SU1507811A1 - Способ упрочнени зубчатой пары - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к термической обработке стали концентрированными источниками энергии и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шестерен и зубчатых колес дл  тракторов. Цель изобретени  - увеличение срока службы колес путем повышени  сопротивлени  контактной усталости их материала. Одновременно с лазерным излучением воздействуют ультразвуковым полем частоты, резонансной с частотой собственных колебаний зуба, лазерное и ультразвуковое излучени  фокусируют на рабочую поверхность зуба в виде пр моугольных полос длиной не менее ширины обрабатываемого зуба, ведомое колесо упрочн ют всплошную, а ведущее колесо упрочн ют пр моугольными полосами с наклоном от вершины зуба на угол α, который поддерживают больше угла трени  зубчатой пары и выбирают из условий 4°*98A≤10°. KPOME ТОгО, цЕНТР пЕРВОй CO СТОРОНы ВЕРшиНы зубА СфОКуСиРОВАННОй пР МОугОльНОй пОлОСы РАСпОлАгАюТ B пРЕдЕлАХ уСлОВи  0,1*98B/H≤0,33, где H - высота зуба

B - рассто ние от вершины зуба до геометрического центра сфокусированной пр моугольной полосы. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к термической обработке стали концентрированными источниками энергий и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шестерен и зубчатых колес дл  тракторов.

Цель изобретени  - увеличение срока службы колес путем повышени  сопротивлени  контактной усталости их материала.

На фиг. 1 дана схема упрочнени } на фиг. 2 - расположение полос упрочнени  на рабочей поверхности Зуба.

Оптическа  система 5)окусировани  лазерного излучени  1 содержит опорно цилиндрическое светоотражающее |3еркало 2, за ним по ходу отражающих потоков установленные калибрующие зеркала 3 и . По ходу потока 5 сфокусированного лазерного излучени , направленного на ведущее колесо 6, установлен закрывающий клапан 7, управл емый электромагнитным устройством 8 посто нного тока. Поток 9 сфокусированного лазерного излучени  направлен на ведомое колесо 10. Сисд

о.

00

стема создани  интенсивного ультразвукового пол  содержит пьезовибро- возбудитель 11, цилиндрическую акустическую линзу 12 дл  фокусировани  ультразвукового излучени  13 на рабочие поверхности зубьев колес 6 и 10.

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что в известном способе, вклю- чающем воздействие лазерным излучением на зубчатые колеса согласно изобретению , одновременно с лазерным излучением воздействуют ультразвуковым полем частоты, резонансной с частотой собственных колебаний зуба, лазерное и ультразвуковое излучени  фокусируют на рабочую поверхность зуба в виде пр моугольных полос длиной не менее ширины обрабатываемого зуба, ведомое колесо упрочн ют всплош ную, а ведущее колесо упрочн ют пр моугольными полосами с наклоном от вершины зуба на угол оЛ , который поддерживают больше угла трени  зубчатой пары и выбирают из услови  , центр первой со стороны вершины зуба сфокусированной пр моугольной полосы располагают в пределах услови 

,33, где h - высота зуба;

Ъ - рассто ние от вершины зуба до геометрического центра сфокусированной пр моугольной полосы, .

Одноаременное воздействие ультразвукового пол  с лазерным излучением на рабочую поверхность зуба и совмещение частоты ультразвука с частотой собственных колебаний зуба устран ют остаточные механические термонапр жени  сжатий и раст жени ,, образовавшиес  при.локальном воздействии лазерного излучени  на рабочую поверхность зуба, позвол ют избежать возникновени  микротреии1Н и выкрашивани  упрочненных зон. Происход щий искусственно созданный релаксационный процесс за счет резонансного возбуждени  зуба в упрочненных местах не требует допол нительного технологического процесса бтжига зубьев после лазерного воздействи . Упрочнение зуба ведущего колеса пр тугольными косыми полосами, угол oi наклона которых поддерживают больше угла трени  зубчатой пары и выбирают из услови  Ц° -«:б10°, и упрочнение зуба ведомого колеса всплошную позвол ют достичь максимальной износостойкоати зубчатых пар (по мно

0

Q 5 5

0

5

0

5

0

5

гочисленным лабораторным и производственным испытани м), Максимальна  износостойкость обеспечиваетс  тем, что. в эксплуатации промем утки между косыми .упрочненными полосами улучшают услови  смазки за счет увеличенной фактической площади масл ного трущегос  контакта при нагрузке. Расположение геометрического центра фокуса лазерного и ультразвукового излучений в центре боковой рабочей поверхности

зуба в пределах услови  0,1 : г

0,33 необходимо выдерживать дл  рационального упрочнени  зубьев от вершины к основанию, так как рабочие поверхности зуба при его вершине значительно быстрее изнашиваютс , чем при основании. Таким образом, наибольша  глубина упрочненного сло  требуетс  именно здесь. Соотношение b/h зависит от модул  зуба, т.е. с увеличением высоты зуба соотношение b/h увеличиваетс .

Пример, Упрочн ют зубчатую пару коробки передач дл  трактора Т-150К, Процесс упрочнени  осуществл ют путем вращени  в отдельности ведущего и ведомого колес с разными угловыми скорост ми в одну сторону, з атем в другую. Упрочн ют с помощью однокиловатного СО лазера с линейной скоростью вращени  колес Т - 1,2 м/мин. Лазерное излучение с помощью калибрующих цилиндрических от- ражакхцих зеркал формируют в полосы пр моугольной формы длиной больше ширины обрабатываемого зуба и шйри- .ной 2-2,5 мм. Одновременно воздействуют сфокусированным ультразвуковым излучением интенсивностью 50-90 Вт/см, возбужденным пьезовибровозбудителем. Возбуждаемое от пьезовибровозбудите- л  ультразвуковое поле фокусируетс  при помощи цилиндрической акустической линзы. Сфокусированные лазерное и ультразвуковое излучени  в виде пр моугольных полос направл ют на концевые части зубьев. Ведомое колесо упрочн ют всплошную. На ведущее колесо сфокусированные излучени  в виде пр моугольных полос напрэв  ют косо, т.е. под угломск1 6 к вершине зуба. Угол d выбирают большим угла трени  зубчатой пары и из услови , что Ц в зависимости от марки стали

5

5-150781

и условий смазки. Диапазон угла об i установлен многочисленными лабораторными и производственными опытами и, по-видимому, это может быть объ снено возникновением дополнитель ных динамических сил в осевом направлении зубчатых пар. Кроме того, геометрический центр первой сфокусированной пр моугольной полосы ИЗЛУ- д чени  располагают в середине зуба и на рассто нии,,2 мм от вершины зуба, т.е. поддерживают условие 0,1 0,33. Когда b/h- 0,1, упрочнению подвергаетс  верхн   не- J5 рабоча  кромка зуба. Когда ,33 перва  полоса упрочнени  спускаетс  по эвольвенте зуба, в результате остаетс  неупрочненной рабоча  часть зуба. Между упрочненными параллель- 20 ными полосами оставл ют неупрочненные промежутки шириной 1-2 мм и это осуществл ют с помощью прерывател  лазерного излучени  в виде клапана, управл емого электромагнитным уст- 25 ройством посто нного тока и установленного по направлению лазерных лучей . Глубина упрочнени  рабочих .поверхностей зубчатых колес составл ет 0,5-0,9 мм, твердость по Рокве лу jg HRCa62-70 дл  сталей S, У8А-У10А. Наибольша  глубина упрочнени  наблюдаетс  у вершины зубьев из-за наибольшей удельной энергии лазерного и ультразвукового излучени  на одну и ту же площадь поверхности.

35

Предлагаемый способ упрочнени  зубчатых пар может быть реализован с помощью однокиловатного СО лазера и пьезовибровозбудител . Наиболее удобно и рационально упрочн ть рдно5

0781

д J5 20 25 jg

16

временно оба зубчатых колеса, т.е.

зубчатую пару.

По сравнению с прототипом предлагаемым способом упрочненные зубчатые пары служат в раз дольше из-за снижени  или полного сн ти , релаксационных факторов, т.е. напр жений сжати  и раст жени , как следствие, исключение микротрещин и выкрашивани  рабочих поверхностей зубьев.

д J5 20 5 g

5

.„

Ф о р мула изобретени 

Способ упрочнени  зубчатой пары, преимущественно состо щей иЗ ведомого и ведущего колес, включающий нагрев под закалку рабочей поверхности зубьев колес лазерным излучением, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  срока службы колес путем повышени  сопротивлени  контактной усталости их материала, одновременно с лазерным излучением на рабочую поверхность воздействуют сфокусированном ультразвуком на частоте колебаний, резонансной частоте коле-: баний зуба, причем ведомое колесо упрочн ют равномерно по всей рабочей поверхности зубьев, а ведущее колесо упрочн ют пр моугольными полосами длиной не менее ширины зуба и имеющими угол наклона от вершины зуба 4-10°,.при этом центр ближайшей со стороны вершины зуба пр моугольной полосы располагают на рассто нии, выбираемом из услови 

0,1 b/h и 0,33, где b - рассто ние от вершины зуба

до центра ближайшей полос.ы/ h - высота зуба.

. //

b,

a

Фиг.2

Claims (1)

1. Ф о р мула изобретения 15

   Способ упрочнения зубчатой пары, преимущественно состоящей ий ведомого и ведущего колес, включающий нагрев под закалку рабочей поверхности 2Q зубьев колес лазерным излучением, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы колес

   - путем повышения сопротивления контактной усталости их материала, одно25 временно с лазерным излучением на рабочую поверхность воздействуют сфоку· сированным ультразвуком на частоте колебаний, резонансной частоте коле-: баний зуба, причем ведомое колесо упрочняют равномерно по всей рабочей поверхности зубьев, а ведущее колесо упрочняют прямоугольными полосами длиной не менее ширины зуба и имеющими угол наклона от вершины зуба

   4-10°,. при этом центр ближайшей со

   35 стороны вершины зуба прямоугольной полосы располагают на расстоянии, выбираемом из условия

   0,1 b/h έ 0,33, др где Ъ - расстояние от вершины зуба до центра ближайшей полосы/ h - высота зуба.