Зубофрезерование колес цевочных передач внешнего зацепления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Полуэктов, Алексей Евгеньевич

• Полуэктов, Алексей Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Полуэктов, Алексей Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Циклоидальные зацепления.

1.2 Проектирование инструментов для деталей с неэвольвентным профилем.

1.2.1 Способы определения профиля инструмента.

1.2.2 Профиль червячной фрезы для зубчатого колеса цевочной передачи.

1.3 Анализ конструкций инструмента.

1.3.1 Требования к конструкциям сборных инструментов

1.3.2 Особенности конструкции и эксплуатации 33 зуборезных фрез.

1.4 Изготовление зубчатых деталей с неэвольвентными профилями

1.5 Выводы.

2 АНАЛИЗ КИНЕМАТИКИ ЦЕВОЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ.

2.1 Выбор системы координат.

2.2 Профиль зубчатого колеса.

2.2.1 Профиль зубчатого колеса, сопряженного с цевочной рейкой

2.2.2 Математическое описание торцового профиля зубчатого колеса.

2.3 Определение характерных участков профиля зубчатого колеса

2.3.1 Коэффициент перекрытия в цевочной передаче.

2.3.2 Определение толщины зуба по окружности вершин.

2.4 Влияние параметров инструмента и погрешностей изготовления колес на характеристики цевочной передачи.

2.4.1 Передаточное отношение и погрешности зацепления.

2.4.2 Влияние диаметра ролика на профиль инструмента и характеристики передачи.

2.4.3 Влияние погрешностей изготовления и монтажа цевочного колеса на работу передач.

2.4.3.1 Кромочный контакт и интерференция в передаче

2.4.3.2 Изменение межосевого расстояния в передаче

2.4.4 Назначение допусков.

2.4.5. Назначение радиального зазора в цевочной передаче.

2.4.6 Выбор бокового зазора.

2.5 Повышение технологичности обработки венца зубчатого колеса.

2.5.1 Корректирование профиля путем изменения радиуса начальной окружности производящего колеса.

2.5.2 Корректирование профиля путем изменения радиусов начальных окружностей звеньев при сохранении постоянного межосевого расстояния.

2.5.3 Модификация профиля с целью повышения технологичности.

2.5.4 Применение профиля со смещенным исходным контуром

2.6 Выводы.

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДЯЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИНСТРУМЕНТОВ.

3.1 Определение радиуса начального цилиндра зубчатого колеса.

3.2 Моделирование производящих поверхностей червячной и дисковой фрез.

3.3 Определение кинематических задних углов.

3.4 Определение минимальной длины червячной фрезы.

3.5 Выводы.

4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ЗУБООБРАБОТКИ.

4.1 Зубофрезерование зубчатого колеса сборной дисковой фрезой.

4.1.1 Анализ погрешностей осевого профиля фрез после пере

4.1.2 Технология изготовления сборных фрез.

4.1.3 Точность обработки и система базирования.

4.2 Червячное фрезерование фрезами с поворотными режущими рейками.

4.3 Анализ производительности при зубообработке дисковыми и червячными фрезами.

4.4 Технико-экономическое обоснование применения сборных фрез.

4.5 Использование результатов работы для фрезерования фасонных поверхностей.

4.8 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Зубофрезерование колес цевочных передач внешнего зацепления»

В механизмах и машинах с жесткой кинематической связью широко применяют передачи зацеплением. Они характеризуются обеспечением постоянства частоты вращения и момента выходного звена за счет фиксированного передаточного отношения. К таким передачам относятся передачи, составленные из пары непосредственно перекатывающихся друг по другу зубчатых звеньев, имеющих взаимоогибаемый профиль или пары, соединенной третьим - гибким зубчатым звеном и перекатывающейся по нему. Двухзвен-ными являются пары, составленные из зубчатых колес эвольвентных, циклоидальных и других. Трехзвенными являются цепные, зубчатоременные и другие аналогичные передачи.

Учитывая простоту технологической подготовки и изготовления, цилиндрические зубчатые передачи с эвольвентным профилем получили наибольшее распространение. Однако приводы, составленные из таких передач, особенно с большим передаточным отношением от / = 10 до нескольких тысяч имеют ряд недостатков, которые можно устранить при использовании цевочного зацепления.

Преимуществами цевочного зацепления являются: минимальная интенсивность шума при большем, чем для эвольвентного зацепления времени выработки мощности за общей срок службы машины; возможность передавать в механизмах большую мощность при меньших, чем для эвольвентного зацепления габаритах; высокий коэффициент полезного действия.

Цевочные передачи используются в горнодобывающих машинах, подъемно-транспортных механизмах и планетарных редукторах с большим передаточным отношением.

Несмотря на положительные качества цевочных передач, они имеют ограниченное применение. Это объясняется необходимостью корригирования передачи с целью повышения ее нагрузочной способности и увеличения диаметра цевок, которые являются наиболее слабым звеном в передаче и технологическими трудностями при профилировании циклоидальных боковых поверхностей зубчатых колес.

Так как высота зубчатого венца цевочных передач превышает 20 мм, то при его обработке применяются долбяки - для внутреннего зацепления и дисковые фасонные фрезы — для внешнего зацепления звеньев передачи.

Малые задние углы у режущих инструментов, а следовательно, их интенсивное изнашивание, сложная форма срезаемых стружек, большой объем металла, удаляемого из впадины, и недостаточная жесткость технологической оснастки являются источником вибраций при резании и низкой производительности операции зубонарезания.

Целью диссертации является повышение эффективности конструктор-ско-технологической подготовки производства цевочных передач внешнего зацепления.

Для достижения поставленной цели разработан программно-аналитический комплекс, с помощью которого решены следующие задачи.

1. На основе теории взаимоогибаемых поверхностей проведен анализ кинематики внешнего цевочного зацепления и выявлены параметры, которыми можно влиять на условия осуществления станочного зацепления нарезаемого колеса с дисковой или червячной фрезой.

2. Произведено моделирование цевочного зацепления пары колес и станочного зацепления зубчатого колеса с фрезой и предложен вариант коррекции профиля зубчатого колеса, обеспечивающий положительную кинематику резания.

3. Разработаны сборные конструкции дисковой и червячной фрезы с поворотными режущими элементами, позволяющие высокоэффективно осуществить процессы черновой и чистовой обработки зубчатых колес.

4. Разработана методика проектирования и технология изготовления сборных инструментов для фрезерования зубчатых колес, определены размерные связи при переходе от черновой к чистовой зубообработке, при этом учтены вопросы формообразования и стружкообразования, разработаны варианты разделения стружки на элементы.

5. Оценено влияние конструкции инструментов и погрешностей установки зубчатого колеса в станочном зацеплении на точность его боковой зубчатой поверхности.

Диссертация состоит из четырех глав.

В первой главе проведен анализ конструктивных особенностей циклоидальных зубчатых передач, способов улучшения их кинематических характеристик, рассмотрены варианты проектирования циклоидальных зацеплений, технологии изготовления звеньев передачи, конструкции инструментов для обработки зубчатых колес, сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе проведен анализ кинематики работы цевочной передачи, и ее влияние на конструктивные параметры звеньев, исследованы вопросы аналитического и графического моделирования передачи на базе теории огибающих поверхностей и предложен вариант определения профиля сопряженных поверхностей.

В третьей главе разработаны вопросы проектирования станочного зацепления зубчатого колеса с дисковым и червячным инструментом, теоретически путем моделирования обоснована кинематика резания, определены направления проектирования производящей поверхности инструментов.

В четвертой главе разработана технология фрезерования зубчатого колеса цевочной передачи, конструкции инструментов, предложены схемы зубофрезерования, осуществлена оценка влияния конструктивных и кинематических показателей на точностные характеристики цевочной передачи, выявлены резервы повышения производительности зубонарезания.

Автор защищает: методику численного моделирования процесса обкатывания и определения геометрических и кинематических параметров сопряженных поверхностей цевочной передачи; теоретическое обоснование проектирования точного и приближенного цевочного зацепления на основе смещения производящих контуров относительно теоретических исходных; методику проектирования и моделирования червячного и дискового инструмента для чистовой и черновой зубообработки колеса; конструкции сборных дисковых и червячных фрез с поворотными режущими элементами.

Научная новизна выполненной работы заключается в установлении влияния геометрических параметров цевочной передачи на параметры производящей поверхности дисковых и червячных фрез и во взаимосвязанном синтезе геометрии инструментов и конструкции передачи с заданными кинематическими параметрами, который позволяет: устранить точку излома на профиле зуба в целях повышения кинематической плавности передачи; обеспечить необходимые для процесса резания величины кинематических задних углов фрез; установить регламент переточек инструментов для минимизации погрешностей профиля его режущих кромок.

Выражаю благодарность доценту, кандидату физико-математических наук Московскому А. В. за научные консультации по вопросам моделирования и расчета параметров цевочной передачи и процесса зубообработки при выполнении диссертации.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Полуэктов, Алексей Евгеньевич

4.6 Выводы

1. Учитывая большой объем металла, вырезаемого из впадины зубчатого колеса, его зубообработка может осуществляться по различным схемам как дисковыми, так и червячными инструментами. В зависимости от требований по трудоемкости и качеству колес зубонарезание можно производить дисковой чистовой фрезой с продольной подачей при периодическом делении на зуб, червячной фрезой или комбинацией этих инструментов, т. е. предварительное зубонарезание дисковой, окончательное -червячной фрезой.

2. Установлено, что на точность профиля колеса оказывают влияние погрешности переточках. Так для дисковой фрезы при величине стачивания задней поверхности на 2 мм погрешность торцового профиля колес составит 0,05 мм. Максимальная погрешность профиля колеса наблюдается в точке сопряжения рабочего профиля с окружностью вершин.

3. В целях экономии инструментального материала целесообразно дисковые и червячные фрезы применять сборных конструкций, например с поворотными режущими зубьями или рейками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ литературных источников по проектированию и производству цевочных передач показал, что основным способом обеспечения высокой точности передачи является учет геометрических и кинематических факторов в станочном и рабочем зацеплении. При этом наибольшую часть технологических задач приходится решать для зубчатого колеса цевочной передачи, как на этапе ее расчета, так и изготовления.

2. Разработанная методика численного моделирования процесса обкатывания звеньев в рабочем и станочном зацеплении и определения геометрических и кинематических параметров сопряженных поверхностей, позволила как при аналитическом так и графическом задании исходных параметров передачи осуществить проектирование ее взаимоогибаемых сопряженных поверхностей.

3. Исследование функции, описывающей боковой профиль колеса цевочной передачи, показало, что он состоит из двух участков, образующих точку излома, которая находится внутри окружности торцевого сечения ролика цевочного колеса. В результате в станочном зацеплении часть профиля зубчатого колеса окажется срезанной, что снижает качество зацепления звеньев в передаче. Анализ однопрофильного и многопрофильного контакта зубьев в передаче позволил определить точки пересопряжения профилей и вывести зависимости для расчета коэффициента перекрытия в цевочной передаче. Установлено, что в диапазоне передаточных чисел 1-20 при минимальном количестве зубьев 5-10 коэффициент перекрытия изменяется соответственно в диапазоне 2,8-0,8.

4. Теоретическое исследование зоны контакта звеньев передачи, с учетом кинематики зацепления позволило путем аналитических и численных расчетов обосновать проектирование приближенного цевочного зацепления, на основе смещения производящих контуров относительно теоретических исходных. Предложенные способы коррекции и модификации профиля зубчатого колеса, позволяют увеличить значения углов профиля с 2,8 до 11 градусов при сохранении значения коэффициента перекрытия большим единицы. Произведена оценка влияния конструктивных параметров элементов передачи на такие параметры зацепления, как углы давления, скольжение, коэффициент перекрытия, интерференция, боковой и радиальный зазоры в передаче.

5. Установлено влияние конструкции цевочной передачи на геометрические параметры дискового и червячного инструментов. При этом определены варианты проектирования производящей рейки, в зависимости от изменения параметров начальных поверхностей звеньев передачи и инструментов. На основе графо-аналитического моделирования рабочего и станочного зацеплений зубчатого колеса с цевочным колесом и инструментальной рейкой установлено, что при выборе радиуса начального цилиндра исходя условия неподрезания бокового профиля в месте сопряжения с переходной кривой неизбежно получение профильных углов инструмента вблизи начальной окружности не превышающих 0,5°. Это недостаточно для обеспечения процесса резания при зубообработке. При увеличении радиуса начального цилиндра до максимального расчетного значения из условия неподрезания бокового профиля зуба его углы можно увеличить до 12-13°. Анализ кинематических и статических задних углов резания для дискового инструмента показал одинаковый характер их изменения. Однако их величина вдоль правого и левого профилей изменяется в широком диапазоне: от 1,5 до 18°.

6 Установлено, что работа инструмента с продольной подачей влияет на величину кинематических задних углов резания, хотя и незначительно. Влияние подачи не выражено на участках с минимальными статическими задними углами. Увеличение минимальных значений углов до 5° и выравнивание их значений по длине режущей кромки возможно за счет корректирования профиля.

7. Разработаны конструкции сборных дисковых и червячных фрез с поворотными режущими элементами для нарезания зубчатого колеса. Определены условия их эксплуатации. Установлено, что на точность профиля колеса оказывают влияние погрешности при переточках. Так для дисковой фрезы при величине стачивания задней поверхности на 2 мм погрешность торцового профиля колеса составит 0,05 мм. Максимальная погрешность профиля колеса наблюдается в точке сопряжения рабочего профиля с окружностью вершин.

8. Внедрение работы в предпроизводственный период позволит повысить эффективность конструкторско-технологической подготовки за счет сокращения сроков проектирования и изготовления специальной оснастки и режущего инструмента, определения их необходимого минимума и условий эксплуатации, оценки точности цевочной передачи путем моделирования рабочего и станочного зацеплений.

9. Результаты диссертации использованы при изготовлении червячных фрез для звездочек цепных передач и сборных дисковых радиусных фрез.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Полуэктов, Алексей Евгеньевич, 2005 год

1. Литвин Ф. Л. Теория зубчатых зацеплений. М.: Наука, 1968. - 584 с.

2. В. Н. Кудрявцев Планетарные передачи, Ленинградское отделение издательства «Машиностроение», 307с., 1966.

3. В. М. Шанников Планетарные редукторы с внецентроидным цевочным зацеплением, Машгиз, 1948.

4. РД 42.043-88 «Системы подачи бесцепные с эпициклической звездой. Расчет параметров и выбор исходных данных для проектирования». Методика. Гипроуглемаш. Москва. 1991 г. 40 с.

5. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970. - 720 с.

6. Семенченко И. И., Матюшин В. М., Сахаров Г. Н. Проектирование металлорежущих инструментов. М.: Машгиз, 1962. - 952 с.

7. Романов В. Ф. Расчеты зуборезных инструментов. М.: Машиностроение, 1969. - 251 с.

8. Феофилов Н. Д. Системное проектирование зубофрезерования сборными червячными фрезами: Дис. . докт. техн. наук/ ТулГУ. Тула, 1999.-394 с.

9. В. А. Гавриленко Основы теории эвольвентной зубчатой передачи. М., «Машиностроение», 1969.

10. Лашнев С. И., Юликов М. И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. М: Машиностроение, 1980. - 208 с.

11. Лашнев С. И. Формообразование зубчатых деталей реечными и червячными инструментами. М.: Машиностроение, 1971. - 215 с.

12. Справочник инструментальщика/И. А. Ординарцев, Г. В. Филиппов, Н. А. Шевченко и др.; Под общ. ред. И. А. Ординарцева. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 846 с.

13. Цвис Ю. В. Профилирование режущего обкатного инструмента. -М.: Машгиз, 1961. 156 с.

14. Фрайфельд И. А. Инструменты, работающие методом обкатки. Теория, профилирование и конструирование. М.: Машгиз, 1948. - 252 с.

15. Иноземцев Г. Г., Иванов Н. И. Незатылованные шлицевые червячные фрезы. М.: Машиностроение. - 1973. - 152 с.

16. Лашнев С. И., Юликов М. И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1975. - 392 с.

17. Люкшин В. С. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущих инструментов. — М.: Машиностроение, 1968. — 372 с.

18. Родин П. Р. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов. 3 -е изд., перераб. и доп. - Киев.: Вища школа, 1986. - 455 с.

19. Шишков В. А. Образование поверхностей резанием по методу обкатки. М.: Машгиз, 1951. - 152 с.

20. Грубин А. Н., Лихциер М. Б., Полоцкий М. С. Зуборезный инструмент. Ч I и II. М.: Машгиз, 1946.

21. Басс И. А., Винокурова В. И., Синицын Б. И. Проектирование слож-норежущих инструментов на ЭВМ в режиме диалога//Станки и инструмент. 1978. - 6. - С. 25-26.

22. Цепные передачи и приводы. Сборник научных трудов Краснодарского политехнического института. Краснодар 1991. 621.855/Ц403

23. Цепные передачи и приводы. Сборник научных трудов Кубанского государственного технологического университета. Краснодар 1991. 621.855/Ц403

24. Полуэктов А.Е Определение профиля червячных инструментов с применением современных графических редакторов Труды 1- ой Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Идеи молодых новой России», Изд-во ТулГУ, Тула, 2004.

25. ГОСТ 16530-83 Передачи зубчатые. Термины, определения и обозначения. .- Изд-во стандартов, 1987. 49с.

26. ГОСТ 16531-83 Передачи зубчатые цилиндрические. Термины, определения и обозначения. .- Изд-во стандартов, 1987. 25 с.

27. Калашников С. Н., Калашников А. С. Зубчатые колеса и их изготовление. М.: Машиностроение, 1983. - 264 с.

28. Батова Т. А. Исследование точности профилирования червячных зуборезных фрез: Дис. . канд. техн. наук/ ТулПИ. Тула, 1982, - 210 с.

29. Полуэктов А.Е. Изменение профиля сборных фрез при переточках Известия ТулГУ. Серия Технология машиностроения. Выпуск 1. Изд-во ТулГУ, Тула, 2004.

30. Н.Д.Феофилов, А. Е.Полуэктов, Д.Ю.Панчев, A.B. Протасьев Обеспечение качества фрезерования плит теплообменников//Проблемы и опыт обеспечения качества в производстве и образовании//Научн. тр./ ТЦМС и С.-Тула, 2001.

31. Кудевицкий Я. В. Фасонные фрезы. JL: Машиностроение. Ле-нингр. Отд-ние, 1978 с.

32. Силовые трансмиссии угольных комбайнов. Теория и проектирование / П. Г. Сидоров, С. В. Козлов, В. А. Крюков, JI. П. Полосатов; Под общ. ред. Сидорова. М. Машиностроение, 1995. 296 с.

33. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: Справочник: В 2 т. Т. 2/А. Д. Локтев, И. Ф. Гущин, Б. Н. Балашов и др. М.: Машиностроение, 1991. - 304 с.

34. Готовцев A.A., Столбин Г.Б., Котенок И.П. Проектирование цепных передач. М., «Машиностроение», 1973, 384 с.

35. Ананьева В. В., Полуэктов А. Е., Феофилов Н. Д. Моделирование рабочего и станочного зацеплений зубчатых передач//Современные проблемы математики, механики, информатики: Тезисы докладов Всероссийской научной конференции. Тула: ТулГУ, 2001. - С. 68-70.

36. ГОСТ 591-69 (В РЕД 1989 Г) Звездочки для приводных и втулочно-роликовых цепей. .- Изд-во стандартов, 1989. 49с.

37. ГОСТ 15127-83 Фрезы червячные цельные для нарезания зубьев звездочек к приводным роликовым и втулочным цепям. .- Изд-во стандартов, 1987.-49с.

38. Я. С. Давыдов Неэвольвентное зацепление, Машгиз, 1950

39. Фельдштейн Е.Э. Режущий инструмент для неэвольвентных профилей Издательство: Дизайн ПРО: Минск, 2000

40. Тарасов A.B., Александров А.Р., Гарбер В.А., Каверин A.B., Поло-винкина Н.Б. Особенности геометрии реечной передачи с цевками. Межвузовский сборник «Машиностроение и автоматизация производства», вып. 4, 0,5 п.л. С.-Пб.: СЗПИ, 1996.

41. Полуэктов А.Е., Проходцев С.Ю. Проектирование сборной червячной фрезы для фрезерования зубчатого колеса цевочной передачи Известия Тул

42. ГУ. Серия Машиноведение, системы приводов и детали машин: Вторая международная научно-техническая конференция «Проектирование, технологическая поготовка и производство зубчатых передач» Тула: Изд-во ТулГУ 2005.-с. 165-166.