Изучение вопросов магнито-абразивного полирования сложнопрофильных поверхностей (Исследовательский раздел дипломного проекта)

3 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ

Изучение вопросов магнито-абразивного полирования сложнопрофильных поверхностей

3.1 Общие сведения

Типичным примером сложнопрофильных поверхностей являются винтовые поверхности (червячные и винтовые передачи).

Червячные передачи применяются для редуцирования чисел оборотов в тех случаях, когда оси ведущего и ведомого колеса скрещиваются. Основными элементами червячной передачи являются червяк (как правило, стальной) и червячное колесо (чаще всего бронзовое).

В настоящее время червячные редукторы, несмотря на такие недостатки, как относительно низкий КПД, необходимость использования дорогостоящих антифрикционных материалов, широко применяются во всевозможных приводах из-за их компактности, плавности работы, малого шума, больших передаточных отношений и возможности самоторможения.

Винтовые передачи применяются в механизмах, где необходимо преобразовать вращательное движение  в поступательное, а также получить значительный выигрыш в силе и обеспечить надежное самоторможение.

Достоинства винтовой передачи:

1.  высокая нагрузочная способность и жесткость;

2.  высокая долговечность;

3.  высокая надежность;

4.  большое передаточное отношение;

5.  надежное самоторможение (в передачах с трением скольжения).

Недостатки винтовой передачи:

1.  необходимость применения дорогостоящих антифрикционных материалов;

2.  невысокое значение КПД (для передач с трением скольжения);

3.  повышенное изнашивание (для передач с трением скольжения).

Однако при их изготовлении возникают определенные трудности, особенно при изготовлении точных червячных и винтовых передач. Сложная фасонная поверхность червяка и винта сильно затрудняет их изготовление, и во многих случаях требует использования сложного фасонного инструмента и точного оборудования. Дополнительные трудности возникают при изготовлении длинномерных ходовых винтов из-за их малой жесткости.

Для снижения износа червячных и винтовых передач и обеспечения их долговечной работы необходимо обеспечить низкую шероховатость рабочих поверхностей трущихся деталей. Кроме того, в точных винтовых передачах шероховатость может привести к дополнительной погрешности шага винта, поэтому шероховатость точных ходовых винтов не должна превышать Ra 0,32 мкм, шероховатость же остальных винтовых поверхностей должна составлять Ra 0,32..0,63 мкм согласно литературе [22]. Также при изготовлении червяков и винтов необходимо обеспечить отсутствие заусенцев, так как они приводят к повышенному износу пары трения и передача очень быстро теряет свои точностные параметры и выходит из строя. Высокая чистота поверхности необходима и для обеспечения пятна контакта 60-65% при обкатке пары под нагрузкой согласно литературе[15].

Точность винта определяет кинематическую точность винтовой пары и оказывает существенное влияние на ее долговечность, нагрузочную способность, осевую жесткость, износостойкость и КПД . Поэтому  достижения всех требуемых параметров передачи в техпроцесс изготовления червяков и винтов включают операции шлифования и полирования. Однако эти операции требуют применения специальных резьбошлифовальных станков, дорогостоящих фасонных шлифовальных кругов, а также периодической правки шлифовальных кругов алмазным инструментом, что значительно увеличивает время обработки и повышает технологическую себестоимость выполнения операции.

В данном разделе рассмотрен новый способ финишной обработки сложнопрофильной поверхности в магнитном поле ферромагнитным абразивным порошком, обеспечивающий низкую шероховатость поверхности и не требующий специальных абразивных инструментов и дорогостоящего технологического оборудования.

3.2 Виды и причины повреждений витков винтовых поверхностей и рабочих поверхностей деталей, работающих в паре с ними

Причинами выхода из строя червячной пары может быть:

·  Поломка зубьев червячного колеса или поломка витков червяка.

·  Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев червячного колеса, появление раковин и трещин на витках цементованных, а также закаленных червяков.

·  Износ зубьев червячного колеса.

Поломка зубьев или витков червяка может произойти при образовании и дальнейшем росте усталостной трещины, возникшей при работе с нагрузками (см. рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Червяк с поломанными витками

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев (см. рисунок 3.2) наблюдается при контактных напряжениях, превышающих предел контактной выносливости металла для данного числа циклов напряжений. На предел контактной выносливости влияет наличие смазки, режим работы передачи, а также шероховатости рабочих поверхностей в направлении скольжения (по теории А.И.Петрушевича и Ю.А.Мишарина согласно литературе[15]). Причиной появления поверхностных трещин на поверхностях витков червяков и винтов могут быть:

·  Локализованный контакт (малое пятно контакта).

·  Местные вспышки температуры из-за недостаточной смазки.

·  Из-за технологических дефектов, таких как малая прочность закаленного слоя, «прижоги» при шлифовании.

Износ зубьев червячного колеса и витков гайки происходит из-за недостаточной чистоты масла или недостаточной чистоты поверхности витков значительно более твердого червяка или винта. Следует отметить, что изнашиваются, хотя и в меньшей степени, также витки червяка (винта) (см. рисунок 3.3)

Рисунок 3.2 – Зубья червячного колеса со следами выкрашивания