Для колеса:

[pic] = 2 * 200 + 70 = 470 МПа

КHL = 1- коэффициент долговечности

[Sн] = 1,10 – коэф. безопасности

Для шестерни [pic]

Для колеса [pic]

Расчётное допустимое контактное напряжение

[Сн] = 0,45 (481,8 + 427,3) = 409 МПа

Исходя из компоновки редуктора принимаем межосевое расстояние dw = 200

мм из стандартного ряда чисел.

Нормальный модуль зацепления принимаем mn = 0,01 * dw = 0,01* 200 = 2

мм

Число зубьев шестерни и соответственно колеса будут:

[pic]

Уточним модуль

[pic]

Основные размеры шестерни и колеса:

Делительные диаметры:

d1 = d2 = mn * Z1,2 = 2 * 100 = 200 мм

Диаметр вершин зубьев:

dа1 = dа2 = d1 + 2mn = 100 + 2 * 2 = 104 мм

Ширина колеса:

в2 = ? ва * dw = 0,4 * 200 = 80 мм

Ширина шестерни:

в1 = в2 + 5 мм = 85 мм

Коэффициент ширины шестерни по диаметру:

? вd = в1 / d1 = 85 / 80 = 1,06

Окружная скорость колёс и степень точности передачи

[pic]

где [pic]

При такой скорости колёс следует принять 8- ю степень точности ГОСТ

1643-81.

Коэффициент нагрузки:

Кн = Кн? * Kн? * Kнv

Кн? = 1,10 при НВ < 350 [табл. 3.5 [1]]

Kн? = 1,16; Kнv = 1

Кн = 1,10 * 1,16 * 1 = 1,276

Проверка контактных напряжений

[pic]

Аналогично производиться расчёт второй цилиндрической зубчатой

передачи приспособления для лазерного борирования.

Разработанная нами схема приспособления обеспечивает необходимую

частоту вращения обрабатываемой детали, а так же перемещение луча по всей

обрабатываемой поверхности.

Применение шагового двигателя в приспособлении позволяет значительно

упростить его кинематическую схему.

Универсальность шагового двигателя состоит в том, что при работе его с

дискретным разомкнутым приводом, возможно, регулировать скорость методом

частичного регулирования скорости до нуля.

[pic]

Рис. 2.2. Схема приспособления для лазерного борирования

1. Зеркало

2. Линза

3. Кулачёк

4. Ползун

5. Плита

6. Стойка

7. Пружина

8. Редуктор

[pic]

Рис. 2.3. Схема разомкнутого привода с силовым ШД

ГИ – генератор импульсов;

РИ – распределитель импульсов;

УМ – усилитель мощности;

ПН – преобразователь напряжения;

ТС – отрицательная связь по току;

ШД - шаговый двигатель.

На рис 1.8. показана схема разомкнутого привода с силовым шаговым

двигателем. Она состоит из задающего генератора импульсов, распределителя

импульсов, преобразующего однополярные напряжения в трёх фазные системы,

усилителей мощности, питающихся от широтно – импульсного преобразователя

напряжения питания ПН с жёсткой отрицательной связью по току ТС.

Такие системы с разомкнутым шаговым приводом имеют самую простую

структуру и в настоящие время получили наибольшее распространение. Они

используются для управления металлорежущими станками, газорезательными и

сварочными автоматами, координатографами, лентопротяжными и регистрирующими

устройствами, дистанционными передачами и т.п. В этих системах дискретный

входной сигнал поступает на шаговый привод и отрабатывается двигателем в

виде углового перемещения.

Перейдём к рассмотрению лазерной установки «Кардамон», предназначенной

для поверхностного упрочнения и наплавки металлов и сплавов. Максимальное

значение плотности мощности, достигаемой при фокусировке излучения такого

лазера составляет 104 – 105 Вт/см2.

Установка «Кардамон» (Рис. 1.9.) состоит из четырёх газоразрядных труб

длинной 6,5 м, которые размещены в жёсткой стальной трубе диаметром 53 см,

оптически соединяются шестью полностью отражающими зеркалами. Зеркала

крепиться в специальных водоохлаждаемых гнёздах. Радиусы кривизны этих

зеркал 24 метра. В центральной части труб размещены безразрядные

промежутки. Установка работает на смеси газов (углекислого, азота и геля) с

медленной прокачкой газовой смеси. Мощность непрерывного излучения 800 Вт.

Внешней оптической системой лазера излучение фокусируется в пятно

диаметром от 2 до 4 мм. Высокая локальная плотность энергии потока

позволяет производить следующие термические операции на поверхности детали:

1) Закалка поверхностного слоя новых деталей на глубину до 0,5 мм.

Режим закалки обеспечивается движением детали со скоростью 5-10 мм/с.

[pic]

Рис. 2.4. Принципиальная схема установки «Кардамон»

1 – рабочая камера; 2- зеркало; 3- линза; 4 – деталь; 5- газовая

система; 6 – пульт управления; 7 - генератор напряжения; 8 – насосная

система; 9 – приспособление; 10 – плита.

Устройство подачи детали под луч обеспечивает вращательное и

поступательное движение в широком диапазоне скоростей.

2) Легирование поверхности детали бором. Режим легирования

обеспечивается при скоростях 5-10 мм/с. Применяется для новых деталей.

3) Оплавление предварительно нанесённого на изменённую деталь

порошкового слоя толщиной до 0,5 мм. Режим оплавления обеспечивается при

скоростях 4-5 мм/с.

2.4. Технология упрочнения

Для разработки осуществления технологического процесса лазерного

борирования необходимо решить следующий комплекс взаимосвязанных задач:

1) Выявить основные и вспомогательные режимы обработки;

2) Выявить взаимосвязь параметров с элементами упрочненной поверхности

материалов;

3) Разработать оптимальную схему обработки поверхности;

4) Выбрать оснастку;

5) Разработать схему базирования детали под лучом;

6) Выбрать обмазочные материалы, увеличивающие поглощение лазерного

излучения, и средства их нанесения;

7) Обеспечить максимальную производительность процесса путем его

механизации и автоматизации.

Технология непрерывного лазерного борирования имеет ряд преимуществ по

сравнению с импульсной лазерной обработкой. Во-первых, нет ограничения по

длительности лазерного воздействия. Это позволяет увеличить

производительность и геометрические размеры упрочненных зон, а также в

более широком интервале изменять структуру и свойства зоны обработки, так

как возможно осуществление процесса, как с плавлением, так и без плавления

поверхности. Во-вторых, по длине упроченных полос нет зон многократного

нагрева, и, следовательно, имеется возможность увеличения равномерности

свойств по поверхности.

В случае применения непрерывного лазерного воздействия необходимо

принимать меры к увеличению поглощения излучения.

К основным параметрам непрерывной лазерной обработки относятся:

- мощность излучения (Вт);

- диаметр пятна нагрева (мм);

- скорость перемещения луча по детали (мм/с).

Высокая эффективность лазерной обработки достигается в случае

применения специальных поглощающих покрытий, наносимых на поверхность

детали в месте ее обработки.

Данная деталь обрабатывается непрерывно, то есть луч скользит по

поверхности постоянно с определенным диаметром пятна. Это обеспечивается

тем, что линза находится относительно детали всегда на одном расстоянии,

т.к. фокус не меняется.

Заканчивают процесс лазерной обработки восстановлением. Восстановление

включает в себя промывку деталей от грязи и масла; механическую обработку

изношенной поверхности при помощи шлифовальных машин; напыление порошкового

материала; установку детали в приспособление; установку режимов работы и

скоростных режимов.

3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Лазерная обработка на CO2 - лазере

В качестве способа упрочнения, учитывая вышеизложенный материал и

анализируя его предлагается лазерное легирование (борирование) с

применением СО2 – лазера.

При лазерном борировании нормализованной стали марки 40Х непрерывным

излучением СО2 – лазера в зоне оплавления образуется мелкодисперсный

реечный мартенсит с микротвёрдостью 7000 – 8500 МПа.

Зона закалки без оплавления состоит из верхней области, с однородной

структурой. В верхней области формируется мартенсит с микротвёрдостью, как

в зоне оплавления. В нижней области по глубине не увеличивается

неоднородность вследствие и последовательности:

- мартенсит – тростит;

- мартенсит и тростичня сетка;

- тростично – ферритная сетка;

- феррит.

При лазерном борировании используем СО2 – лазер с обрабатывающеё

головкой (линзой). Поверхностная обработка осуществляется расфокусированным

пучком – двойной переход с перекрывающимися краями. Обработку ведём с

помощью сконструированного нами приспособления методом копирования.

3.2. Испытание материала на износ

Испытание материала – сталь 40Х (ГОСТ 1050-88) проводим на машине СМЦ

– 2. Машина предназначена для испытания материалов на износ и определения

их антифрикционных свойств при трении скольжения и трении качения, при

нормальных температурах с парами образцов диск - диск, диск – колодка и

втулка – вал.

Машина модели СМЦ состоит из следующих узлов:

1) Каретка – предназначена для проведения испытаний без смазки и

СО-смазкой с образцами:

- диск по диску при трении качения с проскальзыванием;

- диск- колодка при трении скольжения.

2) Механизм нагружения предназначен для установки образца и

приложения нагрузки.

3) Бабка нижнего образца предназначена для установки образца в

каретку.

4) Датчик для измерения крутящего момента (момента трения) на

машине. Бесконтактный индуктивный датчик состоит из двух

частей вращения ротора и статора (неподвижного).

5) Привод электромеханический со ступенчатым регулированием

скоростей.

6) Пульт управления – выполняется отдельным узлом, который можно

устанавливать отдельно.

Машина СМЦ может работать по двум схемам:

1) С замкнутым кинематическим контуром при фиксированном значении

коэффициента проскальзывания образцов в паре трения диск по диску.

2) С открытым кинематическим контуром, когда один из образцов

неподвижен, в частности, по схеме вал – втулка.

Принцип работы в обоих случаях заключается в том, что образцы получают

относительное движение при заданной нагрузке. При этом они изнашиваются, а

момент трения на валу нижнего образца измеряется и записывается. Машина не

обеспечивает непосредственное измерение износа в процессе испытания.

В нашем случае испытания будем проводить с круглыми образцами «диск по

диску» без смазки.

Устанавливают верхний и нижний образцы. Нижний образец устанавливают

на валу, верхний устанавливают и крепят на другом при оттянутой в рабочее

положение каретке. Затяжка образцов должна быть достаточной, чтобы не было

проскальзывания при работе.

После установки образцов каретку опускают до их соприкосновения .

Одевают нагрузочную скобу на кронштейн.

3.3 Исследование износостойкости покрытия

Образцы подвергались испытанию в течение часа при нагрузке 750 Н,

совершая при этом 30 000 оборотов. Материалом для рабочего тела служила

сталь ШХ-15, твёрдостью 62...64 НRcэ.

Для проверки процесса изнашивания при внешнем трении применяют

величину, называемой интегральной массовой интенсивностью изнашивания.

[pic]

(m - уменьшение массы деталей вследствие изнашивания поверхности;

? – путь трения, на котором произошёл износ;

Аа – номинальная плоскость изнашивания, площадь контакта.

В свою очередь: ? = Пdn; Аа = 0,1 (м2); где d = 38 мм; n = 30 000 об;

S = 10-5 м2.

Проверим образцы из стали 40Х с разной термообработкой на

износостойкость:

1) Сталь марки 40Х закалка + высокий отпуск

(m = 0,212 гр = 0,212 * 10-3 кг;

? = Пdn = 3,14 * 38 * 10-3 * 30 000 = 3579,6 м;

Аа = 0,1 * S = 0,1 * 10 * 10-3 * 10-3 = 10-6 м

отсюда J1 = 0,212 * 10-3 / 3579,6 * 10-6 = 0,059 кг/м3

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6