RU2694942C1

RU2694942C1 - Method of running-in of gear wheels of bevel internal gearing

Info

Publication number: RU2694942C1
Application number: RU2018140100A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Сергеевич Симатов; Александр Владимирович Кудрявцев; Борис Павлович Тимофеев; Николай Григорьевич Яковенко; Александр Дмитриевич Ширшов; Анатолий Васильевич Леканов
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2019-07-18

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to surface plastic deformation, particularly, to cold treatment of gear wheel rim surfaces. Method consists in that gears forming conical gear of internal engagement are installed in housing with running-in material so that initial value of angle between axes of gear wheels is set more than design by value of (5…9)' to achieve, after running-in design values of angles between axes of running-in gear wheels, torque and axial force are applied thereto, and wheels are running in to achieve values of axial force and angle between axes of gear wheels of preset design values. At the same time flywheels are installed on input and output shafts to reduce effect of random changes of angular velocity on kinematic accuracy of engagement.EFFECT: result is improved mechanical properties of run-in surfaces in combination with low kinematic error of run-in pairs of engagement.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области поверхностного пластического деформирования, а именно к выглаживанию и упрочнению наклепом поверхности венцов зубчатых колес.The invention relates to the field of surface plastic deformation, namely the smoothing and hardening of the work hardening surface of the gear rims.

По патенту RU 2657971 С1 известен способ изготовления металлического изделия из порошкового материала методом послойного лазерного синтеза с применением деформационной обработки. В известном способе проплавленный слой порошка подвергают знакопеременной деформации с сохранением формы и размеров путем обжатия его инструментом с использованием направляющей матрицы в два этапа, причем на первом этапе обеспечивают локальное выдавливание материала проплавленного слоя из зоны под инструментом с его выпучиванием в зоне, окружающей инструмент, при ограничении направляющей матрицей, а на втором этапе выдавленный металл из зоны, окружающей инструмент, перемещают в его исходное положение.According to patent RU 2657971 C1, a method of manufacturing a metal product from a powder material by a layer-by-layer laser synthesis method using deformation processing is known. In the known method, the melted layer of the powder is subjected to alternating deformation while preserving its shape and size by compressing it with a tool using a guide matrix in two stages, and in the first stage providing local extrusion of the material of the melted layer from the area under the tool with its bulging restricting the guide matrix, and in the second stage, the extruded metal from the zone surrounding the tool is moved to its original position.

Недостаток известного способа в том, что для деталей, имеющих малые линейные размеры и сложную, резко изменяющуюся геометрию, таких как мелкомодульные зубчатые колеса, он имеет низкую производительность по причине необходимости изготовления и использования большого множества индивидуальных сверхмалых деформирующих инструментов и матриц.The disadvantage of this method is that for parts with small linear dimensions and complex, dramatically changing geometry, such as fine-grained gears, it has low productivity due to the need to manufacture and use a large variety of individual ultra-small deforming tools and matrices.

По авторскому свидетельству SU 1038121 А известен способ приработки конических зубчатых колес, включающий установку рабочего бокового зазора и взаимное обкатывание колес, выборку бокового зазора на концах рабочего участка линии зацепления перед обкатыванием относительным перемещением колес вдоль полюсной линии с целью уменьшения момента сопротивления и уменьшения неравномерности вращения колес пары.According to the author's certificate SU 1038121 A, there is a known way to burn in bevel gears, including the installation of a working side clearance and reciprocal running of the wheels, sampling of the side clearance at the ends of the working section of the engagement line before running around relative movement of the wheels along the pole line to reduce the moment of resistance and reduce the unevenness of rotation of the wheels couples.

Недостаток известного способа состоит в том, что для мелкомодульных колес, а также колес, изготовленных 3D-печатью и имеющих облегченную внутреннюю структуру (например, решетчатую), то есть для колес с малой инерционностью, будут иметь значительное влияние случайные изменения угловой скорости, приводящие к снижению кинематической точности прирабатываемых пар зацепления.The disadvantage of this method is that for fine-grained wheels, as well as wheels made by 3D printing and having a lightweight internal structure (for example, lattice), that is, for wheels with low inertia, random changes in angular velocity will lead to reduction in kinematic accuracy of running-in meshing pairs.

По авторскому свидетельству SU 1090512 А известен способ приработки конических зубчатых колес, принятый в качестве ближайшего аналога, предусматривающий введение абразива между прирабатываемыми поверхностями, включающий установку рабочего бокового зазора, обкатку и определение оптимального положения колес по критерию наименьших потерь момента сопротивления при относительном их перемещении вдоль общей образующей начальных конусов. Выборка образующегося при приработке бокового зазора в известном способе может производиться при временной остановке вращения.According to the author's certificate SU 1090512 A, there is a known way to burn in bevel gears, adopted as the closest analogue, which involves the introduction of an abrasive between running-in surfaces, including installing a working side clearance, running in and determining the optimal position of the wheels according to the criterion of the smallest loss of resistance moment when they move relative to the total forming initial cones. Sampling formed during the break-in side clearance in a known method can be made with a temporary stop of rotation.

Недостаток известного способа состоит в том, что для мелкомодульных колес, а также колес, изготовленных 3D-печатью и имеющих облегченную внутреннюю структуру (например, решетчатую), то есть для колес с малой инерционностью, будут иметь значительное влияние случайные изменения угловой скорости, приводящие к неоднородности получаемых механических свойств прирабатываемых поверхностей и снижению кинематической точности прирабатываемых пар зацепления.The disadvantage of this method is that for fine-grained wheels, as well as wheels made by 3D printing and having a lightweight internal structure (for example, lattice), that is, for wheels with low inertia, random changes in angular velocity will lead to non-uniformity of the obtained mechanical properties of running-in surfaces and a decrease in the kinematic accuracy of running-in pairs of meshes

Цель изобретения - улучшение механических свойств прирабатываемых поверхностей в сочетании с низкой кинематической погрешностью прирабатываемых пар зацепления.The purpose of the invention is to improve the mechanical properties of the running-in surfaces in combination with a low kinematic error of the running-in pairs of gearing.

Для достижения указанной цели зубчатые колеса, образующие коническую передачу внутреннего зацепления, устанавливают в корпус с приработочным материалом так, что начальное значение угла между осями зубчатых колес устанавливается больше расчетного на величину (5…9)', прикладывают к ним крутящий момент и осевое усилие и прирабатывают колеса до достижения значений осевого усилия и угла между осями зубчатых колес заданных расчетных значений. При этом на входной и выходной валы устанавливаются маховики.To achieve this goal, the gears forming the conical gear of the internal gearing are installed in the housing with the running-in material so that the initial angle between the axes of the gears is set larger than the calculated value (5 ... 9) ', torque and axial force are applied to them burn in wheels until axial force values and angle between gear wheels axles are given specified values. At the same time, flywheels are installed on the input and output shafts.

Техническим результатом является улучшение механических свойств прирабатываемых поверхностей в сочетании с низкой кинематической погрешностью прирабатываемых пар зацепления.The technical result is the improvement of the mechanical properties of the running-in surfaces in combination with the low kinematic error of the running-in pairs of gearing.

Фиг. 1 иллюстрирует разрез двухступенчатого редуктора на основе планетарной конической зубчатой передачи с прецессирующим сателлитом.FIG. 1 illustrates a section of a two-stage gearbox based on a planetary bevel gear with a precessing satellite.

Фиг. 2 иллюстрирует вид входного вала двухступенчатого редуктора на основе планетарной конической зубчатой передачи с прецессирующим сателлитом.FIG. 2 illustrates a view of the input shaft of a two-stage gearbox based on a planetary bevel gear with a precessing satellite.

В качестве примера использования предлагаемого способа рассматривается приработка зубчатых колес двухступенчатой конической передачи с прецессирующим сателлитом. Пример предлагаемого способа реализуется следующим образом.As an example of the use of the proposed method is considered the burn-in gears of a two-stage bevel gear with a precessing satellite. An example of the proposed method is implemented as follows.

На стенде для приработки (см. фиг. 1) солнечное колесо (1) неподвижно, крутящий момент с электродвигателя передается на вал (4), осевое усилие, необходимое для приработки венцов, прикладывается к солнечному колесу (3). На входном валу (4) и выходном валу, выполненным заодно с солнечным колесом (3), установлены предварительно сбалансированные маховики (5) и (6) для увеличения инерционности этих элементов и, как следствие, уменьшения влияния случайных изменений угловой скорости. Начальный угол прецессии, физически представленный углом наклона кривошипа к оси θ (см. фиг. 2), делается больше расчетного на величину δθ≈(5…9)' для достижения после приработки расчетных значений углов между осями прирабатываемых зубчатых колес. Перед началом процесса приработки при ненагруженном состоянии механизма зацепление в парах зубчатых колес происходит частями зубьев, наиболее удаленными от осей колес.On the stand for running-in (see Fig. 1) the sun wheel (1) is stationary, the torque is transmitted from the electric motor to the shaft (4), the axial force required for the running-in crowns is applied to the sun wheel (3). Pre-balanced flywheels (5) and (6) are installed on the input shaft (4) and the output shaft, integral with the sun wheel (3), to increase the inertia of these elements and, as a result, reduce the effect of random changes in angular velocity. The initial precession angle, physically represented by the crank angle to the axis θ (see Fig. 2), is made larger than the calculated δθ≈ (5 ... 9) 'in order to achieve, after running-in, the calculated angles between the axes of running gears. Before the start of the running-in process, when the mechanism is unloaded, the gearing in pairs of gear wheels occurs by the parts of the teeth furthest from the wheel axles.

В процессе приработки (см. фиг. 1) солнечное колесо (1) неподвижно, крутящий момент и вращение с электродвигателя передается на вал (4), осевое усилие, необходимое для приработки венцов, приложено к солнечному колесу (3). На входном валу (4) и выходном валу, выполненным заодно с солнечным колесом (3), предварительно сбалансированные маховики (5) и (6) за счет большого момента инерции значительно уменьшают величины случайных отклонений угловых скоростей вращающихся элементов. Благодаря этому повышается кинематическая точность зацеплений пар прирабатываемых колес. Начальный угол прецессии, физически представленный углом наклона кривошипа к оси θ (см. фиг. 2), выполнен больше расчетного на величину δθ≈(5…9)' для достижения после приработки расчетных значений углов между осями прирабатываемых зубчатых колес. В начале процесса приработки зацепление в парах зубчатых колес происходит частями зубьев, наиболее удаленными от осей колес. В процессе приработки посредством осевого усилия, оказываемого на колесо (3), сокращается расстояние между солнечными колесами (1) и (3). Из-за сокращения расстояния между солнечными колесами у входного вала как у наиболее упругого элемента конструкции изменяется геометрия: угол наклона кривошипа к оси уменьшается, следовательно, значение угла между осями прирабатываемых колес приближается к расчетному. Так как значение угла между осями прирабатываемых колес приближается к расчетному, радиальная протяженность пятна контакта зубьев увеличивается. За счет осевого смещения колеса (3) и приближения значения угла между осями прирабатываемых колес к расчетному боковые зазоры в зацеплениях выбираются. За счет обкатывания пар зубчатых колес, приложенного осевого усилия и приложенного крутящего момента происходит выглаживание поверхностей зубчатых венцов и упрочнение поверхностных слоев зубчатых венцов. Приработку производят до достижения заданного значения осевого усилия и расчетного значения угла между осями прирабатываемых колес, причем значение угла между осями прирабатываемых колес контролируется косвенно посредством измерения величины осевого смещения колеса (3). Достижение заданного значения осевого усилия позволяет проконтролировать характеристики механических свойств прирабатываемых поверхностей, а достижение расчетного значения угла между осями прирабатываемых колес позволяет получить в конце процесса приработки максимальную для данной пары зацепления радиальную протяженность пятна контакта зубьев.In the process of running-in (see Fig. 1) the sun wheel (1) is stationary, the torque and rotation from the electric motor is transmitted to the shaft (4), the axial force required for the running-in crowns is applied to the sun wheel (3). On the input shaft (4) and the output shaft, made integral with the sun wheel (3), pre-balanced flywheels (5) and (6) due to the large moment of inertia significantly reduce the magnitude of random deviations of the angular velocities of rotating elements. This increases the kinematic accuracy of the pairs of running-in wheels. The initial precession angle, physically represented by the crank angle to the axis θ (see Fig. 2), is more than calculated by the value δθ≈ (5 ... 9) 'to achieve after running-in the calculated values of the angles between the axes of running gears. At the beginning of the running-in process, the gearing in pairs of gears occurs by the parts of the teeth furthest from the axles of the wheels. During the running-in process, the axle force exerted on the wheel (3) reduces the distance between the sun wheels (1) and (3). Due to the reduction of the distance between the sun wheels at the input shaft, the geometry of the most elastic structural element changes: the angle of inclination of the crank to the axis decreases, therefore, the angle between the axes of the running-in wheels approaches the calculated one. As the angle between the axes of running wheels approaches the calculated one, the radial length of the contact spot of the teeth increases. Due to the axial displacement of the wheel (3) and the approximation of the angle between the axes of running-in wheels to the calculated side gaps in the gears are selected. Due to the rolling of pairs of gears, the applied axial force and the applied torque, the surfaces of the gear rims are smoothed and the surface layers of the gear rims are hardened. Break-in is carried out until a predetermined value of the axial force and the calculated value of the angle between the axles of the running-in wheels are achieved, and the angle between the axes of the running-in wheels is controlled indirectly by measuring the axial displacement of the wheel (3). Achieving the specified value of the axial force allows you to control the characteristics of the mechanical properties of the running-in surfaces, and the achievement of the calculated angle between the axes of the running-in wheels allows you to get the maximum radial length of the contact patch for the pair of teeth.

Claims

The method of running-in of gear wheels of a conic gear of internal gearing, including installation of gear wheels forming a bevel gear of internal gearing, in a housing with break-in material, applying torque and axial force to them and grinding the wheel to achieve axial force values and an angle between gear axes of specified gears values, characterized in that the initial value of the angle between the axes of the gear wheels is set greater than the calculated value of (5 ... 9) ', and at the input and output shaft set flywheels, reducing the influence of the angular velocity changes in the kinematic engagement accuracy.