CZ258493A3 - Induction hardening process of toothed wheels and an induction hardening machine for making the same - Google Patents

Description

Způsob indukčního kalení ozubených kol 7 S‘indukční kalicíp stroj k provádění tohoto způsobu J > 2 j 5 ·-. i

Oblast techniky ~ ’

Vynález se obecně týká technologie indukčního zahřívání a zejména použiti indukčního zahřívání pro cementování strojních součástí, zejména ozubených kol.

Dosavadní stav techniky

Strojní součásti, zejména ozubená kola, drážkované hřídele a řetězová kola, jsou často vystavena velkým kroutícím momentům, zvýšenému opotřebení třením a rázovému zatěžování. Ozubená kola používaná pro přeno?) výkonu . jsou například . v průběhu svého normálního provozu vystavena všem těmto zatížením. V typickém výrobním zařízení pro výrobu ozubených kol je zařízení pro obrábění ozubených kol následováno tepelným zpracováním pro vytvrzení povrchů zubů. Tepelné zpracování ozubených kol může zahrnovat různé druhy pracovních operací, jejich společným znakem nebo jediným požadavkem je vytvoření mikrostruktury zpracovávaného polotovaru s určitými optimálními vlastnostmi. Dosud známé kalicí postupy však často vedou k deformaci zubů ozubených kol, která snižuje jejich kvalitu nebo způsobuje nerovnoměrnost jejich kvality.

Pro vyřešení těchto problémů, spojených s konvenčním tepelným zpracováním, a pro dosažení vyšší odolnosti strojních součástí, zejména ozubených kol proti působení již zmíněných zatížení a sil vyvolávajících opotřebení strojních součástí je základní kovový materiál strojních součástí opatřován povrchovou cementovou vrstvou selektivním kalením. Při tomto postupu je to jen vnější vrstva, ve které se mění struktura kovového materiálu, zatímco základní materiál si zachovává požadované vlastnosti jako je pevnost a houževnatost.

é

Jeden ze známých způsobů selektivního vytvrzování vnější cementové vrstvy takových strojních součástí je indukční kalení jednotlivých zubů ozubených kol. Jinou vytvrzovací technikou, která je také selektivní, je způsob nazývaný selektivním nauhličováním. Indukční kalení jednotlivých zubů ozubených kol je prováděno tvarovaným intenzifikačním ústrojím, která se pohybuje směrem do mezery mezi jednotlivými zuby ozubení a zpět z této mezery. Tato operace se obvykle provádí při ponoření ozubeného kola do ochlazovací kapaliny. Tento postup probíhá pomérné pomalu, protože se najednou zpracovává vždy jen jeden zub. Selektivní nauhličování je nejrozšířenějším pracovním postupem, přičemž tento postup obsahuje pokrývání částí povrchu, které nemají být nauhličovány, materiálem zamezujícím^.prostúpů. uhlíku,y průběhu zpracovávání součástí v peci. Nejrozšířenější metodou pro vymezování působení uhlíku je galvanické poméčfování. Při tomto postupu je zpracovávané ozubené kolo pomědováno galvanicky na všech svých plochách s výjimkou svých zubů a potom je nauhličeno. Zpracovávaná strojní součást se při tomto postupu zbaví vrstvičky médi, podrobí se konečnému opracování, znovu se galvanicky pomědí na celé své ploše a po zahřátí v peci se prudce ochladí.

Obtížnost a nákladnost nauhličovacího procesu donutily výrobce k hledání alternativních postupů vytvrzování strojních součástí, zejména indukčního ohřívání pro selektivní cementování, které by byly schopny provádět takové zpracování v širším měřítku než po jednotlivých zubech. US-PS 4 675 488 popisuje obměnu zpracování ozubených strojních součástí po jednotlivých zubech, popsané v předchozí části; technologický postup podle tohoto spisu obsahuje indukční zahřívání a potom kalení zpracovávané strojní součásti rychlým ochlazením několika zubů najednou, zatímco zbývající počet zubů je ochlazován, aby se odstranily nedostatky plynoucí z předčasného kalení zubů, jak je to popsáno ve sloupci l, řádcích 55 až 65 tohoto patentového spisu. I když jsou při tomto postupu nakonec zakaleny všechny zuby, induktorové zařízení tohoto provedení je mimořádně složité a nákladné. US-PS 4675 488 také obsahuje popis pokusů z posledních let, kterými se někteří další autoři snaží o vyřešení ústrojí pro indukční kalení vnějších obvodových ploch ozubených kol použitím obvodového induktoru uspořádaného tak, že ozubené kolo může být induktorem zahříváno a bezprostředně nato je prudce ochlazováno, aby se dosáhlo požadovaného cementování na vnějších plochách ozubeného kola. Řešení obsažené v tomto patentovém spisu navrhuje použití dvou indukčních zahřívacích cívek a uložení zpracovávaného předmětu soustředně v první indukční zahřívací cívce. První cívka se nabudí střídavým vysokofrekvenčním proudem, který je přiváděn po dobu trvání předem ur-. čeného časového intervalu. Po přerušení nabuzení, je zpracová-) váný předmět ponechán v klidu po určitý časový intervaly po kterém se první indukční cívka opět nabudí střídavým proudem s druhým kmitočtem v jiném stanoveném časovém intervalu, který je podstatně kratší než první časový interval, při kterém působil první kmitočet střídavého proudu. Na konci tohoto druhého časového intervalu se zpracovávaný předmět ihned přemístí do druhé indukční zahřívací cívky do soustředné polohy a ponechá se zde po dobu druhého časového úseku. Následující operací po tomto kroku je nabuzení druhé indukční zahřívací cívky vysokofrekvenčním elektrickým proudem, přiváděným po dobu třetího časového intervalu a bezprostředně nato následuje prudké zchlazeni vnější plochy předmětu ochlazovací kapalinou rozprašovanou proti povrchové ploše v době, kdy je zpracovávaný předmět umístěn v druhé indukční zahřívací cívce.

Zařízení využívající dvojí frekvence byla popsána již před několika lety, přičemž proud s nízkým kmitočtem byl využíván pro předehřívání zubů ozubeného kola a potom bylo využíváno vysokofrekvenčního proudu pro konečné ohřívání před prudkým ochlazováním při kalení. Tato soustava s využíváním dvojího kmitočtu je částečně využita také ve zmíněném US-PS 4 675 488. Tato konstrukční koncepce s dvojím kmitočtem byla také popsána v článku autorů vynálezu o názvu Indukční kalení ozubených kol metodou s dvojím kmitočtem, publikovaném v časopisu Heat Treating, svazek 19, č.6, vydaném v červnu 1987. Jak je v tomto článku vysvětleno, princip dvojího kmitočtu využívá jak vysokofrekvenčních, tak i nízkofrekvenčních zdrojů tepla. Ozubené kolo je nejprve zahříváno zdrojem s poměrně nízkým kmitočtem (3 až 10 kHz), který zajištuje zahřátí hmoty zubů ozubeného kola. Tento krok je bezprostředně následován zahříváním vysokofrekvenčním zdrojem, jehož kmitočet se pohybuje od 100 do 300 kHz v závislosti na velikosti ozubeného kola a na počtu zubů na 2,54 mm (1 palec) roztečného průměru. Vysokofrekvenčním zdrojem se dosáhne rychlého finálního zahřátí celého obrysu zubů ozubeného kola na kalicí teplotu. Ozubené kolo se potom prudce ochladí a tím zakalí na požadovanou tvrdost a potom se popustí.

Zahřívání dvojí frekvencí je nejrychlejším známým způsobem pro zahřívání ozubených kol, protože zahřívací doba se pohybuje mezi 0,14 do 2,0 sekundy. V porovnání s tím například potřebuje laser 4 až 30 minut pro pokrytí celého ozubeného kola, zub po zubu. U zahřívání dvojí frekvencí je rychle se otáčející obrobek předehříván při svém uložení na vřetenovém středícím upevňovacím ústrojí a následně se rychlým impulzem dosahuje optimálního konečného zahřátí, v následující fázi se obrobek pootočí do vodné ochlazovací kapaliny, přičemž celková doba trvání tohoto postupu se pohybuje mezi 15 a 30 sekundami. Metoda s dvojí frekvencí je mezi kalicími postupy výjimečná tím, že umožňuje současné využití dvou rozdílných technických podmínek, kterými jsou v daném případě požadavek na hloubku zakalení a na omezení zkroucení výrobku, přičemž při dosud známých způsobech znamenalo vyhovění jedné podmínce znemožnění splnění druhé podmínky. Protože kalení s dvoufrekvenčním ohříváním dodává do zpracovávané součásti jen nezbytně potřebné množství tepla, které odpovídá přibližně polovině až desetině množství energie využité u konvenč5 nich metod, je možno splnit současně a přesně požadavek na hloubku zpracování obrobku a na zachování geometrických technických podmínek.

S jakýmkoliv indukčním zahřívacím postupem, aů již dvoufrekvenčním nebo jednofrekvenčním, a bez ohledu na typ zpracovávané součásti a jejího materiálu, charakteristické znaky zpracovávané součásti určují jak optimální konstrukci indukční zahřívací cívky nebo cívek, tak také nejvýhodnější nastavení stroje. Pouze s optimálně navrženou cívkou a s vhodným nastavením stroje je možné dosáhnout obrysového a cementacního vytvrzení vyhovujícího stanoveným technickým podmínkám a požadavkům na odolnost proti opotřebení při působení značných zatížení a zachování celkové pevnosti strojní součásti, houževnatosti materiálu a dalších podmínek kladených na konkrétní součásti. Ozubená kola, která jsou příliš křehká, předčasně selhávají zejména v důsledku zlomení zubu nebo tělesa předrobku ozubeného kola.

Další způsoby indukčního kalení strojních součástí jsou uvedeny V US-PS 4 749 834, US-PS 4 757 170, US-PS 4 785 147,

US-PS4 855 551 a US-PS 4 855 556. y .US-PS 4 749 834 popisuje způsob kalení radiálních povrchů, obrácených směrem ven, u v podstatě válcových ozubených součástí, upravených pro otáčení kolem středové osy, která je soustředná s vnější válcovou plochou součásti, přičemž krajní části obvodové plochy tvoří vnější kružnici vrcholy zubů obrobku. Zpracovávaným obrobkem je zejména ozubené kolo, které je zobrazeno v několika příkladech jako kolo s rovnoměrnou konfigurací zubů.

US-PS 4 757 170 popisuje způsob a zařízení pro postupné kalení podlouhlých obrobků, majících na své vnější straně v podstatě válcovou obvodovou plochu, souosou se střední osou obrobku, kolem které je v bezprostřední blízkosti umístěna první a druhá zahřívací indukční cívka, z nichž každá je opatřena otvory pro uložení obrobku, které jsou v podstatě soustředné s osou uloženého obrobku. I když se jedná o systém s postupným přejížděním obrobku, vyžadujícím pohon s ozubnicí a pastorkem podle obr. 1, je třeba připomenout, že zobrazeným obrobkem je ozubené kolo s rovnoměrnými zuby.

US-PS 4 785 147 popisuje zařízení pro kalení ozubených vnějších povrchových ploch ozubených kol, které představuje další zdokonalení řešení podle US-PS 4 749 834, přičemž základní znaky i nedostatky tohoto zařízení jsou obdobné jako u zmíněného předchozího řešení.

US-PS 4 855 551 popisuje způsob a zařízení pro kalení vnějších ploch zubů ozubených kol. Tento spis obsahuje řešení, které je zdokonalením a dalším rozvinutím zařízení podle US-PS 4 785 147 a jeho popis obsahuje obdobné údaje jako tento předchozí patentový spis.

US-PS 4 855 556 obsahuje způsob a zařízení pro postupné kalení podlouhlých obrobků majících svou vnější plochu v podstatě válcovou a souosou se střední podélnou osou obrobku. Tento patentový spis obsahuje řešení·, které je pokračováním řešení podle US-PS 4 757 170 a jeho popis je tedy obdobný a odpovídá v podstatě popisu z tohoto) spisu.

Podle obsahu těchto spisů je zřejmé, že v nich obsažená řešení nejsou v žádném případě určena pro indukční kalení zubů ozubených kol, které mají v průběhu své délky proměnnou geometrii a u kterých se konkrétně mění hmota nebo průřezová plocha zubu od paty zubu k jeho špičce. V důsledku toho tato známá řešení mají velmi omezený, pokud vůbec mají nějaký, vztah k problému, který má být vyřešen vynálezem.

Konstrukce s pevnou cívkou byly tradičně používány v širokém měřítku pro různé druhy strojních součástí, přičemž nastavení stroje bylo uskutečňováno obsluhou stroje na základě nejlepšího odhadu. Upevněním cívky je vyloučena jedna proměnná veličina a obsluha se pokouší přiblížit se ke správnému nastavení s nulovou odchylkou od přijatelného konečného zpracování sledem pokusů a postupným omezováním chyb. čím je obsluha stroje zkušenější a čím je větší počet a různorodost součástí, které operátor dosud zpracovával, tím je větší pravděpodobnost přiblížit se na základě předchozích zkušeností přijatelnému zpracování součásti, ale zpravidla až po řadě opakovaných pokusů.

Protože tento postup není v žádném případě racionálním a dostatečně odborným postupem, je při jeho provádění v nejlepšxm případě možno jen doufat v dosažení přijatelného výsledku. Tento problém se ještě zvýrazňuje, jestliže se má indukčně zahřívat nerovnoměrně tvarovaný předmět, například ozubené kolo. Dosud nebyl učiněn pokus o odvození a stanovení soustavy pravidel pro přesné určení optimálních konstrukčních znaků indukční cívky a pro nastavení indukčního stroje pro danou strojní součást, které by byly opakovatelně využitelné u řady zpracovávaných součástí bez ohledu na velikost, tvar, materiál a další znaky zpracovávaných součástí. Místo toho jsou voleny hrubé parametry pro cívku, založené na obecné velikosti zpracovávaných součástí, přičemž nastavení stroje se mění tak dlouho, dokud kombinace proměnných se nepřiblíží dostatečně blízko k požadovaným podmínkám, aby bylo možno tento stav akceptovat.

Pro odstranění nejistoty při stanovování technických parametrů cívky a seřízení stroje a pro umožnění přesného a optimálního indukčního kalení strojních součástí bez ohledu na druh zpracovávané součásti, na jejích geometrických znacích a vlastnostech nalezli autoři vynálezu řešení, které je popsáno v US-PS 4 845 328 a na které celý následující text popisu navazuje. US-PS 4 845 328 popisuje konstrukci stroje a způsob indukčního kalení strojních součástí na tomto stroji pomocí soustavy vzorců potřebných pro návrh konstrukce indukční cívky a seřízení stroje, přičemž tyto vzorce jsou založeny na velikosti zpracovávaných součástí a na jejich vlastnostech. Tento postup vědeckého výpočtu technických podmínek pro jednotné vytvoření cívky a nastavení proměnných stroje, založený na individuálních parametrech zpracovávané součásti, umožňuje dosažení předpokládaných a rovnoměrných výsledků indukčního kalení strojních součástí systematickým a opakovatelným způsobem.

U předchozích řešení se výpočty, které mohly být provedeny podle tehdejších poznatků, v nejlepším případě mohly týkat plochy povrchu součásti a hloubky penetrace. Soustava vzorců a pravidel podle US-PS 4 845 328 umožňuje stanovení proměnných indukční cívky a nastavení stroje spíše na podkladě vědeckých poznatků než na základě odhadu a tím je odstraněna nutnost provádění řady pokusů s řadou chyb, přičemž tímto postupem se také dosahuje vyšší kvality součástí z akceptovatelné a tolerovatělně úrovně na optimální úroveň.

γ

ÚS-PS 4 845 328 je zaměřen především na vzorce a řešení pro indukční kalení ozubených kol pro soukolí s rovnoběžnými osami. Tato ozubená kola mají pro daný případ konstantní velikost zubů v celé jejich délce a ze vzorců je možno získat řešení pro všechny zahřívací parametry. Jiné druhy nebo tvary zubů, například tvary vyskytující se u ozubených kol pro soukolí s křížícími se, protínajícími se nebo mimoběžnými osami, například u hypoidních ozubených kol, nemají konstantní tvar průřezu zubu v celé jeho délce a proto neodpovídají těmto vzorcům.

V uvedeném předchozím patentovém spisu stejných autorů používají matematické algoritmy parametrů ozubených kol, na9 příklad počtu zubů na jeden palec roztečného průměru. Tento postup tedy předpokládá rovnoměrnou velikost každého zubu od jeho paty až ke špičce. Umístění obrobku uvnitř indukční cívky a rovnoměrnost rozdělení tepla napříč obrobku a v celé jeho tloušťce od vnitřního průměru k vnějšímu průměru odráží skutečnost, že se jedná o rovnoměrnou velikost zubů v celé jejich délce. Zatímco indukční kalení ozubených kol pro soukolí s rovnoběžnými osami bylo prováděno pomocí způsobu a zařízení podle US-PS 4 485 328 vesměs úspěšně, u ozubených kol pro soukolí s křížícími se, protínajícími se nebo mimoběžnými osami je situace jiná a jejich společným znakem je postupná změna hmoty zubů a její narůstání ve směru od jejich paty ke špičce. Například hypoidní ozubená kola, která se vyskytují například u všech motorových vozidel s pohonem zadních kol nebo s pohonem na všechna čtyři kola, mají proměnnou geometrii zubů ve směru od jejich paty ke špičce. Kromě šroubovicového zakřivení jednotlivých zubů se zde vyskytuje zvětšování průřezové plochy ve směru od špičky zubu k jeho patě. Úkolem vynálezu je proto především vyřešit problém rovnoměrného indukčního kalení ozubených kol pro soukolí s křížícími se, protínajícími se nebo mimoběžnými osami, zejména hypoidních kol.

/

Podstata vvriálezu ’

Tento úkol je vyřešen způsobem indukčního kalení ozubených kol pro soukolí s křížícími se, protínajícími se nebo mimoběžnými osami podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že při způsobu se nejprve zajistí vysokofrekvenční indukční cívka a ozubené kolo, které má být indukčně kaleno, se umístí do své polohy a nad něj se umístí a orientuje vysokofrekvenční indukční cívka v nakloněné poloze vzhledem k rovině horní plochy ozubeného kola, vysokofrekvenční indukční cívka se připojí na zdroj vysokofrekvenční elektrické energie, vybere se odpovídající hodnota výkonu a doba trvání impulzů pro ozubené kolo zpracovávané indukčním kalením a vy10 sokofrekvenční indukční cívka se nabudí zvolenou hodnotou výkonu a dobou trvání impulzů.

Vynálezem je vyřešen zdokonalený způsob indukčního kalení ozubených kol pro soukolí s křížícími se, protínajícími se nebo mimoběžnými osami.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 blokové schéma hlavních součástí indukčního vytvrzovacího stroje pro indukční kalení ozubených kol, obr. 2 boční pohled na část pracovní stanice pro indukční kalení, obr. 3 schematický boční pohled zobrazující přesazení indukční cívky vůči ozubenému kolu, obr. 4 půdorysný pohled zobrazující přesazení indukční cívky vůči ozubenému kolu, obr. 5 příčný řez částí indukční cívky z obr. 3 a obr. 6 svislý osový řez alterenativním příkladným provedením indukční cívky uložené kolem pastorkového ozubeného kola.

/

Příklady provedení vynálezu • Následující příklady provedení vynálezu slouží pro objasnění podstaty řešení, která bude v další části podrobněji vysvětlena. Rozumí se však, že tyto příklady nemají sloužit k vymezení rozsahu vynálezu a že jsou možné další obměny a alternativní provedení příkladného provedení vynálezu, přičemž se předpokládá, že tyto další obměny základního principu vynálezu, zobrazeného v příkladech, budou pro odborníky v oboru dostatečně zřejmé.

Na obr. 1 je schematicky znázorněno blokové schéma hlavních částí indukčního kalicího stroje 20 pro zpracovávání ozubených kol pro soukolí s křížícími se osami, s protínajícími se osami, s tečnými osami a s mimobéžnými osami, zejména hypoidních ozubených kol, a jejich vzájemného zapojení. V dalším popisu se předpokládá, že hypoidní ozubené kolo představuje jen jeden příklad z uvedených tří kategorií ozubených kol, na který je řešení podle vynálezu zaměřeno. Tímto jediným reprezentativním příkladem není zamýšleno žádné omezení širšího rozsahu vynálezu. Stroj 20 obsahuje programovatelnou logickou řídicí (PLC) jednotku 21, vysokofrekvenční (R.F.) generátor 22 a pracovní stanici 23.· Logická řídicí jednotka 21 je ovládána počítačem 24 s diskovou jednotkou 25 s vytvořenými spoji a přenášenými informacemi, jak je to zobrazeno na obr. 1. Vstup dat může být upraven blokem 24a. který může být například vytvořen ve formě ručního vstupu dat. Tento vstup dat může být přídavným vstupem k datům diskové jednotky nebo může být použit místo vstupu diskové jednotky. Blok ohraničený čárkovanou čarou a připojený k pracovní stanici 23 je určen pro objasnění konstrukčního hlediska a uspořádání prvků umístěných v pracovní stanici 23. Pracovní stanice 23 obsahuje indukční cívku 26., hypoidní ozubené kolo 27. které je zpracovávaným obrobkem, podpěrnou deskou 28, hnacím vřetenem 29 a hnacím motorem 30, jak je to zobrazeno na obr. 2.

Jedna možnost vytvoření řídicího obvodu vysokofrekvenčního generátoru 22 je představována blokem 21a, který je vytvořen podle popisu obsaženého v US-PA 563 398 z 6.8.1990. K této přihlášce vynálezu se bude vztahovat více odkazů uvedených v následujícím popisu. Jak je patrno z obr. 2 na vstup řídicího obvodu generátoru, obsaženého v bloku 21a, je přiváděn signál z počítače 24.

Jak je zobrazeno na obr. 2, zpracovávaným obrobkem je v tomto příkladném provedení hypoidní ozubené kolo 27, které je uloženo na podpěrné desce 28.· Ke spodní straně podpěrné desky 28 je v jejím středu připojeno hnací vřeteno 29, které je přímo spojeno s točivým hnacím motorem 30. Hypoidní ozubené kolo 27 je opatřeno předvrtaným otvorem ve své v podstatě rovinné spodní ploše. Hypoidní ozubené kolo 27 má horní plochu 27a. která je po uložení na podpěrnou desku 28. v podstatě vodorovná a která tvoří vnitřní části konce hypoidního ozubeného kola 22· Tuhý a pevně uložený polohovací čep 28a je vytvořen jako část podpěrné desky 28 a probíhá směrem nahoru z horní plochy 31 podpěrné desky 28. Hypoidní ozubené kolo 22 je bezpečně upevněno k podpěrné desce 28 vložením polohovacího čepu 28a do předvrtaného otvoru. Jestliže je točivý hnací motor 30 uveden do chodu, otáčí hnacím vřetenem 29 velkou rychlostí a hnací vřeteno 29 zase uvádí do otáčivého pohybu podpěrnou desku 28 a hypoidní ozubené kolo 22· Rychlost otáčení dosahuje přibližně 900 až 1800 otáček za minutu, přičemž vhodným typem točivého hnacího motoru 30 je typ Setco pro spodní pohon, model SPL 6100.5-18M.

Rotační pohyb udělený obrobku ve formě hypoidního ozubeného kola 27 je jedním z důležitých hledisek využitých při konstrukci indukčního kalicího stroje 221/ protože je prostředkem pro vyrovnávání a zprůměrování jakékoliv mírné polohové odchylky. Jiným důležitým znakem indukčního kalicího stroje 20 podle vynálezu je umístění indukční cívky 26 ve skloněné poloze vzhledem k vodorovné rovině hypoidního ozubeného kola 22· Nakloněním indukční cívky 26 v malém ostrém úhlu je dosaženo umístění indukční cívky 26 blíže k patě zubů hypoidního ozubeného kola 27 a ve větší vzdálenosti od špičky zubů na straně, kde je indukční cívka 26 umístěna nejblíže k hypoidnxmu ozubenému kolu 22· Patní část zubů má větší hmotu než špička zubu a indukční zahřívání začíná v tomto místě, protože cívka 26 je tomuto bodu nejblíže. Teplo je převáděno z paty ke špičce, protože cívka 26 nakonec začne zahřívat také špičku zubu a pokračuje v zahřívání patní části. Jestliže by indukční cívka 26 nebyla skloněna, špičková část by se příliš zahřála, zatímco větší část patní oblasti by v průběhu zahřívání stále ještě nedosahoval požadované teploty. Úhel naklonění indukční cívky 26 je do jisté míry závislý na šikmosti hypoidního ozubeného kola 27 a na velikosti změny hmoty zubů od paty k vrcholu. Úhel sklonu je označen na obr. 2 a 3 jako úhel Θ (theta). Ačkoliv příkladné provedení zařízení na obr. 3 je podobné příkladu z obr. 2, obr. 3 je zaměřen na objasnění některých dalších detailů úhlu Θ sklonu indukční cívky 26 vzhledem k zubům hypoidního ozubeného kola 27. Obr. 2 je zaměřen zejména mechanická hlediska zajištění polohy a podepření těchto dílů zařízení. Jak je patrno z obr. 3, indukční cívka 26 na levé straně obrázku je umístěna relativně blíže k vrcholům zubů hypoidního ozubeného kola 27 zejména v porovnání s oddálením obou těchto součástí od sebe v pravé části obr. 3. Úhel Θ sklonu indukční cívky 26 je odvozen z úhlu zubů hypoidního ozubeného kola 27, protože každý zub nebo jeho vrchol svírá u tohoto druhu ozubených kol úhel sklonu od paty směrem ke špičce. Volba polohy indukční cívky 26 vůči hypoidnímu ozubenému kolu 27 je zaměřena na to, aby se dosáhlo těsnějšího přiblížení k patě zubů, kde je největší množství materiálu, a aby vzájemná vzdálenost byla větší u špičky, kde je menší množství materiálu. Tímto vzájemným nastavením polohy je umožněno rovnoměrné a vyvážené indukční zahřívání nerovnoměrných zubů. ozubeného kola, přičemž nerov-r noměrností. se rozumí ve smyslu proměny hmoty zubu od jeho paty ke špičce.

Na obr. 4 je zobrazeno přesazení indukční cívky 26 vůči hypoidnímu ozubenému kolu 27. Mírné posunutí kombinované s vysokou rychlostí otáčení hypoidního ozubeného kola 27 zajišťuje rovnoměrný průběh indukčního zahřívacího procesu a zajištění, že celý rozsah každého zubu bude správně zahřát indukčním zahřívacím procesem. Vzduchová mezera mezi indukční cívkou 26 a čelem hypoidního ozubeného kola 27 se pohybuje od přibližně 2,5 mm v oblasti paty zubů do přibližně 22,0 mm v oblasti špičky zubů. Další hledisko při konstrukci indukčního kalicího stroje 20 podle vynálezu spočívalo v tom, že indukční cívka 26. která má v podstatě tvar válcového prstencového tělesa, je posunuta nebo uložena mimoběžně na jednu stranu od středu hypoidního ozubeného kola 27. Tento posuv k jedné straně od středu je schematicky zobrazen v bočním pohledu na obr. 3 a v pohledu shora na obr. 4.

K indukční cívce 26 je pevně připojena ochlazovací jednotka 35 pro prudké ochlazování a tato kombinace konstrukčních dílů je pevně upevněna pomocí prodlouženého ramena 32 a podpěrné svorky 33 k podpěrnému sloupu 34.. Prodloužené rameno 32 je pevně spojeno s nástavcem indukční cívky 26 a je upevněno k podpěrné svorce 33. aby s.e indukční cívka 26 udržovala v požadované orientaci, poloze a sklonu vzhledem k hypoidnímu ozubenému kolu 27. Plastový prstenec 35a je upevněn ke konzole 35b profilu L, která je zase upevněna na podpěrné svorce 33. Tento prstenec 35a zajišťuje přídavnou tuhost indukční cívky 26 a ochlazovací jednotky 35 jako celku. Po správném umístění hypoidního ozubeného kola 27 a jeho upevnění na podpěrné desce 28 pomocí polohovacího čepu 28a a po spolehlivém upnutí indukční cívky 26 v požadované poloze a jejím nastavení v požadované orientaci a sklonu je zařízení připraveno k zahájení indukčního kalicího procesu.

Prvním krokem indukčního kalicího procesu je uvedení hnacího motoru 30 do chodu, aby se dosáhlo vysoké rychlosti otáčení hypoidního ozubeného kola 27. V příkladném provedení se pro určitou velikost hypoidního ozubeného kola 27 a a a určitý výkon hnacího motoru 30 předpokládá rychlost otáčení v mezích od 900 do 1800 ot/min. Zahřívání příkladného provedení hypoidního ozubeného kola 27 pomocí indukční cívky 26 začíná čtyřmi vysokofrekvenčními impulzy s nízkým výkonem, přiváděnými z vysokofrekvenčního generátoru 22. Vysokofrekvenční generátor 22 je jednotkou o výkonu 650 kilowatů, pra15 cující při kmitočtu mezi 230 a 280 kilohertz. Tyto čtyři impulzy s malým výkonem probíhají při třicetiprocentním využití jmenovitého výkonu 650 kW. První impulz má dobu trvání čtyři sekundy a je následován dvousekundovou prodlevou mezi prvním a druhým impulzem. Druhý impulz má dobu trvání pět sekund a je následován další dvousekundovou prodlevou mezi druhým a třetím impulzem. Třetí a čtvrtý impulz mají oba dobu trvání šest sekund a jsou od sebe odděleny třetím časovým prodlevovým intervalem, trvajícím dvě sekundy.

Po čtvrtém nízkovýkonovém impulzu následuje osmisekundová prodleva před jedním výkonovým impulzem, který je vyslán jako závěrečný zahřívací impulz. Tento poslední výkonový impulz má hladinu výkonu nastavenu na 79 procent jmenovitého výkonu vysokofrekvenčního generátoru 22. který je 650 kW. Tento závěrečný impulz má dobu trvání kolem 2,65 sekundy a je bezprostředně následován bez jakékoliv prodlevy nebo zdržení zahájením prudkého ochlazování.

Ochlazovací kapalina je přiváděna k hypoidnímu ozubenému kolu 27 kapalinovým přívodním systémem ochlazovací jednotky 35, která je vytvořena v návaznosti na indukční cívku 26. Ochlazovací jednotka 35 je spřaženo s indukční cívkou 26. áčást ochlazovací jednotky 35 je umístěná nad indukční cívkou 26, zatímco její vypuklá část 36 prochází středem indukční cívky 26. K horní straně rozdělovacího dílu 38 ochlazovací jednotky 35 jsou připojeny čtyři kapalinové připojovací tvarovky 37. Vnitřními kanálky a prostory může chladicí kapalina proudit z těchto čtyř připojovacích tvarovek 37 do vypuklé části 36 ochlazovací jednotky .35, kde je vytvořena soustava výstupních otvorů pro kapalinu přímo nad hypoidním ozubeným kolem 27, která je nasměrovaná přímo na čelní plochu tohoto hypoidního ozubeného kola 27. Úplné a rychlé ochlazení je umožněno vypuklou částí 36 ochlazovací jednotky 35. Tato vypuklá část 36 má jednak kruhový tvar obrysu a jednak klen16 bový tvar svého povrchu, že soustava kapalinových výstupních otvorů je nasměrována na celý povrch hypoidního ozubeného kola 27 rovnoměrně v průběhu celého ochlazovacího cyklu, takže se dosáhne rovnoměrného rychlého ochlazení všech zubů hypoidního ozubeného kola 27. čtyři kapalinové přívodní hadice 39 spojují připojovací tvarovky 37 s nádrží 40 na ochlazovací kapalinu. Tyto čtyři přívodní hadice 39 mají všechny průměr 25,4 mm a nádrž 40 na kalicí kapalinu má obsah 567,8 litrů. Vhodnou ochlazovací kapalinou pro toto řešení podle vynálezu je vodný roztok 364 E.F.Houghtona, která obsahuje glykol v hmotnostním množství mezi 5 a 10 procenty.

V průběhu zahřívání nízkým výkonem a vysokým výkonem zůstává vertikální poloha hypoidního ozubeného kola 27 vůči indukční cívce 26 stálá. V průběhu prudkého ochlazování se mohou vyskytovat malé přesuny hypoidního ozubeného kola 27 ve směru jeho svislé osy vzhledem k indukční cívce 26. aby se usnadnilo prudké ochlazování. Fo dokončení chladicí fáze se zpracovávaný díl odebere z podpěrné desky 28 a indukční kalicí stroj 20 se znovu nastaví na výchozí hodnoty a je připraven pro zpracovávání dalšího hypoidního ozubeného kola. Logická řídicí jednotka 21 ovládá činnost vysokofrekvenčního generátoru 22. přívod chladicí kapaliny a okamžik jejího vydáváňí. Všechny potřebné povely operátora a vstupy dat , pro řízení činnosti logické řídicí jednotky 21 jsou uskutečňovány ovládacím panelem, i když v tomto provedení, kdy je činnost zařízení řízena počítačem, je potřeba styku s obsluhou minimální. Logická řídicí jednotka 21 ovládá vysílání potřebných výkonových impulzů, úroveň výkonu a trvání jednotlivých impulzů. Počet impulzů s nízkým výkonem je rovněž volen bud operátorem prostřednictvím ovládacího pultu nebo počítačovým programem, který je založen na parametrech konkrétního ozubeného kola, aby se dosáhlo správné činnosti indukční cívky 26.

Na obr. 5 je znázorněn příčný řez jednou polovinou in17 dukční cívky 26. Indukční cívka 26 je obecně válcová, avšak obsahuje skloněnopu horní plochu 50 a spodní stupňovitou plochu 51 na své spodní straně 52. Indukční koncentrační vrstva 53 je nanesena na skloněnou horní plochu 50 a také na vnější plochu 54 a vnitřní plochu 55 indukční cívky 26. Tato indukční koncentrační vrstva 53 je vytvořena z práškového železa suspendovaného v plastu.

Na obr. 6 je znázorněno jiné příkladné provedení indukční cívky 60 a pastorkového ozubeného kola. 61. Toto pastorkové ozubené kolo 61 je podobný příkladu z obr. 2 a 3 tím, že jeho ozubení je opatřeno nerovnoměrnými zuby, které mají hmotu měnící se od .jednoho konce každého zubu-k· jeho protilehlému konci a probíhají směrem dolů od protilehlých stran, které jsou umístěny proti sobě na opačných stranách horní plochy kola. U tohoto pastorku tedy musí být indukční cívka 60 umístěna kolem ozubení a není tedy nad ozubením hypoidnxho ozubeného kola 27, jak tomu bylo v předchozím příkladném provedení.

Pastorkové ozubené kolo 61 má zakřivené šroubovicové zuby 62. které zvětšují svoji hmotu ve směru od špičky 63 šroubovicového zubu 62 k jeho patě 64. Z toho důvodu je podle vynálezu vnitřní plocha 65 indukční cívky 60 komole kuželová, takže indukční cívka 60 je uložena blíže k větší hmotě zubů 62 ozubení v oblasti jejich paty 64 a je více vzdálena od špiček 63 zubů 62. Pastorkové ozubené kolo 61 se otáčí vysokou rychlostí a indukční cívka 60 má výšku, která překrývá celou výšku zubů 62 ozubeného kola 61. Zbývající části konstrukce a činnosti zařízení podle obr. 1 jsou využitelné také u indukční cívky 60 a ozubeného kola 61 podle obr. 6 ve stejném provedení jako v příkladu na obr. 2. Jediný podstatný rozdíl mezi obr. 2 a obr. 6 navíc ke změně v druhu indukční cívky 60 a jejího umístění spočívá v uložení ochlazovací jednotky vzhledem k indukční cívce 60. Protože pastorkové ozubené kolo 61 je v příkladu podle obr. 6 umístěno uvnitř induk18 ční cívky 60, musí být ochlazovací jednotka umístěna nad pastorkovým ozubeným kolem 61 a kolem něj, přičemž otvory pro výstup chladicí kapaliny jsou nasměrovány proti zubům 62.

Předchozí popis příkladů provedení kalicího stroje podle vynálezu, zobrazených na výkresech, slouží pro objasnění podstaty řešení a nijak neomezuje rozsah ochrany, takže příkladná provedení mohou mít řadu dalších alternativních realizací, které spadají do rozsahu vynálezu.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob indukčního kalení ozubených kol pro soukolí : křížícími se, protínajícími se nebo mimoběžnými osami, v y značující se tím, že se nejprve osadí vysoko frekvenční indukční cívka a ozubené kolo, které má být indukčně kaleno, se umístí do své polohy a nad něj se umístí vysokofrekvenční indukční cívka orientovaná v nakloněné poloze vzhledem k rovině horní plochy ozubeného kola, vysokofrekvenční indukční cívka se připojí na zdroj vysokofrekvenční elektrické energie, vybere se odpovídající hodnota výkonu a doba trvání impulzů pro ozubené kolo zpracovávané indukčním kalením a vysokofrekvenční indukční cívka se nabudí stanovenou hodnotu výkonu po stanovenou dobu trvání impulzů.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nabuzení indukční cívky se provádí čtyřmi impulzy s malým výkonem, následovanými jedním impulzem s velkým výkonem.
3. 3. způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že úhel sklonu nakloněné indukční cívky s vodorovnou rovinou je mezi:5° a 40°.
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že při orientování se vysokofrekvenční indukční cívka umístí do polohy přesazené stranou z geometrického středu ozubeného kola.
5. 5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se zajistí přívod ochlazovací kapaliny, tento přívod ochlazovací kapaliny se připojí na vysokofrekvenční indukční cívku a ozubené kolo se zakalí prudkým ochlazením.

   nové znění nároků
6. 6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že nabuzení indukční cívky se provádí čtyřmi impulzy s malým výkonem, následovanými jedním impulzem s velkým výkonem.
7. 7. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že úhel sklonu nakloněné polohy indukční cívky s vodorovnou rovinou je mezi 5° a 40°.
8. 8. Indukční kalicí stroj k provádění způsobu podle nejméně jednoho z nároků 1 až 7 pro obrysové kalení ozubených kol pro soukolí s křížícími se, protínajícími se nebo mimoběžnými osami, vyznačující se tím, že obsahuje pracovní podpěru konstruovanou a upravenou pro uložení ozubeného kola (27, 61) zpracovávaného indukčním kalením a obsahující ústrojí pro otáčení ozubeného kola (27, 61) kolem jeho osy otáčení, vysokofrekvenční indukční cívku (26) umístěnou nad pracovní podpěrou v nakloněné poloze, přičemž ozubeného kolo (27, 61) vstupuje a vystupuje do zahřívací oblasti indukční cívky (26) při svém otáčivém pohybu, a budicí ústrojí elektricky spojené s vysokofrekvenční indukční cívkou (26) pro její nabuzení řadou budicích impulzů.
9. 9. Indukční kalicí stroj podle nároku 8, vyznačující se tím, že obsahuje točivý hnací motor (30), spojený s pracovní podpěrou, pro udržování otáčivého pohybu ozubeného kola (27, 61).
10. 10. Indukční kalicí stroj podle nároku 8, vyznačující se tím, že obsahuje zdroj ochlazovací kapaliny a ústrojí pro přívod ochlazovací kapaliny na ozubené kolo (27, 61).
11. 11. Indukční kalicí stroj obrysové kalení hypoidních ozubených kol majících nerovnoměrnou hmotu zubů od jejich paty ke špičce, vyznačující se tím, že obsahuje ústrojí pracovní stanice (23) mající podpěrnou plochu pro uložení hypoidního ozubeného kola (27), které má být indukčně kaleno a ústrojí pro otáčení hypoidního ozubeného kola (27) kolem jeho osy, indukční cívku (26) umístěnou ve skloněné poloze v úhlu (Θ) vzhledem k podpěrné ploše a budicí ústrojí, které je elektricky spojeno s indukční cívkou (26) pro nabuzení indukční cívky (26) řadou budicích impulzů pro vytvoření zahřívací oblasti, přičemž zuby hypoidního ozubeného kola (27) jsou přiváděny do zahřívací oblasti a vysouvány z této oblasti v otáčejícím se stavu.
12. 12., Indukční kalicí stroj podle nároku 11, - v. y z n a čující se tím, že indukční cívkou (26, 60) je vysokofrekvenční indukční cívka.

    18. Indukční kalicí stroj pro obrysové kalení ozubených kol pro soukolí s křížícími se, protínajícími se nebo mimoběžnými osami, vyznačující se tím, že obsahuje pracovní podpěru konstruovanou a upravenou pro uložení ozubeného kola (27, 61) zpracovávaného indukčním kalením a obsahující ústrojí pro otáčení ozubeného kola (27, 61) kolem jeho osy otáčení, vysokofrekvenční indukční cívku (26) umístěnou nad pracovní podpěrou v nakloněné poloze, a budicí ústrojí elektricky spojené s vysokofrekvenční indukční cívkou (26) pro její nabuzení a vytvoření zahřívací oblasti, přičemž zuby (62) ozubených kol (27, 61) jsou pohyblivé do této zahřívací oblasti a ven ze zahřívací oblasti při otáčení ozubeného kola (27, 61).

    19. Indukční kalicí stroj podle nároku 18, vyznačující setím , že obsahuje točivý hnací motor (30), spojený s podpěrou ozubeného kola (27, 61).

    20. Indukční kalicí stroj podle nároku 18, vyznačující se tím, že obsahuje zdroj ochlazovací kapaliny a ústrojí pro přivádění ochlazovací kapaliny na ozubené kolo (27, 61).

    z