1. Тіс түбі өтпелі қисығы: Тісті дөңгелек беріктігінің «көзге көрінбейтін қорғаушысы»

1.1 Ауысу қисықтарының негізгі қызметтері

• Стресстен арылу : Қисық пішінін тиімділеу арқылы тіс түбіріндегі кернеу концентрация коэффициентін азайтыңыз, орнықты жергілікті кернеуді болдырмаңыз.
• Беріктік кепілдігі : Ол иілу кернеуіне төтұқын беру үшін жеткілікті тіс түбірінің қалыңдығын қамтамасыз етеді және ерте орын ауыстыру немесе сынуын болдырмау үшін.
• Процесті бейімдеу : Оны (мысалы, тісті доңғалақ қырғыштар мен тісті шаптау құралдары) кесу немесе пішіндеу процесстерінің талаптарына сәйкестендіреді, өндірістің дәлдігін қамтамасыз етеді.
• Майлау тиімділеу : Тіс түбіріндегі майлау майының пленкасының түзілу шарттарын жақсартады, үйкеліс пен тозуды азайтады.

1.2 Ауысу қисықтарының кең тараған түрлері

• Жалғыз дөңгелек доғалы өтпелі қисық : Тістің профилі мен түбір шеңберін қосатын бір доғадан тұрады. Өңдеуі қарапайым болғанымен, кернеу концентрациясы байқалады, сондықтан ол төменгі жүктемеге арналған.
• Екі дөңгелек доғалы өтпелі қисық : Өтпеге екі жанатын доғаны пайдаланады. Ол кернеуді шамамен 15-20% дейін азайта алады және өзінің тепе-теңдік сипаттамалары арқасында өнеркәсіптік тісті дөңгелектерде кеңінен қолданылады.
• Эллиптикалық өтпелі қисық : Өтпелі қисық ретінде эллиптикалық доғаны пайдаланады, ол ең біркелкі кернеу таралуын қамтамасыз етеді. Алайда, оны өңдеу үшін арнайы құралдар қажет болғандықтан, өндіру шығындары артады.
• Циклоидалы өтпелі қисық : Орамалық қабық принципі негізінде қалыптасады, табиғи түрде ойық жасау процесіне бейімделеді. Кәдімгі тісті дөңгелек өндіру әдістерімен үйлесімділігі оны сериялық өндіріс үшін тиімді таңдауға айналдырады.

1.3 Типтік қисықтардың математикалық сипаттамасы

• Екі дөңгелек доғалы өтпелі қисық : Оның математикалық моделі екі шеңбер теңдеуі мен қосылу шарттарынан тұрады. Бірінші доға (тіс профилі жағында) теңдеуіне сәйкес келеді \((x-x_1)^2 + (y-y_1)^2 = r_1^2\) , ал екінші доға (тіс түбі жағында) былай өрнектеледі \((x-x_2)^2 + (y-y_2)^2 = r_2^2\) қосылу шарттарына: екі доғаның центрлерінің арақашықтығы олардың радиустарының қосындысына тең болады ( \(\sqrt{(x_1 - x_2)^2 + (y_1 - y_2)^2} = r_1 + r_2\) , және жанама шарты \((x_0 - x_1)(x_2 - x_1) + (y_0 - y_1)(y_2 - y_1) = 0\) (мұндағы \((x_0, y_0)\) жанама нүкте).
• Циклоидалы өтпелі қисық : Параметрлік теңдеулері мынадай \(x = r(\theta - \sin\theta) + e\cdot\cos\phi\) және \(y = r(1 - \cos\theta) + e\cdot\sin\phi\) . Мұнда r құрал-жабдықтың цилиндр радиусын білдіреді, \(\theta\) – құралдың айналу бұрышы, e – құралдың эксцентриситеті және \(\phi\) тісті дөңгелектің бұрылу бұрышы.

2. Тіс түбінің иілу кернеуін талдау: Тұтас құрылымдық бұзылу механизмін ашу

2.1 Тіс түбіндегі иілу кернеуін есептеу әдістері

• Льюис формуласы (Негізгі теория) – кернеуді есептеудің негізгі әдісі болып табылады, оның формуласы: \(\sigma_F = \frac{F_t \cdot K_A \cdot K_V \cdot K_{F\beta}}{b \cdot m \cdot Y_F}\) . Бұл формулада: \(F_t\) жанама күш, \(K_A\) қолдану коэффициенті, \(K_V\) динамикалық жүктеме коэффициенті, \(K_{F\beta}\) тіс ені бойынша жүктеме таралу коэффициенті, б тіс дөңгелегінің ені, м модуль және \(Y_F\) тіс профилінің коэффициенті. Қолдану ыңғайлы, бірақ күрделі әсер етуші факторларды есепке алу мүмкіндігі шектеулі.
• ISO 6336 Стандартты әдісі : Бұл әдіс кеңінен қамтитын әсер етуші факторларды (кернеу түзету коэффициентін де қоса алғанда \(Y_S\) ) және Льюис формуласымен салыстырғанда есептеу дәлдігін шамамен 30%-ға арттырады. Стандартталған тісті доңғалақтарды жобалау кезінде оның жоғары сенімділігіне байланысты кеңінен қолданылады.
• Соңғы элементтер әдісі (FEA) : Күрделі геометриялық пішіндер мен жүктемелерді дәл модельдеуге мүмкіндік береді, сондықтан стандартты емес тісті доңғалақтарды жобалау үшін ыңғайлы. Бірақ оның есептеу шығындары жоғары және мамандандырылған бағдарламалар мен техникалық біліктілікті талап етеді, сондықтан жылдам бастапқы жобалау кезінде қолдану шектеулі.

2.2 Кернеу концентрациясына әсер ететін факторлар

• Геометриялық параметрлер : Өтпелі қисықтың қисықтық радиусы (ұсынылады \(r/m > 0.25\) , мұнда r – бұрыштық радиус және м – модуль), тістің түбіріндегі бұрыштық радиус пен тістің түбірінің көлбеу бұрышы кернеу концентрациясының дәрежесін тікелей анықтайды. Бұрыштық радиустың үлкен болуы әдетте кернеу концентрациясының төмендеуіне әкеледі.
• Материалдық факторлар : Серпімділік модулі, Пуассон коэффициенті және беттік қаттылау қабатының тереңдігі материалдың кернеуге төзімділігіне әсер етеді. Мысалы, беттік қаттылау қабатының тереңдеуі тістің түбірінің тозуға төзімділігін арттыруға болады.
• Технологиялық факторлар : Құралдардың тозу күйі (артық тозу өтпелі қисықты бұрмалайды), термиялық өңдеу деформациясы (біркелкі емес деформация кернеу таралуын өзгертеді) және беттік кедір-бұдырлығы (жоғары кедір-бұдырлық микрокернеу концентрациясын күшейтеді) тістің түбіріндегі нақты кернеу деңгейіне маңызды әсер етеді.

2.3 Кернеу таралуының сипаттамалары

• Максималды керілу нүктесі : Өтпелі қисық пен түбір шеңберінің арасындағы жанама нүктеге жақын орналасқан, онда керілу концентрациясы ең ауыр болып табылады және жорық қатпарларының пайда болу ықтималдығы ең жоғары болады.
• Керілу градиенті : Керілу тіс биіктігі бағыты бойынша тез кемиді. Түбірден белгілі бір қашықтықта керілу деңгейі ескерсіз кіші шамаға дейін төмендейді.
• Бірнеше тістің бірге жұмыс істеу әсері : Тісті доңғалақ жұбының ұштау қатынасы 1-ден артық болған кезде, жүктемені бір уақытта бірнеше тіс жұптары бөліседі, бұл жалғыз тіс негізіне түсетін жүктемені азайтып, керілу концентрациясын жеңілдетеді.

3. Тіс негізінің өтпелі қисықтарының оптимизациялық жобасы

3.1 Жобалау процесі

1. Бастапқы параметрлерді анықтау : Қолдану талаптары мен жүктеме шарттарына сәйкес тісті доңғалақтың негізгі параметрлерін (мысалы, модуль мен тіс санын) және құрал параметрлерін (мысалы, червячный фреза немесе тісті доңғалақ түрлерін) растаңыз.
2. Өтпелі қисықтарды генерациялау : Өңдеу әдісіне сәйкес тиісті қисық түрін (мысалы, екі дөңгелек доға немесе циклоида) таңдаңыз және қисықты дәл шығару мүмкіндігін қамтамасыз ететін параметрлік модельді құрыңыз.
3. Кернеу талдауы мен бағалау : Доңғалақтың шекті элементтік моделін жасаңыз, торды бөліңіз (тістің түбіндегі торды ұқыпты түрде түзету керек), шекаралық шарттарды орнатыңыз (жүктеме мен байланыстар сияқты) және бастапқы жобаның дұрыстығын бағалау үшін кернеу таралуын есептеңіз.
4. Параметрлерді оптимизация және итерациялау : Реакция беті әдісі немесе генетикалық алгоритм сияқты оптимизация алгоритмдерін қолданыңыз, максималды түбірлік кернеудің минимизациясын мақсатты функция ретінде алыңыз ( \(\sigma_{max}\) ) дейінгі оптималды жобалау схемасы алынғанша қисық параметрлерін итерациялық түрде бейімдеңіз.

3.2 Жетілдірілген оптимизация технологиялары

• Тұрақты беріктік жобалау теориясы : Айнымалы қисықты ауысу қисығын жобалау арқылы ауысу қисығының әр нүктесіндегі кернеу біркелкі болуға ұмтылады, осылайша жергілікті артық кернеуді болдырмау және материалдың беріктік қасиетін пайдаланудың максималды пайдалануын қамтамасыз етеді.
• Биомиметикалық жобалау : Созылуға тұрақтылығы жоғары ауыспалы қисық пішіні жануарлардың сүйектерінің өсу сызықтарын қайталайды. Бұл технология кернеу концентрациясын 15-25% азайтып, қаттылық құрылымының қызмет ету мерзімін арттырады.
• Машиналық оқытуға көмек көрсету арқылы жобалау : Көптеген тісті доңғалақ жобалары мен кернеу талдау нәтижелері негізінде болжау моделін оқыту. Модель әртүрлі жобалау нұсқаларының кернеулік сипаттамаларын жылдам бағалай алады, оптимизация циклін қысқартып, жобалау тиімділігін арттырады.

3.3 Оптимизацияланған жағдайлардың салыстырмалы талдауы

4. Өндірістік процесстердің тістің негізіндегі кернеуге әсері

4.1 Кесу процесстері

• Хоббинг : Бұл әлде де бір жанама өтпелі қисықты қалыптастырады, бірақ құралдың тозуы қисықтың бұрмалануына әкеледі (мысалы, радиустың кішіреюі). Өңдеу дәлдігін қамтамасыз ету үшін құралдың қызмет ету мерзімін 300 бұйымнан аспайтындай етіп бақылау ұсынылады.
• Дөңгелектің ұнтақталуы : Нақты өтпелі қисық пішіндерін алуға және бетінің тегістігін жақсартуға болады. Бірақ, ысқылдау кезінде қызуға назар аудару қажет (материалдың тозуға тұрақтылығын төмендетеді), сонымен қатар беттің кедір-бұдырлығы \(R_a\) 0,4 мкм төмен болуы керек.

4.2 Жылумен өңдеу процесстері

• Цементация және суыту : Қатайтылған қабаттың тереңдігі модульдің 0,2-0,3 есе құрауы тиіс (нақты модуль мәндеріне қарай реттеледі). Беттік қаттылық HRC 58-62 аралығында, ал өзектің қаттылығы HRC 30-40 аралығында болып, беттік тозуға тұрақтылық пен өзектің серпімділігін тепе-теңдікте ұстау керек.
• Қалдық кернеулерді басқару : Тіс түбінде қарсы кернеу (-400 -600 МПа) пайда болуы үшін құм соққысын қолдануға болады, бұл жұмыс кезіндегі созу кернеуінің бір бөлігін жояды. Сондай-ақ, төмен температурада күріштету және лазерлік соққы әдістері қалдық кернеуді тағы да тұрақтандырып, тозуға тұрақтылықты арттырады.

4.3 Беттің бүтіндігін бақылау

• Бетінің кедір-бұдырлығы : Тіс түбі бетінің кедір-бұдырлығы \(R_a\) 0,8 мкм-нан аз болуы керек. Бетінің тегістігі беттік ақаулардан туындаған микрокернеу концентрациясын азайтады және майлау майының пленкасының түзілуіне ықпал етеді.
• Бетіндегі ақауларды анықтау : Тістің түбінде жарылыстар мен қосындылардың болмауын қамтамасыз ету үшін ферромагнитті материалдар үшін магниттік бөлшектерді тексеру, беттік ақауларды анықтау үшін проникаюшты тексеру және ішкі ақауларды анықтау үшін өнеркәсіптік КТ-сканерлеу сияқты бұзбай тексеру әдістерін қолданыңыз.

Қорытынды