автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Технологическая точность литых пластмассовых зубчатых колес и методы её повышения

ЛШНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ Л\ЕХАНИКИ И ОПТИКИ

КУДИНОВ Андреи Тихонович

На правах рукописи

УДК 621.83.3

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ТОЧНОСТЬ ЛИТЫХ ПЛАСТМАССОВЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ

05.02.18 — Теория механизмов и машин 05. {<.1^ — Технология приборостроения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Институте механики металлополимериых систем Академии наук Республики Беларусь.

Научный руководитель — доктор технических наук, старшин

научный сотрудник В. Е. Старжинский.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Б. П. Тимофеев,

кандидат технических наук, доцент В. А. Брагинский.

Ведущая организация — ПО ы Св£ерНЫй .

Защита состоится Ц Н Я. . 1993 года в час.

на заседании специализированного газета Д 053.26.03 в Санкт-

Петербургском институте точной механики и оптики по адресу: 197101, г. Санкт-Петербург, ул. Саблинская, д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПб ИТМО. Автореферат разослан « 715"» . А/Я. . . . 1993 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Важным направлением научно-технического

прогресса в машиностроении является применение полимерных композицн-

из пластмасс способствует реаению задачи, существенного повышения качества машин и механизмов,- позволяет снизить их материалоемкость, уменьшить расходы на изготовление и обслуживание. По сравнению с традиционными методами механической обработки значительный экономический эффект, особенно в крупносерийном и массовом производстве, дает использование прогрессивных высокопроизводительных методов изготовления пластмассовых зубчатых колес, например, литья под давлением, что позволяет Формовать колеса, не требующие дополнительной обработки зубчатого венца. Однако отсутствие научно-обоснованных методик прогнозирования технологической точности литых пластмассовых колес, рекомендаций по обеспечению заданных точностных показателей, методов расчета геометрических параметров формообразующих зубчатых матриц затрудняет широкомасштабное использование этих прогрессивных технологий. Разработке упомянутых вопросов и посвящена реферируемая диссертационная работа.

логическую точность зубчатых колес из термопластов, разработка мето дов повышения их точности и соответствующих расчетных методик на ба-

лись эвольвентные цилиндрические, в основном прямозубые, зубчатые колеса с модулем зацепления от 0,2 до 3,5 мн, числом зубьев от 9 до 138, делительным диаметром от 10 до'100 мм, которые изготавливались методом литья под давлением из модифицированных и наполненных полимерных материалов на" основе полиамидов, полиадегалей, полиарилата у, поликарбоната. Исследовали как цельнолитные, так и армированные цилиндрической арматурой зубчатые колеса. Формообразующие зубчатые патрицы изготавливали по мастер-модёлян методами гальванопластики, заливки легкоплавким сплавом и элоктроэрозмонным копированием.

При измерении колес и матриц использовали универсальные измерительные микроскопы УИМ-21, БМИ-1, двухкоординатный измерительные, прибор ДИП-1, а также нормэлемеры,. биениемери и микрометрический инструмент с регулируемыми измерительными усилиями.

онных материалов для деталей машин, в том числе для таких широко распространенных, как зубчатые передачи. Применение зубчатых колес

Определение основных факторов, влияющих на техно-

При описании геометрии формообразующих матриц, зубчатых колес и передач использована обобщенная теория зубчатых передач. При исследовании параметров технологической усадки и прогнозировании точности литых зубчатых колес использованы методы математической статистики и элементы теории вероятности. Анализ основных источников погрешностей зубчатых колес проводили с использованием метода суммирования технологических погрешностей.

Основные решений по обработке результатов измерений зубчатых колес и формообразующих зубчатых матриц, расчету их геометрических пара-метров и обработке результатов эксперимента реализованы в виде программ ЭВМ.

Научная новизна. Предложено геометрию пластмассовых зубчатых колес, изготавливаемых методами литья под давлением, описывать в обобщающих параметрах, выбранных исходя из особенностей технологии Формования колес; создана модель изменения геометрических параметров зубчатого венца цилиндрических колес с эвольвентным профилем зуба, позволяющая количественно описать неравномерную усадку зубчатого венца; наряду с усадкой по окружности верпин зубьев введены понятия усадки по профилю и по толщине зуба и разработаны методы их определения; установлены соотношения компонент усадки по профилю и по толщине зуба, обусловленные конструкцией и геометрическими параметрами зубчатых колес, а также применяемыми методами изготовления. Получены аналитические зависимости, связывающие погрешности формующей зубчатой матрицы, литого пластмассового колеса и статистические параметры технологической усадки материала. В результате анализа влияния основных технологических факторов на точностные показатели литых пластмассовых зубчатых колес выявлены основные источники погремно-. стей и разработаны методики расчета погрешностей зубчатыз колес из термопластов по нормам плавности,кинематической точности и бокового зазора. Исследованы и оптимизированы параметры круговой переходной кривой, выявлены граничные условия для различных вариантов ее образования.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Разработана методика расчета геометрических параметров Формообразующих матриц, позволяющая производить расчет матриц с нестандартными и стандартными параметрами производящего исходного контура и предусматривающая компенсацию вызванных усадкой отклонений шага зацепления, толщины и высоты зуба цельнолитных и армированных пластмассовых колес.

Разработана методика расчета, позволяющая, на стадии проектирования- технологической оснастки на основании сопоставления погремно-

стей зубчатой матрицы, технологической точности литого пластмассового зубчатого колоса и статистических характеристик компонент технологической усадки материала определять допустимый интервал отклонений величины усадки, требуемую точность изготовления зубчатых матриц и прогнозировать точность изготовления литых пластмассовых колес по нормам плавности и бокового зазора.

Предложены методы повышения технологической точности зубчатых колес, в том числе рекомендации по конструированию технологической оснастки, новые конструкции литьевых Форм с изменяющимся объемом оформляющей полости, способ калибровки литых зубчатых колес. Показано, что рациональное конструирование колес и технологической оснастки, а также применение специальных технологических приемов позволяет уменьшить погрешности в 1.5-3 раза и получать с вероятностью 80-903 литые зубчатые колеса 8-ой -9-ой степени точности.

Для расчета геометрических параметров формообразующих зубчатн.х матриц, обобщающих параметров матриц и литых колес, а также компонент технологической усадки зубчатого венца по профилю и толщине зуба созданы алгоритмы и программы их реализации на ЭВМ.

Нетодики расчета геометрических параметров матриц, результаты исследований технологической усадки литых зубчатых колес и рекомендации по конструированию литьевых Форм включены в стандарт предприятия СТП 0-12-83, руководящие документы РТМ 0-01-83, РД 26-12-17 и ГД 0-05-87, которые используются при проектировании технологической оснастки в отраслевых и ведомственных НИИ и КБ." Расчетные методики и технологии изготовления зубчатых колес используются также на предприятиях приборостроительной, электротехнической и легкой промышленности. Экономический эффект от внедрения разработок с учетом долевого участия автора составил 120 ты;.рублей.

Апробация р^врты. Основные полозения диссертационной работы доложены и обсуждены на V и VI Ленин1радских конференциях "Взаимозаменяемость и точность деталей из пластмасс" (Лениград,1981 и 1987 г.г.), 6-ом коллоквиуме по пластмассам "Механопласт" (г.Сегед, ВНР, 1981 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Несущая способ-ностьь и качество зубчатых передач и редукторов машин" (г.Алма-#та, 1965 г. ), семинаре МДНТП им.4>. Э.Дзержичского "Конструирование издэ-. лий из полимерных материалов" (г.Москва, 198В г.), Международной конференции "Plastprazis-87" (г.Дрезден, ГДР, 1987 г.), 1 Всесоюзном научно-техническом семинаре "Применение полимерных композиционных материалов в машиностроении" (г.Ворошиловград, 1987 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Зубчатые передачи: современность и прогресс" (г.Одесса, 1890 г.), Международной конференции "Plastpra-

2is-91" (г.Дрезден, ГДР, 1991 г.), Международной конференции "Motion and power trsnsnittion - ИРТ 91" (г. Хиросима, Япония, 1991 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ и получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка использованной литературы, включающего 172 наименования и приложения; содержит 165 страниц машинописного текста, 57 рисунков, 25 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

—Введение, включает обоснование актуальности работы и цели исследований.

Первая главр посвящена обзору исследований по теме 'диссертационной работы и постановке задач исследований.

Анализ показывает, что вопросам геометрии литых пластмассовых зубчатых колес, влиянию технологической усадки на геометрические параметры колес и функциональные показатели передач посвящено незначительное количество работ, а в области исследования точности литых колес в технической литературе в основной отражены результаты экспериментальных исследований. Отсутствие математических моделей и расчетных методик, объединяющих результаты экспериментальных исследований усадки колес, не позволяет использовать их непосредственно в практике проектирования технологической оснастки. В существующих" методиках расчета геометрических параметров формообразующих зубчатых матриц компенсация технологической усадки материала производится с целью обеспечения требуемого бокового и радиального зазоров и но затрагивает такие нормы точности, как плавность работы, кинематическая точность, контакт зубьев. В расчетах не учитывается влияние погрешностей размер ,в формообразующих элементов и отклонений величины технологической усадки на точность литых колес, поэтому прогнозировать их точность не представляется возможным.

Технологическая точность литых пластмассовых зубчатых колес обычно не превыаает 10-12-ой степени точности. Освоение промышленностью прогрессивных технологий изготовления зубчатых матриц, таких как метод гальванопластики, электрохимический, электроэррози-онный методы, позволяет изготавливать матрицы из высокопрочных материалов с нестандартными параметрами исходного контура. Дальнейшее развитие получают принципы прецизионного литья термопластов под давлением. Это создает предпосылки для повышения точностных показателей литых зубчатых колес путем разработки методик расчета матриц, более

точно учитывающих и компенсирующих изменение геометрических параметров зубчатого венца от неравномерности усадки, разработки методов получения точных литых пластмассовых колес с зубчатым венцом, не требующим дополнительной механической обработки.

Исходя из анализа литературных данных и в соответствии с поставленной целью сформулированы следующие основные задачи исследований:

1. Определение и анализ основных факторов, влияющих на технологическую точность литых зубчатых колес из термопластов.

2. Разработка математической модели, описывающей изменение геометрических параметров зубчатого венца литых колес вследствие нераг -номерной усадки зуба.

3. Разработка методик расчета точностных показателей колес и геометрических параметров зубчатых матриц, учитывающих технологическую усадку зубчатого венца, точность изготовления матриц и отклонения технологической усадки.

4. Исследование технологической усадки пластмассовых зубчатых колес, разработка рекомендаций по повышению точности колес, разработка технологических процессов их изготовления.

_ВЮШЯ-ХЛаЕа. посвящена описанию методики исследования и разработанной автором модели изменения геометрических параметров зубчатого венца литого колеса при усадке, методов определения компонент технологической усадки и обобщающих параметров формообразующих зубчатых матриц и литых колес.

Исследовались эвольвентные цилиндрические зубчатые колеса, изготавливаемые методом литья под давлением из полиамидов П610 (ГОСТ 10580-73), ГС 68-СЗО (ГОСТ 17648 72), ПА 6ВСУ (ТУ 6-05-953-74), П12Л (ТУ 6-05-1309-72), полиацеталей СФД (ТУ 6-05-1543-72) и СФД-ЗОС (ТУ 6-05-211-899-76), полиарипата ДВ-1П5 (ТУ 6-05-221-422-85), а также опытных партий полимерных композиц -юнных материалов на основе поли-арилата ДВ-105 и поликарбоната дифлон (ТУ 6-05-1068-74), поликарбоната и полиэтилентерефталата (ТУ 6-05-830-76), СФД-Б и высокомодуль ного волокна СВМ (ТУ 6-06-31-241а-79). При изготовлении колес использовалась разработанная автором литьепая форма с изменяющимся объемом формующей полости.

В предлагаемой модели усадки описание эвольвентного профиля зуба формующей матрицы и литого колеса производится с помощью обой щающих параметров: диаметра основной окружности о1(, и центрального угла &(. , соответствующего толщине зуба по основной окружности. Применение обобщающих параметров взамен связанных с тех элогией механической обработки параметров исходного контура позволяет однозначно описать геометрн» литого колеса.

Изменение размеров и формы зубчатого венца в процессе формования отражается с помощью компонент относительной усадки: по окружности вершин зубьев ы н

с _£4 - ¿4.

ПО профилю зуба ( по основной окружности) С а* - Ы,

im толщине зуба

c/g' —

л

Г

Компоненты , Sg , ¿>s позволяют однозначно и полно описать изменение геометрических параметров эвольвентного зуба при технологической усадке. Разработанная модель включает в себя в качестве частных случаев описанные в технической литературе и применяемые в настоящее время для расчета формообразующих зубчатых матриц модели усадки. Так при Sg и Ss = 0 получаем модель равномерной ради-

альной усадки зубчатого венца, а случаю S^ = 0 при 5Л> О, £s > О соответствует метод коррекции размеров формующей зубчатой матрицы посредством смещения исходного контура.

Для определения обобщающих параметров зубчатого венца раэрабо-тач метод аппроксимации профиля зуба эвольвентной по координатам точи« профиля зуба. При аппроксимации, используя принцип наименьших квадратов, минимизируются отклонения точек профиля по нормали к аппроксимирующей эвольвенте, соответствующие функциональной действующей ошибке колеса. Формула для определения отклонений точек профиля от аппроксимирующей эвольвенты выводится из геометрических соображений. Численное решение уравнения, реализованное на ЭВМ позволяет расчитать С^ , положение начальных точек, аппроксимирующих левый и ■ правый профили эвольвент и угол , а также статистические характеристики отклонений профиля зуба от аппроксимирующей-эвольвенты.

Более простыми являются методы расчета обобщающих параметров ctg и зубчатого венца по результатам измерений длины общей нормали и размера по роликам. Учитывая, что разность длин общей нормали при разном числе охватываемых зубьев кратна шагу зацепления, можно при известных обобщающих параметрах матриц d^ и 9g «о результатам измерений джины общей нормали Ц и колеса определить компоненты технологической усадки:

г , &(W£ -WJ

с ' ^[ц'и,,-') - -/Л

Анчлогично расчитываются Sg, и Ss при наличии двух измерений размера но роликам при разных диаметрах измерительного ролика 1

д

с?

inif(anccos --ти- ) - in<i(axcccs> )■■

А.

Д

г'

cL.

■о-

v-

аг,

фгссо$

di

d

Ф<Х

где:

Оценку точности методов расчета производили по дисперсиям функций &(, = }( А, , АЛ, 1< /1, - Аг, Я"), где Ц* при из' ' А,,= /МД при измерении Л| . Получено, что логреганост!.

мерении

W

определения и 5г уменьшается при увеличении модуля зацеплении м для метода разности длин общей нормали при Ш = 0,5 мм составляет

1,62 для Sj и 3,0% для 0,ЗХ; погрешность расчета Si

при П1 = 5 км - соответственно 0,1551 и

при измерении размера по ролик."1>:

>Ь -

при ГИ = 0,2 мм и Ш = 1 мм соответственно равна 0,2Х и 0,04%, 18% и 3,2%. Погрешность расчета усадки, вносимая погрешностями, возникающими при измерении, составляет 0.03-0.12* для и 0.01-0.8% для при удельном измерительном усилии 0.5-2 Н/мм..

С целью уменьшения погреяностей измерения пластмассовых колос на основе расчета допустимых перемещений зубьев разработаны рекомендации по назначению величины измерительных усилий при двухпрофилыюй эбкатке колеса, контроле радиального биения, измерении размера по роликам и длины общей нормали. Расхождение расчетных и зксперимон -гяльных усилий не превыиает 30%.

ту третьей главе излагается методика расчета геометрических параметров формообразующих зубчатых матриц. В качестве независимых юреметных используются описанные в главе 2 обобщают!® параметры, эсновныо размеры зубчатых матриц определяются с помощь» компонент

технологической усадки S„ , Si » S

"я, ■ >Jf, ■

В зависимости от того, в какой виде сирор.ктиропана передача -обобщающих параметрах или п параметрах, связанных с проичводпптчм входным контуром, возможни соотсгтстпуюиие варианты рлечетч roo «чтрических параметров патриц.

При проектировании в обобщающих параметрах на первом зтапо по 13П';<:тной методике проиопсдится рнбор геомптгпчпемне парзмчтрой

аиояььентних зубчатых передач: чисел эубьеь шестерни и колеса , относительной толщины на окружности вершин зубьев rniU и т^ и углов профиля на окружностях их заострения и . Затем с учетом соотношений между выбранными параметрами и параметрами модели усадки da, ct( . 6t с помощью компонент технологической усадки ^ , «Sti , S

-J * и ,'а*ы

определяются параметры матриц , /пл , I/ . Выбор параметров производящего расчетного контура для изготовления матриц производится из условия получения достаточного радиального зазора в передаче.

При расчете геометрических параметров формообразующих матриц

для зубчатых колес, спроектированных в параметрах производящего ис-

>i

ходного контура, модуль матрицы WI назначают исходя из технологических соображений и обычно принимают равным модулю спроекгирован-

с

ного колеса /Н . В зависимости от принятой величина модуля могуг быть выбраны различные наборы параметров исходного контура для изготовления матрицы. Область существования производящего реечного контура ограничивается условиями подреза и заострения зубьев. Для изготовления зубчатых матриц при разных величинах усадки материала в каждом конкретном случае требуется свой специальный инструмент с не• стандартными параметрами исходного контура.

Существенное упрощение технологии и снижение трудоемкости изготовления литьевых форм достигается применением матриц со стандартными параметрами исходного контура. При этом формование литого зубчатого колеса с параметрами, соответствующими параметрам стандартно со исходного контура, при изготовлении его в матрице с аналогиями ¡и параметрами предполагает равенство значений модуля, угла профиля и, как следствие, диаметров основных окружностей матрицы и колеса. Коррекция размеров матрицы компенсирует изменение размеров колоса от компонент усадки и при Sj- 0 и производится путем коррекции диаметра окружности вершин зубьев и смещения исходного контура инструмента.

-Xе . Ssrqsa - gthsu) i-5b Z-tgaL ( 1 -

В случае, если фактическая величина компоненты усадки но профилю на равна нулю, целью коррекции размеров матрицы может ставиться получение требуемой толщины зуба на окружности заданного диаметра, необходимой величины размера по роликам, длины общ^й нормали или среднего бокового зазора с сопряженным колесом. Исходя из выбранных

С*

исходных посылок определяется условная компонента усадки ^ для расчета матрицы, в которой при фактических значениях усадок Sg и .S^ будет получено колесо с заданным средним значением выбранного пара-

метра. Например, ставя целью получить литое колесо с толщиной зуба ^ на окружности произвольно выбранного диаметра С1у, равной толщине зуба колеса с параметрами и С^ , при фактических компонентах

усадки и получим выражение

Б,-

е, • 55 А

А-2

Д 5 = ¿,

* * Д

где .с с

Лц ац

Отклонение толщины зуба на окружности диаметра ССц в этом случэ» определится по формуле н

При расчете матрицы с целью получения заданного бокового зазора в передаче с Формованным колесом вводятся поправки на контрольные параметры колеса, определяемые исходя из расчетного условного значения компоненты усадки и фактических значений и .

Частные варианты общей методики расчета при = 0 и 5А- О, основанные на измерении размера по роликам, использовали для расчета геометрических параметров и точностных показателей зубчатых колес приводов редукторов ПО "Сигнал" и ЦНИИ "Электроприбор", Рязанского приборного завода, Казанского ПО "Терминал", Загорского электромеханического завода, Курского ПО "Счетмаш", Тульского ПО "Гочмаш" и др. Корректировка размеров матриц, рзесчитанная по этим методикам, обеспечила высокую вероятность (до 80%) достижения точностных показателей колес, соответствующих 8-ой степени точности.

В четвертой глапа приведены результаты исследования влияния усадки на геометрические параметры колес и качественные показатели передач. Дан анализ структуры погрешностей литых пластмассовых зубчатых колес и приведены рекомендации по повышению их точности. Рассматриваются вопросы прогнозирования технологической точности зубчатых колес ¡1 расчета допустимых отклонений величины усадки.

Качественные показатели зубчатой передачи с литым пластмассовыми колесами можно выразить черзз геометрические параметры формообразующих матриц и компоненты технологической усадки. Показано, что увеличение усадки приводит к увеличению угла зацепления, коэффициент перекрытия при эток уменьшается; наиболее существен«- на коэффицент перекрытия влияет усадка по окружности вершин зубьев. Установлено,

что имеет место взаимная компенсация влияния параметров и Б - 5,

5 у. о

на боковой зазор и толщину зуба; отклонения по толщине зуба минимальны в сечении вблизи делительной окружности и увеличиваются к головке и ножке зуба.

Технологические погрешности литых колес определяются погрешностями литьевой формы и технологической усадки материала. С литьевой формой связаны погрешности формообразующей зубчатой матрицы, отражающие технологию ее изготовления, погрешности установки в форму матрицы и знаков. Формующих посадочные поверхности колеса, а также погрешности размеров арматуры в случае изготовления армированных колес. Погрешности от технологической усадки включают погрешности, связанные с неравномерной по окружности и по ширине колеса усадкой материала, отклонениями величины усадки для различных колес в партии, неполной компенсацией усадки в размерах формообразуючей матрицы.

При.проведении анализа структуры погрешностей литых■зубчатых колес за основу принят метод суммирования технологических погрешностей. В качестве основных нормируемых погрешностей литых колес приняты: по кинематической точности - радиальное биение зубчатого венца и накопленная погрешность шага колеса; по плавности работы - отклонение шага зацепления и погрешность профиля зуба; по контакту зубьев -погрешность направления зуба; по боковому зазору - величина гарантированного бокового зазора.

С учетом допущения, что путем корректировки геометрических параметров формующей зубчатой матрицы компенсируется средняя величина компонент технологической усадки материала, установлены основные параметры, влияющие й не оказывающие влияния на величину погрешностей хо,!вс. Так, кинематическая точность колеса и контакт зубьев не зависят йт отклонения компонент усадки для различных колес в партии; на контакт зубьев ке влияют неравномерность усадки по окружности зубчатого венца и несоосность матрицы и центрального знака. В работе приведены структурные зависимости, устанавливающие взаимосвязь нормируемых погрешностей и влияйщих на них параметров.

Функции изменения рассматриваемых погрешностей колес от погрешностей литьевой формы, среднего значения и отклонений компонент технологической усадки олреде .яются из геометрических соображений <в соответствии с конструкцией формы и принятой моделью технологической усадки). Например, погрешность основного шага литого колеса можно оценить по формуле

с--------л-----,

I \ \Iй (1 с \1 г ады-ь-сСьен)- 2, (л т^ры Бб у*-[мл^ \)\+1-л +1 Г

Сравнение расчетных отклонений основного шага колеса, изготовленного в матрице определенной степени точности, с допускаемыми отклонениями по соответствующем стандартам на допуски зубчатых передач, позволяет оценить допускаемые отклонения величины усадки и точность изготавливаемых колес в зависимости от.модуля зацепления. Отклонения и неравномерность компонент усадки определяются экспериментально. в_

Взаимосвязь погрешностей литого колеса 5 с погрешностями литьевой формы , средней величиной 6 и отклонениями й $ технологической усадки в общем виде можно представить формулой

где /4 ( <5Р), £

( Ь', дБ } - Функции изменения рассматриваемой погрешности от погрешностей литьевой формы и технологической усадки.

Установленная в работе взаимосвязь точностных показателей зубчатых колес, формообразующих матриц и отклонений технологической усадки позволяет производить следующие расчеты:

- определять интервал допустимых отклонений компонент технологической усадки;

- на стадии проектирования технологической оснастки рассчитывать допуски для формообразующей зубчатой матрицы;

- на основе сопоставления статистических характеристик технологической усадки с допустимым интервалом ее отклонений рассчитывать с помощью нормированной функции Лапласа вероятность получения зубчатых колес заданной степени и точности.

Повышение кинематической точности и плавности работы передач р литыми пластмассовыми колесами достигается за счет взаимной компенсации отклонений шага зацепления в передаче, уменьшения биения зубчатого венца матрицы относительно знака, формующего посадочное отверстие колеса.

В пдтой главе описаны основные положения разработанных нормативных документов по расчету геометрических параметров и точностных показателей литых колес приводов механизмов, приборов и аппаратов, приведены примеры расчета. Приведены также результаты исследования зависимости компонент технологической усадки от размеров и конструкции колес.

Приводятся примеры применения оригинальных конструкций литьевых форм с изменяющимся объемом оформляющей полости, (а.с. NN 1256980; 1281432),позволяющих существенно уменьшить технологическую усадку материала и диапазон ее колебаний. Применение литьевых форм с изменяющимся объемом оформляющей полости, в конструкции которых преду-

смотрены упругие элементы для подпрессовки материала с одной или двух сторон изделия на стадии его охлаждения позволило уменьшить предельные отклонения размеров отливок колес по диаметру вершин зубьев в 1,57 раза, по длине общей нормали - в 2 и по ширине зубчатого венца - в 5,3 раза.

Анализ результатов, полученных на модельных армированных и цельнопластмассовых образцах, показал, что влияние размеров образцов на величину усадки удовлетворительно аппроксимируется.логарфмической зависимостью.

При исследовании усадки колес обнаружена корреляция между параметрами ¿с, и отражающими неравномерность усадки зубчатого венца - коэффициент корреляции составляет 0,61 - 0,93. Взаимная компенсация влияния этих параметров на толщину зуба приводит к тому, что ее отклонения при разбросе усадки в партии колес имеют максимальные значения на вершине и у ножки зуба, а в сечении, расположенном вблизи делительной окружности, октлонения толщины зуба минимальны.

Анализ результатов измерений зубчатых колес из полиамида П12Л, (модуль 0,4-1,25 мм, число зубьев 45-105), проводили методом множественной шаговой регрессии, что позволило выделить значимые геометрические параметры колес и получить уравнения регрессии для компонент усадки:

Б6= 1.075 - 1.807 ■ т* + 0 .035 т ■ £ -0.232-

= 24.4 +■ 0.007 - 0.964 • £ + 3.85 ПЬ,

из которых следует, что наиболее значимым фактором для параметра является модуль, а для параметра - число зубьев.

При исследовании технологической усадки массивных зубчатых колес с шириной зубчатого венца 45 мм методом разности длин общей нормали было получено распределение компонент усадки по ширине зубчатого венца. Это позволило сопоставить различные варианты технологии изготовления колес (литье в Форму с изменяющимся объемом оформляющей полости, литье под'вспененных термопластов и литье под давлением) по величине погрешностей и их распределению по ширине зубчатого венца. Получено,'что при литье подвспененных термопластов отклонения формы изделия наименьшие из исследованных вариантов; по сравнении с контрольным вариантом конусность уменьшилась в 1,8 раза, седнооразность - в 3,5 раза.

Для автоматизированного расчета формообразующих матриц разработана программа для ПЭВМ типа IBM PC AT. Результаты расчета по программе могут быть использованы для автоматизированного проектировании зубчатых передач,в системе AUTOCAD или программирования станков дли эллекгроэррозионной обработки зубчатого профиля матриц.

Основные положения разработанных методик включены в руководящие технические материалы по расчету и конструированию литьевых Форм, расчету размеров и показателей точности зубчатых колес и Формуюцего инструмента и проверены при расчетах матриц для изготовления зубчатых колес приводов принтеров, магнитофонов, автомагнитол, пвейных электрических машин, браковочных мерильных напин, телеграфной аппаратуры, малогабаритных скоростных редукторов, маслонасосов компрессоров, текстильных мапин, бытовых приборов.

Приведены примеры расчета размеров и показателей точности литых зубчатых колес, дан сравнительный анализ вероятности получения колес заданной степени точности при расчете матриц по табличным значениям усадки и усадки, рассчитанной по результатам замера имитаторов. На примере привода универсальной кухонной машины рассматриваются пути повышения точности литых колес по результатам измерения матриц и опытных партий колес.

В результате реализации предложенных методов конструирования технологической оснастки с учетом изменения размеров колес от технологической усадки, повышения точности изготовления литьевых форн конструкторскими методами, а также изготовления матриц высокоточными методами точность литых пластмассовых зубчатых колес повышена с 10-ll-oft до 8-9-ой степени. Высокая вероятность получения колес 8-ой • степени точности (до 80-90%.) возможна для материалов с компонентами усадки So*. S^ равными 0,0-1% и разбросом до 0,1% при точности изготовления матриц не ниже 8-ой степени точности.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. При описании геометрии формообразующих матриц, пластмассовых зубчатых колес и составленных из них передач предложено использовать аппарат обобщенной теории эвольвентных зубчатых передач с построением математических зависимостей для матриц, колес и зацеплений на базе основной окружности. В качестве обобщающих параметров предложено использовать диаметры основной окружности otg и окружности вершин зубьев da , а также центральный угол 6^ , соответствующий толщине зуба на основной окружности, как параметры, позволяющие описать изменяющуюся в процессе технологической усадки геометрию зуба

независимо от фиксированных параметров исходного контура. Создан аналитический аппарат, позволяющий рассчитывать основные геометрические параметры передач и качество зацепления по геометрическим показателям с учетом технологической усадки материала колес.

2. Предложена модель технологической усадки литого зубчатого колеса, в которой наряду с усадкой по окружности вершин зубьев введены коэффициенты относительной усадки по профилю и толщине зуба. На основе предложенной модели разработана структура формул для расчета точностных показателей литых зубчатых колес по нормам кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев и бокового зазора.

3. Разработаны методы экспериментального определения и расчета геометрических параметров литых пластмассовых зубчатых колес, Формообразующих зубчатых матриц и коэффициентов технологической усадки: а) аппроксимацией координат точек левого и правого профилей зуба; б) измерением длины общей нормали при разном числе охватываемых зубьев; в) измерением размера по роликам при разных диаметрах ролика. Дан анализ погрешностей измерения и расчета компонент усадки указанными методами и показано, что их точность является приемлемой для инженерных расчетов. Получены значения компонент технологической усадки для ряда типоразмеров колес в диапазоне модулей зацепления 0.2 - 3.5 мм, чисел зубьев 9 - 138, ширины зубчатого венца 2-45 мм, изготавливаемых из материалов на основе полиамидов, полиацета-лей, полиарилата и поликарбоната.

4. Разработаны методики расчета размеров формообразующих зубчатых матриц со стандартными и нестандартными параметрами производящего исходного контура, предусматривающие компенсацию вызванных усадкой изменений шага зацепления, толщины и высоты зуба колеса. Получены зависимости, позволяющие на стадии проектирования технологической оснастки определять требуюмую точность изготовления зубчатой матрицы, допустимый интервал отклонений усадки и прогнозировать показатели точности литых пластмассовых зубчатых колос. Аналитически исследованы особенности образования круговой переходной кривой зуба с звольвектным профилем при изготовлении формообразующей матрицы электроэрроэионным способом. Выявлены граничные условия для различных вариантов образования переходной кривой, определяемые геометрическими параметрами зубчатых колес и матриц и предложены расчетные зависимости для определения параметров переходной кривой с учетом граничных условий.

5. Проведен анализ влияния технологических факторов на точностные показатели литых зубчатых колес н разработана структура формул для расчета этих показателей в зависимости от источников их

погрешностей; показано, что на кинематическую точность внпяют неравномерность усадки rio профилю и толщине зуба для различных зубьев, а также песоосность зубчатого венца матрицы относительно знака, формующего посадочные поиерхности колеса; на плавность работы -отклонения усадки по профили зуба для сопрягаемых колес; на площадь контакта зубьев - отклонения от параллельности и перекос осей матрш и центрального знака в литьевой форме, а та'кже неравномерность усадки по профилю и толщине зуба в пределах ширины зубчатого венца; на величину бокового зазора - практически все источники погрешностей.

6. Разработаны рекомендации по повышению точности литых зубчатых колес из термопластов, включающие методы расчета формообразующих зубчатых матриц и арматуры, рекомендации по конструированию колес и технологической оснастки, оригинальные конструкции литьевых форм с изменяющимся объемом оформляющей полости, способ калибровки пластмассовых зубчатых колес. Показано, что рекомендуемые методы позволяют уменьшить погрешности колес в 1,5 - 3 раза и обеспечить О - 9 степень точности по нормам плавности и кинематической точности.

7. Разработанные методики расчета геометрических параметров Формообразующих зубчатых матриц, результаты экспериментов по определению технологической усадки и рекомендации по конструированию литьевых форм использованы при разработке нормативных документов -стандарта предприятия CTI1 D-12-83, руководящих документов РТМ 0-0103, РД 26-12-17-86 и РД 0-05-87, применяемых в практике проектирования в ОКБ ИММС АН Беларуси, 110 "Сигнал", ЦНИИ 'Электроприбор", НПО "ВНИИ.конпрессормаш". Расчетные методики и рекомендации по изготов-' лению литых пластмассовых колес использованы также в Киевском ПО реле и автоматики, Рязанском приборном и Загорском электромеханическом заводах, ПО "Терминал" (г.Казань), ПО "Счетнаш" (г.Курск), 110 "Точмаи" (г.Тула). Литые моторные шестерни применены при ремонте приводов ткацких станков на Егорьевском и Глуховском хлопчатобумажных комбинатах и Оршанском льнокомбинате.

Разработан программа для персональных компьютеров типа IBM PC AT/XT, в которой реализован автоматизированный расчет геометрических параметров формообразующих матриц, в том числе включающий выбор вариантов геометрических параметров круговой переходной кривой и аппроксимацию эвольвеНтного профиля дугами окружностей, количество и параметры которых оптимизируются автоматически с заданной погрешностью профиля.

* Внедрение разработок позволило подучить экономический эффект 120 тыс.рублей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Старжинский В.Е., Кудинов А.Т. Измерительные усилия при контроле зубчатых колес из пластмасс // Известия АН БССР. Серия фиэ,-техн.наук.-1979,- N4.С.43-46.

2. Старжинский В.Е., Кудинов А.Т. Расчет матриц и прогнозирование точности литых зубчатых колес из пластмасс // Известия АН БССР. Серия физ.-техн.наук-1981.- N 2.- С.39-43.

3. Старжинский В.Е., Кудинов А.Т. Влияние литьевой усадки и точности формующего инструмента на точность пластмассовых зубчатых колес // Вопросы взаимозаменяемости и точности деталей из пластмасс в свете задач 11-й пятилетки: Материалы 5-й Ленинградской конф.,19-20 мая 1981г./ Под ред.В.А.Брагинского.-Л.: ЛДНТП,-1981.-С.46-52.

4. Sztarzhinskij V.E., Kudinov А.Т., Mozsarovskij V.V. Muanyag-bol frocesontott fogaskerekek ineretpontossaganak elorejelzeserol es eilen orzeserol.= Muanyag es gumi.-1983.-H 7.- S. 189-192.

5. Кудинов А.Т. Расчет геометрии литых зубчатых колес и формующих матриц в обобщающих параметрах // Физика и механика композиционных материалов на основе полимеров: Тез.докл.XIY обл.науч.-техн.. конф., Гомель, апрель,1985г.-Гомель.-1985.-С.55.

6. Старжинский В.Е., Кудинов А.Т. 0 разработке методики; расчета формующего инструмента для литых пл, гмассовых зубчатых колес // Вестник машиностроения.-1985.- N 10.- С. 38-41.

7. Старжинский В.Е., Кудинов А.Т. О разработке методики расчега точности зубчатых передач с литыми пластмассовыми колесами // Несущая способность и качество зубчатых передач и редукторов машин: Тез. докл.всесоюзн.научи.-техн.конф., Алма-Ата, сентябрь, 1985г.-К.,-1985.Часть П.- С. 69-70.

8. Кудинов А.Т., Старжинский В.Е. 0 назначении допусков для литых и прессованных зубчатых колес // Конструирование изделий из полимерных материалов: Материалы семинара, Москва, i986r,-М.:МДНТП.-

1986.-"'С. 68-73.

9. Kudinov А.Т., Starzinski V.E., Osipenko S.A. Uder die Nor-nung der Genauigkeit von gegossenen Pl?Etzahnradern.// Plast pra-zis'87. Internationale Fachtagung Uder Probleme der rechnergestutzten Plastanwendung sowie Fertigungsvorbereitung und Fertigung in Plast-verarbeitung und Werkzeugbau, von 16 bis 18 Marz 1987, Dresden

1987,- S. 12.

10. Kudinov A.T., Starzinski V.E., Osipenko S.A. Standisierung der Genauigkeit gegossener Plastzahnrader.// Plaste und Kautschuk, 34. Jahrgang, Heft 2,- 1987,- S. von ß3 bis 84.

11. Са^жинский B.E., Кудинов А.Т., Талпаларь M.Я. Расчет формующего инструмента для изготовления литых пластмассовых зубчатых колес привода реле времени.// Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства: Экспресс-информация, отчественный опыт. Серия 3 Технология и оборудование куэнечно-штамповочного производства.-1987.- Вып.2.- С. 15-17.

12. Кудинов А.Т., Старжинский В.Е., Осипенко С.А. Перспективы нормирования точности литых зубчатых колес из пластмасс // Взаимозаменяемость и точность деталей из пластмасс: Материалы YI Ленинградской научн.-техн.конф..апрель,1987г.,-Л.: ЛДНГП,-1987.-С.35-41.

13. Кудинов А.Г., Старжинский В.Е., Песецкий С.С.и др. Способ повышения точности массивных литых зубчатых колес из тернопластов // Пластические массы. 1988. N 7. С. 27-30.

14. Кудинов А.Т., Старжинский В.Е., Гуревич М.Л., Костерина Л. И. Взаимосвязь технологической усадки и геометрических параметров литых зубчатых колес из термопластов // Пластические массы, 1990.

H 3 - С. 61-64.

15. Кудинов А.Т., Старжинский В.Е., Осипенко С.А. Технологическая точность пластмассовых зубчатых колес. Методы расчета на стадии проектирования технологической оснастку // Всесоюзная научно-техническая конференция "Зубчатые передачи: совеременность и прогресс" (Одесса, сентябрь 1990). Тезисы докладов, Одесса,1991.С. 86-87.

16. Kudinov А.T., Starahinski 7.Е., Osipenko S.A. Beeinflussung der genauigkeit von Zahnradern aus Kunststoffen durch Spritzgieb-technologie und Formstoffschuindung // Internationale Fachtagung, (Dresden, 22-24. April 1991) "Plastpra2is-91" - Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie GMBH - Leipzig. 1991. Vorläufiges Programo.

17. Кудинов А.Т., Старжинский B.E., Осипенко С.А. Расчет технологической усадки литых зубчатых колес из термопластов // Пластические массы. 1992. N 4,- С. 53-55.

18. Литьевая форма для изготовления полимерных изделий (ее варианты). A.c. п 1256980 СССР. МКИ BZ(C 45/26.

19. Литьевая форма для изготовления полимерных изделий. A.c. H 1281432 СССР. МКН В29С 45/26.

20. Способ калибровки зубчатых колес. A.c. H 1362553 СССР. МКИ И2111 5/00, 5/02.

ттрИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

С^ддиаметр окружности вершин зубьев; (¿^ - диаметр основной окружности; - диаметр окружности, проходящей через центр измерительного ролика; диаметр арматуры; сС^ - диаметр произвольно выбранной окружности; Ьр - диаметр измерительного ролика; отклонение шага зацеплеиия; Са - коэффициент, 1СЯ = 1 при четном й , - соз (90/) при нечетном Ж \ М. - модуль зацепления; Ша,- относительная толщина зуба на окружности вершин; М - размер по роликам; - величина шага зацепления; толщина зуба на окружности диаметра сСу ; отклонение толщины зуба на окружности диаметра ; допуск на диаметр арматуры; V/ - длина общей нормали; X - коэффициент смещения исходного контура; $ - число зубьев колеса; <йл. - число зубьев, охватываемых при измерении длины общей нормали; оС - угол профиля;

- погрешность литого колеса; В*- погрешность литьевой формы;

Бо. - компонента относительной усадки по окружности вершин зубьев;

- компонента относительной усадки по основной окружности (профилю зубьев); • - компонента относительной усадки по толщине зуба;

- условная расчетная компонента относительной усадки'по толщине зуба; &(, - центральный угол, соответствующий толщине зуба по основной окруж-ности; 7Т - угол профиля на окружности заострения зубьев; индекс "к" относится к параметрам колеса, "м" - матрицы.