Формообразование зубьев колес полуобкатных ортогональных смешанных конических и гиперболоидных передач с дуговой линией зуба тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Андрианов, Павел Алексеевич

• Андрианов, Павел Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Андрианов, Павел Алексеевич

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, СОКРАЩЕНИЯ.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ СТАНОЧНОГО И РАБОЧЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОРТОГОНАЛЬНЫЕ СМЕШАННЫЕ КОНИЧЕСКИЕ

И ГИПЕРБОЛОИДНЫЕ ПЕРЕДАЧИ: ОБЗОР МЕТОДОВ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЕС И ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ.

1.1 Ортогональные смешанные конические и гиперболоидные передачи (ОСКГП).

1.2 Развитие технологий изготовления ОСКГП и их применение.

1.3 Нарезание зубьев плоских колес долбяком.

1.4 Нарезание зубьев плоских колес торообразной червячной фрезой

1.5 Шлифование зубьев плоских колес кругом эвольвентного профиля.

1.6 Шлифование зубьев плоских колес коническим кругом.

1.7 Шлифование зубьев плоских колес червячным кругом.

1.8 Хонингование зубьев плоских колес.

1.9 Нарезание зубьев плоских колес приближенными методами.

1.10 Обобщение отечественного и зарубежного опыта. Требования к технологии изготовления ОСКГП, перспективной в условиях отечественной промышленности.

Выводы.

2 НАРЕЗАНИЕ ЗУБЬЕВ КОЛЕС ОСКГП ТОРЦОВЫМИ ЗУБОРЕЗНЫМИ ГОЛОВКАМИ.

2.1 Нарезание зубьев плоских колес.

2.2 Нарезание зубьев шестерен.

2.3 Технологические и конструктивные особенности

ОСКГП с дуговой линией зуба.

2.4 Последовательность расчетов при определении параметров зубчатых колес, рабочего и станочных зацеплений.

2.5 Зуборезный инструмент, производящая поверхность и системы координат при обработке зубьев колес передачи.

Выводы.

3 ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЗУБЬЕВ ПЛОСКИХ КОЛЕС

БЕЗ НАКЛОНА ОСИ ЗУБОРЕЗНОЙ ГОЛОВКИ.

3.1 Определение параметров инструмента и наладки станка.

3.2 Критерии приемлемости варианта конструкции плоского колеса, инструмента и наладки станка для его нарезания.

3.3 Проверка на срезание вершин зубьев.

3.4 Определение граничного значения радиуса конической неформообразующей поверхности главного движения, обусловленного необходимостью обеспечения припуска на боковых поверхностях зубьев.

3.5 Определение граничного значения радиуса конической неформообразующей поверхности главного движения, обусловленного необходимостью полного прорезания впадины.

3.6 Автоматизация расчетов и графическое моделирование.

Выводы.

4 ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЗУБЬЕВ ПЛОСКИХ КОЛЕС

С НАКЛОНОМ ОСИ ЗУБОРЕЗНОЙ ГОЛОВКИ.

4.1 Определение параметров инструмента и наладки станка.

4.2 Определение координаты у2 центра инструмента.

4.3 Определение координаты х2 центра инструмента.

4.4 Определение угла наклона оси инструмента.

4.5 Критерии приемлемости варианта конструкции плоского колеса, инструмента и наладки для его нарезания.

4.6 Проверка на срезание вершин зубьев.

4.7 Определение граничного значения радиуса конической неформообразующей поверхности главного движения, обусловленного необходимостью обеспечения припуска на боковых поверхностях зубьев.

4.8 Определение граничного значения радиуса конической неформообразующей поверхности главного движения, обусловленного необходимостью полного прорезания впадины.

4.9 Формирование органических погрешностей формы дна впадины

4.10 Определение максимальной глубины органических погрешностей формы дна впадины.

4.11 Определение максимальной высоты органических погрешностей формы дна впадины плоского колеса с корсетными зубьями.

4.12 Автоматизация расчетов и графическое моделирование.

Выводы.

5 ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРЕН.

5.1 Системы координат шестерни и определение положения производящей поверхности.

5.2 Уравнение боковой поверхности зуба шестерни.

5.3 Поверхность зацепления и контактные линии в системе координат плоского колеса.

5.4 Особенности производящего плоского колеса с корсетными или бочкообразными зубьями.

5.5 Продольная локализация пятна контакта.

5.6 Определение радиуса основания производящей поверхности, формирующей модифицированный зуб шестерни.

5.7 Определение положения активной действующей линии боковой поверхности зуба плоского колеса.

5.8 Определение положения производящей поверхности, формирующей модифицированный зуб шестерни.

5.9 Боковой зазор в рабочем зацеплении.

5.10 Радиальные зазоры в рабочем зацеплении.

5.11 Определение положения центра системы координат производящей поверхности для обработки шестерни и образующего радиуса инструмента.

5.12 Предварительное определение диапазонов параметрических координат для боковой поверхности зуба шестерни.

5.13 Проверка на подрезание зубьев шестерни.

5.14 Определение оптимальной ширины венца шестерни.

5.15 Определение граничного значения радиуса конической неформообразующей поверхности главного движения, обусловленного необходимостью обеспечения припуска на боковых поверхностях зубьев.

5.16 Проверка на срезание вершин зубьев.

5.17 Определение граничного значения радиуса конической неформообразующей поверхности главного движения, обусловленного необходимостью полного прорезания впадины.

5.18 Проверка варианта наладки на отсутствие вторичного резания шестерни.

5.19 Определение максимальной глубины впадины.

5.20 Влияние осевых погрешностей установки шестерни на приведенные зазоры в передаче.

5.21 Автоматизация расчетов и графическое моделирование.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формообразование зубьев колес полуобкатных ортогональных смешанных конических и гиперболоидных передач с дуговой линией зуба»

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:

1 Проанализировать отечественные и зарубежные разработки в области проектирования и производства ОСКГП и выявить наиболее прогрессивные из них.

2 Обосновать перспективность предлагаемых способов формообразования зубьев колес полуобкатных ОСКГП с дуговой линией зуба.

3 Установить взаимосвязь геометрических параметров зубчатых колес ОСКГП с дуговой линией зуба с параметрами зуборезного инструмента и наладок зуборезных станков.

4 Разработать методики автоматизированного расчета параметров зубчатых колес с параметрами инструмента и наладок станков для зубообработки.

5 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:

1 Теоретическое обоснование новых способов формообразования зубьев сопряженных колес ОСКГП на серийных станках с ЧПУ.

2 Математическая модель станочного и рабочего зацеплений полуобкатных ОСКГП с дуговой линией зуба, являющаяся основой для синтеза передачи.

3 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 ГУП «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 С.И. 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 заняла призовые места:

- на «Конкурсе инженерного творчества молодых специалистов ГУЛ «КБП» 2007 года» — первое место в номинации «Конструкторские и технологические работы»;

- на Тульском городском конкурсе профессионального мастерства 2007 года -второе место в номинации «Технические разработки».

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.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Андрианов, Павел Алексеевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научно-техническая задача - теоретически обоснованы новые конструкторские и технологические решения, позволяющие эффективно изготавливать сопряженные колеса ортогональных смешанных конических и гиперболоидных передач (ОСКГП) в условиях единичного и серийного производств.

1 Анализ отечественных и современных зарубежных разработок в области проектирования и производства ОСКГП показал перспективность технологии формообразования зубьев плоского колеса и шестерни торцовыми зуборезными головками на серийных фрезерных станках с ЧПУ.

2 Аналитически обоснованы новые способы формообразования зубьев колес полуобкатных ОСКГП.

3 Полученные аналитические зависимости, связывающие геометрические параметры зубчатых колес с параметрами зуборезного инструмента и наладок станков, позволяют синтезировать полуобкатные ОСКГП с дуговой линией зуба и осуществлять технологическую подготовку их производства.

4 На основе полученных зависимостей созданы методики для определения параметров зубчатых колес, инструментов и наладок станков для зубообра-ботки.

5 Установлена допустимость срезания части боковой поверхности зуба шестерни неформообразующей режущей кромкой, если оно не затрагивает активной поверхности. В некоторых случаях это позволяет изготавливать шестерни с большей шириной венца, повышая тем самым несущую способность передачи.

6 Созданное программное обеспечение позволяет автоматизировать расчет конструктивных параметров зубчатых колес и передач, параметров технологических процессов зубообработки и подготавливать данные для трехмерного графического моделирования.

7 Выполненное трехмерное графическое моделирование зубчатых колес и передач подтвердило достоверность полученных зависимостей, разработанных расчетных методик, программного обеспечения.

8 Методики расчета геометрических параметров зубчатых колес полуобкатных ОСКГП с дуговой линией зуба, геометрических параметров инструментов и параметров наладки станков, соответствующее программное обеспечение приняты в ГУП «КБП» для использования при проектировании зубчатых передач новых изделий и разработки технологических процессов их изготовления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Андрианов, Павел Алексеевич, 2008 год

1. ГОСТ 16530-83. Передачи зубчатые. Термины, определения и обозначения // ГОСТ 16530-83 и др. Передачи зубчатые. М.: Изд-во стандартов, 1983.-С. 3-70.

2. ГОСТ 19325-73. Передачи зубчатые конические. Термины, определения и обозначения. М.: Изд-во стандартов, 1992. - 87 с.

3. Гжиров Р.И. Автоматизированное программирование обработки на станках с ЧПУ / Гжиров Р.И., Оболенский Я.З., Серебреницкий П.П. JL: Лениздат, 1986.-176 с.

4. Die Cylkro-Verzahnung Электронный ресурс. http://www.assag.ch/jmuffin/upload/crowngearanwendungenfTinktion.pps.

5. Kissling U. Kronenräder: Geometrie und Festigkeit Электронный ресурс. / U. Kissling, S. Beermann, Th. Hirn. http://www.kisssoft.ch/doku/Kronenrad.pdf.

6. Бриткин. A.C. Первые тульские строители сложных вододействующих машин / A.C. Бриткин. М.: Машгиз, 1950. - 119 с.

7. Перля 3. О станках и калибрах / 3. Перля. М.: Трудрезервиздат, 1952. -130 с.

8. Энциклопедический словарь. В 86 т. Т. 19. / К.К. Арсеньев и др. — С.-Пб.: Типо-Литография И.А. Ефрона, 1896. Стр. 58-59.

9. Kronrad Электронный ресурс. http://www.arikah.net/enzyklopadie/images/6/69/Kronrad2.jpg.

10. Давыдов Я.С. Неэвольвентное зацепление (Пространственное зацепление неэвольвентных зубчатых колес, нарезанных эвольвентным режущим инструментом) / Я.С. Давыдов. М.: Машгиз, 1950. — 198 с.

11. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений / Ф.Л. Литвин. 2-е изд., перераб. и дополн. - М.: Наука, 1968. - 584 с.

12. Ефименко А.Б. Гиперболоидная неэвольвентная передача внутреннего зацепления: дис. . канд. техн. наук/ А.Б. Ефименко. — М., 1969. 139 с.

13. Витренко А.Н. Исследование геометрии и кинематики цилиндрогиперболоидных передач: дис. . канд. техн. наук / А.Н. Витренко. — Ворошиловград, 1975. 214 с.

14. Хасилев П.В. Исследование внутреннего цилиндро-конического зацепления с малой разностью чисел зубьев: дис. . канд. техн. наук / П.В. Хасилев. -Новочеркасск, 1970. 144 с.

15. Справочник конструктора точного приборостроения / Ф.Л. Литвин и др.. — М., Л.: Машиностроение, 1964.-943 с.

16. Гевондян Т.А. Детали механизмов точной механики / Т.А. Гевондян, Л.Т. Киселев. М.: ОБОРОНГИЗ, 1953. - 228 с.

17. Аксельрод З.М. Электромеханические часы / З.М. Аксельрод М.: Машгиз, 1952.-318 с.

18. New Developments in Design, Manufacturing and Applications of Cylkro-(Face) Gears. American Gear Manufacturers Association. Technical paper. Basstein G., Sijtstra A. — Alexandria, Virginia, 1993. 12 p.

19. CrownGear Электронный ресурс. http://www.expo21xx.com/maritime21xx/CrownGear.htm.

20. Zoelling M.-R. Un morceau de Singine dans le cosmos / Zoelling M.-R. // La Liberie. 2005, 14 fevrier - P. 35.

21. Kissling U.L. «Crown Gear-Evolvere», die fortschrittliche Alternative / Kissling U.L., Schoen S. // Technische Rundschau. 2003. - № 23. - P. 34-38.

22. Katalog Kronenrad Standardprogramm Электронный ресурс. http://www.assag.ch/jmuffm/upload/ Katalog%20Kxonenrad%20Standardprogramm.pdf.

23. These Swallower Guzzi's are Chain driven! Электронный ресурс., http ://www, fastguzzi .nl/swallow/ Swallower.htm.25 25 Jahre ASS AG. St.Gallen, 2004. - 15 p.

24. ASS AG Электронный ресурс., http://www.assag.ch.

25. Axiale und andere Freiheiten Электронный ресурс. // КЕМ, 2006. P. 28-29. http://www.assag.ch/jmuffin/upload//Axiale%20und%20andere%20Freiheiten.pdf.

26. Kronenradgetriebe: Cylkro- Evolvere Электронный ресурс., http ://www.assag.ch/jmuffin/upload/ Artikel%20Kronenradgetriebe%20CylkroEvolvere.pdf.

27. Benz A. Das Kronenradgetriebe wurde neu entdeckt / Benz A., Salomo С. // Technische rundschau. 2006. - № 1/2.-P. 16-18.

28. Yvonne op den Dries. Das setzt dem Rad die Krone auf / Yvonne op den Dries // Der Konstrukteur. 2006. - № 12. - P. 22-24.

29. Variblock continuously variable speed gearbox on WATERWAY the 2002 Ship of the Year Электронный ресурс., http://www.ihcholland.eom/t/ihchollandcom/ 3products/B06/pdf/variblockcontinuosly.pdf.

30. Variblock Электронный ресурс. http://www.ihch0lland.c0m/t/ihcpsc0m/secti0nc/pdf/Varibl0ck.pdf.

31. Coastway Электронный ресурс. http://www.cuxhaven-fotos.de/jancux63/coastway.htm.

32. Development of Gear Technology and Theory of Gearing. NASA Reference Publication RP-1406. Army Research Laboratory Technical Report ARL-TR-1500.1.tvin F.L. 1997. - 114 p.

33. Litvin praised by Boeing Company for contributions to face gearing technology design and manufacturing Электронный ресурс.http://www.me.uic.edu/UICMENewisLitvinpraisedbyBoeing.htm.

34. New Design and Improvement of Planetary Gear Trains. NASA Contractor Report CR-2004-213101. Army Research Laboratory Contractor Report ARL-CR-0540. Litvin F.L., Fuentes A., Vecchiato D., Gonzalez-Perez I. 2004. - 26 p.

35. Петров О.В. Теоретические аспекты технологии изготовления передач смешанного зацепления (на примере мелкомодульных зубчатых передач углового стоматологического наконечника НУ-40М): дисс. . канд. техн. наук / Петров О.В. Тула, 1997. - 226 с.

36. The art of generating with a reciprocating tool / The Fellows Gear Shaper Company.-U.S.A., 1945.

37. Patent 2304586 USA. Hobbing by a toroidal hob / E.W. Miller. Dec. 8, 1942.

38. Evaluation of Carburized and Ground Face Gears. NASA Technical Memorandum TM-1999—209188. Army Research Laboratory Technical Report ARL-TR-1998. Lewicki D.G., Handschuh R.F., Heath G.F., Sheth V. 1999. - 10 p.

39. Пат. 1323264 СССР, МПК В 23 F 9/14. Способ нарезания плоских зубчатых колес / Г.В. Жужжалкин, В.К. Азеев, В.В. Забабурин. № 4022003/31-08; за-явл. 12.02.86; опубл. 15.07.87; Бюл. № 26.

40. Райхман Г.Н. Нарезание торцовых зубьев летучим резцом на зубофрезерном станке / Г.Н. Райхман, В.И. Иванов // Станки и инструмент. 1968. № 4. — С. 30-33.

41. Райхман Г.Н. Исследование образования поверхности торцовых конических зубьев двухпараметрическим движением производящей линии / Г.Н. Райхман, Д.Т. Бабичев // Машиноведение. 1976. № 5. - С. 44-51.

42. Райхман Г.Н. Исследование формы поверхности зубьев, образованных двух-параметрическим движением линии / Г.Н. Райхман, Д.Т. Бабичев // Машиноведение. 1980. -№ 4. С. 51-59.

43. Райхман Г.Н. Разработка и оптимизация процесса нарезания торцовых конических зубьев / Г.Н. Райхман, Б.К. Шунаев // Станки и инструмент. 1981. -№8.-С. 22-24.

44. A.c. 1768358 СССР, МКИ В23 F 9/00. Способ обработки круговых зубьев колеса конической передачи / Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, В.Н. Ананьев, В.В. Забабурин, Б.Г. Шейнин (СССР). № 4805522/08; заявл. 22.03.90; зарегистрировано 15.07.92; Бюл. № 38.

45. Пат. 1827333 РФ, МПК В 23 F 9/10. Способ нарезания круговых зубьев цилиндрических шестерен / Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, В.Н. Ананьев, В .А. Горчаков, В.В. Забабурин, Б.Г. Шейнин (РФ). № 4906791/08; заявл. 04.02.91; зарегистрировано 11.08.93; Бюл. № 26.

46. Андрианов ПА. Определение параметров станочного зацепления при нарезании шестерен смешанных конических и гиперболоидных передач / П.А. Андрианов, М.Н. Бобков, Г.М. Шейнин // СТИН. 2004. - №2. - С. 2326.

47. Шейнин Г.М. Уравнение движения заготовки при нарезании дуговых зубьев шестерни ортогональной смешанной конической передачи / Г.М. Шейнин, М.Н. Бобков, П.А. Андрианов // Известия ТулГУ. Серия «Машиностроение». Вып. 2. / ТулГУ. 2004. - С. 35-39.

48. ГОСТ 16532-70. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет геометрии // ГОСТ 16530-83 и др. Передачи зубчатые. М.: Изд-во стандартов, 1983. - С. 77-118.

49. Лопато Г.А. Конические и гипоидные передачи с круговыми зубьями / Г.А. Лопато, Н.Ф. Кабатов, М.Г. Сегаль. — М.: Машиностроение, 1977. — 424 с.

50. Коганов И.А. Прогрессивная обработка зубчатых профилей и фасонных поверхностей / И.А. Коганов. — Тула: Приокское книжное издательство, 1970. — 183 с.

51. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике / М.Я. Выгодский. М.: Наука, 1977. - 872 с.