автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Теоретические аспекты технологии изготовления цилиндрических колес с круговыми зубьями

Р Г Б 0 ^ Тульский государственный университет

1 4 ДЕК 1998

На правах рукописи

БОБКОВ Михаил Николаевич ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИИ

Изготовления цилиндрических колес с круговыми зубьями

Специальности: 05.02.08-Технология машиностроения

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

автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тула-1998

Работа выполнена в Тульском государственном университете

Научный консультант: Заслуженный деятель науки и техники РФ

доктор технических наук, профессор Ямников A.C.

Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор Верещака А. С.

доктор технических наук, профессор Протасьев В. Б.

доктор технических наук, профессор Степанов Ю. С.

Ведущее предприятие АК "Туламашзавод"

Зашита состоится 28 декабря 1998 г. в ¡4-00 на заседании диссертационного совета Д063,47.03 в Тульском государственном университете по адресу; 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92, ауд. 9-101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТулГУ, Автореферат разослан "27"ноября 199& г. .

У чень|й секретарь диссертационного совет;

А.Б. Орлов

Актуальность работы обусловлена повышением требований к несущей способности зубчатых передач) к их виброустойчивости (снижению шума при работе); снижению чувствительности к монтажным и динамическим погрешностям положения осей колес в пространстве при одновременном сохранении требований по технологичности.

Следует заметить, что стандартные цилиндрические передачи конструкторами рассчитываются в предположении, что оси колес параллельны друг другу..На самом деле в результате сложения монтажных (геометрических) погрешностей положения осей в пространстве с упругими деформациями валов и других деталей передачи, практически во всех случаях будет иметь место перекос осей и, как следствие, кромочный контакт колес по их торцам". В некоторых случаях вредное влияние кромочного контакта компенсируют созданием "бо'чко.образностц" в продольном направлении зуба. Более удачным решение^ " представляется получение "бочкообразности" естественным путем, например, как это имеет'место при нарезании конических колер с круговыми зубьями.

■ Для изделии, содержащих цилиндрические зубчатые передачи, задачу повышения качества продукции в раде случаев удаётсч решить за счёт замены прямых зубьев арочными (круговыми). Благодаря увеличению коэффициента перекрытия и локализации пятна контакта арочные зубья Могут позволить упя-личить плавность зацепления, снизить шум. и вибрацию, повысить ресурс зубчатых колес.

. Одними цз наиболее перспективных объектов,'а которых могут быть ис- ■ пользованы цилиндрические зубчатые колёса с арочными зубп'мп, ягтяются шестеренные насосы, получившие широкое распространение в различных отраслях машиностроения И превосходящие другие типы' иасосоз ло простоте, весовым характеристикам, себестоимости и надёжности.

Другой весьма перспективной областью применения цилиндрических колёс с круговыми зубьями является производство грузовых автомобилей. Одной из проблем автомобилестроения является необходимость повышения на-

дёжности и ресурса работы главной передачи ведущих мостов, состоящей Из конической и косозубой цилиндрическрй передач . При работе косозубйй цилиндрической передачи возникает осевая сила, поэтому, ведущую цилиндрическую шестерню и межколёсного дифференциала(МКД)уйанавлива!от На ра-'диально-упорные роликовые .подшипники, создавая в них предварительный натяг при помощи гаек.

По данным Камского автозавода (г. Набережные Челны) средний ресурс работы среднего моста должен составлять 255 тыс. км., а заднего моста - 270 тыс. км. Однако до 30 % автомобильнь!х мостов выходит из строя при пробеге менее 150 тыс. км.

Если заменить косоэубую цилиндрическую Передачу На цилиндрическую Передачу с арочными зубьями, симметричными относительно средней торцовой плоскости зубчатого венца, то осевая сила 6 передаче будет отсутствовать или, по крайней мере, резко уменьшится, й узел ведомого цилиндрического ко> леса можно будет устанавливать на радиальные роликовый подшипники . За рчёт того, что радиальные роликовые подшипники допускают осевое перемещение вала, ведомое колеро может самоустанавливаться по зубьям ведущего колеса. Такая конструкция главной передачи создаёт предпосылки для повышения технологичности редуктора ведущего моста л его эксплуатационных характеристик. ' . ■••.'.,

Конкретным примером из другой области, где целесообразно применение зубчатых передач с арочными зубьями, является секторная пара, используемая в механизме вертикального наведения ствола автоматической артиллерийской системы АК-630, с модулем 4 мм, числом зубьев шестерни 19 и передаточным числом 10. Поскольку пара работает в сравнительно неблагоприятных условиях: повышенные ударные нагрузки в сочетании с консольным креплением колёс, то к ней предъявляются весьма жёсУкие требования по точности, в частности, по форме ц расположению пгша контакта в зацеплении. Однако расчёты по определению нагруженцости контакта и экспериментальные исСяе-

" ч 5

дования по измерению изгнбной прочности с применением датчиков деформации интегрального типа выявили неравномерное распределение нагрузки вдоль зуба,'а расчёт величин отклонения от параллельности и перекоса осей в секторной передаче показал, что для выполнения требований, регламентированных ГОСТ-1643-81, т.е. для Обеспечения нормального функционирования передачи, необходимо прибегать к пригоночно-регулировочным работам или ужесточать допуски на составляющие звенья до величин практически неприемлемых . -

В результате анализа ряда работ было установлено, что переход к цилиндрической передаче с арочными зубьями наряду с другими преимуществами позволит избежать выполнения пригоночно-рёгулировочных операций, поскольку такие передачи имеют значительно меньшую чувствительность к погрешностям изготовления и монтажа.

Как показывает опыт, разработка технологии формообразования зубьен нестандартных передач является весьма трудоёмкой процедурой и требует создания теории и геометрии передачи, методик расчёта инструмента, оснастки и наладок оборудования. Однако большинство работ, посвященных цилиндрическим передачам с круговыми зубьями, носит частный характер и касается в основном исследования геометрии передачи.

Поскольку в литературе отсутствовали сведения об общих методах проектирования цилиндрических передач с круговыми зубьями, а такжео технологических системах для их реализации, создание теоретических основ проектирования и производства цилиндрических колес с круговыми зубьями представляется нам крупной научной проблемой, актуальной для современного ¡машиностроения. Актуальность подтверждается широкой связью с инициативными и координированными НИР.

Работы проводились в соответствии с постановлениями ЦК КПСС Совета Министров СССР №307-117 Об. Об. 68 г.,№726-237 от 05. 09. 74 г., приказом ' Миннефтехпммаша №160 от 31. 12. 74 г. о решении зада" по улучшению виб-

роакустических характеристик судовых механизмов, по заказу Миноборонпро-ма СССР №118 производства 209 от 1985 г„по хоздоговорам с АО" КАМАЗ №№89-767/2, 93-03/2, по межвузовской программе "Ресурсосберегающие технологии машиностроения", а также по гранту РФФИ №96-15-98-241/(№6604 ГРФ) "Прогрессивные технологические процессы формообразования сложных поверхностей и сборки высокоточных изделий".

Целью данной работы является научное обоснование технологии изго-■товления цилиндрических колес,обеспечивающей улучшение эксплуатационных характеристик передачи.

Методика исследований. При выполнении работы использовались научные основы технологии машиностроения, теоретические основы проектирования зуборезного инструмента,-теория зубчатых передач, а также элементы высшей математики. ' ..

На защиту выносятся следующие основные результаты:

1.Обоснование пути улучшения эксплуатационных характеристик, повышения надёжности и ресурса работы быстроходных и тяжелонагруженных цилиндрических зубчатых передач и определение методов формообразования круговых зубьев, обеспечивающих технико-экономическую эффективность процесса изготовления зубчатых колёс.

2. Результаты математического моделирования станочного и рабочего зацеплений обкатных и полуобкатных цилиндрических передач с круговыми зубьями и полученные аналитические зависимости, позволяющие синтезировать такие передачи и осуществить технологическую подготовку производства для их изготовления. , ,

3. Математическое обеспечение проектирования обкатных И полуобкат-иых цилиндрических зубчатых передач с круговыми зубьями, наладок зубооб-рабатывающих станков и режущих инструментов.

4.Комплекс аналитических, конструкторских и технологических работ по проектированию и изготовлению высокопроизводительного режущего инстру-

мента для обработки зубчатых колёс с круговыми зубьями. .

5.Модернизация станков для нарезания и шлифования круговых зубьев.

6:Результаты изготовления и испытаний опытных партий зубчатых колёс для наиболее характерных передан (напр'имер, для передач шестеренных насосов, главной передачи ведущих мостов автомобиля КамАЗ, изделия АК-630).

7. Теоретическое обоснование новых способов и технологических устройств для формообразования круговых зубьев, позволяющих повысить производительность и точность зубообработки. •

Научная новизна полученных результатов заключается в теоретическом обосновании новых способов, инструментов и технологических систем для формообразования круговых зубьев цилиндрических колес обкатных и полуобкатных передач, включающем в себя выявленные на основе математического моделирования •аналитические зависимости, связывающие параметры синтезируемой зубчатой передачи с параметрами зуборезного инструмента, оснастки и оборудования. •- • .

Практическая ценность результатов работы заключается в повышении эксплутациоиных характеристик цилиндрических зубчатых передач за счет создания технологических позможностей для эффективного формообразования круговых зубьев.

Реализация результатов работы проведена:

а) на ПО "Ливгидромаш" (г.Ливны) путем использования роторов шестеренных насосов с круговыми зубьями,

б) на АК "ТУЛАМАШЗАВ0Д" применением секторных пар с круговыми зубьями в изделии АК-630,

в) на Камском автозаводе (г. Набережные Челны) проведением комплекса конструкторско-технологических работ по замене косозубой цилиндрической пары на пару с круговыми зубьями.

Апробация диссертации. Результаты работ докладывались на ежегодных научно-технических конференциях ТуяГУ с 1980 по 1997 г., на зональном

семинаре "Цилиндрические передачи с арочными зубьями. Расчет, проектирование, изготовление" (Курган, 1983 г.), на научно-технической конференции "Совершенствование конструкции и технологии' зубообработки передач зацеплением",(Ижевск, 1984 г.), на Всесоюзной НТК "Несущая способность и каче-ство'зубчатых передач и редукторов машин",(Алма-Ата, 1985 г.),на 4 Всесоюзном симпозиуме "Теория реальных передач зацеплением" (Курган, 1988г.), на Всесоюзной НТК "Конструктивно-технологические методы повышения надежности и их стандартизация",(Тула, 1988г.), на Всесоюзной НТК "Проблемы повышения качества, надежности и долговечности машин", (Брянск, 1990 г.), на Республиканской НТК "Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин",(Курган, 1991 г.), на Республиканском семинаре "Пути повышения эффективности обработки материалов резанием в машиностроении", (Ленинград, 1991 г.), на международном семинаре "Высокие технологии в машиностр.оешш",(Харьков, 1992 г.), на республиканской НТК "Ресурсосберегающие технологии машиностроения",(Москва, 1993, 1994 и 1997 г.), на 3 международном конгрессе "Конструктореко-технологическая информатика",(Москва, 1996 г.),.на международной НТК "Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки",(Тула, 1996 г.), па международной конференции "Теория и практика зубчатых.передач",(Ижевск, 1996 г.), на-Демидовских чтениях в 1996 г. ь Туле, на международном семинаре" "Технологическое'управление качеством поверхностен детален" и на 3 международной НТК "Проблемы повышения качества промышленной 1фодукции"(Брянск, 1998 г.), экспонировались на международной выставке "Конверсия: наука И образование"(Тулэ, 1993 г.), а также обсуждались на выездное заседании головного совета по машиностроению МОПО в Тул-ГУ(февраль 1998 г.)

Публикации- По теме диссертации опубликовано 65 работ, в том числе описания 23 изобретений.

Структура и объела диссертаций. Диссертация состоит из введения, 6

глав, списка литературы и приложения, содержат 207 страниц машинописного текста, 149 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе определяется область рационального применения цилиндрических зубчатых колес с арочными зубьями, а также формулируются цель работы и задачи исследования.

Для изделий, содержащих цилиндрические зубчатыа передачи, задачу повышения качества продукции в ряде случаев удаётся решить за счёт замены прямых зубьев арочными. Благодаря увеличению коэффициента перекрытия и локализации пятна контакта арочные зубья позволяют увеличить плавность зацепления, снизить шум и вибрацию, повысить ресурс зубчатых колёс.

Одними из наиболее перспективных объектов, в которых могут быть использованы цилиндрические зубчатые колёса с арочными зубьями, являются шестеренные насосы , получившие широкое распространение в различных отраслях машиностроения и Превосходящие другие типы насосов по простоте, весовым характеристикам, себестоимости и надёжности.

Обладая всеми вышеперечисленными достоинствами, эти насосы имеют, однако, существенный недостаток - значительные вибрацию и шум в процессе работы. При этом наибольший уровень вибрации наблюдается в области зуб-цовой частоты (г и её высших гармоник. Так, например, для насоса ШФ8-25 эти частоты соответственно равны 250, 500, 1 ООО и 2000 Гц.

Попытки снижения уровня вибрации за счет повышения точности зубчатых роторов с 8 - 9 степени да 6 степени по ГОСТ 1643-81, улучшения геометрии корпуса насоса, применения различных схем отвода жидкости из защемлённого объёма и изменения бокового зазора в зацеплении не привели к ожидаемому результату и не оказали достаточного воздействия на виброшумовые характеристики (ВШХ) насосов, особенно на зубцовой частоте и её гармонике второго порядка

Неудачные попытки улучшения ВШХ шеетерённых насосов при использовании зубчатых колёс традиционных видов обусловили поиск нестандартного решения этой задачи. На основании работ, выполненных Э.Л. Айрапетовым, М.Д. Генкиным, И.И. Клюкиным, Е.Я. Юдиным, М.Л. Ериховым, В.Н. Сызран-цевым, А.К. Сидоренко, В.Н. Севрюком, М.И. Догодой, И.А. Когановым, Г.М. Шейниным й др., а также анализа ВШХ шеетерённых насосов, процесса зубо-нарезания и результатов контроля зубчатых роторов, проведённых ПО "Лнвгидромаш" (г.Ливны), был сделан вывод о том, что основные причины повышенной виброактивности роторов заключаются в следующем.

1. Малый коэффициент перекрытия зубьев (еа =1,05-1,1), связанный с необходимостью устранения заклинивания перекачиваемой жидкости в отсечённом пространстве впадины, что весьма нежелательно у насосов большой производительности. При малом коэффициенте перекрытия в спектре вибраций преобладают зубцовая частота и её гармоники высших порядков.

2. Неблагоприятное расположение пятна контакта и зацеплении. При большой ширине зубчатого венца, погрешность направления зуба б совокупности с погрешностями корпуса и подшипников нэсоса приводит к смещению пятна контакта к одному из торцов ротора и выходу его на кромки зубьев.

3. Сравнительно невысокая точность зубчатого венца,

4. Пульсация жидкости, весьма существенная у насосов с прямозубыми роторами.

Улучшение ВШХ насосов возможно за счёт устранения любой из этих причин. Однако добиться серьёзного эффекта при таком подходе не удаётся. На рис.1 представлена вибрационная характеристика насоса ШФ8-25, оснащённого роторами со шлифованными зубьями 6 степени точности. Из графика видно, что снижение уровня вибрации на зубцовой частоте и её гармонике второго порядка по сравнению с серийным комплектом роторов незначительно. Поэтому рассчитывать са улучшение ВШХ можно только за счёт комплексного решения вопроса.;! презелочр« гяхоюешпанных .кондукторских ит'ехноло-

f -

а - с серийным комплектом роторов

80 65

73

63

го

ш

Ш1.

ЩШР

ЕЕНЗЗ

№

ш

А

±гЕЕ

*3 8» «а " ГЦ

б - с роторами 6 степени точности

Рис. 1. Вибрационные характеристики -шестеренногЬ"насоса П1Ф 8-25

гцчсских мероприятий. Такой комплексный подход возможен при использовании роторов с арочными зубьями. Эти роторы позволяют;

1) получить сравнительно большой суммарный коэффициент перекрытия зубьев;

2) обеспечить локализацию зоны касания зубьев, что компенсирует погрешности направления зубьев и относительного расположения осей роторов;

3) уменьшить пульсацию перекачиваемой жидкости.

Как показали изготовление и испытание первых опытных образцов роторов с арочными (круговыми) зубьями, они отвечают требованиям точности и производительности обработки зубьев и сборки шестерённых насосов в сочетании с малой виброактивностью. Это обстоятельство послужило основанием для проведения дальнейшей работы по совершенствованию методов их проектирования, изготовления и внедрению в производство шестерённых насосов.

Исследования, проведённые на КамАЗе, показали, что причиной большинства поломок в главной передаче является снижение ресурса подшипников. Большая осевая сила, возникающая в цилиндрической косозубай передаче, в сумме с другими факторами, является причиной распространённого дефекта, . условно называемого производственниками "выдавливание гайки". В дальнейшем этог.дефект приводит к разрушению подшипника, а затем и зубчатой передачи, • ■

Задачу повышения, надёжности и ресурса работы главной передачи ве- • дущих мостов можно решать ужесточением допусков на расположение посадочных поверхностен йод подшипники и зубчатые колёса, а также усилением контроля за точностью сборку. Однако без устранения значительной осевой силы эти меры будут не столь эффективны. Поэтому в первую очередь необходимо устранить или значительно снизить осевую нагрузку на подшипники. Для этого було предложено заменить косозубую цилиндрическую передачу на цилиндрическую передачу с арочными зубьями. В этом еду чае осеваясила р передаче будет отсутствовать или, по крайней мере, резко уменьшится, и узел ве-

домого цилиндрического колеса можно будет устанавливать на радиальные роликовые подшипники. За счёт того, что последние допускают осевое перемещение вала, ведомое колесо может самоустанавливаться по зубьям ведущего колеса. Такая конструкция главной передачи создаёт предпосылки для повышения технологичности редуктора ведущего моста и его эксплуатационных характеристик, т. к.:

1) исключается смятие опорной торцовой поверхности резьбы гайки крепления подшипника МКД, что даёт возможность повысить надёжность опор МКД, упростить их сборку, а также регулировку в процессе эксплуатации;

2) за счёт локализации пятна контакта в передаче устраняется кромочный

контакт зубьев и увеличивается нагрузочная способность зацепления; »

3) упрощается конструкция подшипниковых узлов МКД, .т.к. отпадает Необходимость в гайках крепления подшипников (они могут быть заменены стопорными кольцами), исключается операция нарезания резьбы большого диаметра в корпусе.

Кроме того, как показали стендовые испытания первых опытных образцов цилиндрических передач с арочными (круговыми) зубьями, изготовленных в отраслевой лаборатории технологии машиностроения ТулГУ, они по изгиб-ной прочности не уступают лучшим образцам серийных косозубых передач, а по контактной прочности даже превосходят их.

Примером из другой области, где целесообразно применение зубчатых передач с арочными зубьями, является секторная пара, используемая в механизме вертикального наведения ствола автоматической артиллерийской системы АК-630, с модулем 4 мм, числом зубьев шестерни 19 и передаточным числом 10. Поскольку пара работает в сравнительно неблагоприятных условиях -повышенные ударные нагрузки в сочетании с консольным креплением колёс, то к ней предъявляются весьма жёсткие требования по точности, в частности, по форме и расположению пятна контакта в зацеплении. Расчёты по определению иагруженности контакта и экспериментальные исследования по измере-

нию изгибной прочности с применением датчиков деформации интегрального типа выявили неравномерное распределение нагрузки вдоль зуба, а расчёт величин отклонения от параллельности и перекоса осей в секторной передаче показал, что для выполнения требований, регламентированных ГОСТ 1643-81, т.е. для обеспечения нормального функционирования передачи, необходимо прибегать к пригоночно-регулировочным работам или ужесточать допуски на составляющие звенья до величин практически неприемлемых. ' -

В результате анализа ряда работ было установлено, что переход к цилиндрической передаче с арочными зубьями наряду с другими преимуществами позволит избежать выполнения пригоночно-регулировочных операций, поскольку такие передачи имеют значительно меньшую чувствительность к Погрешностям изготовления и монтажа. _

- Далее в главе формулируется цель работы и ставятся основные задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели,

Во второй главе дается сравнительный анализ возможных методов нарезания арочных зубьев (метод обработки с периодическим делением, метод обката с непрерывным делением, аналогичный методу фирмы ОегНкоп для конических колес с циклоидальной линией .зуба, метод обката с непрерывным делением, при котором используется спирально-дисковая фреза)" и отмечается, что метод обработки с периодическим делением обладает рядом существенных, достоинств. '

1. Сравнительная простота производящей поверхности, обуславливающая высокую технологичность инструмента, высокую точность обработки, относительную простоту геометрического ¡расчёта зацепления и достижения за. данной локализации зоны касания зуба,

2. Большие технологические возможности при обработке широковенцовых колёс. В частности, как отмечалось ранее, роторы шестеренных насосов имеют ширину венца порядка 17т.'

Зубчатые колеса, обработанные сциралыю-дисковым инструментом,

более ограничены по максимальной ширине зубчатого венца, поскольку размеры главной поверхности зуба определяются положением ребра возврата огибающей, которое в ряде случаев может находиться в пределах этой поверхности. При выполнении условия Ь<(8-10)т ребро возврата располагается за

пределами главной поверхности зуба, однако при такой ширине венца круговой зуб не имеет существенных преимуществ перед зубьями другой формы.

3. Возможность использования стандартных резцовых головок, применяемых для нарезания конических колёс с круговыми зубьями, а также оснастки для заточки и контроля инструмента. Например, для проверки биения резцов в лабораторных условиях может быть использован обычный индикатор часового типа, тогда как для контроля радиального биения резцов спирально-дисковой фрезы требуется специальный прибор, т.к. режущие кромки фрезы располагаются на спиральной производящей поверхности. Такой прибор может быть создан только в условиях специализированного производства.

4. Отсутствие кинематической связи между главным движением и движением обката, что позволяет при заданной скорости главного движения выбирать оптимальную для достижения заданной производительности и качества обработки, с од ной стороны, и износа делительной или эталонной пары зуборезного станка, с другой стороны, скорость движения обката.

5. Возможность повышения производительности зубонарезания за счёт неравномерной скорости движения обката.

6. Возможность весьма точного и производительного шлифования зубьев закалённых колёс.

Следует учитывать и то обстоятельство, что при нарезании зубьев по . методу ОегИкоп увеличение числа групп резцов в головке приводит к возрастанию отклонения симметричности линии зуба относительно средней плоскости. Так, расчёты показали, что при обработке ротора шестерённого насоса инструментом с числом групп резцов гр = 11 углы наклона линии зуба на

противоположных торцах различаются примерно на 8°. Поскольку отклонение симметричности линии зуба обусловливает неравномерность сил, действующих в рабочем зацеплении, вероятно появление вибрации зубчатых роторов. Поэтому вопрос о применении в шестеренных насосах роторов с циклоидальной линией зуба требует специального исследования, не входящего в задачу настоящей работы.

Вследствие этого применение метода об.ката с единичным делением для обработки колёс с арочными (круговыми) зубьями и выявления их эксплуатационных характеристик "является наиболее целесообразным.

Б третьей главе излагается расчет, геометрических параметров станочного н рабочего зацеплений, параметров наладок зубообрабатывающих станков ц режущих инструментов при изготовлении .. ' обкатных и полуобкатных передач. ■'•■•.'

Рассмотрим методику расчета параметров станочного и рабочего зацеплений цилиндрических колес с круговыми зубьями для нарезания обкатной передачи. Составной частью методики является расчет суммарного приведенного зазора Д,. Расчет включает следующие этапы.

1. Выбором параметра (рис. 2) фиксируют точку'(1ц, I",) на .пересечении торцовой плоскости шестерни 1 и производящей конической поверхно-сш инструмента 2.

2. Определяют координаты этой точки X, = О.бЬс^О,; - У, = 0,5Ь;

2, = (0,5Ь созесв, -Я^ + Бо, +Ьи1ва)с(есх,ще Ь-ширина венца шесгернц; Яр, - номинальный радиус кривизны зуба производящей рейки; 801 - часть делительной, толщины зуба производящей рейки в сред-ней. плоскости; Ь01 - расстояние.от делительной плоскости Р, рейки до оси X; а-угол профиля исходного производящего контура.

3. В торцовой плоскости находят угол наклона касательной к.произ-

Рис! 2. Схема обработки выпуклой стороны зуба шестерни.

водящей поверхности в точке I¡', at, =-arctg-^5L; ' cosQ|

Определяют координаты мгновенного центра станочного зацепления

точки С, h„, =h01+x,m; Хс) =Х0( =Х,-L,, где х, - коэффициент

. h-, - Z.

смещения исходного контура; L, = ——-.

tga„

5. Определяют координаты точки, 1„ зуба шестерни в системе координат

заготовки R, =Jh] +(0,5d„ -Z,')2 ; T,=arctg—^-,

0,5da - Z,

где d, - диаметр вершин зубьев шестерни.

6. Задаваясь фазой зацепления ф,, находят координаты точки Mt! торцового профиля зуба шестерни в системе координат, связанной с корпусом передачи Хм, = -R, sin ц,; ZMI =rwl-R,cosp,,

где р, =aw-а + АТ,-Т,-ф,;

„ Rfii -Sm + x.mtga-r.v, sinaw seca-Xc, ДТ, = 2 ——--1——-------— + tga; rw, - радиус началь-

di

ной окружности шестерни; d,-диаметр делительной окружности шестерни; aw - угол зацепления в средней плоскости.

7. Аналогичным образом, задаваясь параметром 02, находят координаты точки М(2 -торцового профиля сопряженного колеса.

8. Вычисляют расстояние между точками М,, и М,2 торцовых профилей

9. Изменяя параметры 0, и 82, находят значения 6*1 и 0*2 , которым соответствует минимальное расстояние Д между профилями.

10. Изменяя фазы ф, и ф2-, оценивают изменение величины в процессе зацепления и определяют кратчайшее расстояние между профилями, которое принимают в качестве суммарного торцового приведенного зазора'Д,.

В дальнейшем определяются диаметры инструмента, коэффициент осевого перекрытия, наличие или отсутствие срезания зубьев на торце и парамет-

I •

ры наладок зубообрабатывающих станков.

На основе методики расчета приведенного зазора производилось оптимизированное проектирование цилиндрических передач с круговыми зубьями. Эта работа осуществлялась в два этапа. На первом этапе выбирали независимые (управляющие) параметры передачи и устанавливали геометрические и • технологические ограничения, на втором разрабатывали методику, алгоритм и программу расчета передачи.

Управляющие параметры разделили на две группы. К первой группе отнесли параметры, определяющие геометрию передачи в среднем сечении: угол . а„ зацепления и связанные с ним основные диаметры колес при принятом межосевом расстоянии а« передачи;- параметры исходного контура колес с углом профиля а =20°, т.е. коэффициенты высоты головки зуба 1за, радиального зазора с*, смещения х( исходного контура и коэффициент делительной толщины исходного контура Эр.

Ко второй группе отнесли параметры, определяющие геометрию передачи в торцовом сечении: угол а0 профиля производящего контура, от величины которого зависят некоторые качественные показатели передачи (при уменьше-• нци угла а0 увеличивается толщина зуба' по окружности вершин, что может предотвратить срезание зубьев на торнах, а также ослабевает зависимость длины пятна контакта в зацеплении от отклонений межосевого расстояния); углы вгшах и 62тт . характеризующие положение точек выпуклой н вогнутой сторон зуба колеса на окружности вершин в торцовой плоскости относительно оси инструмента и определяющие радиусы резцовых головок для обработки выпуклых и вогнутых сторон зубьен.

Синтез цилиндрических передач с круговыми зубьями предусматривает решение двух задач;

1) расчет и оптимизацию параметров передачи и радиусов резцовых головок с целью обеспечения наибольшего коэффициента перекрытия (или коэффициента формы зуба с учетом, влияния концентрации напряжений на изгибную прочность) при удовлетворении геометрических и технологических ограничений. •

2) уточнение радиусов резцовых головок исходя из того, что продольная локализация пятна контакта в передаче должка находиться в заданных пределах.

Для решения этих задач необходим о определить параметры и геометрические качественные показатели передачи. Их расчет ведется в следующем порядке. ' '

1. Расчет ряда параметров шестерни и колеса в среднем сечении, к которым ртносятся диаметры основных и начальных окружностей, половина угловой толщины зуба на основной окружности, диаметры окружностей вершин и впадин.

2. Расчет параметров производящего контура (начальной ширины профиля, начальной высоты головки, радиуса скругления вершины производящего контура), диаметра начальной окружности станочного заце-

' нления и радиусов резцовых головок для обработки- шестерни и колеса.

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

4. Расчет нормальной толщины зубьев шестерни и колеса на окружности вершин в среднем и торцовых сечениях.

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

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

7. Расчет коэффициентов скольжения зубьев шестерни и колеса и проверка их равенства. ' -

8. Расчет коэффициентов формы зуба и сравнение местных напряжений на переходных кривых стандартных цилиндрических колес и колес проектируемой передачи.

9. Проверка отсутствия так называемого вторичного резания, т.е. контакта зуборезной головки с заготовкой вне обрабатываемой впадины (при этом возможно повреждение заготовки).

10. Расчет параметров резцовых головок.

11. Проверка резцов головок на отсутствие заострения.

Оптимизацию качественных показателей проводят для двух вариантов

передачи: в одном из них за критерий оптимизации принимают коэффициент перекрытия, в другом — коэффициент формы зуба. Затем с учетом заданных геометрических и технологических ограничений отыскивают минимум целевой функции восьми независимых переменных — управляющих параметров h*, с', х,, s,, а0, 82max , 02min и ctw. Целевая функция отражает величину выбранного оптимизируемого качественного показателя^ учитывает геометрические и технологические ограничения с помощью метода штрафных. функций. Из нескольких методов минимизации был выбран симплексный метод Нелдера и Мида, позволяющий получить более точный результат при меньших затратах времени. По данной методике, реализованной на языке Turbo С, была рассчитана цилиндрическая передача с круговыми зубьями для редуктора заднего моста.автомобиля КамАЗ, имеющая следующие параметры: числа зубьев колес 13 и 49, межосевое расстояние aw=196,75 мм, ширина зубчатого венца Ь=70 мм, модуль ш=б,34 мм, суммарный коэффициент перекрытия г,г =2,05.

Далее в главе 3 производится расчет" геометрических параметров полуобкатных цилиндрических передач. Схема, нарезания зубьев большего колеса полуобкатной передачи представлена на рис.3. Заготовке 1 сообщают

Рис. 4, Схема нарезания зубьев шестерни полуобкатной передачи на базе производящей рейки,

радиальное движение подачи П>„ а инструменту 2 — главное движение резания После отвода заготовки в. исходное положение осуществляют деление на зуб и цикл обработки повторяют. Поскольку зуб колеса имеет трапецеидальный профиль, зуб шестерни, находящейся с ним в зацеплении, должен Иметь модифицированный профиль, отличающийся от эвольвентного и обеспечивающий постоянство передаточного отношения.

При формообразовании шестерни полурбкатной передачи возможны две схемы станочного зацепления. В первой схеме реализуется зацепление заготовки с производящей рейкой . При этом заготовке 1 сообщают прямолинейное перемещение 08у вдоль производящей рейки (рис. 4) и согласованное с ним вращение . Чтобы получить профиль зуба, сопряженный профилю зуба колеса, в процессе обката заготовку вращают с переменной скоростью. Это достигается за счет "применения механизма модификации обката. Достоинством данной схемы обработки является универсальность и сравнительная простота используемого при ее реализации оборудования, поскольку диаметр большего колеса пары не влияет на размеры и наладочные параметры механизма обката зубообрабатывающего станка и учитывается лишь при на-стройке механизма модификации обката. Однако при такой схеме станочного зацепления профили зубьев шестерни и колеса будут сопряженными Лишь в среднем сечении. Во всех остальных торцовых сечениях будет иметь место несопряженность профилей, возрастающая от среднего сечения к крайнему. В результате в различных фазах рабочего зацепления суммарный приведенный зазор будет неодинаковым, т.е. будет иметь место так называемая диагональность контакта.

Дкагональность контакта можно уменьшить за счет уменьшения кривизны линии зуба, т.е. за счет увеличения диаметра зуборезной головки. Однако это приводит к снижению коэффициента осевого перекрытия и ухудшению эксплуатационных характеристик передачи. Поэтому данная схема формообразования зубьев шестерни полуобкатной передачи приемлема только в тех слу -чаях, когда величина коэффициента осевого перекрытия особого значения не

имеет. В противном случае при обработке зубьев шестерни следует использо-

»

вать вариант станочного зацепления с производящим колесом.

В процессе зубообработки шестерне 1 сообщают два вращательных движения и 13^2, согласованных таким образом, что ее начальная окружность радиуса гЛ| катится без скольжения по неподвижной центроиде — начальной окружности производящего колеса 2 радиуса г„г (рис. 5). Центр заготовки при этом перемещается по дуге окружности радиуса, равного межосевому расстоянию передачи а,у. Такая схема обката полностью имитирует рабочее зацегЬение и поэтому обеспечивает формирование зубьев шестерни, сопряженных зубьям колеса, нареза иного методом копирования.

Для расчета полуобкатных передач, шестерни которых сформированы на базе производящего колеса и производящей рейки, параметров инструментов и; наладок станков были разработаны мегодихи, главной составной частью которых являются зависимости, позволяющие определить суммарный приведенный зазор в передаче. Поскольку расчет некоторых геометрических элементов и параметров (предельных значений углов 0, тол-щины вершины зуба на торце, фазовых углов в рабочем зацеплении , коэффициента перекрытия и т.д.) обкатной и полуобкатной передач имеет сходный характер, методики геометрического расчета полуобкатных передач излагаются в общем виде, в части определения приведенных зазоров, расчет которых включает следующие основные этапы:

1) расчет профилей зуба колеса в средней и торцовой плоскостях;

2) расчет модифицированного профиля зуба шестерни в средней плоскости;

3) расчет центроид при формообразовании зубьев шестерни на базе производящей рейки; •

4) определение уравнений торцового профиля зуба шестерни;

5) расчет суммарных приведенных'зазоров в различных фазах рабочего зацел-ления. " '

ЕС

Рис.

5. Схема формообразования зубьев шестерни полуобкатной передачи на базе производящее колеса.

Четвертая глава диссертации посвящена особенностям проектирования, изготовления и заточки зуборезных резцовых головок.

При изготовлении цилиндрических колёс с круговыми зубьями можно применять и стандартные резцовые головки для нарезания конических колёс, однако, наряду с достоинствами этот инструмент имеет и недостатки.

1. Сравнительно малое число переточек резца до его утилизации.

2.Небольшое число резцов, размещаемых в корпусе головки.

3.Необходимость в использовании для изготовления и заточки инструмента специальных затыловочных и заточных станков.

4. Задние углы на боковых сторонах резцов не превышают 4...5°, что снижает период стойкости чернового инструмента.

В настоящее время разработан ряд конструкций зуборезных головок с острозаточенными резцами. Наиболее рациональными из них являются головки серии ЕЖ, предложенные фирмой 01еазоп . Такие резцовые головки имеют повышенную жёсткость, а также позволяют размещать большее количество резцов, что увеличивает их производительность и стойкость-.

В качестве типичного случая приведем пример расчёта черновой зуборезной головки. При нарезании зубьев резцы, установленные в пазы корпуса 3 шириной В, вращаются вместе с ним вокруг оси О (рис. 6). Наружные резцы 1 обрабатывают вогнутую сторону впадины заготовки колеса, а внутренние резцы 2 - выпуклую сторону. Геометрические параметры, относящиеся к наружным и внутренним резцам, условимся обозначать соответственно индексами „е" и параметры, связанные с передней поверхностью инструмента, - индексом „у". • ■

Передняя поверхность Ауенаружного резца представляет собой плоскость, параллельную оси О и проходящую через точку Э с радиусом г„ под углом у,.с к радиусу 00. Индекс „в" показывает, что статический (индекс „с")

• Г(Руи) ^

И „ ег У'уие / р.

• ш ЙГ® \

Рис. 6. Схема к расчету зуборезной головки.

передний угол у рассматривается в рабочей плоскости Р8, перпендикулярной оси вращения головки.

Профиль Йте резца в плоскости Ауе имеет три прямолинейных участка -главную.боковую режущую кромку ОуР,, вершинный участок РтР1у и вспомогательную режущую кромку Р,гО,т. Режуща^ кромка 07Ру накло-нена относительно перпендикуляра к рабочей плоскости (т.е. относительно проекции оси вращения головки на плоскость сечения) под углом ас1, вспомогательная * кромка Р,т01у - под углом ауе. При вращений инструмента профиль Иге опишет в пространстве поверхность главного движения, состоящую из плоского кольца и двух участков поверхностей, являющихся гиперболоидами вращения. Осевое сечение И„е этих поверхностей плоскостью Р„ -Рп условимся называть производящим контуром наружного резца. Этот контур включает вершинный участок Р„Р1п шириной 5„ и две дуги РпОп и Р,ПР|П. При этом радиусу окружностей, 1;а которых лежат соответствующие точки контуров Итс и ИП1. одинаковы, например, радиусы-векторы точек Рт, Рп и Р равны . Одинаковыми являются и расстояния от соответствующих точек до плоскости Р5 - Р5. Соединим граничные точки контура Ипс секущими Р„Оп и Р|п01п, наклонёнными под углами апе и а,пе. •

Контроль профиля резца при изготовлении и заточке может производиться шаблоном. Для контроля нужны параметры профиля ИУие, представляющего проекцию профиля Иуг_ на инструментальную основную плоскость РУИ. Обозначим углы наклона проекций главной и вспомогательной режущих кромок через а,^ и аие2, а расстояния от установочной базы резца > плоскости Бе до вершин Рн и Р1и соответственно через Ь0с и Ь!0е. Толщина державки резца в приведённой схеме равна расстоянию 10е от точки Б до плоскости Бе,

■ расстояние от базы Бе до осп головки обозначим через К"е. .

У внутреннего резца 2 передняя плоскость Л.(, наклонена к инструментальной основной плоскости Руи под углом у51„. В плоскости Лг, располагается профиль Иу! резца с главной боковой режущей кромкой ЫтУг, вершинной кромкой V,, У|? и вспомогательной режущей кромкой У,уЫ,у. Точкам N и Ыу соответствует радиус г, 3, база Бi находится на расстоянии К, от оси головки и на расстоянии Ь0] и ЬШ| от точек. V и

Профилю ИГ| в осевом сечении поверхности главного движения-соответствует профиль Ип1. Углы наклона секущих контура И„, обозначим через

«шиа.ш- ■

Дуги Р п Г'п и Ыг| У„ вместе с отрезком Рп V, образуют производящий контур. Расстояние между точками Рп и У„ равно разводу резцов V/, радиус г0 точки Р0, находящейся в середине отрезка ГпУп, является номинальным радиусом головки.

Приведённые и некоторые другие параметры определяются при проекги-; рованин резцовых головок и контрольных шаблонов, а также расчёте параметров установок резцов в процессе изготовления и заточки. Для проведения расчётов используются основные геометрические зависимости, связывающие параметры изготавливаемой зубчатой передачи, припуски на чистовую обработку, параметры инструмента и его установок при изготовлении.

Исходными данными для расчёта могут быть определённые в процессе проектирования зубчатой передачи модуль, высота исходного производящего . контура Ь0, угол профиля исходного производящего контура а, номинальный радиус головки г0.

С учётом размеров впадины колеса и схемы срезания припуска определяются развод резцов углы наклона Секущих производящих контуров резцов а„е, а)пе, аП1, а1п1-, ширина вершин производящих контуров Во многих

случаях можно принять а'п,, = ani = а,це-= aIni = а .

В соответствии с прочностными расчётами и с учётом имеющихся в производстве корпусов головок выбираются ширина пазов В (высота державок резцов) и вылет резцов из корпуса Н,. На основании опыта зубонарезания выбираются значения статических передних углов ysce и ysci наружного и внутреннего резцов в рабочей плоскости, заднего угла при вершине резца aB, а -также исходные значения статических задних углов asce и asci. После этого находятся :высота профиля резца Н = hg + Ah , где Ah - дополнительная величина, определяемая технологией заточки резцов и обеспечивающая выход шлифовального круга при заточке; радиусы границ производящего контура

Г« = го + °>5W ; га1е = Гол -S„; r0i2 = r0 -Q.5W ;'ralj = гш2 + Sa ; = г0г2 + Htga„e; ha =I"ai= -HtgaJ/s ; ri3 =r0l2-HtgaDi; rni, = г,„+ Htga„,, ;угол

pc =агс8'т(в/2гез) .расчётный инструментальный передний угол

YsilC ['i'.'l . ~ Vscil ^ *

Для удобства изготовления расчётное значение округляется до целого числа у £ие. После этого находятся уточнённое значение статического переднего угла в рабочей плоскости у м „,,-j.i,, .отрезки

DС = re3cosyже - Jrl2 - (re3 smysce) ; DF, = re3cos укс - ^-{re3smy'^f-;

DD, = re3 cosy sce - A/rn2C3-(re3siny Jf; D,Fj = ODj - Dp,, расчётная толщина державки t0i =DD,cosy5И8.

Поскольку кромка DjF| является вспомогательной, то для унификации заготовок резцов обработку можно выполнять инструментом с (большей или меньшей толщиной державки. Для последнего случая усечённый производящий контур будет заканчиваться а точке Р . Скорректировав размер державки, рассчитывают координаты: Ь0е = - D С соsу Я|С, bUi£ = D,F, соs у SIK, Ke = re)ccsn,'-t0e. В тех случаях, когда имеется унифицированный корпус с базовым расстоянием

К к от оси до дна паза, между' дном паза и державкой помещают прокладки толщиной Бе = Кс - К к .

Углы профиля резца в инструментальной основной и передней плоскостях ас2 = агс18(ОиСи/Н) = агс1е[(10е-Ь^ун] ;апе2 =агс1ё(Ь10е/Н) ; ас1 = агйв(0гСт/Н)«агод(0С/Н); ауе =агс1ё(0,Р1/Н).

Расчётный инструментальный задний угол наружного резца в рабочей плоско-

Это значение корректируется до целого положительного числа оцие с последующим вычислением угла аке = + це.

При проектировании внутреннего резца границу профиля N Можно расположить На боковой стороне паза корпуса. Однако для повышения технологичности можно принять, например, базовые расстояния корпуса одинаковыми, т.е. Ке = К-!. В этом случав точка N будет располагаться на пересечении окружности радиуса г!3 с базой Б, и угол ц< = агссо^К./г,).

Расчёт параметров внутреннего резца аналогичен расчёту параметров наружного резца.

Далее в диссертации описываются особенности проектирования типовых резцовых головок, технологии их изготовления , сборки и заточки, а также конструкции вспомогательной технологической оснастки.

В пятой ¿лове, описываются результаты реализации разработок в опыт- ■ нр-промь!шленных условиях.

Колеса нарезались торцовыми резцовыми головками по методу обката с единичным делением на экспериментальной установке, созданной на базе горизонтально-фрезерного станка 6Р82. Ходовой вицт продольной подачи стола был связан через гитару с делительным столом, закрепленном на столе станка. Обкат заготовки, установленной на делительном столе, обеспечивался движением продольной подачи стола станка и согласованным с ним вращением де'-лительного стола. Для повышения жесткости технологической системы был из-

сти а,м =

готовлен специальный люнет-поддержка, который фиксировал в Пространстве положение свободного конца вала-шестерни. Деление на "зуб" производилось при разомкнутой гитаре поворотом червячного вала вручную.

Изготовленные колеса контролировались в средней плоскости зубчатого венца. Погрешность профиля соответствовала 8 степени ГОСТ ■ 1643-

81,отклонение и накопленная погрешность шага находились в пределах 6...7 *

степеней точности, радиальное биение зубчатого венца - 5...6 степени, колебание длины общей нормали - 5...7 степеням. Внешний вид пары нарезанной таким способом показан на фотографии (рис. 7). .

Возможно также применение для нарезания опытных партий колес>станков с ЧПУ типа ОЦ-1 И.

В случае необходимости круговые зубья можно шлифовать. Для этого Нами была осуществлена модернизация зубошлифовалыюго станка типа Найлс (модели 315х6С производства ГДР),- которая обеспечила расположение оси шлифовального круга перпендикулярно направлению обката. Точность шлифованных колес по всем параметрам составила 6,..7 степень.

Шестая глава диссертаций посвящена-описанию способов и устройств, необходимых для широкого внедрения результатов работы в условиях массо-рого производства. Подобное оборудование может быть, создано, например, на базе станков для нарезания и шлифования конических и цилиндрических зубчатых колес. "

В главе даются конкретные рекомендации, новизна большей части которых защищена авторскими свидетельствами, а также полученными положительными решениями о выдаче патентов РФ. • ,

Так, в а.с. № 1079380 (СССР) предлагаются новые способ шлифования колес С: круговыми зубьями и станок для его осуществления.

Даны также предложения по совершенствований* технологии, позво-

I •

лякяцие: ■ '

Рис. 7. Зубчатая пара ведущего моста автомобиля КамАЗ.

1) осуществлять обработку двух заготовок на одной операции,

2) обрабатывать выпуклые и вогнутые стороны зубьев за один установ с требуемой продольной модификацией;

3) сократить время вспомогательных и холостых перемещений;

4) уменьшить зону контакта шлифовального круга с боковой поверхностью зуба заготовки. , •

В разделе приводятся также расчетные зависимости, позволяющие настроить станки, определять параметры инструментов и производительность процессов зубообработки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

В работе дано решение крупной научной проблемы - обеспечено увеличение несущей способности , долговечности и снижение чувствительности к погрешностям монтажа, а также уровня шума в цилиндрических зубчатых передачах Сделано теоретическое обоснование новых конструкторских и технологических решений, позволяющих эффективно изготавливать цилиндрические колеса с круговыми зубьями. . . " _

1. Доказано, что метод обката с едйничным'-деленисм, уступающий по производительности зубообработке спирально-дисковой фрезой и почти не уступающий методу нарезания колес с циклоидальной линией зуба, значительно превосходит их но технологичности, простоте конструкции оборудования, инструмента и оснастки второго порядка.

2. Показано, что важными критериями, во многом определяющими эксплуатационные характеристики зубчатой передачи, являются продольная кривизна и I дубина продольной модификации зубьев. При заданных параметрах колес продольная кривизна и длина зоны касания зубьев, а следовательно, коэффициент осевого перекрытия, длина пути обката заготовки в станочном зацеплении, параметры чистового и чернового инструментов и наладок станков определяются радиусами производящих поверхностей, формирующих сопряженные стороны зубьев шестерни и колеса.

3. В результате математического моделирования станочного и рабочего зацеплений обкатных и. полуобкатных цилиндрических передач с круговыми зубьями получены аналитические зависимости, позволяющие синтезировать

' такие передачи и осуществить технологическую подготовку производства для их изготовления.

4. Усовершенствованная методика и программа позволяют оптимизировать качественные показатели передачи при принятых геометрических и технологических ограничениях. Вначале выбираются независимые (управляющие) параметры передачи и устанавливаются геометрические и технологические ограничения, затем разрабатывается методика, алгоритм и программа расчета передачи.

5. Показано ,что управляющие параметры разделяются на две группы. К первой группе относятся параметры, определяющие геометрию передачи в среднем сечении: угол а„ зацепления и связанные с ним основные диаметры колес при принятом межосевом расстоянии аж передачи; параметры исходного контура колес с углом профиля а = 20°, т.е. коэффициенты высоты головки зуба И,, радиального зазора с*, смещения х, исходного контура и коэффициент делительной толщины исходного контура .Ко второй группе относятся параметры, определяющие геометрию передачи в торцовом сечении: угол а0 профиля производящего контура, от величины которого зависят некоторые качественные показатели передачи (при уменьшении угла а0 увеличивается толщина зуба по окружности вершин, что может предотвратить срезание зубьев на торцах, а также ослабевает зависимость длины пятна контакта в зацеплении от отклонений межосевого расстояния);

углы 02тах и 02тт , характеризующие положение точек выпуклой и вогнутой сторон зуба колеса на окружности вершин в торцовой плоскости относительно оси инструмента и определяющие радиусы резцовых головок для обработки выпуклых и вогнутых сторон зубьев.

6. Замена стандартного затылованного инструмента зуборезными головками тина RSR (Gleason) с острозаточенными резцами создаёт предпосылки существенного повышения производительности обработки зубчатых колёс и стойкости головок. Такие резцы просты в изготовлении, сравнительно недоро- f ги, допускают большое число переточек. Для повышения производительности целесообразно увеличить число режущих кромок инструмента, применяя в двусторонних головках вместо наружных и внутренних резцов, резцы с двугранной (V-образной) передней поверхностью.

7. Применение сконструированных на базе инструмента серии RSR головок повышенной жёсткости с угловой регулировкой резцов открывает возможности дальнейшего повышения режима резания и стойкости инструмента. Увеличение жёсткости крепления резцов и точности их установки в корпусе обусловливает также использование твёрдого сплава, что, в свою очередь, сокращает время зубонарезания. В зависимости о параметров обрабатываемых зубчатых колёс резцы таких головок могут иметь плоские или конические задние поверхности.

8. Заточку резцов рационально осуществлять по задним поверхностям комплектно в кассетном приспособлении на универсальных плоскошлифовальных или внутришлифовальных станках. В единичном и мелкосерийном производствах резцы целесообразно затачивать по задним поверхностям с применением универсальных приспособлений, например, синусной плиты.

9.Испытания цилиндрических колес с круговыми зубьями, изготовленных на опытно-промышленных установках, показали реальность предлагаемой технологии и подтвердили эксплутационные преимущества таких колес.

. - . Ю.Обоснованы предложения по повышению эффективности процессов формирования круговых зубьев на цилиндрических колесах.

Основное содержание работы отражено в следующих' публикациях:

1. И.А. Коганов, В.Н. Ананьев, М.Н. Бобков, Г.В. Жужжалкин. Установка для нарезания арочных зубьев цилиндрических колес полуобкатной переда- -

чи,//Производственно:технический бюллетень ЦНИИ информации.- М., 1979.-№7.-С. 13-15.

2. Й.А. Коганов, Г,М. Шейнин, В.Н. Ананьев, М.Н. Бобков. Расчет локализации контакта полуобкатной цилиндрической передачи с арочными зубьями. //Исследования в области технологий механической обработки и сборки.-Тула, 1980,- С. 92-101.

3. М.Н. Бобков, Е.Р. Баженкова. Модернизация зубошлифовапыюго станка типа «Йайлс» с целью обработки цилиндрических колес с круговыми зубья-ми.//Исследовання в области технологии механической обработки и сборки.-Тула, 1981.- С. 167-169. ;

4. И.А. Коганов, Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков. Повышение качества и про^ иэводительпости при обработке цилиндрических колес с круговыми зубьями.//Исследования в области инструментального производства И обработки металлов резанием.- Тула, 1983.- С. 146-152.

• 5. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков. Определение отводов в зацеплении цилиндрических колес с круговыми зубьями.//Тезисы докладов зонального семинара «Цилиндрические передачи с арочными зубьями. Расче-г, проектирование, изготовление.-Курган, 1983,-С, 9-12.

6. И.А. Коганов, Г.М, Шейнин, М.Н. Бобков. Улучшение виброшумовых характеристик зубчатых передач при использований колес с круговыми зубья-ми.//Тезисы докладов конференции «Совершенствование конструкции к технологии зубообработки передач зацеплением - Ижевск, 1984.- С. 15.

7. Г.М. Шёйнин, М.Н. Бобков. Обработка круговых зубьев цилиндрических колес шлифовальной сегментной головкой.//Исследования в области инструментального производства "и обработки металлов резанием.- Тула, 1984.-С. 70-80, •

8. Г.М. Шейнин, М.. Бобков, Е.В.Савельев. Шлифование цилиндрических колес с арочными зубьями качающимся чашечным кругом .//Исследования в области технологии механической обработки и сборки машин,- Тула, 1986,-С. 134-144. ■ '. ' - '

9. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, Н.П. Петрова. Модернизация горнзонталь-но-фрезерного станка 6Р83 с целью нарезания цилиндрических колес с круговыми зубьями.//Исследования в области технологий'машиностроения и сборки машин.-Тула, .1987.-С. 33-38.

10. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, С.Е;. Розепблюм. Геометрический расчет элементов цилиндрической передачи с-круговыми зубьями,, параметров инструмента и наладок станков. Деп. во ВНИИТЭМР 2.11.87, №783 мш, 78 с.

11. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков. Острозаточенные зуборезные головки для изготовления колес с круговыми зубьями и их расчет. Деп. во ВНИИТЭМР 19.07.88, №253 мш, 59 с.

12. Й.А. Коганов, М.Н. Бобков, В.Н. Ананьев. Зубошлифовальный станок. A.c. № 814604 (СССР), 1981.

3g

13. И.А. Коганов, М.Ц. Бобков, В.Н- Ананьев, Б.С. Тимофеев. Резцовая головка. A.c. № 996116 (СССР),.1983.

14. И.А. Коганов, М.Н. Бобков, В.Н. Ананьев, B.C. Тимофеев. Зуборезная головка. A.c. №996117 (СССР), 1983.' . . ' '

15. И. А. Коганов, М.Н. Бобков, В.Н.Ананьев, Б.С.Тимофеев. Резцовая головка. A.c. №992140 (СССР), 1983. .

• 16. И.А. Коганов, М.Н. Бобков, В.Н. Ананьев. Способ шлифования комических колес. A.c. № 1016095 (СССР),.1983. ' ' •

17. И.А. Коганов, М.Н. Бобков. Способ изготрвления зубчатых колес с локализованным пятном контакта. А.с, № IQ21530. (СС.СР), i983..

18. И.А. Коганов, М:Н- Бобков, В.Н- Ананьев, Способ шлифования зубчатых колес с круговыми зубьями и станок для его осуществлений. A.c. № 1079380 (СССР), 1984. . ' •

19. И.А. Коганов, Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, С.В. Кущцинов. Шлифовальная сегментная головка. А,с! № 1096060 \CCCP), 1984. •

20. H.A. Коганов, Г.М. Шейнин, 'М.Н. Брбков, Н П. Петрова. Способ шлифования зубчатых колес с. круговыми зубьями. A.c. № 1110565 (СССР), 1984. ' " ' ■ " '.•'•''•'"''

21. Г.М. Шейнин, M.Í I. Бобков, АЛО. Илюхин, Б.Г. Щешшн. Механизм обката зуборезного станка. A.c. №1126393 (СССР), 1984.

22. И!А. Когйнов, М.Н. Бобков. Способ обработки цилиндрических зубчатых колес. A.c. № 11395S3 (СССР), 1985. ' . • ' '

23. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, Б.Г. Шейнин. Способ шлифования зубчатых колес с круговыми зубрямИ^ A.c. № 1247202 (СССР), 1986.

24. Г.М. Шейнин, M.Ji. Бобков, Б.Г. Шейнин. Способ обработки круговых зубьев. A.c. № 1261755 (СССР), 1986. '

25. IIA- Коганов, Г.М. Шейнин, ОД-Н- Бобков, Н.П. Петрова. Способ обработки цилиндрических колес с крурозыми зубьями. A.c. № 1266681 (СССР), 1986. : ' •

26: Г.М. Щейшш, М.Н. Бобков. Способ выбора режима резания для станков с программным управлением. A.c. № 127,0647 (СССР), 1986.

21. И.А.'Коганов, Г.М. Щейнни.'М.Н. Бобков..Способ нарезания цилиндрических зубчатых.кр^ес с круговыми зубьями. A.c. № 115ВЗ13 (СССР), ! 985.

28.Г.М.Шейнин, • МДБобков, ' П.Н.Ананьев, И'.А.Левченко,

B.А. Рыженков. Механизм обката." A.c. № 1426713 (СССР), 1988 '

29. Г.М. Шейнин,. !\1.Н..Бобкоэ, В.{I. Ананьев. Механизм модификации ебкага зубообрабатыцающе^о етанка.//Стаики и инструменты.- 1990,- №6.-

C. 18-19. ' "• '

30. Г.М- Щейнин, МД Брбков, A.B. Груничев. Повышение производительности обработки K'J цилиндрических колес./ЛТутн повышения эффективности обработки материалов.резанием к машиностроенци.- Л., Í991.- С. 42-43..

31. А.И. Козадаер, КД Нйиицкнн, Г.М. Щейнин, М.Н. Бобков A.B. Груничев. применение цилиндрических рлес с. круговыми зубьями £

главной передаче моста автомобиля «КамАЗ».//Автомобильная промышленность.! 992,-№11,-С Л 5-16.

32. F.M. Шейнин, М.Н. Бобков. Зуборезная головка. A.c. № 1505694 (СССР), 1989. . • •

33. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, БГ Шейнин, И.К. Паневин. Полуобкатная цилиндрическая передача! A.c. № 1670241 (СССР), 1991.

34. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, Б.Г. Шейнин, A.B. Груничев. Полуобкатная зубчатая передача, A.c. № 1670242 (СССР), 1991.

35. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, Б.Г.Шейнин, A.C. Лахов. Способ обработки цилиндрических зубчатых колес. A.c. № 1741992 (СССР), 1992,

36. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, Б.Г. Шейнин, A.B. Груничев. Способ контроля зубчатых пар. A.c. № 1815030 (СССР), 1992.

37. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, Б.Г. Шейнин, А.Н. Трошин. Сборный зу-бообрабатывающийтшструмеит. A.c. № 1798064 (СССР), 1992.

38. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, A.B. Груничев. Проектирование цилиндрических передач с круговыми зубьями для редукторов мостов автомобиля Ка-мАЗ.//Технология механической обработки и сборки- Тула, 1993.- С. 67-75.

39. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, A.B. Груничев. Расчет профилей круговых зубьев колес полуобкатной цилиндрической передачи.//Технология механической обработки и сборки,-Тула, 1993.-С. 55-64.

40. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, A.B. Груничев. Синтез цилиндрической передачи с круговыми зубьями редуктора ведущих мостов автомобиля Ка-мАЗ.//Сборник науч. трудов межвузовской науч.-техн. программы «Ресурсосберегающие технологии машиностроения».- М,-. МГААТМ.- 1994.-С. 384-389.

41. A.C. Ямников, М.Н. Бобков, Г.М.Шейнин. Черновая зуборезная головка с угловой регулировкой резцов.//Сборник науч. трудов межвузовской науч.-техн. программы «Ресурсосберегающие технологии машиностроения».- М.; МГААТМ,- 1995,- С. 120-124.

42. Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков. Определение закона изменения скорости движения подачи при переменных параметрах срезаемых слоев./ЛГехнология ■механич. обработки и сборки,- Гула, 1995,- С. 17-24.

43. A.C. Ямников, Г.М. Шейнин, М.Н. Бобкоп. Улучшение вибрационных и акустических характеристик шестеренных насосов при использовании роторов с круговыми зубьями.//Материалы международной конференции «Теория и практика зубчатых передач».-Ижевск, 1996,-С. 129-134.

■ 44,'Шеншш Г.М., М.Н. Бобков. Изготовление цилиндрических колес с круговыми зубьямн.//Демндовскпе чтения. Второй юбилейный выпуск,- Тула, 1996.-С. 71-74.' .

45. A.C. Ямников, Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков. Расчет черновых двусторонних зуборезных головок с острочаточенными резцамп.//Сборник науч. трудов межвузовской науч.-техн. программы «Ресурсосберегающие технологии машиностроения»,-М.: МГААТМ.-1997.-С. 103-108:

46. А.С, Ямникоа, Г.М. Шейнин, МН. Бобков, A.B. Грунимев. Математи-черкое обеспечение проектирования цилиндрических зубчатых передач с круговыми зубьями и инструментов для их нарезания.//СТИН.-1998.- №1.- С. 5-7.

47- М.Н: Бобков, Г.М. Шейнин, В-И. Ананьев. Д В. Кадинский. Формирование круговых зубьев инструментом с коническими задними поверхностя-мц.//Известия ТулГУ. Серия «Машиностроение». Вып. 1.Тула, 1997.С. 111-117. .

48. Г.М, Шейнин, М.Н. Бобков,- A.B. Груничев. Совершенствование конструкции редуктора! 'моста автомобиля КамАЗ.//Извеетия ТулГУ. Серия «Проблемы проектирования и эксплуатации автотранспортных средств и систем».- Тула, 1997.С. 116-124.

49. А.С, Ямникрв, Г-М. Шейнин, М.Н. Бобков. Качество цилиндрических передач с круговыми зубьями.//Техиологическое управление качеством • поверхности деталей: Сб. науч. трудов.- Киев: ATM Украины, 1998. С. 86-90.

50. А.С. Ямников, Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков. Качество'цилиндрических передач с круговыми зубыши.//Проблемы повышения качества промышленной продукции: С6, трудов 3 международной Науч.-технич. конференции 14-16 октября. 1998. Брянск. С. U-13. '. "'' '

51. М.Н. Бобков. Особенности проектирования зуборезной головки для нарезания-колес с круговыми зубьями, оснащённой резцами с двугранной передней поверхнортьк>.//Известня ТулГУ. Серая «Машиностроение»; Вып 2-Тула, 1998. С, 66-71. . . ' ^ .7'

52. М.Н..Бобков. Анализ методов фрезерования арочных зубьев цилиндрических колес.//Извертия ТулГУ. Серия «Машиностроение». - Вып. 3,ч. 1- Тула, 1998..-С! 3-15. ' ' . ■ :

■<■> 1 üi

Родющцц | л *'■ ' * -» фрриаг бумаги 00x84 ррап типографская J| $

ОфссшМ (цччтк, y«J{. реч-я, .-.)Усл. кр.-отт. w ^ V").Hin- л. i, t Тираж '/¿V. 'зк$.3|»каз VT/ .•

Тульский государсгЬсмтчй университет. 300600, г. Тула, пр. -Деикиа, 93. 1Чдакиии1Ш0- илдатсльскпв ucj)ty Тульского государственного университета.

Ä060Q, Г, Тула, УД. Бвлдииа, 1S4 ' . ' •"

О /z oW)

OütV/of

Тульский государственный университет

I; Президиум ВАК России

! (решение ст — " 19^г.,

присудил ученую степень ДОКТОРА

л

БОБКОВ Михаил Николаевич ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Специальности: 05.02.08 - Технология машиностроения

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

Научный консультант - действительный член Академии естествознания, заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор A.C. Ямников

Тула-1998

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТАНОЧНОГО И РАБОЧЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ............................................ 7

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

1. ОБЛАСТЬ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС С АРОЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ............................................................... 16

2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ФРЕЗЕРОВАНИЯ АРОЧНЫХ ЗУБЬЕВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЁС И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО МЕТОДА ЗУБООБРАБОТКИ ............................................................. 35

2.1. Обработка зубьев по методу обката с единичным делением ........ 41

2.2. Обработка колёс с циклоидальной линией зуба............................. 50

2.3. Обработка арочных зубьев спирально-дисковой фрезой .............. 51

3. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИИ СТАНОЧНОГО И РАБОЧЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМ, ПАРАМЕТРОВ НАЛАДОК ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ И РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ОБКАТНЫХ И ПОЛУ ОБКАТНЫХ ПЕРЕДАЧ ................. 56

3.1. Расчет геометрии станочного и рабочего зацеплений, параметров наладок станков и инструментов при обработке колес обкатных передач.................................................................................. 57

3.1.1. Вывод уравнений производящих поверхностей и определение

координат точек торцовых профилей зубьев .............................. 57

3.1.1.1. Уравнения производящей поверхности при обработке выпуклых сторон зубьев ................................................................. 57

3.1.1.2. Уравнения профиля выпуклой стороны зуба в торцовом се-

чении в системе координат инструмента................................. 60

3.1.1.3. Определение координат точек торцового профиля выпуклой

стороны зуба в системе координат заготовки ......................... 61

3.1.1.4. Определение координат точек торцового профиля выпуклой

стороны зуба в передаче ............................................................ 64

3.1.1.5. Уравнения производящей поверхности при обработке во-

гнутых сторон зубьев ................................................................. 66

3.1.1.6. Вывод уравнений торцового профиля вогнутой стороны зуба

в системе координат инструмента............................................ 68

3.1.1.7. Координаты точек торцового профиля вогнутой стороны зу-

ба в системе координат заготовки ............................................ 69

3.1.1.8. Определение координат точек торцового профиля вогнутой

стороны зуба в передаче ............................................................ 72

3.1.2. Расчет суммарного приведенного зазора модифицированных поверхностей зубьев в торцовом сечении.................................... 72

3.1.3. Пределы изменения углов 0 ........................................................... 73

3.1.4. Приближенный расчет номинального радиуса 1^02 кривизны зуба производящей рейки .............................................................. 74

3.1.5. Определение толщины вершины зуба на торце........................... 75

3.1.6. Определение фаз зацепления, соответствующих началу и концу контакта торцовых профилей................................................... 78

3.1.7. Расчет коэффициента перекрытия зубчатой передачи ............... 81

3.1.8. Расчет длины пути обката в станочном зацеплении ................... 82

3.1.9. Расчет параметров резцовых головок и наладок станка............. 89

3.1.10. Оптимизированное проектирование цилиндрических передач

с круговыми зубьями.................................................................... 98

3.2. Расчет геометрических параметров полуобкатных цилиндриче-

ских передач ........................................................................................ 101

3.2.1. Расчет профилей зуба колеса в средней и торцовой плоскостях ................................................................................................... 105

3.2.2. Расчет параметров установки, углов поворота шестерни в станочном зацеплении и координат точек торцового профиля зуба при формообразовании зубьев шестерни на базе производящего колеса.................................................................................. 109

3.2.3. Расчет суммарного приведенного зазора ..................................... 114

3.2.4. Расчет геометрических параметров полуобкатной цилиндрической передачи, шестерня которой сформирована в станочном зацеплении с производящим колесом .................................. 116

ВЫВОДЫ ................................................................................................... 124

4. РАЦИОНАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЗУБОРЕЗНЫХ РЕЗЦОВЫХ ГОЛОВОК, ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЗАТОЧКИ.................................................................... 125

4.1 Расчёт геометрических параметров инструмента............................ 132

4.1.1 Расчёт черновой зуборезной головки............................................. 132

4.1.2 Расчёт параметров чистовой зуборезной головки........................ 139

4.1.3 Особенности проектирования зуборезной головки, оснащенной резцами с двугранной передней поверхностью..................... 145

4.2. Конструкции зуборезных головок для нарезания колёс с круговыми зубьями обкатных и полуобкатных передач ......................... 147

4.2.1. Черновая зуборезная головка повышенной жёсткости с угловой регулировкой резцов ............................................................... 148

4.2.2. Чистовая зуборезная головка......................................................... 156

4.2.3. Зуборезная головка-протяжка........................................................ 158

4.3. Расчёт параметров заточных приспособлений и наладок заточного оборудования.............................................................................. 160

4.3.1. Расчёт углов наклона синусной плиты при заточке внутреннего резца на плоскошлифовальном станке по главной задней поверхности..................................................................................... 162

4.3.2. Расчёт инструментального угла A,Hi наклона режущей кромки внутреннего резца........................................................................... 166

4.3.3. Расчёт углов наклона синусной плиты при заточке наружного резца ................................................................................................. 167

4.3.4. Расчёт инструментального угла А,ие наклона главной режущей кромки наружного резца................................................................ 170

4.3.5. Расчёт углов наклона синусной плиты при заточке вершины резца ................................................................................................. 171

4.3.6. Расчёт параметров кассетного заточного приспособления и параметров наладок станков при его изготовлении ................... 174

4.4. Особенности проектирования и заточки инструмента с коническими задними поверхностями ......................................................... 181

ВЫВОДЫ ................................................................................................... 199

5. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЁС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ................................ 201

5.1. Опытно-промышленная зуборезная установка для изготовления колёс обкатных передач ..................................................................... 201

5.2. Экспериментальная зуборезная установка...................................... 210

5.3. Модернизация станка ZSTZ 315х6С для шлифования цилиндрических колёс с круговыми зубьями................................................... 212

5.4. Изготовление и испытание экспериментальной партии роторов

с круговыми зубьями насосов ШФ8-25, Ш20-16 ............................ 220

5.5. Изготовление и испытание опытных цилиндрических колёс с круговыми зубьями ведущего моста автомобиля КамАЗ .............. 225

5.6. Модернизация оборудования для нарезания круговых зубьев

колёс полу обкатной цилиндрической передачи ............................. 232

5.7. Особенности монтажа секторной передачи с круговыми зубьями

и оценка её нагрузочной способности.............................................. 242

5.8. Технико-экономический результат применения цилиндрических колёс с круговыми зубьями ............................................................... 248

ВЫВОДЫ ................................................................................................... 249

6. ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЁС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ ПО МЕТОДУ ОБКАТА С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ДЕ- 251 ЛЕНИЕМ

6.1. Обработка двух заготовок на одной операции ............................... 253

6.2. Параллельная обработка разноимённых поверхностей зубьев заготовки ................................................................................................. 268

6.2.1. Обработка цилиндрических колёс с круговыми зубьями двух-витковым инструментом................................................................ 268

6.2.2. Шлифование круговых зубьев кругом, совершающим планетарное движение ............................................................................. 271

6.2.3. Обработка одной заготовки двумя кругами................................. 284

6.3. Обработка круговых зубьев на многоинструментном станке....... 302

6.4. Параллельная обработка зубчатых колес на многопозиционном

полуавтомате ................................Г.................................................... 305

6.5. Определение законов изменения скорости движения подачи при

черновой и чистовой обработке зубчатых колес .......................... 307

ВЫВОДЫ ................................................................................................... 324

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ............... 325

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................ 328

ПРИЛОЖЕНИЯ ......................................................................................... 347

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТАНОЧНОГО И РАБОЧЕГО

ЗАЦЕПЛЕНИЯ

а - угол профиля исходного контура;

ш - модуль;

ъ - число зубьев зубчатого колеса; Ь - ширина зубчатого венца; ё - диаметр делительной окружности колеса; с1а- диаметр вершин зубьев; с1г - диаметр впадин;

- диаметр начальной окружности;

8П- делительная нормальная толщина зуба колеса; х - коэффициент смещения исходного контура; с*- коэффициент радиального зазора;

- коэффициент высоты головки зуба; Ь^ - коэффициент высоты ножки зуба; а№ - межосевое расстояние передачи;

и - передаточное число;

А{- суммарный приведенный зазор в передаче; Я0 - номинальный радиус кривизны зуба производящей рейки; а 0- угол профиля исходного производящего контура; г0 - номинальный радиус зуборезной резцовой головки;

- развод резцов двусторонней резцовой головки.

Индексы обозначений относятся: О - к инструменту, производящей рейке (производящей поверхности), станочному зацеплению;

1 - к шестерне;

2 - к большему колесу;

п - к нормальному сечению; I - к торцовому сечению;

е - к наружным резцам инструмента, к вогнутой стороне зуба колеса; {- к внутренним резцам инструмента, к выпуклой стороне зуба колеса; а - к окружности вершин зубьев; f - к окружности впадин; Ь - к основной окружности; w - к начальной окружности.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы обусловлена повышением требований к несущей способности зубчатых передач, к их виброустойчивости, снижению чувствительности к монтажным и динамическим погрешностям положения осей колес в пространстве при одновременном сохранении требований по технологичности.

Следует заметить, что стандартные цилиндрические передачи конструкторами рассчитываются в предположении, что оси колес параллельны друг другу. На самом деле в результате сложения монтажных (геометрических) погрешностей положения осей в пространстве с упругими деформациями валов и других деталей передачи, практически во всех случаях будет иметь место перекос осей и, как следствие, кромочный контакт зубьев по их торцам. В некоторых случаях вредное влияние кромочного контакта компенсируют созданием "бочкообразности" в продольном направлении зуба. Более удачным решением представляется получение "бочкообразности" естественным путем, например, как это имеет место при нарезании конических колес с круговыми зубьями.

Для изделий, содержащих цилиндрические зубчатые передачи, задачу повышения качества продукции в ряде случаев удаётся решить за счёт замены прямых зубьев арочными (круговыми). Благодаря увеличению коэффициента перекрытия и локализации пятна контакта круговые зубья позволяют увеличить плавность зацепления, снизить шум и вибрацию, повысить ресурс зубчатых колёс.

Одними из наиболее перспективных объектов, в которых могут быть использованы цилиндрические зубчатые колёса с круговыми зубьями являются шестеренные насосы , получившие широкое распространение в различных отраслях машиностроения и превосходящие другие типы насосов по простоте, весовым характеристикам, себестоимости и надёжности.

Другой весьма перспективной областью применения цилиндрических колёс с круговыми зубьями является производство грузовых автомобилей. Одной из проблем автомобилестроения является необходимость повышения надёжно-

сти и ресурса работы главной передачи ведущих мостов, состоящей из конической и косозубой цилиндрической передач . При работе косозубой цилиндрической передачи возникает осевая сила, поэтому ведущую цилиндрическую шестерню и узел межколёсного дифференциала (МКД) устанавливают на ради-ально-упорные роликовые подшипники, создавая в них предварительный натяг при помощи гаек.

По данным Камского автозавода (г. Набережные Челны) средний ресурс работы среднего моста должен составлять 255 тыс. км., а заднего моста - 270 тыс. км. Однако до 30 % автомобильных мостов выходит из строя при пробеге менее 150 тыс. км.

Если заменить косозубую цилиндрическую передачу на цилиндрическую передачу с круговыми зубьями, симметричными относительно средней торцовой плоскости зубчатого венца, то осевая сила в передаче будет отсутствовать или, по крайней мере, резко уменьшится и узел ведомого цилиндрического колеса можно будет устанавливать на радиальные роликовые подшипники . За счёт того, что радиальные роликовые подшипники допускают осевое перемещение вала, ведомое колесо может самоустанавливаться по зубьям ведущего колеса. Такая конструкция главной передачи создаёт предпосылки для повышения технологичности редуктора ведущего моста и его эксплуатационных характеристик.

Конкретным примером из другой области, где целесообразно применение зубчатых передач с круговыми зубьями, является секторная пара, используемая в механизме вертикального наведения ствола автоматической артиллерийской системы АК-630, с модулем 4 мм, числом зубьев шестерни 19 и передаточным числом 10. Поскольку пара работает в сравнительно неблагоприятных условиях: повышенные ударные нагрузки в сочетании с консольным креплением колёс, к ней предъявляются весьма жёсткие требования по точности, в частности, по форме и расположению пятна контакта в зацеплении. Однако расчёты по определению нагруженности контакта и экспериментальные иссле-

дования по измерению изгибной прочности с применением датчиков деформации интегрального типа выявили неравномерное распределение нагрузки вдоль зуба, а расчёт величин отклонения от параллельности и перекоса осей в секторной передаче показал, что для выполнения требований, регламентированных ГОСТ 1643-81, т.е. для обеспечения нормального функционирования передачи, необходимо прибегать к пригоночно-регулировочным работам или ужесточать допуски на составляющие звенья до величин практически неприемлемых .

Как показывает опыт, разработка технологии формообразования зубьев нестандартных передач является весьма трудоёмкой процедурой и требует создания теории и геометрии передачи, методик расчёта инструмента, оснастки и наладок оборудования. Однако большинство работ, посвящённых цилиндрическим передачам с круговыми зубьями, носит частный характер и касается в основном исследования геометрии передачи.

Поскольку в литературе отсутствовали сведения об общих методах проектирования цилиндрических передач с круговыми зубьями, а также о технологических системах для их реализации, создание теоретических основ проектирования и производства цилиндрических колес с круговыми зубьями представляется нам крупной научной проблемой, актуальной для современного машиностроения. Актуальность подтверждается широкой связью с инициативными и координированными НИР.

Работы проводились в соответствии с постановлениями ЦК КПСС и Совета Министров СССР №307-117 от 06.06.68 г., №726-237 от 05.09.74 г., приказом Миннефтехиммаша №160 от 31.12.74 г. о решении задач по улучшению виброакустических характеристик судовых механизмов, по заказу Миноборон-прома СССР №118 производства 209 от 1985 г., по хоздоговорам с ПО «Ливгидромаш» № 82-166/2, АО КАМАЗ №№89-767/2, 93-03/2, по межвузовской программе "Ресурсосберегающие технологии машиностроения", а также по гранту РФФИ №96-15-98-241/(№6604 ГРФ) "Прогрессивные технологиче-

ские процессы формообразования сложных поверхностей и сборки высокоточных изделий".

Обзор состояния вопроса, проведенный в первой главе, позволил сформулировать цель работы и задачи исследования.

Целью данной работы является научное обоснование технологии изготовления цилиндрических колес, обеспечивающей улучшение эксплутацион-ных характеристик передачи.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

1.Обосновать пути улучшения эксплуатационных характеристик, повышения надёжности и ресурса работы быстроходных и тяжелонагруженных цилиндрических зубчатых передач и определить методы формообразования круговых зубьев, обеспечивающие технико-экономическую эфф�