автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение эффективности червячного зубофрезерования роторов промышленных перфораторов

На правах рукописи

Мацкевич Алексей Валерьевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЧЕРВЯЧНОГО ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ РОТОРОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕРФОРАТОРОВ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 МДМ ?012

Тула-2012

005043498

005043498

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Феофилов Николай Дмитриевич

Официальные оппоненты: Борискин Олег Игоревич

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», зав. кафедрой «Инструментальные и метрологические системы»

Полуэктов Алексей Евгеньевич кандидат технических наук, главный инженер ОАО «Тулаэлек-тропривод», г. Тула

Ведущая организация: ОАО «НПО «Стрела», г. Тула

Защита диссертации состоится «29» мая 2012 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» по адресу: 300012, г. Тула, проспект Ленина, д. 92, 9-101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан «27» апреля 2012 г.

Ученый секретарь

Орлов Александр Борисович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В механизмах и машинах с жесткой кинематической связью применяются передачи, составленные из пары перекатывающихся друг по другу зубчатых звеньев, имеющих взаимоогибаемые эволь-вентные, циклоидальные и другие профили.

Циклоидальные передачи, по сравнению с эвольвентными, обеспечивают: меньший износ профилей при недостаточности смазки, больший коэффициент перекрытия колес, меньшую скорость скольжения профилей, высокий КПД и способность передавать высокую мощность. Передачи используются в планетарных редукторах и компрессорах, горнодобывающих и подъемно-транспортных машинах, в часовых механизмах.

Внецентроидное цевочное гипоциклоидальное зацепление применяется при передаточном отношении более 1:15, малой частоте вращения звеньев и необходимости минимизации геометрических размеров передачи, например в приводе промышленного пневматического перфоратора для бурения шпуров в горных породах. Основными рабочими элементами привода перфоратора являются ротор и статор. Ротор совершает планетарное движение внутри статора. От точности сопрягающихся поверхностей ротора и статора зависит эффективность работы привода.

Сложность геометрической формы ротора при сборной конструкции и широком зубчатом венце, наличие на венце радиальных строго ориентированных по отношению к впадинам отверстий, необходимость нарезания зубьев на заготовке с твердостью 36...42 ИКС, и отсутствие стандартного производящего контура создают технологические сложности для реализации операции зубофрезерования.

Использование в производстве монолитных быстрорежущих червячных фрез постоянной установки с приближенным производящим контуром, имеющим участки с малыми и даже нулевыми боковыми задними углами, при коробчатой форме срезаемых стружек и большой протяженности фрезерования, приводит к интенсивному изнашиванию фрезы. В результате образуется конусность ротора, увеличиваются зазоры в зацеплении его со статором, возрастают утечки рабочей среды и снижается КПД в передаче, применяемая конструкция червячной фрезы является малоэффективной, операция зубофрезерования - трудоемкой и с высокой технологической себестоимостью. Малая серийность производства пневматических промышленных перфораторов ограничивает применение на операциях зубообработки венца твердосплавных червячных фрез и червячных шлифовальных кругов из-за сложностей формообразования производящих поверхностей этих инструментов.

Таким образом, совершенствование конструкции инструмента, переход к высокотехнологичным сборным червячным фрезам, обеспечивающим повышение точности сопрягающихся поверхностей ротора и статора, минимизация радиального зазора в рабочем зацеплении и исключение заклинивания в передаче является актуальной научной задачей.

Работа выполнена в соответствии с госбюджетными темами: № 06-05 «Прогрессивная технология механической обработки и сборки», № 15-10 «Инновационно-перспективные технологии механической обработки и сборки» и грантом по программе «УМНИК».

Цель работы. Повышение эффективности операции зубофрезерования за счет выполнения условий взаимного огибания поверхностей в рабочем и станочном зацеплениях и совершенствования геометрических параметров червячной фрезы.

Задачи исследования.

1. Анализ внецентроидного цевочного гипоциклоидального зубчатого зацепления и определение уравнений взаимоогибаемых поверхностей ротора, статора и производящей поверхности червячного инструмента.

2. Определение диаметра начальной окружности ротора, исключающего интерференцию контактирующих профилей и обеспечивающего минимальные зазоры в зацеплении.

3. Определение параметров эквивалентной эвольвентной винтовой производящей поверхности фрезы.

4. Технико-экономическое обоснование процесса зубофрезерования роторов сборной червячной фрезой с учетом ее подналадок и передвижек.

5. Установление влияния погрешностей установки фрезы на отклонения координат профиля производящей поверхности в станочном зацеплении от номинальной.

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории машин и механизмов, теории зубчатых зацеплений, теории резания, теории проектирования режущих инструментов с использованием методов математического моделирования и графических программ на ЭВМ. При моделировании использовались основные положения аналитической и дифференциальной геометрии, векторной алгебры, матричного исчисления.

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях ТулГУ на кафедрах: «Технология машиностроения» и «Инструментальные и метрологические системы». Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием методов математической статистики.

Достоверность результатов обеспечена обоснованным использованием аналитических зависимостей, применением методов математической статистики и подтверждается соответствием результатов теоретических исследований экспериментальным данным, полученным лично автором, а также возможностью практического использования результатов на производстве.

Автор защищает:

а) графоаналитическую модель производящей поверхности инструмента и ее взаимосвязь с начальной поверхностью обрабатываемой детали, обеспечивающие выполнение условия образования минимального радиального зазора в рабочем зацеплении;

б) вариант проектирования производящей и технологической поверхностей сборной червячной фрезы для гипоциклоидального профиля детали на основе эквивалентной эвольвентной винтовой поверхности;

в) результаты технико-экономического анализа процесса зубофрезерования на основе учета комплекса движений инструмента и детали в станочном зацеплении;

г) результаты оценки влияния погрешностей установки фрезы на точность зубчатого венца ротора.

Научная новизна заключается в решении задачи проектирования производящей и технологической винтовых поверхностей .сборной червячной фрезы для роторов гипоциклоидального зацепления на основе взаимосвязи параметров рабочего и станочного зацеплений, которая позволила: обеспечить минимальный радиальный зазор в рабочем зацеплении, устранить интерференцию производящей поверхности фрезы с обработанной зубчатой поверхностью в станочном зацеплении, обеспечить положительные задние углы резания вдоль режущей кромки.

Практическая значимость:

а) получены профили сопрягающихся деталей ротора и статора, а так же профиль червячной фрезы для нарезания ротора;

б) разработан метод проектирования и изготовления сборных червячных фрез с поворотными рейками на основе эквивалентной эвольвентной винтовой поверхности;

в) проведены расчеты погрешностей установки режущего инструмента;

г) обоснована эффективность использования экономичных режимов резания, по сравнению с высокопроизводительными, и определены технико-экономические показатели операции зубофрезерования роторов гипоциклоидаль-ных передач.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (2010 г. - 2012 г.), ежегодных магистерских научно-технических конференциях (г.Тула, ТулГУ, 2008 - 2011 г.г.), ежегодных молодежных научно-практических конференциях студентов Тульского государственного университета «Молодежные инновации» (г.Тула, ТулГУ, 2008 - 2011 г.г.), Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (г.Тула, ТулГУ, 2008 г.). Элементы работы выставлялись на Тульском молодежном инновационном конвенте (г. Тула, 2009 г.), выставке научно-технического творчества молодежи, посвященной дню Российской науки (г. Тула, 2011 г.). За время обучения автор награжден стипендией правительства РФ (2012 г.), благодарственным письмом Тульской областной думы (2009 г.), именной премией им. И. А. Коганова за лучшую разработку в области технологии машиностроения (2011 г.), дипломом лауреата первой степени Всероссийской НТК студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных статей, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 71 наименования и включает 121 с. печатного текста, содержащего 47 ил., 1 табл.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, положения, выносимые на защиту, научная новизна, методы исследования и практическая ценность работы.

В первой главе рассмотрена конструкция, принцип работы, особенности проектирования и изготовления, основные параметры и характеристики приводов на примере промышленного пневматического перфоратора ПП80НВ, изготавливаемого в ООО «Тарпан», г. Тула. Основным узлом перфоратора является пневматический привод с внецентроидным цевочным гипоциклоидальным зубчатым зацеплением (рис. 1), в котором ротор совершает планетарное движение в статоре.

Расчету и проектированию внецентроидного цевочного эпициклоидального зацепления посвящены работы Жмудь А. Е., Кудрявцева В. Н., Лашнева С. И., Литвина Ф. Л., Пыжа О. А., Шанникова В. М. Однако о гипоциклоидальном зацеплении в литературе сведений недостаточно, конструкции передач с таким зацеплением рассмотрены в узком диапазоне чисел зубьев.

Зубчатая поверхность ротора является неэвольвентной и наиболее часто ее обработка осуществляется по методу обкатки на зубофрезерном станке монолитными затылованными фрезами определенной установки с участками режущей части, спрофилированными по дуге окружности. Существенный вклад в исследование и проектирование червячных фрез с не-эвольвентыми профилями внесли Романов В. Ф., Лашнев С. И., Семенченко И. И., Цвис Ю. В., Фрайфельд И. А., Фео-филов Н. Д., Борискин О. И., Шевченко А. Н., Иноземцев Г. Г. и другие.

Анализ конструкции привода перфоратора выявил недостатки в существующем зацеплении. Установлено, что за счет изменения исходного контура и конструкции фрезы можно влиять на характеристики привода перфоратора.

Во второй главе проанализирована геометрия гипоциклоидального зацепления. Графически построены профили ротора и статора, выведены формулы для аналитического расчета профилей. Определены оптимальные параметры профилей с точки зрения минимизации зазоров в зубчатой передаче, исходный и эквивалентный контуры для инструмента реечного типа.

Исходные данные для расчета зубчатой передачи включают число зубьев ротора - и радиус цевки - гс.

„ ~ 2. Г.

Передаточное отношение гипоциклоидальнои передачи: — = —, где г2 = 2, +1 - число зубьев статора; >\ = г.( — + х 1 и г2 = Н —- + х 1 - радиусы цен-

Рисунок 1 - Внецентроидная гипоцик-лоидальная зубчатая пара привода перфоратора. 1 - ротор, 2 - статор.

троид ротора и статора; х - коэффициент смещения цевки. Установлено, что при х = О возникает интерференция ff профилей цевки ротора и зуба статора

(рис. 2, а), с увеличением коэффициента смещения х интерференция уменьшается. Графической обкаткой для ге=5мм, г, =18 определен х = 0,52, при котором интерференция отсутствует (рис. 2,6).

Профили ротора и статора в системе координат статора х202у2 (рис. 3) определяются зависимостями: а) координаты произвольных точек М1 профиля ротора:

Л, = (т/х; +у1 - е-с)со4 агЛе! ^

I2 1

У,

'х; + у2г-е-СШ — + ^

12 г, {у.

+ е>

Рисунок 2 -Участки

профиля ротора: а - с интерференцией; б - без интерференции.

¿Гипоциклоида

б) координаты произвольных точек Мг профиля

У х

статора х

-х -г

2э

где С - радиальный зазор между окружностями вершин зубьев ротора и статора, измеряемый при совпадении осей О, у, и 02у2 систем координат

ротора хРм и статора х202у2; х = а ( I Уп = {у2э) ~ проекции единичного вектора

нормали к гипоциклоиде на координатные оси; е = гг-г, - межосевое расстояние;

-У +К~

Рисунок 3 - Взаимоогибаемые профили ротора и статора

= г соя

+ есо5(а,) и х^/^т

яЛ/;

+ е5т(аг1) -координаты

точек М гипоциклоиды.

2э

Обеспечение радиального зазора с одной стороны является условием проверки контакта, а с другой стороны следствием допусков на элементы поверхностей ротора и статора. При совпадении осей О,;*, и 02у2 систем координат ротора ХА)\ и статора х20,>>, (см. рис. 2) проведено исследование радиального зазора в диапазоне от нулевого значения, при котором наблюдается пересечение профилей ротора и статора, до значения, при котором пересечение профилей колес в зубчатой передаче отсутствовало. Для этого выведено условие проверки контакта профилей ротора и статора в каждой точке сопряжения при заданном С:

где

4пУ

проек-

ции единичного вектора нормали в каждой точке к профилю статора.

Способ профилирования поверхности фрезы определяется направляющей спиралью винтовой производящей поверхности: эвольвентой, Архимеда или кон-волютой. При проектировании эвольвентного зуборезного инструмента за основу принимаются параметры профиля исходного контура, который в плоскостях касательных к основному цилиндру состоит из совокупности прямых линий. Аналогичный подход использован и при определении исходного контура для гипоцик-лоидального зацепления. Так как контур является криволинейным, то с помощью метода наименьших квадратов он заменен эквивалентным прямолинейным (рис. 4). При проектировании червячной фрезы профили сторон исходного контура помещались в плоскости, касательные к основному цилиндру.

По теореме Оливье координаты точек М'

исходного контура для гипоциклоидального зацепления в системе координат :

х* = (г, - С)агс£ (^—1» У1=^х1+У22-С,

Щ(х,;у,) М1И(х'ь;у,]з).

¡¡У] -5:

1хо р

У<иЛо0 01

где х,; у1г х2; у.

Н

Рисунок 4 - Исходные контуры. 1 - для гипоциклоидального зацепления;2 - эквивалентный.

координаты точек профилей ротора и статора. Высота профиля исходного контура: к'=у'и^ и .с» - наиб°ль-

шее и наименьшее значения у*.

Координаты точек М'^ , М"^ правой и левой сторон эквивалентного исходного контура в системе координат х.О.у.: у =а х +Ь , у = а х +Ь ,

1 ^КЬ Я КЬ л' ^По I £|э ¿'

где ак, Ьк, - коэффициенты. Углы профиля правой и

левой сторон эквивалентного исходного контура

а„

= ап^

и а1= агй,

</0

равны по величине и

расположены относительно оси О, у1 зеркально.

Условие отсутствия подрезания зубьев ротора - нормали к каждой точке профиля ротора должны пересекать начальную окружность (рис. 5). Радиус начальной окружности

определяется из неравенства Я>г - С и зависит от угла ду-Рисунок 5 - Схема „ _ _

для определения гового Ушстка <РК- Для обработки максимального дугового радиуса начальной Участка профиля ротора т. е. при % =90° радиус начальной окружности окружности Я = г,-С.

Шаг зубьев исходного контура р = —(г, - С).

Исходный контур для эвольвентных винтовых поверхностей определяет угловое положение и длину образующей прямой, которая является касательной к винтовой линии, описываемой на основном цилиндре точкой касания образующей прямой с поверхностью цилиндра, т. е. образующие прямые правой и левой сторон профиля располагаются в плоскостях, касательных к основному цилиндру и пересекаются на среднем цилиндре. Под средним цилиндром понимается цилиндр, на котором высота профиля головки зуба равна высоте профиля ножки зуба. На нем задается толщина витка.

Координаты точек образующих сторон исходного контура для гипоциклои-далыюго зацепления в плоскостях, касательных к основному цилиндру в системе

координат х,О0у, (см.рис.4): x<í=^x¡+y> Larctg(

c«s(x„„) {Уг-е

гДе га0 - радиус вершин зубьев фрезы, ут0 - угол подъема витка на среднем цилиндре.

Координаты точек образующих правой и левой сторон эквивалентного прямолинейного исходного контура в плоскостях, касательных к основному цилиндру в системе координат хаО0у0:

Л---Ь*~Х„п -Г°о-Гг+С bL-X -г -к + С

ascos(rm0) aL cos(y„0)

Отклонения правой и левой сторон исходного контура для гипоциклоидаль-ного зацепления от эквивалентного прямолинейного: Д„ = >>й(ь - у^ AL =уСОг -у0.

В третьей главе рассчитаны производящая и технологическая винтовые поверхности червячной фрезы. На основе теории взаимоогибаемых поверхностей решена задача профилирования режущего инструмента для гипоциклоидального зацепления, определены производящая и осевая поверхности дискового шлифовального круга, формирующего технологическую винтовую поверхность, рассчитана конструкция сборной червячной фрезы с поворотными рейками с единым рабочим и технологическим корпусом.

Уравнения правой и левой сторон производящей винтовой поверхности для гипоциклоидального зацепления в плоскостях, касательных к основному цилиндру в системе координат фрезы:

для правой стороны: Хп =rMros(v +Jj + Mcosfojsinív + J), yKII =/y-MSÍn(rJ-As,

z«0 = -По sin(v + S) + и cos(/t0 )cos(v + 8), для левой стороны: х<л = rM cos(v + Ó') + 1Í cos(yM )sin(v + 5), yLa = -p0V + и sin {yn )-A£, o + COs(^0 )cOs(v + S),

где и = -—-.—- длина отрезка образующей прямой х = х.. =х : „ _ "уг ~г»"° -

cosÜW

угол развернутости эвольвенты, г - радиус произвольной окружности, изменяющийся в пределах от г/а до гм; ДЛ/ - отклонения исходного ко1ггура для гипоциклоидального зацепления от эквивалентного, при АК1 =0 рассчитывается эквивалентная эвольвентная производящая по-

Виток ^у/1/ верхность; $ = ■

//

л/г«о 1о - агсзш / \ !к.

1 Г»° \ Г0 у

у/, - угловая толщина зуба на среднем цилиндре (рис. 6).

-г. Уравнения торцового профиля производя-

Рисунок 6 - Торцовое сечение щей винтовой поверхности для гипоциклоидаль-эквивалентнои винтовой про- ного зацепления: изводящей поверхности

для правой стороны: ='■««»(»', +^) + МС05(/м)мп(^ + £), 2т =-Гм5ш(кя + д) + ис0${ут)с0*(ук + ё),

для левой стороны:

хш =^004^ + ё) + исо5(ум)зт(у1 + <?), = г„0+ £)-мсоз(/м)со5(1'£ +5),

и5т(/Ь11)+А. иД,

где ~-—^-у1 =-—- углы развернутости эвольвенты.

Рч Ро

Построение производящей винтовой поверхности осуществлено перемещением торцового сечения по винтовой линии с винтовым параметром р0 = , где

2/г

Р, о=-

осевой шаг фрезы, утй - агсвт

г \ Р

Ая-

угол подъема винтовой

«»(г..)

линии на среднем цилиндре, с!0 = 2г0 = 2гм - 1г - диаметр среднего цилиндра, К -высота профиля исходного контура, р - шаг исходного контура на среднем цилиндре.

Основой построения винтовой поверхности являлся основной цилиндр. Ра-

1п(у )

диус основного цилиндра гьо = /•„ ^' у где ум = агссоз[со5(а)соз(7„0)] ~ основной угол подъема винтовой линии; а - угол профиля эквивалентного исходного контура, по абсолютной величине а = |ай| = \а, \.

Для получения технологической винтовой поверхности выбрана сборная конструкция червячной фрезы с поворотными рейками с единым рабочим и технологическим корпусом (рис. 7) и осуществлен переход от производящей поверхности фрезы к технологической. Радиус технологической винтовой поверхности определялся с учетом переднего угла ум на кромке вершины фрезы. Взаимосвязь между радиусами вершин рабочей и технологической поверхностей:

гсТ = ^ + 2фос -2Ь0), где Ь0 - ширина головки рейки, - ширина паза для рейки, с - смещение паза относительно оси фрезы определяется из уравнения . (Ь„ +с-0,5бЛ ■ ( \ п

51п| -^ - ум -гая 5ш(уа0) = 0.

2СС0Б

агсвш

ч

V '«О /

Построение технологической винтовой поверхности для гипоциклоидального зацепления осуществлено перемещением осевого сечения с винтовым параметром. Уравнения осевого сечения в системе координат технологической поверхности:

для правой стороны:

Рисунок 7 - Сборная червячная фреза

Г - т/**;

■Ч

с

\ ^й/ГаО у J

\

Ум =>'

-Ро(Г*,т)>

Х1т + 21уг

ап^

для левой стороны:

Ул=У1г1>-Ро(Гьт)>

V

где хЫгТ, - координаты точек режущих кромок производящей винтовой поверхности в системе координат технологической поверхности (рис. 8); хШуТМ, 2иугм -координаты точки вершины режущей кромки в системе координат технологической поверхности; уКг0, уСг0 - координаты точек производящей винтовой поверхности в плоскости развернутой на

"■1гъл

Рисунок 8 - Взаимное расположение систем координат производящей и технологической поверхностей

передний угол в системе координат производящей поверхности; ум, уит - углы между точками осевой плоскости технологической винтовой поверхности и точками в плоскости режущих кромок производящей винтовой поверхности.

Формирование технологической винтовой поверхности сборных фрез осуществляется шлифовальным кругом на резьбошлифовальном или токарно-затыловочном станке. В технологическом положении реек режущие кромки и задняя поверхность располагаются на винтовой поверхности.

Шлифовальный круг и технологическая винтовая поверхность контактируют в станочном Рисунок 9 - Фрагмент модели зацеплении по линии контакта (рис. 9). Сечение шлифовального круга технологической винтовой поверхности совокуп-

ностью плоскостей, перпендикулярных к оси шлифовального круга, определяет точки линии контакта технологической винтовой поверхности и поверхности шлифовального круга. Осевой профиль шлифовального круга определен как проекция точек линии контакта по дуге окружности на осевую плоскость.

В четвертой главе рассчитаны технико-экономические параметры процесса зубофрезерования роторов, определено влияние передвижек и подналадок на параметры процесса зубофрезерования деталей с гипоциклоидальными профилями. Рассчитаны величины погрешностей зацепления при червячном зубофрезеровании от конструктивных и технологических параметров червячной фрезы, определено влияние погрешностей изготовления и установки фрезы на профиль ротора.

При зубофрезеровании роторов количество подналадок, передвижек и смен фрезы на переточку влияет на производительность станка и зависит от режима резания. Режим резания оказывает влияние на машинное время и не влияет на время вспомогательного хода. Подналадка инструмента, т. е. сближение его с заготовкой, выполняется в том случае, если, износ фрезы еще не достиг предельного значения, а контролируемый параметр точности зубчатого колеса близок к границе поля допуска. Передвижка фрезы осуществляется вдоль собственной оси на неизношенный участок режущей кромки при изнашивании предыдущего участка. Смена фрезы осуществляется после изнашивания всей режущей кромки.

Цикл подналадок и передвижек фрезы при зубофрезеровании осуществляется в двух вариантах: а) серия подналадок с последующей передвижкой; б) серия передвижек с последующей подналадкой. Подналадки являются не перекрываемыми элементами цикла операции, а периодические передвижки совмещаются во времени с другими вспомогательными элементами операции, например, с возвратом фрезы в исходное положение после обработки зубчатого венца.

Скорость резания, обеспечивающая минимальную себестоимость выполне-

>-„, Ху, г* — коэффициенты, учитывающие влияние различных факторов; кь - коэффициент времени резания фрезы; Сн - затраты на эксплуатацию режущего инструмента за его период стойкости; Сц - себестоимость одной минуты работы станка и станочника за вычетом затрат на эксплуатацию инструмента; ГобС.р - время обслуживания, связанное с подналадками, передвижками и сменой фрезы на пе-

реточки за весь период ее стойкости; г0 - число заходов фрезы; Ня =■ \ -подача фрезы; - число передвижек; /см - число смен фрезы на переточку; Су -поправочный коэффициент для скорости резания. По оптимальной скорости резания рассчитываются: машинное время, время обслуживания инструмента и станка, составляющая штучно-калькуляционного времени, зависящая от режима резания.

Выбраны оптимальные сочетания скорости резания, подачи, количества передвижек и подналадок фрезы при обработке роторов (V = 29м/мин, 5 = 2мм/об, = 10, =3). Значения этих параметров обеспечивают минимальную себестои-

ния операции зубофрезерования: V, =

СЛ сши„+Щ„+У>щ

Ч> у

, где к„ т\,

мость обработки и расчетную стойкость фрезы Гэ = const. Себестоимость операции включает две составляющие, не зависящую и зависящую от режима резания:'

ca=ch+cp = (,_cj+

/ +

, где (fc - число деталей, обработанных за

• часовая производи-

полный период стойкости фрезы; /м - машинное время; 7, тельность, не зависящая от режима резания.

С увеличением числа подналадок при скорости резания, соответствующей максимальной производительности, часовая производительность ц станка уменьшается, а при экономичном режиме резания скорость резания остается постоянной. Снижение производительности объясняется неравномерным изнашиванием фрезы и необходимостью выполнения подналадок через неравномерно уменьшающиеся промежутки времени. Эффективность передвижек возрастает с увеличением их количества, однако длина режущей части фрезы ограничивает их применение и не позволяет достичь эффекта, который достигается при подналадке. Это подтверждает оценка стоимости операции обработки, которая в 2 раза выше при использовании передвижек (рис. 10).

Расход фрез на программу изготовления зубчатых деталей зависит от числа переточек, допускаемых фрезой, которое определяется шириной режущей рейки по задней поверхности.

Стойкость фрезы определяется геометрической точностью, статическими, кинематическими и динамическими погрешностями в технологической системе. Погрешности профиля зубьев роторов зависят от допусков на посадочные отверстия червячных фрез и фрезерную оправку. При этом ось вращения фрезы не совпадает с ее геометрической осью.

Погрешности проявляются в виде:

1. Смещения или цилиндрического биения червячной фрезы. При этом ось червячной фрезы остается параллельной оси вращения станка, тогда величина погрешностей

Аа =е0со5(^)зт(а),

где еа - биение на буртиках, а - угол профиля эквивалентного исходного контура.

2. Перекоса червячной фрезы. При этом геометрическая ось червячной фрезы пересекает ось ее вращения на станке, тогда величины погрешностей по правой и левой сторонам зуба соответственно равны:

А

360

310

260 о, руб 210

160

110

—■—Фреза с завода —Фреза спроектированная

N

4 к. > Ь

■i

1 23 4 5.67 8 9 10 F

Рисунок 10 - График зависимости стоимости выполнения операции от количества передвижек

: И*(i9 - 0)| + И*(i3 = ' A=yl(x*-x'J+b>«-y'J

где х„ ^ - координаты теоретических профилирующих точек фрезы, х'К1 динаты практических профилирующих точек фрезы.

коор-

3. Комбинированной ошибки установки, когда геометрическая ось червячной фрезы наклонена и не совпадает с осью вращения. Смещение и перекос червячной фрезы оказывает влияние на точность поверхности обрабатываемой детали и приводит к погрешностям профилей зубьев деталей. Погрешности профиля зубьев ротора определяются через отклонения положений профилируемых точек, точек касания производящей поверхности зубьев червячной фрезы и ротора. Погрешности зацепления определяются периодическими функциями положений точек режущих кромок, они максимальны при <р = 0 и минимальны при <р = л, где <р - угловое положение точек режущих кромок. Комбинированная погрешность зацепления получается в результате суммирования погрешностей, определенных для случаев 1 и 2

1л1 = № + Ж - 2^л1со$(0),

где в - угол между плоскостями, в которых изменяются погрешности.

Анализ графиков зависимостей погрешностей зацепления от длины I и диаметра da фрезы (рис. 11) показывает, что величина погрешностей обратно пропорциональна длине червячной фрезы (рис. 11, а) и прямо пропорциональна диаметру (рис. 11, б).

Рисунок 11 - Зависимость погрешности зацепления А от а - длины фрезы 1,6- диаметра фрезы с1а.

Для обеспечения точности параметров сборной червячной фрезы проведена конструкторско-технологическая подготовка, включающая полный комплект документов для изготовления сборной червячной фрезы с поворотными рейками с единым корпусом в качестве рабочего и технологического, и комплект технологической оснастки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача повышения эффективности червячного зубофрезерования гипоциклоидальных роторов промышленных перфораторов, за счет совершенствования конструкции инструмента, перехода к высокотехнологичным сборным червячным фрезам, обеспечивающим повышение точности сопрягающихся поверхностей ротора и статора, минимиза-

14

ции радиального зазора в рабочем зацеплении и исключении заклинивания в передаче. При этом получены следующие основные результаты и сделаны выводы:

1) разработанная на основе рабочего и станочного зацепления графоаналитическая модель производящей поверхности червячной фрезы позволила установить геометрическую взаимосвязь между параметрами взаимоогибаемых контуров ротора, статора и исходного производящего контура и уменьшить радиальный зазор в рабочем зацеплении с 0,3 мм до 0,07 мм;

2) установлено, что переход от фрезы определенной установки к фрезе, обеспечивающей получение профиля огибанием, устраняет подрезание цевки у основания, искажение ее профиля и обеспечивает плавное сопряжение головок смежных цевок;

3) проектирование производящей поверхности сборной червячной фрезы для гипоциклоидального профиля детали на основе эквивалентной эвольвентной винтовой поверхности позволило определить вид производящей поверхности в соответствие с видом направляющей спирали и исключить погрешности, свойственные профилированию по осевому фасонному профилю исходной рейки. Переход к эквивалентному контуру осуществлен по методу наименьших квадратов, при этом отклонения между профилями откладывались в плоскостях касательных к основному цилиндру для правой и левой сторон зуба фрезы;

4) с помощью семейства секущих плоскостей графоаналитически определена контактная линия технологического червяка с производящей поверхностью дискового шлифовального круга, а также определено осевое сечение шлифовального круга;

5) технико-экономический анализ зубофрезерования показал, что разработанная конструкция фрезы позволяет выполнять 3 подналадки и 10 передвижек в отличие от 5-ти передвижек без подналадок для используемой на заводе фрезы. Сборная фреза исключает интенсивное изнашивание инструмента по боковым режущим кромкам вследствие увеличения задних углов и в целом повышает стойкость фрезы в 6 раз;

6) оценка влияния погрешностей установки фрезы на профиль производящей поверхности показала, что величина погрешностей прямо пропорциональна биению контрольных буртиков и диаметру червячной фрезы и обратно пропорциональна длине фрезы.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Мацкевич А. В., Анализ рабочего и станочного червячных зацеплений, 11-ая молодежная научно-практическая конференция студентов Тульского государственного университета «Молодежные инновации»: Тезисы докладов/Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ядыкина Е. А. - Тула: ГУП - Издательство «Левша», 2008, с. 69 - 70.

2. Мацкевич А. В., Приспособление для строгания шпоночных пазов, Ш-я магистерская научно-техническая конференция: Тезисы докладов/ Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ядыкина Е. А. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. с. 261 -262.

3. Мацкевич А. В., Производящий контур для сборных червячных фрез, Сборник тезисов Всероссийской научно-технической конференции студентов i аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автома тизации». - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008, с. 136 - 137.

4. Мацкевич А. В., Колобаев А. В., Исследование стойкости червячны: фрез, Сборник тезисов Всероссийской научно-технической конференции студен тов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства и: автоматизации». - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008, с. 127 - 128.

5. Мацкевич А. В., Титов М. А., Анализ конструкций сборных червячны: фрез, Сборник тезисов Всероссийской научно-технической конференции студен тов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства и: автоматизации». - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008, с. 141 - 143.

6. Мацкевич А. В., Проектирование гипоциклоидного зацепления, Моло дежный вестник технологического факультета: Лучшие научные работы студен тов и аспирантов: сб. статей. В 2-х ч. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009, с. 49 - 53.

7. Мацкевич А. В., Профилирование шлифовальных кругов, III-я молодеж ная научно-практическая конференция студентов Тульского государственной университета «Молодежные инновации»: Сборник докладов/ Под общей редакци ей д-ра техн. наук, проф. Ядыкина Е. А. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009, с. 86-88.

8. Мацкевич А. В., Расчет режимов обработки деталей при червячном зубо фрезеровании, IV-я магистерская научно-техническая конференция Тульского го сударственного университета: сборник докладов / под общей редакцией д-ра техн наук, проф. Ядыкина Е. А. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009, с. 254 - 255.

9. Мацкевич А. В., Оснастка для чистовой обработки пазов сборных чер вячных фрез, VI-я молодежная научно-практическая конференция студенто: Тульского государственного университета «Молодежные инновации»: сборни) докладов. Часть 2 / под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ядыкина Е. А. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010, с. 138-140.

10. Мацкевич А. В., Приспособление для фрезерования пазов, V-я магистер екая научно-техническая конференция: доклады статей. Часть первая / Под науч ной редакцией д-ра техн. наук, проф. Ядыкина Е. А. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2010 с. 150-151.

11. Мацкевич А. В., Феофилов Н. Д., Скрябин В. II., Технике экономические аспекты процесса зубофрезероваиия цилиндрических коле //Вестник Машиностроения. №5, - Москва, 2011, с. 82 - 88.

12. Мацкевич А. В., Феофилов Н. Д., Скрябин В. Н., Влияния поднала док и передвижек фрезы на показатели процесса зубофрезероваиия //Вестнш Машиностроения №6, - Москва, 2011, с. 80 - 84.

Изд. Лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 24.04.2012 Формат бумаги 60 х 84 ^ . Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 1,1. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 083 Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ. 300012, г. Тула, просп. Ленина, 95.

61 12-5/2801

ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

На правах рукописи

МАЦКЕВИЧ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЧЕРВЯЧНОГО ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ РОТОРОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ

ПЕРФОРАТОРОВ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование

механической и физико-технической обработки

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

докт. техн. наук, доцент Феофилов Н. Д.

Тула 2012

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ,

СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ............................................................................4

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................................9

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ....................................................................................................................................14

1. 1 Область применения и особенности перфоратора ПП80НВ................14

1. 2 Особенности привода перфоратора..............................................................................17

1. 3 Анализ циклоидального зацепления............................................................................20

1. 3. 1 Особенности цевочного зацепления......................................................................20

1.3.2 Особенности гипоциклоидального зацепления..........................................24

1. 4 Проектирование инструментов для деталей с неэвольвентными

профилями............................................................................................29

1. 4. 1 Червячные зуборезные фрезы......................................................................................33

1.4.2 Способ расчета диаметра сборной червячной фрезы............................38

1.5 Выводы....................................................................................................................................................41

2 АНАЛИЗ И СИНТЕЗ РАБОЧЕГО И СТАНОЧНОГО ЗАЦЕПЛЕНИЙ ЗВЕНЬЕВ С ЦИКЛОИДАЛЬНЫМИ ЗУБЬЯМИ..............42

2. 1 Проектирование гипоциклоидального зацепления........................................42

2. 2 Пример расчета параметров исходного контура..............................................56

2. 3 Выводы....................................................................................................................................................57

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ ГИПОЦИКЛОИДАЛЬНОГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ..............................................................57

3. 1 Способы получения производящей винтовой поверхности..................57

3. 2 Определение геометрических параметров винтовой поверхности 59

3. 3 Проектирование винтовой поверхности....................................................................62

3. 4 Расчет параметров червячной фрезы............................................................................67

3. 5 Проектирование технологической винтовой поверхности........................69

3. 6 Профилирование шлифовальных кругов................................................................73

3.7 Выводы........................................................................................................................................................76

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ..........................................77

4. 1 Особенности операции зубофрезерования..............................................................77

4. 1. 1 Влияние составляющих штучно-калькуляционного времени

на производительность станка..............................................................................................................................77

4. 1. 2 Обеспечение минимальной стоимости зубофрезерования..............82

4.1.3 Влияние подналадок и передвижек фрезы на показатели

процесса зубофрезерования............................................................................................................84

4. 2 Погрешности установки фрезы на станок..............................................................87

4. 2. 1 Расчет погрешностей, возникающих от перекоса и смещения

оси червячной фрезы..............................................................................................................................88

4. 2. 2 Погрешности, возникающие при цилиндрическом биении

червячной фрезы........................................................................................................................................89

4. 2. 3 Погрешности, возникающие при перекосе червячной фрезы.... 90 4. 2. 4 Погрешности, возникающие при перекосе и смещении оси

червячной фрезы........................................................................................................................................91

4. 2. 5 Результаты теоретических исследований погрешностей профиля

зуба ротора, возникающих из-за смещения и перекоса червячной фрезы 92

4. 3 Оснастка для изготовления червячных фрез......................................................94

4. 3. 1 Приспособление для протягивания шпоночных пазов........................94

4. 3. 2 Приспособление для поворота заготовки............. ..............................96

4. 3. 3 Приспособление для правки шлифовального круга................................99

4. 3. 4 Приспособление для шлифования профиля реек фрезы......................100

4. 4 Выводы....................................................................................................................................................ЮЗ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................................................104

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................................106

ПРИЛОЖЕНИЕ..........................................................................................................................................113

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

Ак, Аь — погрешности по правой и левой сторонам зуба фрезы; Аа — погрешность цилиндрического биения червячной фрезы; Ак , Аь — суммарные погрешности по правой и левой сторонам зуба фрезы;

Ак ь — суммарная погрешность зацепления; ак, Ьк, аь, Ьь — коэффициенты; Ь0 — ширина головки рейки; Ьос — ширина паза под рейку;

с — смещение паза под рейку относительно оси червячной фрезы; С — радиальный зазор между деталями в зацеплении; С о — себестоимость операции зубофрезерования; Су — поправочный коэффициент для скорости резания; Си — затраты на эксплуатацию режущего инструмента за его период стойкости;

См — себестоимость одной минуты работы станка и станочника за вычетом затрат на эксплуатацию инструмента; е — межосевое расстояние;

е0, ех, е2 — биение на буртиках червячной фрезы;

ех0 — ширина впадины зуба на среднем цилиндре;

к* — высота профиля исходного контура для гипоциклоидального зацепления и эквивалентного прямолинейного исходного контура; у'н — количество подналадок фрезы;

у'п — количество передвижек фрезы; jcм — количество смен фрезы на переточку; кь — коэффициент времени резания фрезы; / — длина фрезы;

р — шаг зубьев исходного контура для гипоциклоидального зацепления и эквивалентного прямолинейного исходного контура;

р0 — винтовой параметр, характеризующий перемещение точки по винтовой линии при изменении угла поворота на 1 радиан; рх0 — осевой шаг червячной фрезы;

— количество деталей, обработанных за полный период стойкости

фрезы;

г0 — радиус среднего цилиндра производящей поверхности червячной фрезы;

гх — радиус центроиды ротора;

г2 — радиус центроиды статора;

гм — радиус вершин производящей поверхности червячной фрезы; гаТ — радиус вершин технологической поверхности червячной фрезы; гь — радиус основного цилиндра эквивалентной эвольвентной винтовой поверхности; гс — радиус цевки;

г/0 — радиус впадин производящей поверхности червячной фрезы;

— радиус впадин технологической поверхности червячной фрезы;

гт — радиус среднего цилиндра технологической поверхности червячной фрезы;

Я — радиус начальной окружности;

50 — подача фрезы;

- толщина зуба на среднем цилиндре; — машинное время; ¿шк.н — часовая производительность, не зависящая от режима резания; Тн — время на подналадку станка при износе фрезы;

^обс.р— время обслуживания, связанное с подналадками, передвижками и сменой фрезы на переточки за весь период ее стойкости;

Гп — время на передвижку фрезы при достижении критерия износа зубьев;

Тсм — время смены инструмента; и — длина отрезка образующей прямой; х — коэффициент смещения цевки;

х0, у0 — координаты точек профиля производящей поверхности для гипоциклоидального зацепления в осевой плоскости в системе координат

х0О0у0;

ху, уу — координаты точек профиля ротора; х2, у2 — координаты точек профиля статора; х2э, у2э — координаты точек гипоциклоиды;

х2эп' Угэп ~ проекции единичного вектора нормали к гипоциклоиде на координатные оси;

х2п, у2п — проекции единичного вектора нормали к профилю статора на координатные оси;

хя, хь — координаты теоретических профилирующих точек фрезы;

хй0, ук0, гк0, хьо, уь0, — координаты точек производящей винтовой поверхности фрезы для гипоциклоидального зацепления в системе ко-

ординат производящего червяка О0х0у0гй;

У Я Оэ» гкоэ> хЫэ, уЬОэ, гЬОэ - координаты точек эквивалентной винтовой поверхности в системе координат производящего червяка О0х0у0г0;

х«о<' 2ко(> хш' 2т ~ координаты точек торцового профиля правой и левой сторон производящей винтовой поверхности;

хпт ■> Ую- > 2кг■> хьт' Уьт' 2 и- ~~ координаты точек осевого сечения правой и левой сторон технологической винтовой поверхности;

хъо> У*со> х1*о> Уш> 21*0 -координаты точек осевого сечения правой и левой сторон производящей винтовой поверхности;

ха,о> Уяго> 2яго> хыо> У^О» 2ыо -координаты точек режущих кромок правой и левой сторон производящей винтовой поверхности;

хКуГ, уКуТ, гКтТ, хЬуТ, у1уТ, 21уТ - координаты точек режущих кромок

правой и левой сторон производящей винтовой поверхности в системе координат технологической поверхности;

хКуТ0, гКуТ0 — координаты точки вершины режущей кромки производящей винтовой поверхности в системе координат технологической поверхности;

х'я, х[ — координаты действительных профилирующих точек фрезы; х*, у* — координаты точек исходного контура для гипоциклоидаль-ного зацепления в системе координат х]Охух;

хкъ' Утэ ■> хш 5 Упэ ~ координаты точек эквивалентного исходного контура в системе координат ххОхух правой и левой сторон зуба; г0 — число заходов червячной фрезы;

— число зубьев ротора; z2 — число зубьев статора;

ак, аь— углы профиля эквивалентного исходного контура правой и левой сторон зуба;

ах — угол поворота центроиды ротора относительно центроиды статора; а - угол между осью ротора и нормалью к профилю ротора; аа0 — задний угол червячной фрезы; уай — передний угол червячной фрезы;

7ьй ~ Угол подъема винтовой линии эквивалентной эвольвентной винтовой поверхности на основном цилиндре;

У то ~ Угол подъема винтовой линии эквивалентной эвольвентной винтовой поверхности на среднем цилиндре;

Я — угол между направлениями биений буртиков;

V — угол развернутости эвольвенты в торцовом сечении эквивалентной эвольвентной винтовой поверхности;

у0 — угол развернутости эвольвенты в торцовом сечении эквивалентной эвольвентной винтовой поверхности на среднем цилиндре;

уд — оптимальная скорость резания с точки зрения минимального штучно-калькуляционного времени;

уэ — скорость резания, обеспечивающая минимальную себестоимость выполнения операции зубофрезерования;

(р — угловое положение точек режущих кромок;

(рп - угол наклона нормали к гипоциклоиде относительно оси 02х2; (рк — угол между нормалью к профилю ротора и осью Охух; у/е — угловая толщина зуба на среднем цилиндре; О — угол между плоскостями, в которых изменяются погрешности; Ал, - отклонения исходного контура для гипоциклоидального зацепления от эквивалентного правой и левой сторон зуба.

ВВЕДЕНИЕ

В механизмах и машинах с жесткой кинематической связью применяются передачи, составленные из пары перекатывающихся друг по другу зубчатых звеньев, имеющих взаимоогибаемые эвольвентные, циклоидальные и другие профили. За счет фиксированного передаточного отношения передачи обеспечивают постоянство частоты вращения и момента выходного звена, плавность и равномерность работы.

Циклоидальные передачи, по сравнению с эвольвентными, обеспечивают: меньший износ профилей при недостаточности смазки, больший коэффициент перекрытия колес, меньшую скорость скольжения профилей, высокий КПД и способность передавать высокую мощность. Передачи используются в планетарных редукторах и компрессорах, горнодобывающих и подъемно-транспортных машинах, в часовых механизмах.

Внецентроидное цевочное гипоциклоидальное зацепление применяется при передаточном отношении более 1:15, высоком давлении в полости механизма, малой частоте вращения звеньев и необходимости минимизации геометрических размеров передачи, например в приводе промышленного пневматического перфоратора для бурения шпуров в горных породах. Основными рабочими элементами привода перфоратора являются ротор и статор. Ротор совершает планетарное движение внутри статора, за счет течения сжатого воздуха между камерами нагнетания и всасывания. От точности сопрягающихся поверхностей ротора и статора зависит эффективность работы привода.

Сложность геометрической формы ротора при сборной конструкции и широком зубчатом венце, наличие на венце радиальных строго ориентированных по отношению к впадинам отверстий, необходимость нарезания зубьев на заготовке с твердостью 36...42 НЯСЭ и отсутствие стандартного производящего контура создают технологические сложности для реализации операции зубофрезерования.

Использование в производстве монолитных быстрорежущих червячных фрез постоянной установки с приближенным производящим контуром, имеющим участки с малыми и даже нулевыми боковыми задними углами, при коробчатой форме срезаемых стружек, и большой протяженностью фрезерования, приводит к интенсивному изнашиванию фрезы. В результате образуется конусность ротора, увеличиваются зазоры в зацеплении его со статором, возрастают утечки рабочей среды и снижается КПД в передаче, применяемая конструкция червячной фрезы является малоэффективной, операция зубофрезерования - трудоемкой и с высокой технологической себестоимостью. Малая серийность производства пневматических промышленных перфораторов ограничивает применение на операциях зубообработки венца твердосплавных червячных фрез и червячных шлифовальных кругов из-за сложностей формообразования производящих поверхностей этих инструментов.

Таким образом, совершенствование конструкции инструмента, переход к высокотехнологичным сборным червячным фрезам, обеспечивающим повышение точности сопрягающихся поверхностей ротора и статора, минимизация радиального зазора в рабочем зацеплении и исключение заклинивания в передаче является актуальной научной задачей.

Цель работы - повышение эффективности операции зубофрезерования за счет выполнения условий взаимного огибания поверхностей в рабочем и станочном зацеплениях и совершенствования геометрических параметров червячной фрезы.

Задачи исследования:

1) анализ внецентроидного цевочного гипоциклоидального зубчатого зацепления и определение уравнений взаимоогибаемых поверхностей ротора, статора и производящей поверхности червячного инструмента;

2) определение диаметра начальной окружности ротора, исключающего интерференцию контактирующих профилей и обеспечивающего минимальные зазоры в зацеплении;

3) определение параметров эквивалентной эвольвентной винтовой производящей поверхности фрезы;

4) технико-экономическое обоснование процесса зубофрезерования роторов сборной червячной фрезой с учетом ее подналадок и передвижек;

5) установление влияния погрешностей установки фрезы на отклонения координат профиля производящей поверхности в станочном зацеплении от номинальной.

Диссертация состоит из четырех глав.

В первой главе рассмотрена конструкция, принцип работы, особенности проектирования и изготовления, основные параметры и характеристики приводов на примере промышленного пневматического перфоратора ПП80НВ, изготавливаемого в ООО «Тарпан», г. Тула. Расчету и проектированию внецентроидного цевочного эпициклоидального зацепления посвящены работы различных авторов. Однако о гипоциклоидальном зацеплении в литературе сведений недостаточно, конструкции передач с таким зацеплением рассмотрены в узком диапазоне чисел зубьев. Зубчатая поверхность ротора является неэвольвентной и наиболее часто ее обработка осуществляется по методу обкатки на зубофрезерном станке монолитными затылованными фрезами определенной установки с участками режущей части, спрофилированными по дуге окружности. Анализ конструкции привода перфоратора выявил недостатки в существующем зацеплении. Установлено, что за счет изменения исходного контура и конструкции фрезы можно влиять на характеристики привода перфоратора.

Во второй главе проанализирована геометрия гипоциклоидального зацепления. Графически построены профили ротора и статора, выведены формулы для аналитического расчета профилей. Определены оптимальные параметры профилей с точки зрения минимизации зазоров в зубчатой передаче, выведено условие проверки контакта профилей ротора и статора в каждой точке сопряжения при заданном радиальном зазоре. Рассчитаны исходный контур для гипоциклоидального зацепления и эквивалентный

прямолинейный исходный контур для инструмента реечного типа.

В третьей главе рассчитаны производящая и технологическая винтовые поверхности червячной фрезы. На основе теории взаимоогибаемых поверхностей решена задача профилирования режущего инструмента для гипоциклоидального зацепления в пространственном зацеплении. Определены производящая и осевая поверхности дискового шлифовального круга, формирующего технологичес