Введение к работе
Актуальность работы. Вращение валов с пересекающимися или скрещивающимися осями можно осуществлять, используя ортогональные смешанные конические или гиперболоидные передачи (ОСКГП), состоящие из цилиндрической эвольвентной шестерни и плоского колеса (ПК). По сравнению с конической передачей ОСКГП имеют ряд преимуществ: регулировка бокового зазора в зацеплении за счет перемещения ПК вдоль его оси не нарушает сопряженности зубчатых колес, погрешность установки шестерни в осевом направлении не сказывается на положении пятна контакта, шестерня не испытывает осевого усилия в зацеплении, а точность передачи при сборке может достигаться методом взаимозаменяемости.
Для получения сопряженной передачи зубья ПК можно нарезать на зубо-долбежном станке. При небольших размерах колеса для этого достаточно модернизировать серийный станок, оснастив его приспособлением, в котором ось заготовки будет горизонтальна и расположена под углом 90 к оси инструмента. Если же диаметр колеса сравнительно большой, необходим станок с горизонтальной осью штосселя. В настоящее время такие станки нашей промышленностью не выпускаются.
Отсутствие специального оборудования вынуждает прибегать к изготовлению приближенных передач, имеющих существенные погрешности. Плоское колесо в этом случае можно нарезать на горизонтально-фрезерном станке дисковой модульной фрезой. Ресурс и точность таких передач невелики.
Созданные в последние годы за рубежом технологии позволяют изготавливать ОСКГП с высокими эксплуатационными характеристиками, однако они являются весьма дорогостоящими, на что прямо указывается в зарубежных публикациях.
На основании изложенного можно сделать вывод, что научное обоснование процессов проектирования и производства ОСКГП, позволяющих изготовить зубчатую пару при использовании серийного оборудования и стандартного зуборезного инструмента, представляется актуальной задачей, имеющей существенное значение для отечественной промышленности.
Работа выполнялась при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по гранту № 96-15-98-241 (№ 6604 ГРФ).
Целью работы является совершенствование технологии зубообработки колес полуобкатных ОСКГП на основе разработанных способов формообразования зубьев сопряженных колес с использованием серийных станков с ЧПУ.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
Проанализировать отечественные и зарубежные разработки в области проектирования и производства ОСКГП и выявить наиболее прогрессивные из них.
Обосновать перспективность предлагаемых способов формообразования зубьев колес полуобкатных ОСКГП с дуговой линией зуба.
Установить взаимосвязь геометрических параметров зубчатых колес ОСКГП с дуговой линией зуба с параметрами зуборезного инструмента и наладок зуборезных станков.
Разработать методики автоматизированного расчета параметров зубчатых колес с параметрами инструмента и наладок станков для зубообработки.
Для подтверждения достоверности полученных зависимостей и расчетных методик выполнить трехмерное графическое моделирование зубчатых колес и передач.
Методы исследования. При выполнении работы использовались научные основы технологии машиностроения, теория зубчатых зацеплений, аналитическая и дифференциальная геометрия, вычислительная математика.
Основные положения диссертации выносимые на защиту:
Теоретическое обоснование новых способов формообразования зубьев сопряженных колес ОСКГП на серийных станках с ЧПУ.
Математическая модель станочного и рабочего зацеплений полуобкатных ОСКГП с дуговой линией зуба, являющаяся основой для синтеза передачи.
Программное обеспечение проектирования полуобкатных ОСКГП, наладок зубообрабатывающих станков и зуборезных инструментов.
Научная новизна полученных результатов заключается в теоретическом обосновании разработанных способов формообразования зубьев колес полуобкатных ОСКГП, выявлении аналитических зависимостей, связывающих параметры синтезируемой зубчатой передачи с геометрическими и кинематическими параметрами схем обработки, зуборезного инструмента и оборудования.
Практическая ценность результатов работы заключается в создании технологических возможностей для эффективного формообразования сопряженных колес ОСКГП в условиях единичного и серийного производств.
Реализация работы. Методики расчета геометрических параметров зубчатых колес ОСКГП с дуговой линией зуба, геометрических параметров инструментов и параметров наладки станков, соответствующее программное обеспечение приняты в ГУЛ «КБП» для использования при проектировании зубчатых передач новых изделий и разработки технологических процессов их изготовления.
Апробация работы. Основные положения и наиболее важные разделы работы докладывались:
на научно-технической конференции «Современные проблемы и методология проектирования и производства силовых зубчатых передач» (Тула, 2000 г.);
на международной научно-технической конференции «Технологические системы в машиностроении», посвященной памяти выдающихся ученых И.А. Коганова и СИ. Лашнева (Тула, 2002 г.);
на международной научно-технической конференции «Инструментальные системы: прошлое, настоящее, будущее», посвященной 100-летию со дня рождения С.С. Петрухина (Тула, 2003 г.);
на второй международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2004).
Работа удостоена диплома I степени на «Конкурсе инженерного творчества молодых специалистов ГУЛ «КБП» 2007 года» за первое место в номинации «Конструкторские и технологические работы».
Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 7 статьях, из которых 3 статьи опубликованы в изданиях, внесенных в список ВАК. Общий объем публикаций - 1,5 печ. л., авторский вклад - 1 печ. л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 217 страницах машинописного текста, содержит 104 рисунка, 13 таблиц, список литературы из 61 наименования. Приложения изложены на 66 страницах. Общий объем работы составляет 283 страницы.
