автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологические аспекты проектирования цилиндрических передач с круговыми зубьями и зубообрабатывающих инструментов

тульский государственный технический университет

На правах рукописи

ГРУНИЧЕВ Александр Владимирович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ И ЗУБООВРАБАГЬВАЮЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ (НА ПРИМЕРЕ ПЕРЕДАЧ ВЕДУЩИХ МОСТОВ АВТОМОБИЛЯ КАМАЗ)

Специальность 05.02.08 "Технология машиностроения"

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула - 1994

Робота выполнена на кафедре "Технология машиностроения' Тульского государственного технического университета.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и .

техники РСФСР, доктор технических наук, профессор И.А.Коганов

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор С.И.Лаптев, кандидат технических наук, В.Г.Ковалев

Ведущее предприятие - Акционерное общество "Туламашзавод"

Защита диссертации состоится 23 июня 1994 г. в 14 часов в 9 учебном корпусе, ауд. 101 на заседании специализированного совета К 063.47.01 Тульского технического университета (300600, г. Тула, пр. Ленина, 92).

С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке Тульского технического университета.

Автореферат разослан_ 1994 г.

Ученый секретарь • специализированного совета к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение качества и надежности выпускаемой продукции является важнейшей задачей машиностроения. Например, одна из проблем, стоящих перед инженерами Камского автозавода, заключается в увеличении надежности и ресурса работа главной передачи ведущих мостов грузовых автомобилей.

Главная передача мостов состоит из конической и цилиндрической косозубой передач (рис. 1). Значительные осевые силы, возникающие при работе косозубой цилиндрической передачи, заставляют устанавливать валы на радиалыю-упордах роликовых подшипниках. Ресурс работы этих подшипников существенно зависит от точности регулировки предварительного натяга при сборке и в процессе эксплуатации. Помимо этого, ресурс подшипников снижается при перекосе наружного и внутреннего колец подшипников. Перекос возникает как по технологическим причинам (отклонение от соосности посадочных поверхностей и неточность сборки), так и в результате смятия торцовых опорных поверхностей, резьбы и перекоса гаэк крепления подшипников в опорах ведомого и ведущего цилиндрических колес под действием значительной осевой силы. Следует заметить, что смятие резьбы и смещение гаек крепления подшипников встречается почти у четверти редукторов, поступающих в капитальный ремонт.

Повысить надежность и ресурс работы главной передачи ведущих мостов можно путем ужесточения допусков на расположение посадочных поверхностей под подшипники и зубчатые колеса, а также усилением контроля за точностью сборки. Однако, без устранения значительной осевой силы эти меры будут не столь эффективными. В первую очередь необходимо устранить или значительно .снизить осевую нагрузку на подшипники.

Поэтому для решения задачи ' повышения надежности и ресурса работы главной передачи в ТулГГУ было предложено заменить косозубую цилиндрическую передачу на цилиндрическую передачу с круговыми зубьями (ЦРКЗ), симметричными относительно средней плоскости*' зубчатого в&нца. Это позволит полностью исключить или

*'Под средней плоскостью понимается торцовое сечение зубчатого колеса, в котором лежит ось вращения инструмента.

Рис. 1. Главная передача среднего мостя

свести к минимуму, осевие силы в цилиндрической передаче и использовать для опор ведомого колеса радиальные роликовые подшипники. Цилиндрическая передача такой конструкции имеет достаточно высокую плавность работы, высокую нагрузочную способность зубьев; исключает появление кромочных контактов зубьев, необходимость регулировки предварительного натяга подшипников вала ведомого цилиндрического колеса при сборке и в процессе эксплуатации; упрощает конструкцию подшипшпсовых узлов дифференциала. Отсутствие осевой силы в передаче полностью исключает поломки, связанные со смятием резьбы и смещением гаек крепления подшитшков.

Данная работа выполнялась по хозяйственным договорам между ТулГГУ и АО КамАЗ № 89-767/2, 93-03/04 и по межвузовской научно-технической программе"Ресурсосберегающие технологии машиностроения'.'

Автор защищает.

1. Методику проектирования ЦПКЗ с наилучшими качествеиными показателями при заданных геометрических и технологических ограничениях.

2. Усовершенствованную методику расчета параметров зуборезных острозаточешпгх резцовых головок, позволяющую минимизировать номенклатуру инструментальной оснастки, используя информационный банк параметров ранее спроектированной инструментальной о.снастки.

3. Результаты реализаций методик проектирования ЦПКЗ и инструментального обеспечения в виде программного обеспечения. •

4. Результаты стендовых и дорожно-эксплуатационных испытаний опытных ЦПКЗ для главной передачи ведущих мостов автомобиля КамАЗ.

Цель работы. Целью работы является изготовление ЦПКЗ, позволяющих повысить надежность и ресурс работы главной передачи ведущих мостов автомобиля КамАЗ.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи.

1. Выбор управляющих параметров при проектировании ЦПКЗ, а также установление круга геометрических и технологических ограничений.

2. Разработка усовершенствованной методики, алгоритма и программы расчета ЦПКЗ с наилучшими качественными показателями.

3. Разработка усовершенствованной методики и программы расчета параметров инструмента, позволяющей минимизировать номенклатуру инструментальной оснастки, используя информационный банк

параметров ранее спроектированной инструментальной оснастки.

4. Модернизация оборудования И изготовление технологической оснастки, обработка опытной партии ЦПКЗ и проведение стендовых и дорожно-эксплуатационшх испытаний автомобильных мостов, оснащенных этими передачами.

Методы исследования. В работе использованы, теория зубчатых зацеплений и математический аппарат аналитической геометрии. Все расчетные работы проводились на персональном компьютере IBM PC/AT 286 с использованием языка программирования Турбо Си. Испытания ЦЩЗ на прочность осуществлялись на специальном стенде в производственных условиях.

Научная новизна. Расширен комплекс управляющих параметров при проектировании ЦПКЗ и выявлены зависимости между ними и геометрическими качественными показателями, что дало возможность разработать методику проектирования ЦПКЗ, обеспечивающую оптимизацию геометрических качественных показателей передачи при удовлетворении поставленных геометрических и технологических ограничений.

Разработана методика автоматизированного ■ проектирования зуборезных головок, позволяющая .минимизировать номенклатуру инструментальной оснастки при использовании информационного банка параметров ее элементов.

Практическая ценность. Разработаны и реализованы в виде программ для персонального компьютера:

а) методика расчета ИПКЗ с наилучшими качественными прказа-телями;

б) методика и программа расчета параметров инструмента, позволяющая минимизировать номенклатуру инструментальной оснастки.

Экспериментально доказана возможность достижения 7-й степени точности по ГОСТ 1643-81 при нарезании ЦПКЗ на станках с ЧПУ типа 0Ц-1И, имеющих привод поворота изделия. Поскольку отсутствуют специальные зубообрабатывающие станки для изготовления ЦПКЗ, можно рекомендовать использование станков с вместо

модернизированного универсального оборудования в условиях экспериментального и мелкосерийного производства.

Реализация работы. Результаты работы реализованы при изготовлении ЦПКЗ для . главных передач ведущих мостов автомобиля КамАЗ. Программа, проектирования ЦПКЗ внедрена в учебном

процессе на кафедре 'Технология машиностроения" ТулГТУ.

Апробация работы. Основные положения работа доложены и обсуждены на мевднародном научно-техническом семинаре "Высокие технологии в машиностроении" (Харьков, 1992 г.), республиканской научно-технической конференции "Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин" (КургаЕ!, 1991 г.), республиканской научно-практической конференции "Ресурсосберегающая технология машиностроения" (Москва, 1993 г.), научно-техническом семинаре "Бути повышения эффективности обработки материалов резанием в машиностроении" (Ленинград, 1991 г.), научно-технических конференциях ТулГТУ (1991-1993 гг.), заседаниях кафедры "Технология машиностроения" ТулГТУ (1991-1993 гг.), экспонировались на международной выставке "Конверсия: наука и образование" (Тула, 1993 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из них одно описание изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, перечня использованной литературы и приложений. Работа содержит 128 страниц машинописного текста, 87 рисунков, список использованной литературы из 75 наименований и 42 страниц приложений. Научные консультации осуществляли: к.т.н., доцент Г.М.Шейнин и к.т.н., доцент М.Н.Бобков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы работы и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе показаны причины преждевременного выхода из строя главной передачи ведущих мостов автомобиля КамАЗ, сделан вывод о целесообразности замены косозубой цилиндрической передачи на ВДК5, дан оозор существующих методов обработки арочных зубьев цилиндрических колес, приведен обзор работ, связанных с проектированием и изготовлением таких колес, сформулированы цель работы и основные задачи исследования.

На основании проводившихся в инженерном центре КамАЗа исследований установлено, что средний ресурс работы главной передачи среднего и заднего мостов составляет соответственно 255 и 270 тыс. км. Однако наработка на отказ среднего и заднего мостов составляет соответственно 92 и 174 тыс. км. Основные' поломки

главной передачи следующие.

1. Разрушение подшипников, происходящее вследствие следующих причин: отклонения формы и расположения посадочных поверхностей подшипников, отклонения предварительных натягов в подшипниковых узлах, от оптимальной величины, некачественной сборки, загрязнения масла, и самое главное, вследствие смятия опорных торцовых поверхностей и резьбы гаек крепления подшипников ведущей цилиндрической вал-шестерни и дифференциала под действием осевых сил в передаче и перекоса нарулаюго к внутреннего колец подшипников.

2. Разрушение зубьев колес, происходящее вследствие изгийной усталости, попадания в зацепление металлических осколков и роликов разрушенных подшипников, производственно-технологических дефектов.

Замена цилиндрической косозубой передачи редуктора ведущих мостов на ЦПКЗ и радиально-упорных подшипников дифференциала на радиальные создают предпосылки для решения следующих задач:

1. Исключение смятия опорных торцовых поверхностей и резьбы гайки крепления подшипников дифференциала, поскольку устраняется главная причина появления такого дефекта - большая осевая сила в передаче.

2. Локализация пятна контакта в передаче и устранение кромочных контактов зубьев.

3. Увеличение нагрузочной способности зубьев цилиндрической передачи.

4. Повышение ■ надежности опор дифференциала, упрощение их конструкции и сборки.

Ранее на кафедре "Технологии машиностроения" ТулГТУ И.А.Когановым, Г.М.Шейниным, М.Н.Бобковым проводились работы по использованию ЦПКЗ в шестеренных насосах для улучшения их вибрационных и шумовых характеристик. В рамках этих работ была создана методика расчета параметров станочного и рабочего зацеплений ЦПКЗ. Однако эта методика создавалась для решения частной задачи - расчета роторов с круговыми зубьями. Диаметр вершин зубьев роторов был жестко связан с размерами корпуса насоса, что ограничивало возможности управления параметрами исходного контура зубьев. При проектировании использовался только один управляющий параметр - радиус инструмента для чистовой обработки выпуклых сторон зубьев роторов. Из качественных показателей передачи по методике рассчитывались только коэффициент перекрытия и толдина

зубьев на окружности вершин роторов в крайнем торцовом сечении (далее это сечение для краткости будем называть торцовым). Все это не позволяло всесторонне оценить качество проектируемой передачи и оптимизировать ее геометрические и эксплуатационные параметры.

При проектировании ЦПКЗ главной передачи автомобильных мостов нет ограничения на диаметры вершин зубьев колес. Поэтому существует возможность, варьируя управляющие параметры передачи и инструмента, добиться получения наилучших геометрических качественных показателей.

Разработанная ранее методика определения параметров зуборезных головок с острозаточешшми резцами не предусматривала возможности повторного использования резцов головок, котороыми нарезались зубья колес других изделий. Поэтому при изменении параметров колес для новых, резцовых головок требовалось заново рассчитать параметры головок, спроектировать и изготовить режущие инструменты и оснастку второго порядка. Для того, чтобы ускорить и удешевить подготовку производства необходимо, чтобы методика проектирования учитывала накопленный опыт и наличие ранее изготовленной оснастки.

Таким образом, для достижения поставленной цела - изготовление ЦПКЗ, позволяющих повысить надежность и ресурс работы главной передачи ведущих мостов автомобиля КамАЗ - необходимо было решить следующие задали.

1. Выбрать управлякише параметры при проектировании ЦПКЗ, . а также установить круг геометрических и технологических ограничений.

2. Разработать усовершенствованную методику, алгоритм и программу расчета ЦПКЗ с наилучшими качественными показателями.

3. Разработать усовершенствованную методику и программу расчета параметров инструмента, позволяющую минимизировать номенклатуру инструментальной оснастки, используя информационный банк параметров ранее спроектированной инструментальной оснастки.

4. Осуществить модернизацию оборудования и изготовление технологической оснастки, обработать опытную партию ЦПКЗ и провести стендовые и дорожно-эксллуатационные испытания автомобильных мостов, оснащенных этими передачами.

Во втором разде л е ' разработана методика и программа проектирования 1ЩКЗ, позволяющая оптимизировать качественные показатели передачи при принятых геометрических и технологических ограничениях.

В результате проведенного анализа бнл сформирован вариант комплекса из двух групп управляющих параметров при проектировании ЦПКЗ.

К первой группе относятся параметры, определяющие геометрию ШКЗ в среднем сечении:

- угол зацепления а^, определяющий величины основных диаметров dbi и йЪг колес при принятом межосевом расстоянии aw передачи;

- параметры исходного реечного контура (ИРК), имеющего постоянный угол профиля а, равный 20°: коэффициенты высоты головки syöa il*, радиального зазора с*, смещения xi ИРК шестерни, и коэффициент в* делительной толщины зуба HPK шестерни, определяющий делительную толщину s( зуба ИРК шестерю! в долях делительного шага р по формуле

s( = рз*= ras*;

Ко второй группе относятся параметры, определяющий геометрию ШКЗ в торцовом сечении:

- угол а0 профиля производящего реечного контура (HPK) инструмента, влияющий на некоторые качаствекные показатели ЦПКЗ (например, при уменьшении угла а0 увеличивается толщина зубьев колес на окружности вершин и ширина дна впадин в торцовом сечении, что в результате уменьшает вероятность заострения зубьев колес на торцах и зубьев инструмента, кроме того, ослабевает зависимость размеров пятна контакта в передаче от отклонения межосевого расстояния).

- углы 0ог и ваег (рис. 2), характеризующие положение точек Ito2 и Eta2 выпуклой и вогнутой сторон зуба колеса на окружности вершин з торцовой плоскости относительно оси инструмента в момент их профилирования и определяющие номинальные радиусы йог и Иое2 производящих поверхностей внутренней и наружной резцовых головок.

В связи с расширением числа управляющих параметров и возможностей методики ранее полученные зависимости были скорректированы и дополнены новыми.

Геометрический. расчет ЦПКЗ предусматривает решение двух

Е'т ^ Т/5 -

Рис. 2. Схемы обработки: а - выпуклой стороны зуба колеса; б - вогнутой стороны зуба

задач. Первая задача - расчет и оптимизация параметров Ш.-Л и радиусов производящих поверхностей зуборезных головок с целью получения передачи, имеющей наилучшие качественные показатели -наибольший коэффициент перекрытия или коэффициент, формы зуба по местным напряжениям при удовлетворении конструктивных и технологических' ограничений. Вторая задача - уточнение радиусов производящих поверхностей инструмента, при которых будет получена заданная величина продольной локализации пятна контакта в передаче.

Для решения этих задач необходимо определить параметры и геометрические качественные показатели ЦПКЗ. Их расчет включает в себя следующие этапы.

1. Расчет основных параметров шестерни и колеса в среднем сечении, к которым относятся диаметры основных <3 ~и <3Ь£, начальных и <Зщг окружностей, половина угловой толщины зубьив на основной окружности фь< и фЬг, диаметры окружностей вершин зубьев ¿¡ид, впадин сг и колес.

(Д Т О-¿г / / ^ ¿г

2. Расчет цараметроз ПРК инструмента (начальных толщин зио< и виог зу0а и начальных высот Иаш01 -и /I головок зуба, радиусов рЬ0( и рког округления вершин зуба ПРК), диаметров и начальных окружностей станочного зацепления и номинальных радиусов производящих поверхностей инструмента И0(, Й0Р и йое2.

3. Расчет параметров шестерни и колеса в характерных точках профилей зубьев в среднем и крайнем торцовом сечениях. Под характерными понимаются точки профиля на окружности вершин зубьев, нижние активные и нижние граничные точки профилей.

4. Расчет нормальной толщины зубьев шестерни, и колеса на окружности вершин в среднем сечении и у торцов.

5. Расчет коэффициентов перекрытия передачи при прямом вращении и при реверсе.

6. Проверка условия отсутствия подрезания зубьев колес и интерференции зубьев в передаче в среднем и торцовом сечениях.

7. Расчет коэффициентов скольжения зубьев шестерни и колеса и проверка их равенства. Коэффициенты скольжения учитывают величину наибольшего удельного скольжения зубьев и различие в числе циклов работы зуба шестерни и колеса. ,

8. Расчет коэффициентов формы зуба и сравнение местных напряжений на переходных кривых зубьев цолес косозубой цилиндрической передачи и колес проектируемой ЦПКЗ. Эти расчеты для средних сече-

ниЯ зубьев колес ЩТКЗ выполняются с использованием известных зави-сгаостей?' Равенства коэффициентов формы зуба и коэффициентов скольжения тестер™ .и колеса обеспечивают равную прочность зубьев шестерни и колеса и одинаковый поверхностный износ зубьев при работе.

9. Проверка на отсутствие вторичного резания и подрезания поверхности шейки вал-шестерни. Отсутствие вторичного резания характеризуется наличием зазора Бе (рис. 3) между резцами, не учэвствующпми в обработке, и точкой К на окружности вершин зубьев колеса в торцовом сечении. Подрезание поверхности шейки вал-шестерни диаметром отсутствует при выполнении условия й^йщ.

10. Расчет параметров резцовых головок.

11. Проверка на отсутствие заострения зубьев резцовых головок (при заострении ширша вершины резцов меньше минимально допустимой величины).

Задача оптимизации качественных показателей-передачи решается в двух вариантах. При этом выбирается оптимизируемый качественный показатель - коэффициент перекрытия или коэ.ффициент формы зуба по местным напряжениям. Затем устанавливаются конструктивные и технологические ограничения в виде следующих условий.

1.Толщина зубьев колес на окрузшости вершин в среднем сечении и на торцах не должна быть менее допустимой величины.

2. Ширина верши всех используемых резцов не должна быть меньше допустимой величины.

3. Должны отсутствать подрезание зубьев колес и интерференция зубьев в передаче в среднем и торцовом сечениях.

4. Необходимо обеспечить приближенное равенство коэффициентов скольжений профилей зубьев колес для выравнивания скорости износа контактирующих поверхностей зубьев.

5. Местные напряжения на переходной поверхности зубьев колес —;т

Вулгаков Э.Б. Внсоко-напряженные зубчатые передачи. 1.1. : Машиностроение, 1969. -104 с.

Рис.

Схема, поясняющая принцип проверки на отсутствие вторичного резания

ЦПКЗ не должны быть больше соответствующих напряжений на переходных поверхностях зубьев колес заменяемой косозубой передачи.

6. Необходимо выполнение приближенного равенства коэффициентов формы зуба по местным напряжениям йестерни и колеса, что обеспечивает равнопрочность зубьев колес.

■ V. Должно' отсутствовать вторичное резание и подрезание поверхности шейки вал-шестерни.

После задания ограничений отыскивается минимум -целевой функции восьми независимых переменных - управляющих параметров. Целевая Функция отражает величину выбранного оптимизируемого качественного показателя, учитывает поставленные конструктивные к технологические ограничения с помощью метода штрафных функций и имеет вид

где х={х,,...,хн>, N=8 - точка в N мерном пространстве независимых переменных;

е(х), (х) - функции коэффициента перекрытия и коэффициента формы зуба шестерни по местным напряжениям;

- левая часть неравенств вида С^(х)гй), которыми задаются ограничения;

£(С^(х)) - штрафная функция, равная нулю, если условие

0^(хК0 выполняется, и принимающая большие положительные значения, если .это условие не выполняется. Таким образом, при .невыполнении какого-либо из условий целевая функция увеличивает свое значение, которое будет далеким от минимума.

Вследствие топологических особенностей поверхности целевой функции при минимизации встретились определенные трудности. Они выражались в преждевременном останове процедуры минимизации. Существенное влияние на. этот останов оказывал вид штрафной функции.

Были опробованы несколько методов минимизации и окончательно выбор был остановлен на симплексном методе Нелдера и Мида,

или

j=<

J

F(x) = -\,(х) +

позволяющего получить более точный результат при меньшие затратах времени. В рамках этого метода бил найден оптимальный вид штрафных функций

где п - показатель степени, _равннй ' 2 на начальном этапе оптимизации и равный-1 вблизи минимума;

к - коэффициент, равный 1 в начале минимизации и увеличивающийся по мере приближения к минимуму.

На. втором этапе расчета передачи производится уточнение радиусов производящих поверхностей инструмента' с целью получить заданную величину продольной локализации пятна контакта в передаче, характеризуемую зазором между торцовыми профилями зубьев шестерни и колеса. Изменяя фазу зацепления, оценивают изменение зазора в процессе зацепления. При необходимости вносят поправку в значение радиуса производящей поверхности инструмента и вновь определяют зазор, пока он не оказывается равным заданной величине. Величина зазора определяется как минимум функции расстояния между двумя точками разноименных профилей шестерни и колеса. Для этого используется тот же симплексный метод минимизации. После уточнения радиусов инструмента определяются ожидаемые размеры пятна контакта.

Данная методика была реализована в программе для персонального компьютера на языке Турбо Си. Помимо ■.расчета передачи в программе предусмотрена возможность графического вывода на экран дисплея профилей зубьев и впадин проектируемых колес.4

В третьем разделе* разработана усовершенствованная методика и программа расчета параметров острозаточенног'о инструмента, позволяющая минимизировать номенклатуру инструментальной оснастки, что' является актуальным , в условиях экспериментального и мелкосерийного производства.

Программа расчета предусматривает формирование и дальнейшее использование информационных баз данных параметров ранее спроектированной инструментальной оснастки: корпусов резцовых головок и резцов. Программа обеспечивает следующий порядок расчета и выбора острозаточенного инструмента.

1. Поиск в базе данных вариантов корпусов головок, которые соответствуют заданному диаметру инструмента.

2. Если в базе данных не удалось найти ни одного варианта

корпуса, осуществляется проектирование нового корпуса, параметры которого заносятся в Сазу данных.

3. Для каждого варианта выбранных корпусов в другой базе данных отыскиваются варианты резцов, которые соответствуют конструкции корпуса и имеют параметры фактического профиля производящей поверхности, удовлетворяющие исходным данным и соответствующим ограничениям.

4. Если в базе данных не удалось найти ни одного варианта резцов, подходящих по всем параметрам, то осуществляется проектирование новых резцов и их параметры заносятся в базу данных.

5. Для выбранных .вариантов резцов рассчитываются толщина подкладок под резцы и статические передай и задние углы на главных режущих кромках.

6. На дисплей выводится информация о всех удовлетворительных вариантах комплектования инструментов и конструктору предлагается выбрать один из них". Если его по каким либо причинам не удовлетворяет ни один из предложенных программой вариантов, то осуществляется проектирование новых резцов (а если необходимо, то и корпуса головки), параметры которых затем заносятся в базу данных.

Разработанные программы проектирования ЦПКЗ и расчета острозаточенного инструмента могут являться основными элементами автоматизированной системы подготовки конструкторской и технологической документации для производстава ЩШЗ.

В четвертом разде л е изложены результаты успешных испытаний модернизированных редукторов мостов, оснащенных ШКЗ, рассмотрены возможные способы повышения производительности нарезания цилиндрических колес с круговыми зубьями (ЦККЗ).

Поскрльку специальные станки для изготовления ЦККЗ промышленностью не выпускаются, то нарезание опытной партии ЦККЗ главной передачи ведущих мостов проводилось на экспериментальной зуборезной установке, созданной на базе горизонтально-фрезерного станка 6Р82. Ходовой винт продольной подачи стола станка был связан через гитару колес с делительным столом, закрепленным на столе станка. Обкат заготовки, установленной на делительном столе, обеспечивался движением продольной подачи стола стажа и согласованным с ним вращением делительного стола.

После зубообрэботки проводился контроль точности колес в

средней плоскости. По накопленной погрешности шага зубьев точность колес соответствовала 7-8-й степеням (ГОСТ 1643-81), по погрешности длины общей нормали и радиальному биению зубчатого венца -6-7-й степеням. Дополнительно на автозаводе проводилась проверка колес по пятну контёкта на копТролыю-обкатном станке. Длина пятна контакта составляла 60-75 % от длины линии зуба колеса.

Термообработка опытной партии колес осуществлялась на автозаводе по серийному технологическому процессу и включала в себя нитроцементацию на глубину 1,2-1,6 мм и закалку до твердости 61...63 HRC . После термообработки шлифовалось базовое отверстие, торны ведомого колеса и шейки под подшипники вал-шестерни. Никакая отделочная, обработка круговых зубьев после термообработки не производилась, в то время как косозубые колеса после зубофреверования проходят шевингование, а после термообработки -зубохонингояошю.

При сборке редукторов моста с ЦПКЗ ■ радиально-упорнш роликовые подшипники мелколесного дифференциала, на котором монтируется ведомое цилиндрическое колесо, заменялись на радиальные роликовые подшипники с однобортным внутренним кольцом. Радиальные подаигошки должны были обеспечить- возможность осевого перемещения узла дифференциала в осевом направлении, исключить кромочный контакт мубьев и осёвые силы в ЦПКЗ.

Стендом? испытания редукторов с ЦПКЗ, проведенные на автозаводе, показали, что экспериментальные ЦККЗ по изгибной прочности не уступают серийным косозубым колесам, а по контактной прочности даже превосходят их.

В настоящее время на АО "КамАЗ" продолжаются дорожно-зксплуатащюшше испытания одного модернизированного моста с ЦПКЗ. Ita 1 мая 1994 г. пробег опытного моста составил 87 тыс.км. В 1992-93 гг. в тульской автоколоне Jí 1136 были проведены сравнительные дорокно-эксплуатационнне испытания редуктора среднего моста с ЦПКЗ и серийного редуктора заднего • моста, установленных на одном автомобиле. По результатам испытаний ресурс редуктора с ЦПКЗ был выше ресурса серийного редуктора на 22 %.

Для достижения требуемого пятна контакта в передаче обработка ЦККЗ осуществляется обычно за три операции:

1) черновая прорезка впадин двусторонней головкой;

2) чистовая обработка вогнутых сторон зубьев;

3) чистовая обработка выпуклых сторон зубьев.

Это приводит к увеличению вспомогательного времени, сникенйю точности из-за переустановок заготовки, увеличению потребного количества станков и производственной площади.

'Для устранения этих недостатков обработку ЦККЗ в условиях крупносерийного и массового производств целесообразно осуществлять на многоинструментных и многопозиционных станках.

Другой путь повышения производительности зубообработки заключается в применении полуобкатного метода нарезания ЦПКЗ.

Проведенный расчет основного времени зубообработки ЦККЗ методом обката с единичным делением и полуобкатным методом, а такие расчет нормы штучного времени при многостаночном обслуживании для вариантов с использованием специальных зуборезных станков, многоинструментных станков и многопозиционных полуавтоматов показали, что рассмотренные методы обработки ЦККЗ производительнее принятого на автозаводе варианта обработки косозубых колес.

Для повышения производительности зубообработки ЦККЗ . в условиях единичного и мелкосерийного производства могут быть использованы многоцелевые станки с ЧПУ типа 0Ц-1И или ИР-500, имеющие привод поворота изделия. Используя станок 0Ц-1И, была экспериментально доказана возможность достижения 7-й степени точности колес по накопленной погрешности шага.

.ВЫВОДЫ

1. Расчет ЦПКЗ можно осуществлять с помощью разработанной методики и программы, позволяющей синтезировать передачу с наилучшими геометрическими качественными показателями при заданных геометрических и технологических ограничениях.

2. Расчет зуборезного острозаточенного инструмента рационально выполнять по предложенной методике, используя разработанную программу, которая учитывает наличие ранее изготовленной инструментальной оснастки (корпуса головок и резцы), информация о которой хранится в соответствующих базах данных. ' Программа позволяет минимизировать номенклатуру инструментальной оснастки и ускорить подготовку производства.

3. При формировании подобных баз дашшх инструментальное оснастки рекомендуется ' использовать предложенные принципь

построения этих баз.

4. Экспериментальные ВДКЗ по изгибной прочности на стендовых испытаниях не уступают серийным косозубым колесам, а по контактной прочности превосходят их. Ресурс редуктора мостов с экспериментальными ЩЖЗ при дороюго-эксплуатационных испытаниях был выше ресурса серийного редуктора на 22 %.

б. Рассмотренные метода нарезания ÜHK3 (методы единичного деления и полуобкатной) производительнее принятого на автозаводе варианта обработки косозубых колес.

6. В условиях крупносерийного и массового производства применение многоинструментных станков и многопозиционвдх полуавтоматов создает предпосылки для заметного повышения производительности обработки ЦККЗ. В условиях единичного и мелкосерийного производства с успехом могут быть использованы многоцелевые станки с-ЧПУ типа 0Ц-1И или ИР-БОО, имеющие.привод поворота изделия.

По теме диссертации опубликованы следующие работы.

1. Шейнин Г.М., Бобков М.Н., Груничев A.B. Возможности повышения ресурса работы главной передачи моста автомобиля. //Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин. Тез. докл. республиканской научн.-техн. конф.

- Ч. 1. - Курган, 1991. - С. 37.

2. Козадаев А.И., Новицкий К.И., Шейнин Г.М., Бобков М.Н., Груничев к.В. Применение цилиндрических колес с круговыми зубьями в главной передаче моста автомобиля КамАЗ //Автомобильная промышленость, * 11, 1992. - С. 16-16.

3. Ямников A.C., Коганов A.C., Шейнин Г.М., Бобков М.Н., Груничев A.B. Повышение качества зубчатых передач при использовании цилиндрических колес с круговыми зубьями //Республиканская научн.-практич. конф. "ресурсосберегающая технология машиностроения": Тез. докл. - М.: Моск. гос. акад. автомоб. и тракт, машиностроения. 1993. - С. 88.

4. Шейнин Г.М., Бобков М.Н., Груничев A.B. Повышение производительности обработки круговых зубьев цилиндрических колес // Пути повышения эффективности обработки материалов резанием' в машиностроении: Материалы научн.-техн. семинара. -Л., 1991. -С. 42-43.

5. Шейнин Г.М., Бобков М.Н., Груничев A.B. Обработка круговых

зубьев цилиндрических, передач с удушенными характеристиками //Высокие технологии в машиностроении: Тез. докл. мекдународ-ного научн.-техн. сем. "Интерпартнер 92". - Харьков, 1992. -С. 71-72.

6i A.c. 1670242 AI СССР. MKH4F 16 Н 1/14. Полуобкатная зубчатая передача с круговыми зубьями /Шейнин Г.М., Бобков М.Н., Груничев A.B. (СССР). - 4633564/28; Ваяв. 06.01.89; Опубл. 16.08.91. Бюл. J6 30. - 2 е.: ил.

7. Шейнин Г.М., Бобков. М.Н., Груничев A.B. Проектирование цилиндрических передач с круговыми зубьями для редукторов ведущих мостов автомобиля КамАЗ //Исследования в области технологии машиностроения и сборки машин: Сб. науч. тр. -Тула: ТулГТУ, 1993 - С. 67-75.

8. Шейнин Г.М., Бобков М.Н., Груничев A.B. Расчет профилей круговых зубьев, колес полуобкатной цилиндрической передачи. //Исследования в области технологии машиностроения и сборки машин: Сб. науч. тр. - Тула: ТулГТУ, 1993. - С. 55-64..

Соискатель ~~~

Подписано к печати I7.05.S4. йор^ат бумаги оСиЬ4 I/I6. Бумага гипогр. /й 2. О^саг.печЛсл.леч. лЛ.Г.Уч.-изд. л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 399.

Издано в Тульской государственной технически университете. Тула.^л.Болдина, 151. Отпечатано на ротапринте в ТулГТУ.