Содержание к диссертации
Введение
1. Основные вопросы геометрни зубчатых колес и передач, составленных из колес с несимметричным профилем зубьев 12
1.1 Разновидности геометрических расчетов
1.1.1. Расчет на основе выбора зуборезного инструмента 12
1.1.2 Расчет на основе выбора качественных показателей зацепления 14
1.2 Основные параметры передачи, составленной из колес с несимметричным профилем зубьев 15
1.3 Параметры колес с несимметричным профилем зубьев 18
1.4 Влияние основных геометрических параметров на форму зуба 21
1.4.1. Влияние угла профиля на форму зуба 21
1.4.2 Влияние угла наклона зубьев на форму зуба 22
1.4.3. Влияние коэффициента смещения на форму зуба 22
1.5 Расчет основных геометрических параметров 23
1.5.1. Расчет коэффициентов смещения при заданном межосевом расстоянии 23
1.5.2. Расчет межосевого расстояния при заданных коэффициентах смещения 28
Выводы к главе 1 31
2. Проверка показателей качества зацепления 32
2.1 Проверка на отсутствие подрезания зубьев 32
2.2 Проверка отсутствия заострения зубьев ь..35
2.3 Проверка коэффициента перекрытия 37
2.4 Проверка на отсутствие интерференции 45
Выводы к главе 2 .48
3. Изготовление зубчатых колес с несимметричїшм профилем зубьев ... 49
3.1 Нарезание зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев методом обкатки 49
3.2 Проектирование инструмента для нарезания зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев 52
3.3 Рекомендации по изготовленшо зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев 67
Выводы к главе 3 73
4. Контроль зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев 74
4.1 Рекомендации по выбору шариков и расположению шариков во впадинах зубьев 74
4.2 Установление размера от центра колеса до центра ролика 78
4.3 Определение размера по роликам зубчатого колеса с несимметричным профилем зубьев 83
4.4 Определение предельного наименьшего отклонения размера по роликам и допуска на размер по роликам 85
Выводы к главе 4 91
Заключение 92
Литература 93
Приложения 103
- Основные параметры передачи, составленной из колес с несимметричным профилем зубьев
- Расчет коэффициентов смещения при заданном межосевом расстоянии
- Проектирование инструмента для нарезания зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев
- Определение предельного наименьшего отклонения размера по роликам и допуска на размер по роликам
Введение к работе
Непременной составляющей большинства действующих мапшн являются зубчатые передачи, от которых, во многих случаях, зависят основные эксплуатационные и экономические показатели, а проблема повышения надежности и долговечности зубчатых передач, является одной из важных задач современного производства.
Зубчатые передачи относятся к числу наиболее напряженных, сложных по форме и многообразных по режимам, условиям эксплуатации и ответственности деталей машин, в значительной степени определяющих габариты и массу машин в целом. Стремление машиностроителей уменьшить материалоемкость и габариты зубчатых передач приводит к появлению передач с разными сочетаниями геометрических параметров исходного контура и даже с зацеплениями новых видов.
Особое место среди применяемых зубчатых передач, благодаря таким положительным качествам как постоянство передаточного отношения и передаваемого усилия, малая чувствительность к неточностям изготовления и сборки, сравнительная простота и точность получения профиля зуба в процессе нарезания и убоотделки, занимают эвольвентные цилиндрические передачи.
Среди первых работ, посвященных геометрической теории эвольвентных зубчатых передач, известны работы Кетова Х.Ф. [52] и Колчина Н-И. [53-55], Дикера ЯЛ.[36,37], Решетова Л.Н [76]. Дальнейшее развитие геометрическая теория получила в работах 1949, 1956, 1962 и 1969г. Гавриленко В.А [20,21], Литвина Ф.Л.[64], Гуляева КЛ[32,33]. Вопросами расчета на прочность, совместно с рассмотрением геометрии передачи, посвящены работы Петрусевича А.И [69], Кудрявцева ВЛ. [59,60], Андожского ВД [1,2], Болотовского ИА[4,5], Заблонского К.И [39,40], Часовникова Л.Д.[101], и др. Вопросами точности и контроля зубчатых колес занимались Архангельский ЛА[3], Калашников Н.А [45], Марков АЛ. [42], Марков Н.Н. [84], Тайц Б.А.[84], Тимофеев БЛ.[82,88,89], Нежурин ИЛ. [66,67], Кане МА1 [87]. Вопросами технологии изготовления зубчатых колес занимались Мильштейн М.З. [65], Калашников С.Н [46,47], Калашников А,С. [44,46,47], Тайц Б.А.[72], Антонюк В JB.[87]. ГОСТ 16532- 70 «Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет геометрии»[24], обобщив накопленный заводами, институтами и проектными организациями опыт расчета, проектирования и изготовления зубчатых передач установил единый метод расчета номинальных геометрических параметров зубчатой передачи, а также номинальных геометрических параметров зубчатых колес, приводимых на рабочих чертежах. В вышеназванном ГОСТе принят традиционный подход к расчету геометрии зацепления, расчет по схеме: от зуборезного инструмента к зубчатому колесу. При таком виде расчета качественные показатели передачи улучшаются путем выбора коэффициентов смещения, например, по блокирующему контуру [24,31,68,83] или за счет изменения параметров исходного контура и коэффициентов смещения [56], Иначе выглядит расчет, в наиболее общем случае проектирования передачи в обобщающих параметрах Булгакова Э.Б. [12,14,86]. Расчет осуществляется по схеме: от изделия в виде зубчатого колеса - к инструменту и состоит из двух связанных ме;зду собой этапов: _. _ І-.Расче звольвентного зацепления вне зависимости от исходного производящего контура, при котором геометрические н кинематические показатели зацепления выбирают в целях снижения динамической нагрузки увеличения контактной прочности и - " стойкости поверхностей зубьев против заедания, 2. Расчет зубьев, при котором исходный производящий контур выбирают с учетом станочной интерференции при конструировании переходной кривой, пристраиваемой к зубцу. Последняя должна удовлетворять заданным требованиям изгибной прочности. Геометрическая теория эвольвентных зубчатых передач в обобщающих параметрах нашла свое дальнейшее развитие в работах учеников Э,Б.Вулгакрва - M.C. Задана, JLM Васиной, ПВ.Ривкина, А,Л.Капелевича [15-19, 49, 102-104].
Необходимость в таком расчете возникает тогда, если традиционными методами улучшить качественные показатели передачи не удается. Как правило, при этом для нарезания зубчатых колес потребуется специальный зуборезный инструмент, , а ему соответствующий сложный исходный производящий контур, параметры которого, отличаются от стандартных.
Под сложным исходным контуром, по классификации Решетова Д.Н., Кораблева АЛ, понимается контур, у которого разноименные боковые стороны несимметричны или хотя бы одна из них образована более чем двумя отрезками прямых и кривых линий. Под разноконтурным зубчатым зацеплением понимается передача, у которой зубья парных колес формируют инструментом с различным исходным контуром[57,58,98,99].
В монографии А,И.Кораблева и ДЛ,Решетова [58] отмечено, что применение сложного исходного производящего контура является одним из действенных мероприятий по повышению несущей способности и долговечности зубчатых передач. Этим же вопросам посвящена работа известного немецкого ученого ХЛинке [105].
Определению напряжений изгиба зубьев и расчету геометрии разноконтурных эвольвентных передач, соответствующих сложным исходным контурам посвящена работа Василенка В.Д. [9].
- Качественным показателям зацепления, таким как подрезание эвольвентных зубьев зубчатых колес, посвящена работа Андожского В.Д[1], метода нахождения граничной точки основан_на поиске точки пересечения эвольвенты и переходной кривой [2], который, при расчете на ЭВМ, не составляет труда. Задача решена как для прямозубых, так и косозубых зубчатых колес, со смещением и без смещения исходного производящего контура. Решение не зависит от разнообразия исходных данных и применимо для расчета передач нарезанных нестандартным (сложным) исходным производящим контуром. Дается формула для расчета угла между касательными к эвольвенте и переходной кривой в граничной точке [1],
Решению задачи о подрезании зуба эвольвеятного зубчатого колеса посвящена и работа Давыдова Я.С- [34]. Поиск решения был расчленен на два этапа- Первый - поиск решения для рейки не имеющей скругление и второй -со скруглением кромки. Давыдов Я.С, приводит данные по определению некоторых других качественных характеристик подрезанного зуба - угла, под которым пересекаются эвольвента и переходная кривая зубы, наименьшей хордальной толщины зуба в зоне подреза (шейка), расстояния мезду окружностью проходящей через граничную точку и окружностью впадин. Однако вычисления громоздки и малоприемлимы для практического применения [43].
Аналитическому определению точек подреза и минимальной толщины у подрезанной части зубы прямозубых цилиндрических колес посвящена работа Ицыксона ЕМ. и Желтухиной Э-С. [43]. Аналогично работе [34], решение задачи проводится в два этапа и сводится к системе трансцендентных - уравнений (вместо одного [1]) решаемых с помощью составленных таблиц, облегчающих операцию расчета.
Геометрия подрезанных зубьев прямозубых зубчатых колес рассматривалась в работе Болотовского И.А., Гурьева Б,И.Э Смирнова В,Э. и ШендерейБ.И.[7], - Вопросам проектирования зубчатых-тГередач, их расчетам и испытаниям посвящены работы ВЛКудрявцева, КС- Кузьмина, BJL Ражикова, . _Д.Л. Филиппенкова, ЮЛ Державца, Е.Г. Глухарева [61,62,70,75]
Расчет геометрии должен предусматривать проверку качества зацепления по условию отсутствия интерференции зубьев, В работе [24] под интерференцией зубьев понимается явление, состоящее в том, что при рассмотрении теоретической картины зубчатого зацепления часть пространства оказывается одновременно занятой двумя взаимодействующими зубьями, А проверка отсутствия интерференции зубьев заключается в следующем, ВЫЧИСЛИВ по приближенной формуле радиус кривизны в граничной точке профиля зуба и рр - по табл. 4, п.З [24], считают, что при pi рр интерференция зубьев отсутствует. Л.Д. Часовников замечает [101], что вышеназванное определение годится собственно лишь, в процессе нарезания зубчатых колес, когда зуборезный инструмент неправильно формирует профиль зуба, срезая его полноценные участки. При сборке готовых зубчатых колес взаимное внедрение профилей невозможно. Интерференция здесь скажется в том, что она не позволяет собрать зубчатую пару в заданном межосевом расстоянии вследствие заклинивания зубьев или приведет к кромочному контакіу (при большом боковом зазоре)[101], в результате которого, передаточное отношение будет парушено[70].
Касаясь количественного критерия проверки отсутствия интерференции зубьев заметим, что условие pi рр не является всеобъемлющим. В исследованиях [12,71,83] приводятся примеры конкретных передач, у которых pi рр , не отрицают возможность существования таких передач и авторы работ[2,41,71]. В этом случае нужна дополнительная строгая проверка отсутствия интерференции зубьев.
В работах [7,24,83] приведены основные зависимости, связанные с контролем зубчатых колес. Основные сведения о нормах точности зубчатых передач, основных ее показателях, о методах и средствах контроля приводятся в работах Тайца Б,А., Маркова Н.Н.[84 ];Маркова А.Л [42],
Из зарубежных источников необходимо упомянуть работу Вацлава Ружйчки 1960 г. [81], в которой галожены основы геометрического расчета всех видов зубчатых колес, методы их контроля, а также практические данные о работе на приборах для измерения цилиндрических, конических и червячных колес.
В работах Нежурина ИЛ [66-67], Халебского Н.Т.[100], Данилюка П.М. [35] приводятся основные зависимости, связанные с определением размера по шарикам (роликам) прямозубых и косозубых зубчатых колес, В работе Данилюка П.М,[35] приводятся примеры измерения размера по роликам при помощи не только двух, но и большим количеством шариков.
Из работ по технологии изготовления зубчатых колес необходимо выделить работу [46], в которой обобщен опыт производства зубчатых колес, описаны методы получения заготовок и даны сведения о термообработке. Приведены рекомендации по построению технологического процесса обработки зубчатых колес. Рассмотрены методы изготовления и контроля зубчатых колес. В работе [74] рассматриваются вопросы изготовления передач применительно к индивидуальному производству, вопросы технологии, а также зубообработки и наладки зуборезных станков, также в этой работе даются рекомендации по решению вопросов возникающих при ремонте зубчатых передач оборудования иностранных фирм. В 1990 году вышел справочник «Производство зубчатых колес» [72], в котором собран и обобщен опыт производства и контроля всех видов зубчатых и червячных передач. Приведены данные по технологии механической и t термической обработки цилиндрических, конических и червячных колес различных видов, а также щлшщэическихии_глобоидных червяков. Свое дальнейшее развитие эта тема получила в работах [44,47], в которой помимо изготовления, контроля и транспортирования зубчатых колес, приведены рекомендации по отделке базовых поверхностей и построению технологического процесса обработки зубчатых колес. Описаны новые зубообрабатывающие станки с ЧПУ и их технологические возможности, прогрессивные конструкции режущего инструмента и зажимных приспособлений. Даны рекомендации по выбору • режимов резания при обработке зубчатых колес. к
В настоящее время все большее распространение получают зубчатые передачи, составленные из колес с несимметричным профилем зубьев. Эта тенденция особенно явно прослеживается в авиационной промышленности, В работах [13] и [17] показан опыт применения подобных передач в планетарном редукторе воздушного винта авиационного турбовинтового двигателя ТВ7-117 самолета Ш-114, Теория эвольвентных зубчатых передач в обобщающих параметрах методом свободного синтеза была применена Э.БЗулгаковым к зубчатым передачам составленным из колес с несимметричным профилем зубьев [11,12,86] и этот метод получил дальнейшее развитие в работах его учеников[16Д8Д9,49т50,77,102-104]. Э.БЗулгаков предложил синтез несимметричного зуба из двух половин различных симметричных зубьев, совмещенных по общей оси симметрии. Каждая из половин, составляющих несимметричный зуб, имеет свою основную окружность и окружность заострения. При этом профиль более нагруженной стороны зуба может быть доведен до заострения, а необходимая толщина зубца при вершине обеспечивается за счет профиля менее нагруженной стороны зуба. Качественные показатели таких несимметричных эвольвентных зубчатых передач могут быть доведены до уровня, соответствующего симметричным зубчатым передачам с заостренными зубьями.
Некоторые вопросы геометрии прямозубых зубчатых колес с несимметричными профилями зубьев были затронуты в работах [6,83]. В этих работах был использован иной подход, при помощи стандартизованного метода - от инструмента - к изделию.
Зубчатые колеса с несимметричным профилем используются тогда, когда нагрузка в прямом и обратном направлении вращения различна, либо рабочая нагрузка на одном профиле значительно выше, чем на другом, либо нагрузка одинакова, но один из профилей используется в течение существенно более длительного периода времени. И в том и в другом случае несимметричный зуб может обеспечить одинаковый ,срок службы по обеим сторонам. Главная выгода применения несимметричных зубьев состоит в повышении контактной прочности по мере увеличения угла профиля.
Вопросы контроля исполнительных размеров цилиндрических зубчатых колес с несимметричным профилем с использованием обобщающих параметрах рассматривались в работах Капелевича А.Л.[48,49], с использованием стандартных формул расчета в работах [79,80]. В работе [83] приводятся зависимости для измерения зубомером хорды на произвольно выбранной окружности и параметры для определения размера по роликам. В работе [80] приведена методика расчета параметров зубчатых колес внешнего зацепления с несимметричным профилем, необходимых для настройки накладного зубомера. А в работах [79,83] рассматривается вопрос контроля взаимного положения разноименных профилей зубьев роликами (шариками), в [79] выводятся формулы для расчета размера по роликам косозубых зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев, в [9] выводится трансцендентное уравнение для выбора диаметра измерительного ролика (шарика), выбору ролика (шарика) также посвящена работа Рогачевского Н.И«[78].
Технология изготовления зубчатых колес с несимметричными профилями рассмотрена в работе [51]. В этой работе предложено в условиях опытного производства для окончательной обработки профиля переходной кривой и предварительной обработки эвольвентыого профиля несимметричных зубчатых колес с подаутренным основанием зубьев использовать дисковые фрезы определенной установки.
Постановка задачи
Все вышесказанное указывает на необходимость разработки геометрии эвольвентных косозубых цилиндрических зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев и передач внешнего зацепления, составленных из таких .колес при стандартных соотношениях элементов исходного контура, а также решение вопросов связанных с изготовлением таких колес и методами их контроля. В соответствии с этим, основной целью диссертационной работы является разработка алгоритма расчета геометрии при стандартных высотных соотношениях элементов исходного контура, решение вопросов связанных с контролем и технологией изготовления зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев.
В соответствии с целью в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:
К Представлен алгоритм расчета геометрии зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев; при заданных коэффициентах смещения; при заданном межосевом расстоянии- Показано влияние основных параметров несимметричного исходного реечного контура на профиль зуба,
2. Определены основные качественные показатели зацепления из условия:
- отсутствия заострения;
- отсутствия подрезания;
- отсутствия интерференции;
- получения возможно более высокого коэффициента перекрытия,
3. Решены вопросы проектирования инструмента для нарезания зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев. Определены параметры исходного контура инструмента реечного типа. Рассмотрены" вопросы, связанные-с-особенностью изготовления зубчатых колес верхнего силового привода,
4. Решены вопросы, связанные с технологическим контролем зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев. Построены таблицы для определения наименьшего отклонения размера по роликам и таблицы полей допусков на размер по ролшейм.
Основные параметры передачи, составленной из колес с несимметричным профилем зубьев
Геометрию зубчатого колеса, в конечном счете, определяет геометрия чистового зуборезного инструмента, а в тех случаях, когда чистовым инструментом поверхность впадин и переходная поверхность не обрабатывается, - также и геометрия чернового инструмента. Расчет ориентированный на применение конкретного стандартного инструмента. При таком расчете конструктор (учитывая технологические возможности) может выбрать любой стандартный инструмент - фрезу, долбяк, шевер, шлифовальный круг и.т.д., его параметры - число зубьев долбяка, диаметр резцовой головки в станочном зацеплении, - коэффициенты смещения, расположение кромок зубострогальных резцов или шлифовальных кругов, угол установки кругов и т.д.
При этом конструктор может использовать при синтезе передачи и оптимизации показателей ее качества все свойства каждого конкретного инструмента. Он имеет также все размеры и параметры, необходимые как для обычных, так и для уточненных проверок геометрии и прочности.
Расчет, ориентированный на применение обезличенного стандартного инструмента, без конкретизации его типа и параметров (например, безотносительно к тому, будут ли колесо нарезать фрезой или долбяком, каково число зубьев долбяка и т.д.). Такой расчет несколько расширяет технологические возможности производства, но в то же время сужает возможности синтеза и оптимизации передачи и не дает полного представления о геометрии колес: неизвестными остаются диаметр окружности впадай, которые для уточненных геометрических и прочностных расчетов необходимы.
Расчет, ориентированный на применение специального инструмента. При этом возможности синтеза расширяются, и конструктор может назначить геометрические размеры колес, исходя из специальных требований. Однако при этом для каждой зубчатой пары, а иногда и для каждого отдельного колеса требуется изготовить специальный инструмент.
Он наилучшим образом обеспечивает взаимозаменяемость, технологичность и экономичность зубчатых передач.
Расчет на специальный инструмент допустим в исключительных случаях, его можно применять только при наличии убедительных доказательств того, что специальная геометрия колес действительно необходима и получить ее стандартным инструментом невозможно. Область применения таких расчетов -проектирование тяжелонагруженных и особо ответственных передач, для которых стоимость индивидуально изготовленного инструмента не играет существенной роли, а также проектирование передач массового производства Поверхность вершин в большинстве случаев при нарезании зубьев не обрабатывается и ее параметры (диаметр вершин, угол конуса вершин) можно в известных пределах назначать вне связи со способом нарезания зубьев-Метод назначения параметров поверхности вершин в дальнейшем изложений назван «системой расчета».
Наиболее распространена система расчета» при которой параметры поверхности вершин назначают так, чтобы радиальный зазор в зацеплении независимо от прочих параметров колес и передачи был равен с ш. ГОСТ 16532-70 рекомендует эту систему расчета в качестве основной и в то же время допускает отступления от нее в обоснованных случаях.
Выбором инструмента и системы расчета можно оказать заметное влияние на область существования передачи и на ее качество, расширить возможности геометрического и кинематического синтеза передач.
При исследовании зубчатых передач, составленных из колес с несимметричным профилем зубьев [11,13,16,18,86] Э.Б. "Булгаков применил разработанный-им метод геометрического расчета в обобщающих параметрах, при таком расчете производящий контур появляется на завершающем этапе проектирования, после того как определились свойства зацепления. Применение этого метода рекомендуется, когда исчерпаны возможности улучшения их качественных показателей традиционными методами проектирования. Эта теория предназначена для крупносерийного или массового производства, где затраты на изготовление специального инструмента, составляющие малую часть всех расходов на производство, окупаются. По результатам расчетов Э.Б. Булгакова и его учеников были изготовлены передачи для планетарного редуктора воздушного винта авиационного турбовинтового двигателя ТВ7-117 самолета Ил-114. Профили колес этого редуктора представлены на рисЛЛл). Из рисунка 1Л.а) видно, что нагрузка на обратном ходе отсутствует, т.е. передача не реверсивная, колеса прямозубые, передача низконапряженная.
Болотовским и коллективом ученых при помощи метода, ориентированного на стандартный зуборезный инструмент и систему расчета, при которой параметры поверхности вершин назначают так, чтобы радиальный зазор в зацеплении независимо от прочих параметров колес и передачи был равен с т, был спроектирован исходный контур инструмента реечного типа (рисЛЛ.б) и произведено усовершенствование конструкции масляного насоса автомобиля «Москвич» (РисЛЛ.в)) (на рисунке представлена прежняя и новая конструкция насоса)[6]. Из рисунка 1 Л.в) видно, что колеса насоса прямозубые, низконапряженные, имеют малый угол профиля в прямом направлении вращения.
Расчет коэффициентов смещения при заданном межосевом расстоянии
Возможными способами реализации движения обкатки при нарезании зубьев инструментом реечного типа являются: нарезание зубьев гребенкой и червячной фрезой. Гребенка является наиболее простым и поэтому наиболее точным инструментом реечного типа. Однако число зубьев гребенки ограничено, так как длинные гребенки трудно изготовлять [7]. Поскольку число зубьев нарезаемого колеса в большинстве случаев больше числа зубьев гребенки, процесс обкатки не может быть непрерывным. После того как заготовка перекатиться по всей длине гребенки, процесс обкатки прерывают, возвращают заготовку в исходное положение и продолжают обкатку. Такое периодическое прерывание снижает точность и производительность зубонарезания и усложняет станок. Вопросы изготовления зубчатых колес гребенкой определенной установки отражены в работе Егорова И.М.[38].
Для того чтобы сделать процесс обкатки непрерывным, применяют червячные фрезы. Процесс нарезания зубьев червячной фрезой является самым распространенным и наиболее трудоемким в производстве зубчатых колес. На зубофрезерных станках червонными фрезами нарезают зубчатые колеса внешнего зацепления с прямыми и косыми зубьями. Метод нарезания зубьев червячной фрезой экономичен W], Червячной фрезой одного нормального модуля и одного угла профиля можно нарезать прямозубые и косозубые колеса с различным числом зубьев и углом наклона линии зуба, Размер обрабатываемого колеса лимитируется параметрами зуборезного станка. Этот метод применяется для чистового и чернового нарезания зубьев под шевингование и шлифование в массовом и единичном производстве. Качество зубчатого колеса при зубофрезерованиии червячной фрезой определяется точностью и жесткостью технологической системы зубофрезерного станка. При нормальном ведении процесса на станках для нарезания зубчатых колес, например мод- 5К32А, можно достичь 7-8-й степени точности.
При фрезеровании зубчатого колеса методом обката профиль зубьев образуется червячной фрезой с исходным контуром производящей рейки. Червячная фреза является эвольвентным червяком, нитки винта разделены продольным стружечными канавками на отдельные зубья с прямолинейным профилем, у которых в результате затылования образуются задние и боковые углы, необходимые для обработки резанием. Эвольвентный профиль зубьев зубчатого колеса с несимметричным профилем образуется прямолинейными режущими кромками фрезы в результате процесса огибания. На рис. ЗЛ показано, как следующие один за другим зубья червячной фрезы входят в контакт с зубом обрабатываемого колеса и формируют эвольвентные профили. Кинематически процесс нарезания зубьев колеса червячной фрезой следует рассматривать как зацепление червяка и червячного колеса- При способе обкатки можно вносить желаемые изменения в геометрию зубчатого колеса, используя инструмент - со стандартными высотными соотношениями и устанавливая его в определенное положение относительно заготовки.
Для изготовления высокоточных зубчатых колес редукторов силовых приводов буровых установок с прямыми и косыми зубьями применяют цельные червячные фрезы со шлифованным профилем. Такие колеса изготавливают 7-й степени точности с m-1-ґґЛО мм, для их изготовления используются фрезы самой высокой точности класса АА. При фрезеровании рекомендуется использовать однозаходные- Червячные фрезы для чистовой обработки[44]. Также рекомендуется применять фрезы с большим числом стружечных канавок. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании инструмента, так как качество последующей химико - термической обработки напрямую зависит от величины огранки и ряби поверхности зубьев.
Форма профиля зубьев фрез зависит от формы профиля зубьев нарезаемого колеса, которая при проектировании должна задаваться профилем исходного контура зубчатой рейки [7].
Теоретическим исходным производящим реечным контуром (в краткой форме - исходной производящей рейкой или исходным производящим контуром) называют контур зубьев рейки, заполняющей впадины теоретического исходного контура, как отливка заполняет форму или как контршаблон заполняет впадины шаблона [7]- При этом между линией впадин исходного производящего контура и линией вершин исходного контура сохраняется радиальный зазор с ш для того, чтобы поверхность впадин инструмента не участвовала в процессе резания. В пределах этого зазора сохраняется также и переход по дуге окружности от профиля зуба к линии впадины.
Производящий контур лежит в основе зуборезного инструмента, однако им не учитываются особенности инструмента, связанные с процессом резания: передние, задние углы и другие присущие инструменту особенности. Производящий контур в торцовой плоскости является общим как для прямозубых, так и Дгш косозубых колес, Практически использование исходного контура соответствующего ГОСТ 13755-81[22],.рекбмендуется только для колес вевысокойлтпряженносга с модулем не более 1,75 -2,0 мм [73]- % В данной работе за основу для проектирования несимметричного исходного контура взят исходный контур по ГОСТ Р50531-93[30], в котором переходные кривые являются частью одной и той же окружности. В отличие от работы [6,83], в данной работе параметры исходного контура: ft а и с по обеим сторонам зуба рейки приняты одинаковыми, Отсюда исходный контур будет выглядеть следующим образом (рис- 3.2),
По данным Э.Б. Булгакова [11], при использовании несимметричного исходного контура с двумя различными радиусами выкружек - с большим со стороны приложения нагрузки и меньшим с противоположной стороны -можно повысить изгибную прочность зубьев на 11-13 % по сравнению с симметричным исходным контуром при полностью скругленной впадине.
Проектирование инструмента для нарезания зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев
Контроль взаимного положения разноименных профилен зубьев зубчатых колес производят чаще всего путем измерения длины общей нормали или размера по роликам (шарикам), так как они не связаны с какой-либо вспомогательной базой для установки мерительного инструмента. Колеса с несимметричным профилем зубьев не имеют общей нормали в обычном понимании этого термина.
Анализ метода контроля при помощи роликов (шариков) приводит к выводу, что он имеет неограниченные возможности и является самым точньш[79]. Также этот метод является с экономической точки зрения весьма дешевым. Метод весьма прост и осуществляется применением надежных и точных средств. Способ измерения с помощью двух роликов (шариков) позволяет контролировать зубчатые колеса с любыми значениями модуля, числами зубьев, углами профиля, углами наклона линии зуба и с любой шириной зубчатого венца,
В настоящее время размер по роликам используется при контроле прямозубых и косозубых мелкомодульных зубчатых колес (т 1)- ГОСТ 9178 предусматривает использование проволочек и роликов [28], которые согласно В.А.Куцоконю [63], и В.Ружечке [81] должны каеатьея сторон зубьев в районе делительной окружности- Все эти рекомендации связаны с тем, что многие нормы ГОСТ 1643-81 [23] относятся к длине и положению постоянной хорды и измеряются на делительном цилиндре (делительной окружности). Для колёс с несимметричными зубьями невозможно осуществить касание поверхностей разньтх сторон зубьев одной впадины и шарика (ролика) на делительном цилиндре, однако, условие касание шарика (ролика) на эвольвентном участке профиля является обязательным, поэтому для определения размера по шарикам диаметр шарика рекомендуется определять по формуле D=l,8m и далее округлять до ближайшего значения диаметра шарика по ГОСТ 3722-81 [27]» т.е. шарики предполагается брать . те, которые используются в шарикоподшипниках и как отдельные детали, а ролики, которые используются для измерения среднего диаметра наружной резьбы и ширины впадин ншщевых валов и втулок с эвольвентсшм профилем ГОСТ 2475-88 [26}. При проверке косозубых колес вместо роликов применяются шарики, они должны касаться боковых сторон зубьев строго на делительной окружности, особенно в колесах с большим углом подъема винтовой линии. Поэтому далее мы будем говорить только о шариках, как о более универсальном средстве для определения размера по роликам (шарикам) зубчатых колес как прямозубых, так и косозубых. ГОСТ 3722-81 предусматривает шарики, применяемые в виде отдельных деталей. Устанавливается 10 степеней точности шариков, обозначаемых в порядке снижения точности цифрами: 3; 5; 10; 16; 20; 28; 40; 60; 100; 200. Однако ГОСТ 3722-81 допускает изготовление шариков, применяемых в виде отдельных деталей, с предельными отклонениями, отличающимися от указанных в таблице 2 этого ГОСТ, Поэтому в зависимости от вида сопряжения и вида допуска зубчатого колеса необходимо подобрать комплект шариков, в соответствии со степенью точности указанной в ГОСТ 3722-81, т,е, точность используемых шариков должна соответствовать виду сопряжения и виду допуска на боковой зазор. Шарик будет находиться на эвольвеитном участке профиля, если будет выполняться следующее условие [7]: где ai - угол профиля в граничной точке, Оа -угол профиля на окружности вершин. где hj - коэффициент граничной высоты; ha - коэффициент высоты головки зуба. Следует заметить, что достаточно определить угол профиля ам для аі (а" а ). Это связано с тем, что эвольвентный участок для стороны зуба с углом профиля сц а2 начинается в точке лежащей на основной окружности большего диаметра, чем для стороны зуба с углом профиля ( (например, для ОрЗО0, db df , где db - диаметр основной окружности, a df - диаметр окружности впадин).
Определение предельного наименьшего отклонения размера по роликам и допуска на размер по роликам
Необходимость в таком расчете возникает тогда, если традиционными методами улучшить качественные показатели передачи не удается. Как правило, при этом для нарезания зубчатых колес потребуется специальный зуборезный инструмент, , а ему соответствующий сложный исходный производящий контур, параметры которого, отличаются от стандартных.
Под сложным исходным контуром, по классификации Решетова Д.Н., Кораблева АЛ, понимается контур, у которого разноименные боковые стороны несимметричны или хотя бы одна из них образована более чем двумя отрезками прямых и кривых линий. Под разноконтурным зубчатым зацеплением понимается передача, у которой зубья парных колес формируют инструментом с различным исходным контуром[57,58,98,99].
В монографии А,И.Кораблева и ДЛ,Решетова [58] отмечено, что применение сложного исходного производящего контура является одним из действенных мероприятий по повышению несущей способности и долговечности зубчатых передач. Этим же вопросам посвящена работа известного немецкого ученого ХЛинке [105].
Определению напряжений изгиба зубьев и расчету геометрии разноконтурных эвольвентных передач, соответствующих сложным исходным контурам посвящена работа Василенка В.Д. [9].
Качественным показателям зацепления, таким как подрезание эвольвентных зубьев зубчатых колес, посвящена работа Андожского В.Д[1], метода нахождения граничной точки основан_на поиске точки пересечения эвольвенты и переходной кривой [2], который, при расчете на ЭВМ, не составляет труда. Задача решена как для прямозубых, так и косозубых зубчатых колес, со смещением и без смещения исходного производящего контура. Решение не зависит от разнообразия исходных данных и применимо для расчета передач нарезанных нестандартным (сложным) исходным производящим контуром. Дается формула для расчета угла между касательными к эвольвенте и переходной кривой в граничной точке [1],
Решению задачи о подрезании зуба эвольвеятного зубчатого колеса посвящена и работа Давыдова Я.С- [34]. Поиск решения был расчленен на два этапа- Первый - поиск решения для рейки не имеющей скругление и второй -со скруглением кромки. Давыдов Я.С, приводит данные по определению некоторых других качественных характеристик подрезанного зуба - угла, под которым пересекаются эвольвента и переходная кривая зубы, наименьшей хордальной толщины зуба в зоне подреза (шейка), расстояния мезду окружностью проходящей через граничную точку и окружностью впадин. Однако вычисления громоздки и малоприемлимы для практического применения [43].
Аналитическому определению точек подреза и минимальной толщины у подрезанной части зубы прямозубых цилиндрических колес посвящена работа Ицыксона ЕМ. и Желтухиной Э-С. [43]. Аналогично работе [34], решение задачи проводится в два этапа и сводится к системе трансцендентных - уравнений (вместо одного [1]) решаемых с помощью составленных таблиц, облегчающих операцию расчета.
Геометрия подрезанных зубьев прямозубых зубчатых колес рассматривалась в работе Болотовского И.А., Гурьева Б,И.Э Смирнова В,Э. и ШендерейБ.И.[7], - Вопросам проектирования зубчатых-тГередач, их расчетам и испытаниям посвящены работы ВЛКудрявцева, КС- Кузьмина, BJL Ражикова, . _Д.Л. Филиппенкова, ЮЛ Державца, Е.Г. Глухарева [61,62,70,75] Расчет геометрии должен предусматривать проверку качества зацепления по условию отсутствия интерференции зубьев, В работе [24] под интерференцией зубьев понимается явление, состоящее в том, что при рассмотрении теоретической картины зубчатого зацепления часть пространства оказывается одновременно занятой двумя взаимодействующими зубьями, А проверка отсутствия интерференции зубьев заключается в следующем, ВЫЧИСЛИВ по приближенной формуле радиус кривизны в граничной точке профиля зуба и рр - по табл. 4, п.З [24], считают, что при pi рр интерференция зубьев отсутствует. Л.Д. Часовников замечает [101], что вышеназванное определение годится собственно лишь, в процессе нарезания зубчатых колес, когда зуборезный инструмент неправильно формирует профиль зуба, срезая его полноценные участки. При сборке готовых зубчатых колес взаимное внедрение профилей невозможно. Интерференция здесь скажется в том, что она не позволяет собрать зубчатую пару в заданном межосевом расстоянии вследствие заклинивания зубьев или приведет к кромочному контакіу (при большом боковом зазоре)[101], в результате которого, передаточное отношение будет парушено[70]. Касаясь количественного критерия проверки отсутствия интерференции зубьев заметим, что условие pi рр не является всеобъемлющим. В исследованиях [12,71,83] приводятся примеры конкретных передач, у которых pi рр , не отрицают возможность существования таких передач и авторы работ[2,41,71]. В этом случае нужна дополнительная строгая проверка отсутствия интерференции зубьев. В работах [7,24,83] приведены основные зависимости, связанные с контролем зубчатых колес. Основные сведения о нормах точности зубчатых передач, основных ее показателях, о методах и средствах контроля приводятся в работах Тайца Б,А., Маркова Н.Н.[84 ];Маркова А.Л [42], Из зарубежных источников необходимо упомянуть работу Вацлава Ружйчки 1960 г. [81], в которой галожены основы геометрического расчета всех видов зубчатых колес, методы их контроля, а также практические данные о работе на приборах для измерения цилиндрических, конических и червячных колес.
Похожие диссертации на Разработка геометрии и технологии изготовления зубчатых колес с несимметричным профилем зубьев
