.: Wytrzymałość zmęczeniowa części maszyn po wybranych sposobach obróbki powierzchniowej. Zesz. Nauk. Pol. Rzesz. (Z. 17) Rzeszów: 1988. W pracach tych brak rozwiązań dotyczących śrutowania elementów, w tym i kół zębatych w stanie napięcia wstępnego zębów. Również znane z opisów patentowych nr PL 139508 i PL 150864 rozwiązania dotyczą obróbki zgniotem powierzchniowym elementów przez śrutowanie jedynie w stanie swobodnym, bez wywoływania wstępnego napięcia stref śrutowanych. W tej sytuacji nie są również znane urządzenia czy przyrządy, które taki stan napięcia mogłyby realizować. Powoduje to, że możliwości jakie potencjalnie może dać obróbka śrutowaniem kół zębatych nie są wykorzystywane w pełni. Przy znanych sposobach śrutowania kół zębatych w stanie swobodnym strefy najbardziej wytężone w wyniku działania sił międzyzębnych, (a więc strefy u podstawy zębów) są najsłabiej umacniane śrutowaniem z uwagi na geometryczne ukształtowanie strefy przejścia boków zębów w dna wrębów, oraz z powodu ich zwiększonej odległości od wylotu dysz ze strumieniem drobin nagniatających śrutowaniem. Stąd też wynika ograniczone wykorzystywanie śrutowania do efektywnej poprawy odporności na złamania zębów w praktyce przemysłowej i niewielkie upowszechnienie śrutowania w produkcji i regeneracji kół zębatych.

Istotą wynalazku jest przyrząd do wywoływania wstępnego napięcia zębów podczas zabiegu śrutowania kół zębatych charakteryzujący się tym, że wyposażony jest w dźwignie napinające połączone z belkami przy pomocy sworzni, przy czym dźwignie napinające napinane są regulatorami nacisku. Regulatory nacisku stanowią śruby napinające lub siłowniki hydrauliczne. Przyrząd posiada segmenty z wymiennymi nakładkami.

W stosowaniu przyrządu według wynalazku wykorzystane jest zjawisko formowania się w trakcie śrutowania większych naprężeń ściskających w umacnianej warstwie wierzchniej elementu maszynowego, jeśli podczas zabiegu w tej warstwie wywoływane są uprzednio zewnętrzne naprężenia rozciągające w zakresie sprężystym. Jeśli po śrutowaniu zostaną zwolnione te zewnętrzne naprężenia rozciągające, to do naprężeń własnych ściskających od śrutowania dodają się dodatkowe naprężenia ściskające wywoływane sprężystym powrotem do stanu wyjściowego. Następuje wtedy znaczny wzrost efektywności śrutowania jako sposobu polepszenia własności zmęczeniowych warstwy wierzchniej elementów maszyn dzięki znacznie powiększonym naprężeniom własnym ściskającym, będących głównym celem śrutowania.

Śrutowanie kół zębatych w stanie napięcia wstępnego przy użyciu przyrządu według wynalazku umożliwia uzyskanie zdecydowanie wyższych efektów w zakresie polepszenia trwałości zmęczeniowej przekładni zębatych. Przyrząd dzięki swej konstrukcji może być w ykorzystywany dla szerokiego zakresu rozmiarów kół zębatych tak na etapie ich wytwarzania jak i w zabiegach regeneracji kół w celu przywrócenia częściowo utraconych w toku eksploatacji własności użytkowych kół zębatych silnie obciążonych przekładni. Dzięki rozwiązaniu uzyskuje się znacznie korzystniejsze własności użytkowe śrutowanych uzębień kół, zwłaszcza wydatny wzrost odporności zębów na zmęczeniowe złamanie w toku eksploatacji.

Przyrząd do wywoływania wstępnego napięcia zębów według wynalazku w przykładzie wykonania ilustruje rysunek, na którym Fig. 1 to widok od góry przyrządu zamontowanego na śrutowanym kole zębatym.

Dźwignie napinające 2 połączone są przegubowo sworzniami 4 z belkami 3 i opierają się na głowach obrabianego koła zębatego 1. W belkach 3 osadzone są śruby napinające 5 korzystnie w gwintem drobnozwojowym. Śruby napinające 5 poprzez segmenty 6 z nakładkami 7 opierają się na głowach umacnianego koła zębatego 1. Właściwe położenie dźwigni 2 względem napinanych zębów koła zębatego 1 zapewniają opaski 8 ze śrubami ustalającymi 9. Nakładki 7 korzystnie jest wykonać z metalu o małej twardości, przykładowo z miedzi lub mosiądzu w celu zabezpieczenia przed deformacjami zębów, na których się one opierają. Stosując klucz dynamometryczny śrubami napinającymi 5 wywoływane jest wstępne napinanie obrabianych śrutowaniem zębów kontrolowaną siłą zginającą zęby. Obciążenie zginające zębów koła zębatego 1 należy tak dobrać, aby naprężenia w warstwie wierzchniej u podstawy zębów koła zębatego 1 pozostawały w zakresie sprężystym. Po wywołaniu wstępnego napięcia zębów koła zębatego 1 ich powierzchnie robocze i dna wrębów obrabiane są śrutowaniem dyszami 10 przez strumień stalowych kulek umacniających. Strumienie kulek mogą być miotane wyrzutnikami mechanicznymi, unoszone sprężonym powietrzem lub w strumieniu cieczy nośnej. W celu uzyskania równomiernego stanu umocnienia śrutowaniem na całej długości zębów koła zębatego 1 dysze 10 wykonują ruch posuwowy w układzie góra-dół lub są odchylane o odpowiedni kąt w płaszczyźnie pionowej. Możliwe jest również w tym celu przesuwanie umacnianego koła zębatego 1 wraz z przyrządem po stałym trzpieniu 11. Po wykonaniu obróbki 4-ch powierzchni roboczych zębów koła zębatego 1 oraz 2-ch den wrębów obciążenie wstępne przyrządem jest zwalniane, a obrabiane koło zębate 1 obracane na trzpieniu 11 w celu obróbki kolejnych zębów koła zębatego 1. Po umocnieniu wszystkich wrębów koła zębatego 1 fragmenty głów zębów koła zębatego 1 przysłonięte końcówkami dźwigni napinających 2 w razie potrzeby mogą być poddane dodatkowo śrutowaniu w stanie swobodnym, korzystnie przy wywołaniu obrotów obrabianego koła zębatego 1 na trzpieniu 11. Po śrutowaniu następuje zwolnienie obciążenia wstępnego w wyniku czego do naprężeń własnych ściskających wywołanych śrutowaniem dodają się naprężenia ściskające pochodzące od powrotu sprężystego napiętych zębów do stanu wyjściowego.

Przyrząd według wynalazku jest szczególnie predystynowany do napinania zębów o większych modułach i kołach o mniejszej liczbie zębów z uzębionej pary kół współpracujących w przekładniach zębatych napędów silnie obciążonych maszyn roboczych. Koła o mniejszej liczbie zębów z pary uzębionej są bardziej narażone na zniszczenia zmęczeniowe, gdyż doznają większej liczby cykli zmian obciążenia (obrotów koła). Cały proces śrutowania kół należy przeprowadzać w zamkniętej komorze roboczej dla zapewnienia bezpieczeństwa obsługi i dla ułatwionego zebrania kulek umacniających w celu ich ponownego użycia w obiegu zamkniętym. Korzystnym jest użycie śrutownicy z układem do wyrzucania kulek umacniających w strumieniu cieczy chłodząco-smarującej, co pozwala uzyskać dodatkowe korzystne efekty śrutowania.

Claims (3)

1. Przyrząd do wywoływania wstępnego napięcia zębów podczas zabiegu śrutowania kół zębatych, znamienny tym, że wyposażony jest w dźwignie napinające (2) połączone z belkami (3) przy pomocy sworzni (4), przy czym dźwignie napinające (2) napinane są regulatorami nacisku (5).

2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że regulatory nacisku (5) stanowią śruby napinające lub siłowniki hydrauliczne.

3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada segmenty (6) z wymiennymi nakładkami (7).