автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Снижение шума зубчатых передач металлорежущих станков путем модификации зубьев

куйбышевский ордена трудового красного знамени

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. В. В. КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи

ШАРИПОВ Талип Ахмегувалиевич

СНИЖЕНИЕ ШУМА ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ ПУТЕМ МОДИФИКАЦИЙ ЗУБЬЕВ

Специальность 05.03.01 — Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Куйбышев — 1990

/ / ^ Л,"'

-' ' \ / У I

Работа выполнена в Казахской ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте имени В. И. Ленина.

Научный руководитель

Научный консультант Официальные оппоненты

— заслуженный деятель науки и техники РСФСР, лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор Э. Л. АЙРАПЕТОВ.

— кандидат технических наук, доцент А1. Р. ТУСУП БЕКОВ.

— доктор технических наук, профессор Л1. К. КЛЕБАНОВ,

— кандидат технических наук, доцент Е. В. ГЛОБЕНКО.

Защита диссертации состоится _» часов, в а уд. № Э

я « И > дека<?Р9

1990 г.

на заседании специализированного совета Д 063.16.02 Куйбышевского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института имени В. В. Куйбышева.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «_ /5» НОЯБРЯ _ 1990 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направить в Совет по адресу:

443010, г. Куйбышев, ул. Галактионовская, 141.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических на доцент

ДЕНИСЕНКО А. Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Виброакуст пуская активность машин и станков является важным показателем качества. Снижение вибрации и шума механического оборудования приводит к повышении его надежности и долговечности, а гак^-же улучшению санитарных условий труда обслуживающего персонала. Актуальность проблемы снижения виброакустичэс-кой активности машин отмечена в постановлении по основным направлениям экономического и социального развития СССР на 1966-1990 годы и на период до £000 года, где указано: "... Сосредоточить усилия естественных и технических наук в раде важнейших проблем, в том . числе на повышение качества, надежности, экономичности и производительности, уменьшения шума и вибрации машин, оборудования и других изделий машиностроения, снижения их материалоемкости и энергопотребления".

Практика проектирования и эксплуатации узлов с зубчатыми передачами для металлорежущих станков позволила разработать ряд мэр, направленных на снижение их вибрации и шума. Наиболее рациональной мерой борьбы с вибрациями и шумом, но зачастую и наиболее трудоемкой является снижение динамических сил в источнике. В зубчатых передачах силы возмущения'не могут быть ликвидированы полностью, однако, конструктивными и технологическими решениями можно обеспечить их минимизацию. Применение в передовых отраслях промышленности прецизионного зуборезного оборудования позволило значительно повысить точность изготовления зубчатых передач. Повышение точности изготовления прямозубых колес привело х тому, что наряду с ошибками основного шага, источником возмущения становится и деформирование зубьев под нагрузкой. Это объясняется тем, что жесткость зубчатого зацепления не остается постоянной, а периодически изменяется, являясь функцией положения зубчатых колес.

Таким образом создание благоприятной форт профилей зубьев, исходя из условия минимизации суммы погрешностей и упругих деформаций является актуальной задачей,так как требрвания к виброактивности зубчатых колес металлорежущих станков в связи с развитием техники непрерывно повышаются.

Цель и задачи работы. Ц;льп диссертационной работы является дальнейшее совершенствование процесса формирования зубьев направленное на снижение шума зубчатых передач металлорежущих станков. Д1Я

достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:

- анализ методов и способов получения продольной и профильной модификации зубьев колес;

- разработка метода расчета оптимальных параметров продольной модификации зубьев цилиндрических колес,

- разработка устройства и модернизация зубошлифоватьного станка, с целью получения продольно-модифицированных зубьев колес,

- разработка исследование нового способа - способа гидроабразивной обработки зубьев колес,

- исследование переменности жесткости зубьев наргруженных копее и разработка метода ее выравнивания по фазе зацеплвния,

- экспериментальное исследование влияния модификации зубьев на шум зубчатого зацепления и шум станка при различных режимах работы,

- разработка рекомендаций по практической реализации методов снижения шума зубчатых передачах станков.

Методика исследования. В работе использовались методы сопротивления материалов, теории упругости, теории вероятностей и математической статистики. Экспериментальные исследования выполнены на специальных стецдах и станках в лабораторных и производственных условиях с использованием современных методов и средств измерения.

Научная новизна. Теоретически установлены и экспериментально подтверждены рациональные параметры модификации зубьев цилиндрических колес с пониженным уровнем шума.

Впервые теоретически разработан и экспериментачьно исследован оригинальный способ получения модификации зубьев колес, применением технологии чистовой обработки деталей с использованием эффекта, ударно-импульсного действия на поверхности потока свободного абразива

Проведены исследования и определены факторы, влияющие на формирование просвета меяду рабочими профилями зубьев в прямозубом зацеплении.

Экспериментально доказана целесообразность применения в зубчатых передачах станков колес с модифицированными зубьями, которые позволяют снизить их общий шум на 3*5 дБ.

Разработаны на уровне изобретений мероприятия, направленные на снижение вума зубчатых передач станков (А. С. *1355Ш:, М373550) _.

Практическая ценность. Разработана и реализована конструкция устройства для продольной модификации зубьев на зубо шлифовальном

г

станке 5В033 (А.С.№1255313).

Разработана и реализована конструкция устройства для гидроабразивной обработки зубьев колес (А.С.№ 1373550).

Разработаны конструкции зубчатых передач с пониженным уровнем шума (A.C.» 1486662).

Разработаны рекомендации по рациональному применению модификации зубьев колес передач. Полученные результаты исследования могут использоваться при проектировании машин и механизмов с пониженным уровнем шума.

Реализация работы.Разработанные в диссертационной работе методы снижения шума зубчатых передач металлорежущих станков внедрены на Алма-Атинском станкостроительном заводе имени XX лет Октября. Ожидаемый условный экономический эффект в народном хозяйстве -т снижения шума на рабочих местах и производственных помещениях достигаемый внедрением этих станков составляет 23200 руб.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

на научно-технической конференции "Совершенствование методов расчета, конструирования и зубообработки цилиндрических и конических, зубчатых, спировдных, гипоидных и червячных передач" (Ике век, июнь 1989г.);

на республиканской научно-технической конференции "Актуальные проблемы машиностроения Казахстана на' этапе перестройки" (Павлодар, ноябрь 1989г.);

jia научных семинарах кафедра "Станкостроения и автоматизации" КазПТИ, 1984-1989гг.

на объединенном заседании кафедр "Автоматизированные станочные комгаексы", "Инструментальные системы системы автоматизированного производства", "Технология машиностроения" КПтИ 1990р.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 работ-, р-том числе 5 авторских свидетельств.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений, содержит 143 страницы основного текста, 76 рисунков, 12 таблиц; список литературы из 124 наименований и 28 стррниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во_.введении обоснована актуальность темы и определены основ-

ныв задачи, решаемые в работе.

В первой главе выполнен анализ исследований передач с продольной и профильной модификацией зубьев колес, проанализированы су-, ществукщке способы их получения в производстве.

В условиях серийного производства ограниченней! точность изготовления и монтажа зубчатых колес приводит к диссимметрии нагруже-ния зубьев. Погрешности зубчатых колес в торцовой плоскости приводят к тому, что нагрузка между находящимися в зацеплении зубьями распределяется неравномерно поэтому в передаче, возникают возмущающие силы. Погрешности зубчатых колес в осевой плоскости вызывают неравномерное распределение нагрузки по длине контактных линий в зубчатом зацеплении, что приводит к концентрации изгибных напряжений в основании зубьев и к увеличению возмущащих сит в источнике колебаний.

Источником повышенного шума зубчатых передач, кроме характерных технологических факторов - погрешностей изготовления и монтажа зубчатых колес -может являться также характерные для зубчатого зацепления, ступенчатое изменение жесткости при пересопряжении зубьев. Периодическое изменение жесткости по фазе зацепления может привести к возникновению в системе параметрических колебаний.

Одним из эффективных методов снижения сил непосредственно в источнике является снижение концентрации нагрузки по длине зуба. Для более равномерного распределения нагрузки и уменьшения шума производимого зубчатыми колесами вследствии неточного изготовления, монтажа и упругих деформации деталей зубчатого механизма применяется продольная модификация. Аналитическому исследованию и изучению нагрузочной способности и уровня шума передач составленных из колес с продольной модификацией зубьев, посвящены работы Айрапетова Э.Л., Алешина О.Н., Заблонского К.П., Когфа И. А., Позднякова В.Н., Хасилева П.В,, Черненко Д.Г., Щекина Б.М., Ясько В.В.

Зубья колес продольной модификацией можно получить фрезерованием, шевингование^ и шлифованием. Анализ известных в литературе * способов зубонареаания эвольвентных цилиндрических колес с заданными отклонениями боковых поверхностей зубьев сводится в сущности к одному методу» Сущность метода состоит в изменении межосевого расстояния станочной пары инструмент-колесо в процессе зух5онарезании.

Эффективными методами снижения влияния деформации зацепления и погрешности изготовления, повышения эксплуатационных характерис-

тик зубчатых колес являются модификация профилей зубьев, уменьшение жесткости зубьев в момент их входа в зацепление.

Исходный контур модифицированных цилиндрических колес описывается прямой линией, дугой окружности или параболой.

На практике профильную модификацию зубьев зубчатых колес зачастую осуществляют с использованием специального стандартного зуборезного инструмента - модифицированные червячные фрезы, долбяки, шеверы; В процессе зубошшфования профильная модификация зубьев колес может быть получена за счет соответствующей правки профиля шлифовального круга.

Теоретическим и экспериментальным исследованиям влияния параметров профильной модификации на качественные показатели зубчатой передачи посвящены работы Андояского В.Д., Бобровой Г.П., Гу*яева К.И., Коростылева Л.В., Михайлова В.Л., Полоцкого М.С., Рязановой И.Л.

Наиболее перспективным способом получения профильной модификации зубьев на финишных операциях является бескопирный метод, основанный на модификации относительного движения инструмента и нарезаемого зубчатого колеса.

Анализ работ, посвященных существующим способам нарезания модифицированных зубьев колес, показал на необходимость совершенствования л разработке новых высокоэффективных способов.

Вторая глава. Посвящена разработка метода получения зубьев колес с продольной модификацией.. При этом а), предложен способ получения зубьев колес абразивным червячным инструментом; разработано устройство к зубошлифавальному станку для продольной модификации зубьев колес; проведена модернизация зубошифовального станка для нарезания зубьев илсолес с продольной модификацией; б).определены оптимальные параметры продольной модификации зубьев колес; в). выявлены факторы влияющие на просвет между зубьями вдоль контактных линии в зубчатом зацеплении.

Для получения малых значений бочкообразности зубьев, что характерно для зубчатых колес метллорежущих станков, было предложено устройство к зубошлифлвальному станку, работающего абразивным червячным инструментом. Медленное непрерывное перемещение режущего инструмента осуществляется механизмом с упругосйловым приводом, принцип действия которого основан на восстановлении первоначальной формы предварительно деформированного элемента (пружины), жестко связанного с неподвижным и подвижным узлами станка. Это устройство

было реализовано на зуботчифовальном станке 5В833, которое включает механизмы радиальной подачи с винтовой парой и вертикального перемещения каретки, несущий копир, и гидравлическую следящую систему, содержащую гидроцилинцр и управляющее устройство, щуп которого взаимодействует с копиром. Для повыгаения точности обработки, гидроцилиндр выполнен в виде корпуса, в расточках которого с возможностью контактирования с торцом гайки винтовой пары установлены плутаеры, а между корпусом и гайкой установлен упругий элемент, яестко закрепленный на последней, при этом выполнявшее устройство выполнено в виде редукционного клапана. На рис.1 представлена принципиальная схема устройства. Двигаясь в вертикальном направлении, копир перемещает щуп, который изменяет давление в системе цилиддровых блоков, которое через плунжеры деформирует упругий элемент гайки и тем самым сдвигает инструментальную бабку на величину деформации упругого элемента. При снятии давления в цилицдро-_ вом блоке упругий элемент возвращает бабку в исходное положение.

Параметры продольной модификации зубьев должны назначаться из двух условий. Во-первых, контактные напряжения при перекосе осей зацепляющих колес на зубьях с продольной модификацией б (МПа) должны быть в требуемое число раз меньше напряжений на зубьях без гтродольной модификации, т.е. (МПа).

6 < 6^/т (I)

это условие будет соблюдаться при больших значениях приведенного . радиуса кривизны зубьев в продольном направленииуО£ (м). Во-вторых, площадка контакта зубьев не должна выходить на торец зуба, поскольку это приведет к возрастанию уровня контактных напряжений на зубьях, т.е. должно соблюдаться условие

-у>*г . <2)

где £* - половина длины площадки контакта зубьев с продольной модификацией, (м);

6 - вафина зуйа, (М); ^ - угол перекоса в зацеплений (это условие будет соблюдаться при малых значениях)/?* Для определения рациональных параметров продольной модификации прямых зубьев цилиндрических зубчатых колес необходимо располагать решениями соответствующих контактных, задач: с контакте ци-ливдров с непараллельными осями (для определения С^с.) и 0 контакте двух поверхностей с кривизной в обоих направлениях (для оп-

1- алий.бабка

2- зуб.колесо

3- каретка

4- копир

5- уггр.механизм

6- щуп

7- упр.элемент

8- поршень

9- цилинд.блок

Рис. I. Принципиальная схема устройства к зубообрабатывавдеьдг станку ' для продольной модификации зубьев цилиндрических колес.

ределения ё ' ). ■ ■

Предложенный проф. Айрапеговым Э.Л. упрощенный метод решения задачи о контакте цилицдров с непараллельными осями позволил получить следующую аналитическую зависимость'Для максимальных контактных напряжений

В/+466 {б-^/л*)*/* (4)

где <ОМ (МПа), Л м (М) - контактные напряжения в цилиндрах С параллельными осями, получаемые из решения плоской контактной задачи.

вм (р//£р,) ¿/з (5)

¿¡у ' 3, ?Р/£-£ <б)

где р - нагрузка (Н);

£ - модуль упругости (Ша);

- приведенный радиус кривизны контактирующих цилиццров, (М),

радиусы кривизны цилиндров, (М).

Рациональная-величина продольного радиуса кривизны зубьев, при котррой будет достигнут максимальный эффект от применения продольной модификации определяется из соотношения

. -¿/а/* =¿,23556/^- (6)

Как следует из (8) рациональная величинане зависит от наг-руженности передачи и определяется лишь геометрическими (6 ) и точностными () ее параметрами. Это связано с тем, что угол в приведенных выше зависимостях присутствует лишь технологический угол перекоса. Если же учесть, что угол перекоса складывается из технологической и деформативной составляющих

(9)

то окажется, что согласно (8) и (9) рациональная величина , естественно, будет зависеть от нагруженности передачи.

Наиболее часто в качестве комплексного показателя точности

изготовления принимают полноту контакта, определяемую величиной суммарного просвета между зубьями

Рдъ -Г * <10)

Рациональная величина продольного радиуса кривизны зубьев с учетом (10) может быть определена из соотношения

Л Ш)

Третья глава посвящена разработке метода получения зубьев колес с профильной модификацией. Она включает а), новый способ гидроабразивной обработки зубьев колес; б), устройство для реализации способа; а), факторы, влияющие на просвет между зубьями в зубчатом зацеплении; г), оптимизацию параметров зубьев с постоянной жесткостью по фазе зацепления; д). оценку качества изготовления зубьев колес.

Разработан универсальный способ профильной модификации зубьев колес - гидроабразивный способ обработки зубьев колес, отличающийся от применяемых доступностью для любых машиностроительных предприятий, простотой инструмента и оборудования и обеспечивающий требуемое качество изготовления.

Предложенный процесс гидроабразивной обработки заключается в направлении струи суспензии, состоящей из водной эмульсии и абразивных материалов, на обрабатываемые поверхности зубьев. Действие режущих кромок абразива на обрабатываемую поверхность непродолжительно и имеет импульсивный■характер. Б этом заключается основная особенность процесса.

Хаотичное перемещение рабочих тел, оказывает положительное влияние на формирование шероховатости поверхности. Именно в этом случае образуется случайная изотропная шероховатость поверхности. Высота микронерсвносгей после обработки по параметру £ составляет 0,6-0,3 мкм. Для случайной изотропной шероховатости характерным является увеличение радиусов сгсругяения вершин микромеров-носгей, увеличение углов наклона боковых сторон пррфичя шероховатости и увеличение опррной длины профиля.

На рис.2 а,б,в покачана последовательность положения зуба зубчатого колеса в процессе обработки. Обрабатываемый зуб зубчато! о колеса для обработки вводят в паз сопло инструмента (рис.Я а,б,в). Боковая поверхность паза 3 и оцня из сторон здпльвенгного обрабатываемого .чуба фпрмнрушт струи, Обрччпвжнмй яачор п бпчппмми иг>-

о

Рис. 2. Последовательность положения зуба зубчатого колеса в процессе гидроабразивной обработки.

веркностями представтяег собой сопло Лаваля с соответствующими участками: сужающийся,критический, расширяющийся. Боковые поверхности паза инструмента расположены под углом о4-(ряс.2а)относительно оси симметрии, равному углу зацепления обрабатываемого колеса. Гидроабразивная суспензия по проточке I поступает через струемор-мирователь 2 в точку I. В точке I рис.2а образуется минимальный (критический) зазор, равный величине &т!п где развивается наиболь-пал скорость струи суспензии и производится работа резания. При сообщении движения подачи инструменту зуб 4 обрабатываемого колеса обкатывается без скольжения, а критический зазорЛл7/лРавномеРно перемещается от нотки зуба (точка I) к головке зуба (точка Ш рис.2в), и тем самым происходит равномерный съем металла на активном (рабочем) участке эвольвенгного профиля зуба.

Для получения фланка на звольвенгном профиле (рие.йг) на участке зацепления П-1У, уменьшают скорость обкаточного движения инструмента (подача) и увеличивают скорость истечения суспензии через критический зазор до значения^«; Тем самым производят больший съем металла на головке зуба.

Малая толщина снимаемого слоя металла дает основание полагать, что точность гидроабразивной обработки остается практически на уровне точности зубчатого колеса после зубокарезания. Анализ результатов исследований еьема металла по профиля зубьев свидетельствует этому, что головка зубьев (примерно 0,6+0,8 высоты зуба) несколько интенсивней подвергается обработке. Толщина удаляемого слоя металла на делительной окружности составляет 0,03 «м за 104-12 минут обработки, т.е. <3 мкм за мяиуту.

.Из результатов исследований следует, что такие показатели точности, как радиальное биение, разность тагов и накопленная погрешность к 10 минута).! обработки улучшаются, затем несколько ухудшаются. Такое изменение можно объяснить тем, что исходная шероховатость поверхности уменьшается и к 10 минутам обработки формируется новая поверхность с шероховатостью, характерной для абразивной обработки. Съем металла при этом соизмерим с высотой исходной шероховатости поверхности. При дальнейшей обработке происходит удаление нижележащих слоев металла, и в этом случае наблюдается 9 ухудшение показателей точности в связи с неравномерным съемом металла.

Изменение погрешности профиля проявляется в несколько увели-

чанном съаые металла на вершинах зубьев, что объясняется кинематикой зацепления обрабатываемого зубчатого колеса, устройства для гвдроабразивной обработки зубьев и гидроабразивной суспензии. Проведенные исследования по изменению профиля зубьев показывают, что большая величина съема металла на головка зуба та выходит из рекомендуемых величин профильной модификации как по высоте и по глубине модификации головки"зуба.

Повышение точности изготовления прямозубых колес привело к тому, что, наряду с ошибками основного пага, источником возмущения становится и деформирование зубьев под нагрузкой, а именно-разность деформации при однопарном и двухпарном зацеплении. Периодическое изменение жесткости по фазе зацепления является наиболее мощным источником возникновения колебаний в прямозубых передачах.

Проведенные многочисленные расчеты и эксперименты делают возможным обоснованный подход к борьбе с этим фактором.

Выравнивание жесткости зубьев по фазе зацепления осуществляется следующим образом. При переходе с однопарного к двухпарно-му зацеплению зубьев жесткость изменяется ступенчато.

Поскольку контактная составляющая пропорциональна длине контактных линий, то подрезкой зубьев по ширине в зоне двухпарного зацепления можно эффективно влиять на общуо картину изменения жесткости и рассчитать глубину подрезки, т.е. практически выравнивать жесткость зацепления .•

Глубина подрезки определяется из условия равенства даесткостеП двухпарного и однопарного зацеплнния зубьев.

Суммарная жесткость зубьев по фазе зацепления с учетом подрезки зубьев по длине запишется в следующем веде

г - _£___

6 4 ^ +7,5//¿(Л ~ (12)

где £ - длина неподрезанного зуба; •

¿зс ~ длина подрезанного зуба. •

При двухпарном зацеплении с учетом (12) и переменном значении^ жесткость зубьев определится п__£ . , , , £___Ш)

Жесткость эубьев при однопарном зацеплении при условии, что Н =»1,25 (т.е. в полюсе зацепления) определится

Прореден>!,у^ расчеты и эксперименты показывают, что длина под-

резанного зуба ¿>х находится в пределах:

0;5/<-4Г<0,25^ (15)

и зависит от коэффициента перекрытия передачи.

Характер изменения жесткости зубьев по фазе зацепления такой передачи, составленной из зубчатых колос с подрезанными по длине зубьями соответствует кривой ?, Рис.3.

Дальнейшее снижение уровня шума прямозубой цилиндрической передачи с постоянной жесткостью по фазе зацепления может быть осуществлено за счет выравнивания жесткости в зоне однопарного зацепления.

Выравнивание жесткости зубьев в зоне однопарного зацепления осуществляется следующим образом. Рассмотрим кривую 2 (рис.3), характеризующую изменение жесткости по фазе зацепления, которая имеет в зоне однопарного зацепления параболическую форму. В полюсе зацепления жесткость максимальна, а на входе и выходе зубьев из зацепления минимальна за счет изгибной составляющей. Деформации зубьев выравнивание жесткости зубьев можно получить если добиться изменение контактной составляющей деформации зубьев таким образом, чтобы она компенсировала изменение изгибной составляющей деформации зубьев. Поскольку контактная составляющая деформации зависит лишь от длины зуба в зоне однопарного зацепления, то выравнивание суммарной .жесткости достигается изменением длины зуба по параболе с минимумом на начальной окружности в зоне однопарного зацепления.

Для определения геометрических размеров модифицированного участка зуба используем формулу для суммарной деформации пары прямозубых цилиндрических колес,

Н . (16)

где переменная по прсфи.та длина зуба.

В соответствии с поставленной целью необходимо добиться равенства выражения в фигурных скобках (16) в двух точках участка однопарного зацепления зубьев

=1,25 - на начальной окружности

* 1,75 - в верхней граничной точке однопарного зацеп-.ления ( Аг =1,75 - принимаем).

Приравняв деформации

и приняв ¿£'(1,75)

Определено, что для выравнивания жесткости по фазе в зоне однопар-ного зацепления необходимо обеспечить

л/-/"//-"// (18)

о о

■ -Практически поставленная цель достигается тем, что в прямозубой цилиндрической передаче с постоянной суммарной длиной контактных линий с обоих торцов одного из зацепляющихся колес (или с противоположных торцев обоих зацепляющихся колес) на ширине зоны однопарного зацепления выполнены выборки материала на глубину 1/6 ширины венца каждая, очерченные по параболе с максимальным углублением в точке на начальной окружности ( а,а.Ц555М) На рис.4 изображена прямозубая передача, которая содержит два зубчатых колеса I и 2 с переменной высотой зубьев.

Проведенные исследования по измерению показателей точности зубчатых колес в процессе обработки подтвердили возможность применения данного метода эубообработки для зубчатых колес 7*8 степени точности.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследования шума зубчатых колес с модифицированнши зубьями. Изложена общая методика, подготовка и условия проведения экспериментальных исследований. /.

Для оценки влияния продольной модификации зубьев колес на параметр пятна контакта проведена серия экспериментов на специальном стенде. \ . ••

В первой группе экспериментов изменяли параметр^,* на

зубчатых колесах, с нормальным эвольвентнш профилем. Из сопоставления графиков распределения пятна контакта установлено, что в зависимости от соотношения^г£т^максимум площади пятна контакта уменьшается. Последующие серии экспериментов проведены с колесами, имеющими продольную модификацию »• При изменении величины /удк в интервале допусков по 5*8 степени точности ГОСТ 1643-84 нз наблода-лось кромочного контакта зубьев, как в'случае с'использованием одного колеса с продольно модифицированными зубьями, так и в случае, когда оба колеса имели продольную модификацию зубьев. Установлено, что наиболее рациональным является вариант, когда в передаче'одно из зубчатых колес имеет продольную модификация зубьев. ,

Вторая группа экспериментов проводилась с прямозубыми колесами грех видов зацепления: нормальный профиль зуба; одно из колес с продольной модификацией зубьез! оба колеса с продольной модификацией зубьев.

и

Рис! 3. Кривые изменения суммарной

яестксгсти пары зубьев по фазе зацепления

Рис. 4. Схемы вариантов -выполнения колес передачи с пони-"»екньм уровнем лума.

LM

m

95

«3

I

А- t/5*t>, >

/j И / 4 \ / *'

4*1 ---, 5=^1 \l

t

L.ffS РУ

92

\P0

\

X '

I

I

f -ff,S fcwru М*6Шш /

' J

\ M^MOtfi if / M*0

V V

V

М'ШФ V

Р/с.5. Зависимость общего

среднего уровня пума от скорости колес при М = 400 Н-м.

L,ffd НО

шо

90

80

/ Г p

и J

f A fyCJLJ Jr , rf / jt у *

* Щ fy *

/

Рис.б. Зависимость уровня шума от глубины профильной модификации при п = 800 об/мин.

/V Р* р* Р* Р5

Рис.7. Интегральный уровень вибраций по показателям шести датчиков, и = 5600 об/мин.

— •—- с пост.жесткостью зуб.

— - £ = 1,659

— = 0,3(расчетное)

Были получены спектры вибрации зубчатой передачи при различных величинах показателей контакта зубьев. По снятым спектрам вибрации-при различных значениях скорости, нагрузки и отклонения от перекоса соей построены кривые характеризующие изменение уровней вибрации на зуб-цовой частоте в зависимости от вида зацепления (рис.5). Сравнительный анализ показан, что для уменьшения шума и вибрации в зацеплении, а также снижения концентрации нагрузки достаточно лишь на одном из сопрягаетых колес предусматривать продольную модификацию зубьев.

Дчя экспериментов также использовались зубчатые колеса, профильная модификация зубьев которых получена гцдроабразивным способом. Исследование графиков зависимости уровня шума от глубины профильной модификации при различных наргрузках и скоростях вращения для Сттйвных полос частот показало, снижение уровня шума за счет применения профильной модификации по всей высоте зубьев, в передачах 8 степени точности по ГОСТ 1643-81 составило 3 дБ (рис.6). Анализ формы и расположения пятна контакта на боковой поверхности зуба с профильной модификацией показал, что при недостаточной глубине профильной модификации возникает кромочный контакт на головке зубьев. При оптимальной глубине кромочный контакт зубьев отсутствует.

В экспериментах сняты амплитудно-частотные характеристики на зубчатых передачах,с зубчатыми колесами, имеющими нормальный профиль зубьев, с зубьями, имеющими переменную по высоте длину зуба, с выборками по торцам в зоне однопарного зацепления. Спектральный анализ вибраций названных зубчатых передачах показал снижение уровня вибрации на 81-10 дБ в передаче (рис.7), состоящей из колес с переменной по высоте длшой зуба с выборками по торцу в зоне однопарного зацепления.

Экспериментальные исследования переборных коробок скоростей токарно-винтореэного станка 16Д20 с модифицированными зубчатыми колесами показали снижение общего уровня шума на 3 дБ.

В пятой главе проведен анализ результатов исследований и результаты практической реализации методов снижения шума зубчатых передач металлорежущих станков.

ВЫВОДЫ

I. Проведены теоретические исследования и определены оптимальные параметры продольной модификации зубьев колес, основанные на решении задач о контакте цилиндров с непараллельными сями и контакте двух поверхностей с кривизной в обоих направлениях с учетом варьирования нагрузочных параметров передачи и случайного характера пог-

решностей изготовления и монтажа зубчатых колес. Предложено среднюю вероятную величину угла переноса между зубьями компенсировать линейной продольной модификацией зубьев, а вариацию угла перекоса -криволинейной модификацией зубьев.

2. Разработано и изготовлено устройство для продольной модификации зубьев при финишной обработке зубчатых колес (A.C. № I2553I3). Предложен способ продольной модификации зубьев колес на забошлифо-вальном станке, работающим абразивным червячным кругом. Показано отклонение профилей зубьев от требуемой модификации, находящееся в пределах допуска на погрешность профиля по 7 степени точности' ГОСТ 1543-81.

3. Предложена нетрадиционная прогрессивная технология чистовой обработки зубьев с использованием эффекта ударно-импульсного действия на поверхность потока свободного абразива. Для получения профильной модификации зубьев колес разработан и реализован оригинальный способ гидроабразивной обработки профилей зубьев цилиндрических колес, обеспечивающий плавный вход зубьев в зацепление(А.С.№1373550).

4. Разработана и изготовлена конструкция оригинального устройства для гидроабразивной обработки зубьев цилиндрических колес, для профильной модификации зубьев ( заявка №4436729/08, пол.решение). Показано, что отклонение профиля модификации зубьев от требуемой находится в пределах допуска на погрешность профиля по 6+7 степени • точности ГОСТ 1643-81.

5. Проведены исследования и определены факторы, влияющие на просвет меяоду зубьями ц вдоль линии контакта между профилями сопрягаемых зубьев колес. Разработана блок-схема взаимосвязи погрешностей изготовления зубчатых колес в передаче. Установлена зависимость характера распределения величины контактных следов от технологических погрешностей и упругих деформаций сопрягаемых зубьев. Предложена методика аналитического определения ширины пятна контакта.

6. Определены рациональные параметры зубьев нагруженных колес, обеспечивающие практически постоянную величину жесткости зубьев по фазе зацепления. Разработаны конструкции зубчатых передач с пониженным уровнем шума (А.С.М3555808).

7. Экспериментально показана целесообразность применения в зубчатых передачах 7-8 степени зубчатых колес с модифицированными зубоя-иш. Применение колес с модифицированными зубья"И позволило снизить уровень шума в передаче на 34-5 дБ при продольной модификации зубьев

н на 4+6 дБ в зубчатых передачах с постоянной по фазе зацепления 1 вескостью зубьев.

Ift

8. Результаты диссертационной работы внедрены на Алма-Атинском станкостроительном заводе им. XX лет Октября. Предложенные, в работе зубчатые колеса с модифицированными зубьями были использованы в приводе главного движения серийно выпускаемых токарно-винторезных станков 16Д20 и АТ-25, что снизило общий уровень шума на 3*4 дБ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. A.C.I2553I3 СССР. Устройство к эубообрабагывающему станку для продольной модификации зубьев цилиндрических колес.-О.И.Васен-ков, Г.И.Булыгин, Т.А.Шарипов.-Опубл. в Б.И.,1986, № 33.

2. A.C.13555808 СССР. Прямозубая цилиндрическая передача /

Э.А.Айрапетов, В,И.Апархов, Т.А.Шарипов и др.-Опубл.в Б.И.,1986,JM4.

3. A.C.1373550 СССР. Способ гидроабразивной обработки эволь-вентных зубчатых колес /О.И.Васенков, Т.А.Шарипов,-Опубл. в Б.И. 1988, № б.

4. Айрапетов Э.Л., Апархов D.H., Шарипов Т.А., Даиров A.A. Рациональные параметры зубьев с постоянной жесткостью по фазе зацепления в сб.Динамика, диагностика и надежность станочных систем.-Куйбышев":Куйбышевский политехнический ин-т, 1989.-е.129-135.

5. A.C.1485662 СССР. Прямозубая передача /Э.Л.Айрапетов,В.И. Апархов, Т.А.Карипев и др.(СССР).-Опубл. в Б.И. 1989, №22.

6. Шарипов Т.А. Прямозубая цилиндрическая передача с пониженным уровнем шуча//Расчет и проектирование процессов и оборудования металлообработки.-Алма-Ата,:КазПТИ,1989,с.74-79.

7. Шарипов Т.А., Айрапетов Э.Л. Выбор рациональных параметров модификации зубьев цилиндрических колес//Совериенствование методов расчета, конструирования и зубообрабогки цилиндрических и конических, зубчатых, спироидных, гипоидных и червячных передач (НТК:тези-сы докладов.-Икевск.:Секция зубчатых передач и редукторостроения ЦП8НТ0 машиностроителей, 1989.

8. Шарипов Т.А., Алибаев A.B. Модификация зубьев цилиндрических колес гидроабразивным способом//Актуальные проблемы машиностроения Казахстана на этапе перестройки (РНТК): тезисы докладов,-Павлодар: АН КаэССР, ПИИ, 1989.

9. Айрапетов Э.Л.,Шарипов Т.А..Васенков О.И. Устройство для гидроабразивной обработки зубьев зубчатых колес.Заявка кл.4В23 9/00,

1 В2 411/00 №4426729/08(077472),положит.решение.

10. Васенков О.И..Шарипов Т.А. Продольная модификация зубьев -наиболее э^ектирный способ снижения концентрации и нагрузки и уменьшения лумп в зубчатом эвцеплении/Расчет и проектирование транспортирующих и грузоподъемных машин.-Алма-Ата,КазПТИ,1990,с.72-78.