Wiele częścinowe przekładnie redukcyjne energiiIprzekładnie samochodoweProjekt wymaga śrutowania po szlifowaniu kół zębatych, co pogarsza jakość powierzchni zęba, a nawet wpływa na parametry NVH systemu. W niniejszym artykule zbadano chropowatość powierzchni zęba w różnych warunkach procesu śrutowania i różnych części przed i po śrutowaniu. Wyniki pokazują, że śrutowanie zwiększa chropowatość powierzchni zęba, na którą wpływają właściwości części, parametry procesu śrutowania i inne czynniki; W obecnych warunkach procesu produkcji seryjnej maksymalna chropowatość powierzchni zęba po śrutowaniu jest 3,1 razy większa niż przed śrutowaniem. Omówiono wpływ chropowatości powierzchni zęba na parametry NVH i zaproponowano środki mające na celu poprawę chropowatości po śrutowaniu.

W świetle powyższych rozważań, w artykule tym omówiono trzy następujące aspekty:

Wpływ parametrów procesu śrutowania na chropowatość powierzchni zęba;

Stopień wzmocnienia śrutowania w zakresie chropowatości powierzchni zęba w istniejących warunkach procesu produkcji seryjnej;

Wpływ zwiększonej chropowatości powierzchni zęba na parametry NVH oraz sposoby poprawy chropowatości po śrutowaniu.

Kulowanie śrutem (ang. shot peening) to proces, w którym liczne, małe pociski o dużej twardości i poruszające się z dużą prędkością uderzają w powierzchnię części. Pod wpływem uderzenia pocisku z dużą prędkością powierzchnia części tworzy wżery i następuje odkształcenie plastyczne. Struktury wokół wżerów przeciwdziałają tym odkształceniom i generują szczątkowe naprężenia ściskające. Nakładanie się licznych wżerów tworzy równomierną warstwę szczątkowych naprężeń ściskających na powierzchni części, poprawiając w ten sposób jej wytrzymałość zmęczeniową. Ze względu na sposób uzyskiwania dużej prędkości za pomocą kulowania, kulowanie śrutem dzieli się na kulowanie sprężonym powietrzem i kulowanie odśrodkowe, jak pokazano na rysunku 1.

Śrutowanie sprężonym powietrzem wykorzystuje sprężone powietrze jako energię do rozpylania śrutu z pistoletu; Śrutowanie odśrodkowe wykorzystuje silnik do napędzania wirnika, aby obracał się z dużą prędkością, aby rozrzucić śrut. Kluczowe parametry procesu śrutowania obejmują wytrzymałość nasycenia, pokrycie i właściwości śrutu (materiał, rozmiar, kształt, twardość). Wytrzymałość nasycenia jest parametrem charakteryzującym wytrzymałość śrutowania, która jest wyrażana przez wysokość łuku (tj. stopień wygięcia próbki do próby Almena po śrutowaniu); Współczynnik pokrycia odnosi się do stosunku powierzchni pokrytej wżerem po śrutowaniu do całkowitej powierzchni śrutowanej; Powszechnie stosowane śruty obejmują śrut tnący z drutu stalowego, śrut staliwny, śrut ceramiczny, śrut szklany itp. Rozmiar, kształt i twardość śrutów do śrutowania są różnych klas. Ogólne wymagania procesowe dla części wału przekładni przedstawiono w Tabeli 1.

Testowanym elementem jest koło zębate wału pośredniego 1/6 projektu hybrydowego. Strukturę koła zębatego przedstawiono na rysunku 2. Po szlifowaniu mikrostruktura powierzchni zęba ma klasę 2, twardość powierzchni wynosi 710HV30, a efektywna głębokość warstwy utwardzającej wynosi 0,65 mm – wszystko zgodnie z wymaganiami technicznymi. Chropowatość powierzchni zęba przed śrutowaniem przedstawiono w tabeli 3, a dokładność profilu zęba w tabeli 4. Widać, że chropowatość powierzchni zęba przed śrutowaniem jest dobra, a krzywa profilu zęba jest gładka.

Plan testów i parametry testów

W teście używana jest pneumatyczna maszyna do śrutowania. Ze względu na warunki badania nie jest możliwe zweryfikowanie wpływu właściwości śrutu (materiału, rozmiaru, twardości). Dlatego właściwości śrutu są stałe w trakcie badania. Weryfikowany jest jedynie wpływ wytrzymałości nasycenia i pokrycia na chropowatość powierzchni zęba po śrutowaniu. Schemat badania przedstawiono w tabeli 2. Szczegółowy proces określania parametrów badania jest następujący: wykreśl krzywą nasycenia (rysunek 3) za pomocą próbki Almena w celu określenia punktu nasycenia, aby zablokować ciśnienie sprężonego powietrza, przepływ śrutu stalowego, prędkość przemieszczania dyszy, odległość dyszy od części i inne parametry urządzenia.

wynik testu

Dane dotyczące chropowatości powierzchni zęba po śrutowaniu przedstawiono w tabeli 3, a dokładność profilu zęba w tabeli 4. Widać, że w czterech warunkach śrutowania chropowatość powierzchni zęba wzrasta, a krzywa profilu zęba staje się wklęsła i wypukła po śrutowaniu. Stosunek chropowatości po natryskiwaniu do chropowatości przed natryskiwaniem służy do scharakteryzowania powiększenia chropowatości (tabela 3). Widać, że powiększenie chropowatości jest różne w czterech warunkach procesu.

Śledzenie partii powiększenia chropowatości powierzchni zęba metodą śrutowania

Wyniki testów w rozdziale 3 pokazują, że chropowatość powierzchni zęba wzrasta w różnym stopniu po śrutowaniu różnymi procesami. Aby w pełni zrozumieć wzmocnienie śrutowania na chropowatość powierzchni zęba i zwiększyć liczbę próbek, wybrano 5 pozycji, 5 typów i łącznie 44 części, aby śledzić chropowatość przed i po śrutowaniu w warunkach procesu śrutowania produkcji seryjnej. Zobacz tabelę 5 dla informacji fizycznych i chemicznych oraz informacji o procesie śrutowania śledzonych części po szlifowaniu kół zębatych. Dane dotyczące chropowatości i powiększenia przedniej i tylnej powierzchni zęba przed śrutowaniem pokazano na rys. 4. Rysunek 4 pokazuje, że zakres chropowatości powierzchni zęba przed śrutowaniem wynosi Rz1,6 μ m-Rz4,3 μ m; Po śrutowaniu chropowatość wzrasta, a zakres rozkładu wynosi Rz2,3 μ m-Rz6,7 μ m; Maksymalna chropowatość może zostać wzmocniona 3,1 razy przed śrutowaniem.

Czynniki wpływające na chropowatość powierzchni zęba po śrutowaniu

Z zasady śrutowania wynika, że ​​wysoka twardość i prędkość przemieszczania się śrutu pozostawiają na powierzchni przedmiotu niezliczone wżery, które są źródłem resztkowych naprężeń ściskających. Jednocześnie wżery te z pewnością zwiększają chropowatość powierzchni. Charakterystyka przedmiotu przed śrutowaniem oraz parametry procesu śrutowania wpływają na chropowatość po śrutowaniu, jak przedstawiono w Tabeli 6. W rozdziale 3 niniejszego artykułu, w czterech warunkach procesu, chropowatość powierzchni zęba po śrutowaniu wzrasta w różnym stopniu. W tym teście występują dwie zmienne, a mianowicie chropowatość przed śrutowaniem i parametry procesu (wytrzymałość na nasycenie lub pokrycie), które nie pozwalają dokładnie określić zależności między chropowatością po śrutowaniu a każdym z czynników wpływających. Obecnie wielu naukowców prowadzi badania w tym zakresie i proponuje teoretyczny model predykcyjny chropowatości powierzchni po śrutowaniu oparty na symulacji elementów skończonych, który służy do przewidywania odpowiednich wartości chropowatości dla różnych procesów śrutowania.

Na podstawie rzeczywistych doświadczeń i badań innych naukowców, można spekulować o sposobach wpływu różnych czynników, jak pokazano w tabeli 6. Widać, że na chropowatość po śrutowaniu wpływa wiele czynników, które są również kluczowymi czynnikami wpływającymi na resztkowe naprężenie ściskające. Aby zmniejszyć chropowatość po śrutowaniu, zakładając zapewnienie resztkowego naprężenia ściskającego, konieczna jest duża liczba testów procesowych w celu ciągłej optymalizacji kombinacji parametrów.

Wpływ chropowatości powierzchni zęba na parametry NVH systemu

Części przekładni znajdują się w dynamicznym układzie przeniesienia napędu, a chropowatość powierzchni zębów wpływa na ich parametry NVH (hałas, drgania, wibracje, drgania i hałas). Wyniki eksperymentów pokazują, że przy tym samym obciążeniu i prędkości, im większa chropowatość powierzchni, tym większe drgania i hałas układu. Wraz ze wzrostem obciążenia i prędkości, drgania i hałas stają się wyraźniejsze.

W ostatnich latach liczba projektów nowych reduktorów mocy gwałtownie wzrosła, co wskazuje na trend rozwoju w kierunku wysokich prędkości obrotowych i dużego momentu obrotowego. Obecnie maksymalny moment obrotowy naszego nowego reduktora mocy wynosi 354 N·m, a prędkość maksymalna to 16000 obr./min, która w przyszłości wzrośnie do ponad 20000 obr./min. W takich warunkach pracy należy uwzględnić wpływ wzrostu chropowatości powierzchni zębów na parametry NVH systemu.

Środki poprawiające chropowatość powierzchni zębów po śrutowaniu

Proces śrutowania po szlifowaniu kół zębatych może poprawić wytrzymałość zmęczeniową styku powierzchni zęba oraz wytrzymałość zmęczeniową na zginanie podstawy zęba. Jeśli proces ten musi zostać zastosowany ze względów wytrzymałościowych w procesie projektowania kół zębatych, w celu uwzględnienia charakterystyki NVH systemu, chropowatość powierzchni zęba koła zębatego po śrutowaniu można poprawić w następujący sposób:

a. Zoptymalizować parametry procesu śrutowania i kontrolować wzrost chropowatości powierzchni zęba po śrutowaniu, zakładając utrzymanie resztkowego naprężenia ściskającego. Wymaga to wielu testów procesowych, a wszechstronność procesu nie jest duża.

b. Stosowany jest proces śrutowania kompozytowego, tzn. po zakończeniu śrutowania o normalnej wytrzymałości, następuje kolejne śrutowanie. Zwiększona wytrzymałość procesu śrutowania jest zazwyczaj niewielka. Rodzaj i rozmiar śrutu można dostosować, na przykład stosując śrut ceramiczny, szklany lub cięty drutem stalowym o mniejszym rozmiarze.

c. Po śrutowaniu dodawane są takie procesy jak polerowanie powierzchni zębów i honowanie.

W artykule tym zbadano chropowatość powierzchni zębów w różnych warunkach procesu śrutowania oraz różnych części przed i po śrutowaniu, a na podstawie literatury wyciągnięto następujące wnioski:

◆ Śrutowanie zwiększa chropowatość powierzchni zęba, na którą wpływają właściwości części przed śrutowaniem, parametry procesu śrutowania i inne czynniki, a czynniki te są również kluczowymi czynnikami wpływającymi na szczątkowe naprężenia ściskające;

◆ W obecnych warunkach procesu produkcji seryjnej maksymalna chropowatość powierzchni zęba po śrutowaniu jest 3,1 razy większa niż przed śrutowaniem;

◆ Wzrost chropowatości powierzchni zębów zwiększa wibracje i hałas systemu. Im większy moment obrotowy i prędkość, tym wyraźniejszy wzrost wibracji i hałasu;

◆ Chropowatość powierzchni zęba po śrutowaniu można poprawić poprzez optymalizację parametrów procesu śrutowania, kompozytowe śrutowanie, dodanie polerowania lub honowania swobodnego po śrutowaniu itp. Oczekuje się, że optymalizacja parametrów procesu śrutowania pozwoli na kontrolowanie wzmocnienia chropowatości do około 1,5 raza.