Повышение технологичности судовых планетарных редукторов при ремонте путем изменения норм шероховатости переходных поверхностей зубьев цементируемых колес

Планетарные редукторы являются составной частью судовых турбоагрегатов, к которым предъявляются высокие требования по надежности и долговечности. Эти требования обеспечиваются при изготовлении и ремонте зубчатых колес применением высококачественных сталей типа 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20ХНЗА, 18Х2Н4МА и др., наличием поверхностно — упрочняющей обработки (цементация и т. д.) и жестких допусков на изготовление, обработкой колес на прецизионном металлорежущемоборудовании и многим другим. Проблема снижения трудоемкости в технологическом процессе изготовления зубчатых колес редуктора при обеспечении высокой надежности и долговечности является актуальной.

В настоящее время у этих колес техническими условиями на ремонт предусмотрены высокие нормы шероховатости переходных поверхностей и впадин зубьев, составляющие Rz 3,2 мкм. Эти нормы достигаются слесарной операцией полирования переходных поверхностей и впадин зубьев перед цементацией, трудоемкость которой составляет 10.15% от общей трудоемкости изготовления одного комплекта колес для редуктора. Для повышения долговечности зубчатые колеса далее подвергаются цементации.

Назначение высоких норм объясняется стремлением уменьшить концентрацию напряжений от шероховатости, а также отсутствием в литературе сведений о влиянии шероховатости поверхности под цементацию на изгибную выносливость.

Вопросы изучения природы возникновения микронеровностей, исследование влияния технологических методов и режимов резания на образование шероховатости поверхности, анализ микрорельефа поверхности после механической обработки нашли отражение в работах П. Е. Дьяченко, Э. В. Рыжова, Ю. Г. Шнейдера, М. О. Якобсона, А. А. Маталина, А. И. Исаева, И.В. Дунина-Барковского, И. А. Хазова, Б. Д. Грозина и др.

Большой вклад в изучение вопросов прочности зубчатых колес внесли G.B. Серенсен, В. Н. Кудрявцев, Ю. Н. Кирдяшев, Ю. А. Державец, E.F. Гинзбург, ВЛ. Когаев, P.M. Пратусевич, P.P. Гальпер, Н. И: Покора, Д. С. Еленевский, Ре-тиг Г., В. П. Булгаков, В. А. Мамонтов и другие.

Существует мнение, что поверхностно — упрочняющая обработка устраняет влияние микронеровностей поверхности, а также других дефектов на изгиб-ную выносливость. Объясняется это переносом очага зарождения усталостной трещиныв подслойную зону. Следовательно, требования к шероховатости переходных поверхностей 3² мкм представляются завышенными.

Поэтому совершенствование технологии изготовления зубчатых колес при ремонте планетарных редукторов путем устранения операции ручного полирования при сохранении заданного уровня надежности является актуальной задачей.

В работе приведен анализ технологического процесса изготовления зубчатых колес ответственного назначения при ремонте судового планетарного редукторарассмотрен процесс цементации — как фактор, повышающий изгибную выносливость зубьевобобщены сведения о влиянии шероховатости поверхности на характеристики усталости зубчатых колесразработана методика исследования влияния шероховатости переходных поверхностей зубьев цементируемых колес на их изгибную выносливостьвыполнено моделирование напряженного состояния в корне зуба реального колеса на круглых образцах с выточкойприведены результаты экспериментального исследования влияния шероховатости поверхности выточек круглых образцов и шероховатости переходных поверхностей зубьевцементируемых колес модуля 6 мм на изгибную выносливостьпроизведена количественная оценка шероховатости переходных поверхностей и впадин зубьев колес редуктора после чистового зубофрезерова-нияразработаны рекомендации по изменению норм шероховатости переходных поверхностей и впадин цементируемых колес редуктораподсчитан экономический эффект от устранения слесарной операции полирования.

1. Произведена количественная оценка шероховатости переходных по верхностей и впадин зубьев колес модуля 10 мм.2. Подтверждено, что распределение шероховатости поверхности зубьев после зубофрезерования подчиняется нормальному закону.3. Статистическая оценка шероховатости переходных поверхностей зубьев колес произведена на уровне значимости 0,27%.4. Установлено, что с доверительной вероятностью 0,9973 шероховатость впадин и переходных поверхностей зубьев колеса модуля 10 мм составила Rz 6,3±2,1 мкм.5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗМЕНЕНИЮ НОРМ ШЕРОХОВАТОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ВПАДИН ЦЕМЕНТИРУЕМЫХ КОЛЕС РЕДУКТОРА Согласно статистическому анализу шероховатости переходных поверхно стей и впадин зубьев колес модуля 10 мм установлено, что после операции чис тового зубофрезерования шероховатость находится в пределах72г 10 мкм. Результаты исследования влияния шероховатости, цементируемых образ цов при симметричном цикле и шероховатости переходных поверхностей зубь ев экспериментальных зубчатых колес при пульсирующем циклена изгибную выносливость показали в диапазоне шероховатости /2z 0,4…252 мкм снижение средних значений пределов выносливости на 16…21%. Причем в диапазоне шероховатости /2z. 3,2… 10 мкм пределы выносливости практически не зависят от величины микронеровностей поверхности, и составляет 4…6%.Оценка влияния шероховатости поверхности на выносливость с использо ванием нижнего доверительного значения пределов выносливости для довери тельной вероятности 0,9987 указывает на более заметное снижение усталостной прочности с увеличением шероховатости, поскольку при этом возрастают среднеквадратические отклонения пределов выносливости. Однако при увели чении высоты микронеровностей от /2z 3,2 мкм до Rz 10 мкм снижение нижних доверительных значений пределов выносливости для всех испытаний образцов и зубьев не превышает 6… 10%.Практически неизменность усталостных характеристик при изменении ше роховатости в диапазоне Rz 3,2… 10 мкм указывает на возможность повысить технологичность зубчатых колес планетарного редуктора путем изменения норм шероховатости переходных поверхностейи впадин зубьев колес под це ментацию с Rz 3,2 мкм до RzЛО мкм с ограничением высоты микронеровностей по наиболее глубокой риске до значения 14… 16 мкм. Изменение норм шероховатости не отменяет необходимости контролиро вать соблюдение рекомендованных норм. Контроль необходим на случай появ ления грубых рисок из-за нестабильности процесса резания или других непред виденных обстоятельств. Новые нормы шероховатости позволят устранить из технологического процесса изготовления колес редуктора трудоемкую операцию ручного поли рования.6. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ УСТРАНЕНИЯ ОПЕРАЦИИ ПОЛИРОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ВПАДИН ЗУБЬЕВ ЦЕМЕНТИРУЕМЫХ КОЛЕС РЕДУКТОРА Основным методом, применявшимся в технико-экономическом обоснова нии принимаемого решения, явилось сравнительное рассмотрение экономиче ских преимуществ технических вариантов осуществления технологического процесса изготовления зубчатых колес при ремонте планетарного редуктора. Для определения трудоемкости используется норма времени выполнения операций и годовая программа. Расчет производится по формуле (6.1): _ Тшт. к-А (6.1) где: Ттрудоемкость годовой программыТшт. к — ТштЛТ"з" норма штучно-калькуляционного времени на операцию, А — производственная программа выпускаI’lum То + Tg+ Тобс + Тотд', То — основное времяГд-вспомогательное времяТобсвремя на обслуживание рабочего местаТотд — время на отдых и личные надобности. Согласно нормативов времени Т^ бс берется в размере 15% от оперативного времени {Топ — То+ Те), а Тдтд составляет 12% от оперативного времени. Трудоемкость изготовления зубчатого колеса в базовом варианте составля ет г = 12 500 нормо-часов. При условии, что слесарный вид работ полностью исключается, трудоемкость годовой программы в проектируемом варианте бу дет равен 7^ ^ = 10 500 нормо-часов.Таким образом, внедрение проекта позволит значительно сократить дли тельность технологического цикла изготовления зубчатого колеса. Сокращение будет составлять М = (7^- Т^) /'f = Q, 6 или 16%.Рассмотрим, каково влияние сокращения трудоемкости изготовления зуб чатого колеса на фонд оплаты труда работников, занятых в основных техноло гических операциях производственного процесса. В связи с тем, что работы слесарной операции отнесены к четвертой раз рядности работ, где расценка за 1 нормо-час составляет 11,70 руб. за нормо-час, можно определить основную заработную плату работников, занятых слесарны ми работами в базисном варианте: об _ ппб _ р •^ОСН?Л ^ СЛ ' ^ СЛ ' где: rf, — трудоемкость выполнения слесарных работ, н.- час. Рсл — расценка за 1 п.- час, руб.^оси.а,= 11,70.2000 = 23 400 руб. В проектируемом варианте слесарных работ не производится, следователь но, фонд основной заработной платы производственных работников сокраща ется на 23 400 руб. АЗосяс" = 23 400 руб. Дополнительная заработная плата составляет порядка 40% от основной, ее сокращение в проектируемом варианте будет равно:^доп.сл =ОА-^оси.сл = 9 3 6 0 руб. Итого, заработная плата основная и дополнительная в проектируемом ва рианте сократится на A3 = АЗдопсл +^оснсл — 23 400 + 9360 = 32 760 руб. Таким образом, экономия по фонду оплаты труда в результате внедрения проектируемых мероприятий составит 32 760 руб. Отчисления с фонда оплаты труда в размере 36,5% с сэкономленной суммы средств составят: ЛСф^^ =32 760−0,365 = 11 957,4 руб. Сумма экономии по фонду оплаты труда и отчислений на единицу выпус каемой продукции для предприятия равна 44 717,4 руб. Таким образом, при ремонте всего планетарного редуктора, экономический эффект от устранения из технологического процесса операции ручного полиро вания переходных поверхностей и впадин зубьев цементируемых колес состав ляет 223 587 рублей. ВЫВОДЫ п о РАБОТЕ.

1. Цементированные зубчатые колеса планетарного редуктора работают в условиях циклического нагружения. Поэтому проблема изменения норм шеро ховатости переходных поверхностей и впадин зубьев требовала проведения подробных усталостных испытаний, которые включали испытания при симмет ричном и пульсирующем циклах. Разработка методики этих испытаний является одним из результатов на стоящей работы.2. Произведено моделирование напряженного состояния в корне зуба ре ального колеса на круглых образцах с выточкой. При моделировании использо вались уравнения статистической теории подобия усталостного разрушения.3- Построено 15 кривых усталости испытанием круглых образцов диаметра 10 и 20 мм и экспериментальных зубчатых колес модуля 6 мм.4. Результаты испытаний показывают, что средние значения пределов вы носливости незначительно зависят от шероховатости поверхности в диапазоне Rz 0,4… 10 мкм. Дальнейшее увеличение шероховатости поверхности до Rz 252 мкм снижает пределы выносливости при симметричном и пульсирующем цик лах на 16…18% для образцов диаметра 10 мм и 19…21% для зубьев экспери ментальных колес модуля 6 мм. Нижние значения пределов выносливости, определенные для доверитель ной вероятности 0,9987, указывают на более заметное снижение по сравнению с зависимостью средних значений.

0,4…40 мкм снижение составляет для образцов 14… 16%, для зубьев —.

17… 19%- в диапазоне Rz 0,4…252 мкм- 26…28% и 45…47% соответственно. Следовательно, шероховатость переходных поверхностей зубьев колес планетарного редуктора не должна превышать RzQ мкм.5. Определено, что указанная шероховатость {Rz 10 мкм) достигается чис товым зубофрезерованием, что позволяет снизить трудоемкость изготовления зубчатых колес путем устранения операции ручного полирования.