Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
40
СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ
Кириченко Iрина Олексiївна
УДК 621. 83
СТВОРЕННЯ ГІПЕРБОЛОЇДНИХ ПЕРЕДАЧ З ЛІНІЙНИМ КОНТАКТОМ ЗУБЦІВ НА БАЗІ СПЕЦІАЛЬНИХ РІЖУЧИХ ІНСТРУМЕНТІВ
.02.02- машинознавство
АВТОРЕФЕРАТ
дисертацiї на здобуття наукового ступеня
доктора технiчних наук
Луганськ - 2004
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки України.
Науковий консультант: член-кореспондент АПН України, доктор технічних наук,
професор, Заслужений діяч науки і техніки України
Голубенко Олександр Леонідович,
Східноукраїнський національний університет імені
Володимира Даля, ректор
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Грібанов Віктор Михайлович,
Східноукраїнський національний університет імені
Володимира Даля, зав. каф. “Прикладна математика”
доктор технічних наук, професор
Гутиря Сергій Семенович,
Одеський національний політехнічний університет,
професор кафедри теоретичної механіки і машинознавства
доктор технічних наук, професор
Михайлов Олександр Миколайович,
Донецький національний технічний університет,
зав. каф. “Технологія машинобудування”
Провідна установа: Національний технічний університет “Харківський
політехнічний інститут”, кафедра “Деталі машин
і прикладна механіка”, Міністерства освіти і
науки України, м. Харків
Захист відбудеться “22“ 05.2004 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д29.051.03 при Східноукраїнському національному університеті
імені Володимира Даля за адресою:
, м.Луганськ, кв. Молодіжний, 20 а, зал засідань.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Східноукраїнського
національного університету імені Володимира Даля за адресою:
91034, м.Луганськ, кв. Молодіжний, 20 а.
Автореферат розісланий “19” 04 2004 р.
В.о. вченого секретара
спеціалізованої вченої ради Ульшин В.О.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Створення геометричної теорії гіперболоїдних зубчатих передач другого роду сприяє підвищенню технічного рівня, розширенню можливості застосування передач у різних галузях машинобудування. В техніці доки не вдається виготувати колеса на однополосних гіперболоїдах. Як наслідок гіперболоїдні колеса замінюють на циліндричні і конічні. При цьому виникає торкання крапкового характеру, що приводить до значного пониження несучої спроможності коліс. З таким становищем не можуть змиритись як теоретики, так і практики зубчатих передач. В даному дослідженні за допомогою розробленої теорії отримана гіперболоїдна передача другого роду, що складається з квазігіперболоїдного і циліндричного коліс. В результаті несуча здібність створених передач в 2 рази вище винтових передач, а собівартість їх виготовлення в 3 рази дешевше.
Актуальнiсть теми. Науково-технічний прогрес потребує вирішення задач підвищення економічності, надійності, якості машин і техничних систем. На сьогодні в Україні, яка володіє розвиненим машинобудівним комплексом, виготовляється десятки мільйонів зубчатих коліс. Тому велике значення має удосконалення існуючих і розробка нових зубчатих передач. Одержання гіперболоїдних передач з лінійним торканням є актуальною проблемою дослідників і конструкторів зубчатих передач, так як в цьому випадку збільшується передаючий крутячий момент і несуча здібність порівняно з існуючими в промисловості гіперболоїдними передачами з евольвентним профілем, здійснюваними за допомогою циліндричних і конічних коліс, які приводять до крапкового характеру торкання і в результаті значному зниженню несучої здібності.
Розв’язання поставленої задачі здійснено засобом створення геометричної теорії гіперболоїдних зубчатих передач другого роду і на її основі одержання робочого та гіперболоїдного верстатного зачеплення з лінійним контактом, і на цій базі створення виробляючого обкатного інструменту для виготовлення квазігіперболоїдних та циліндричних коліс. Експериментальні і теоретичні дослідження показали, що обкатні інструменти в даному випадку повинні виконуватись на циліндричній та половині квазігіперболоїдної заготівки зі статичними задніми кутами, рівними нулю.
В незатилованому і гостро незаточеному обкатному інструменті ріжуча грань може розташовуватися під любим переднім кутом, в залежності від оброблюваного матеріалу та його твердості. Таким чином можна до 2 разів зменшити посилення різання і споживану потужність, що веде до економії електроенергії. Крім того, операція заточки стає другорядною. Ріжуче ребро, в залежності від заточки, може приймати любу просторову криву, лише б вона знаходилась на основній виробляючій поверхні, і таким чином точність інструмента буде залежати тільки від точності обробки основної поверхні, що різко знижує вартість інструмента (до 3 разів) і спрощує технологію виготовлення циліндричних та квазігіперболоїдних зубчатих коліс з покращенням чистоти оброблюваних зубців.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводились за планом робіт Східноукраїнського національного університету (тема ГН-15-01, №ДР 01010003278; тема ГН-31-03, №ДР 01030000426); в рамках робіт, проведених Луганським науково-інженерним центром транспортної Академії наук України з ВО “КАМАЗ” (№ ДР 02890023172); на підставі програм науково-технічного співробітництва СНУ з ВО “Луганський верстатобудівний завод” по створенню гіперболоїдних передач другого роду (№ ДР 01860025425); холдинговою компанією “Луганськтепловоз” (договір ГН-101-95 №ДР 1195U015425; ГН-3-96 №ДР 0196U021047); на підставі договору о науково-технічному співробітництві №НТС-П-12-03/3 між АТ “НКМЗ” і ВНУ.
У рамках виконання цих науково-досліджуваних тем автором (виконавцем) спроектовані гіперболоїдні зубчаті передачі другого роду, спроектовані квазігіперболоїдні інструменти, синтезовані досліджувані передачі.
Мета i задачi дослiдження. Метою дисертаційної роботи є розвиток теорії і розробка експерементальних основ створення гіперболоїдних передач другого роду на базі спеціальних ріжучих інструментів.
Для досягнення поставленої мети в роботі вирішені наступні задачі:
- проведення узагальненого аналізу стану проблеми створення гіперболоїдних передач другого роду з лінійним контактом;
-розробка теоретичних основ геометрії і кінематики гіперболоїдних передач другого роду, одержаних спеціальними ріжучими інструментами;
- розробка програмного забезпечення, яке дозволяє прогнозувати якісні показники гіперболоїдної передачі другого роду;
-створення незатилованих і гостронезаточених циліндричних і квазігіперболоїдних інструментальних коліс;
-проведення порівнювального аналізу несучої здібності створених гіперболоїдних передач другого роду і винтових передач.
- розроблення способів виготовлення i обробки основних квазігiперболоїдних поверхней і iнструментiв з неевольвентними профiлями за допомогою циліндричних iнструментiв зі статичними кутами, рівними нулю, на серійних зубофрезерних верстатах без допоміжних пристосувань;
-одержання зубцiв цилiндричних колiс методом обкатки в гіперболоїдному верстатному зачепленні за допомогою квазігiперболоїдного виробляючого колеса при однопараметричному i двопараметричному обгинаннi;
Об’єкт дослідження. Процеси у зв’язках геометрії і кінематики сполучених поверхонь в гіперболоїдних передачах другого роду з робочими поверхнями виробляючих коліс та спеціальних зуборізних інструментів.
Предмет дослідження. Функціональний взаємозв’язок між геометричними та кінематичними параметрами створених передач і критеріями працездатності передач.
Методи дослідження. Використовувались загальні методи теорії зубчатих передач зачепленням (при моделюванні гіперболоїдних верстатних зубчатих зачеплень); методи математичного аналізу (при моделюванні досліджуваних зачеплень за допомогою трансцендентних рівнянь, частинних похідних, матричного обчислювання); методи теорії поверхонь і диференціальної геометрії ( при визначенні критерієв працездатності гіперболоїдних передач); методи експериментальних досліджень (при порівняльному аналізі гіперболоїдних передач другого роду і винтових передач); методів виготовлення коліс і інструментів у натурних умовах на заводах.
Наукова новизна одержаних результатiв.
1. Розроблені теоретичні основи створення гіперболоїдних передач другого роду, які складаються з квазігіперболоїдного колеса з неевольвентним профілем та циліндричного колеса з евольвентним профілем.
. Вперше аналітично реалізовані квазігіперболоїдні зубчаті колеса в просторовому верстатному зачепленні за допомогою виробляючого колеса і на цій базі створення спеціального ріжучого інструмента.
3. Знайдено конструктивні межі існування квазігіперболоїдних зубчатих коліс та інструментів.
. Дістала подальшого розвитку математична модель гіперболоїдної передачі другого роду, зубчаті колеса якої мають сполучені поверхні зубців з лінійним контактом, коли виробляюча поверхня для одного з коліс співпадає з головною поверхнею парного зубчатого колеса.
5. Проведено дослідження геометричних і кінематичних показників, впливаючих на роботу гіперболоїдної зубчатої передачі другого роду.
6. Розроблено програмне забезпечення, яке реалізує математичну модель гіперболоїдної передачі другого роду, за допомогою якого можна прогнозувати геометричні і кінематичні показники в залежності від заданих входних параметрів передачі.
Практичне значення одержаних результатiв.
1. Результати теоретичних досліджень, одержаних в дисертації, прийняті Луганським верстатобудівним заводом для впровадження верстатного зачеплення і на цій базі створення обкатного квазігіперболоїдного інструмента для нарізання евольвентних циліндричних коліс для трактора “Білорусь” з параметрами мм,. Це дозволило пiдвищити продуктивнiсть нарiзання зубцiв квазігіперболоїдних і цилiндричних колiс в 3-6 разів i довговiчнiсть iнструмента в 2-3 рази (розрахунки порівняльної економіч. ефект. див. в додатках).
. Одержані в дисертації результати теоретичних досліджень є основою метода для розробки нових зубчатих передач в різних галузях машинобудування.
. Розроблена методика створення основного квазігiперболоїдного колеса з неевольвентним профiлем, яке маї лiнiйний характер торкання з евольвентною поверхнею зубцiв цилiндричних колiс. Точнiсть нарiзання зубцiв цилiндричних колiс одержаним квазігiперболоїдним iструментом не залежить вiд заточки його в радiальному напрямi i витримуваннi окружних крокiв, як це вимагаїться для iснуючих в даний час затилованих обкатних iнструментів.
. За допомогою розробленої технологiї в iнструментальному виробництвi верстатобудiвного заводу виготовленi багатозахiднi квазігiперболоїднi фрези i обкатнi рiзцi. Такi фрези i обкатнi рiзцi не вимагають виконання дорогокоштовної операцiї затилування i гострої заточки, тому трудомiстскiсть їх виготовлення скорочуїться в 2 - 3 рази. При виготовленні названих коліс і інструментів реалізовані розроблені автором методи обробки основних квазігіперболоїдних і циліндричних коліс.
. Результати практичних досліджень, одержаних в дисертації, прийняті на ОАО Луганський ремонтно-механічний завод для заміни гвинтових передач на гіперболоїдні передачі другого роду, які використовуються в зубофрезерних верстатах і спеціальних виробах.
. Проведені експерементальні перевірки гіперболоїдних верстатних зачеплень на ДХК “Луганськтепловоз”, ОАО Луганський ремонтно-механічний завод, ООО “Париком” , ОАО “Кировський центрокуз” та інших заводах.
Особистий внесок здобувача.
Результати теоретичних і експериментальних досліджень, які виносяться на захист, одержані автором самостійно.
В спільних публікаціях автору належать обгрунтування методології досліджень, сформульовані розрахункові, математичні моделі та визначені геометрія і кінематика гіперболоїдних верстатних зачеплень та гіперболоїдних передач другого роду в загальному вигляді. Зокрема, зроблено наступне:
- визначено експериментально і в аналітичному вигляді для гіперболоїдної передачі другого роду основні квазігіперболоїдні колеса за допомогою циліндричних виробляючих коліс [5, 6, 7, 10, 12, 13, 14, 19, 20, 32, 34];
- одержана гіперболоїдна зубчата передача другого роду на схрещуваних осях з лінійним характером торкання [2, 4];
- розроблені способи нарізання і обробки квазігіперболоїдних коліс і інструментів з неевольвентним профілем за допомогою циліндричних інструментальних коліс без задніх кутів на існуючих зубофрезерних верстатах без допоміжних пристосувань [5, 12, 18, 19, 28, 33];
- одержані в аналітичному вигляді геометро-кінематичні показники праці гіперболоїдної зубчатої передачі другого роду, а також процесів обробки зубців циліндричних коліс за допомогою квазігіперболоїдних інструментів [2, 13, 20, 28, 34];
- аналітично визначені профілі квазігіперболоїдних коліс і обкатних інструментів [3, 16].
Апробацiя результатiв дисертації. Основнi положення і результати дисертаційної роботи доповiдались i одержали схвалення на мiжнародних науково-технiчних конференцiях: "Проблемы качества и долговечности зубчатых передач и редукторов" (м. Харькiв, 1997; 1999; 2001; 2003 р.); "Прогресивна технiка i технологiя машинобудування, приладобудування i зварювального виробництва" (м. Київ, 1998 р.); "Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века" (м. Донецьк, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003); "Теория реальных передач зацепления" (VI-й международный симпозиум. Курган-97. 30 сентября - 2 октября 1997 г. Курган, Россия); на міжнародній науково-технічній конференції –"Проблемы развития рельсового транспорта" (1999, 2000, 2002, 2003 - Крым, Алушта); на міжнародних науково-практичних конференціях "Университет регион" (1999, 2000, 2002, 2003 –Луганск); на науковій конференції професорсько-викладацького складу Східноукраїнського національного університету (2000, 2001, Луганск); на спільному засіданні кафедр "Машинознавство", "Залізничний транспорт" і "Прикладна математика" СНУ імені Володимира Даля; на засіданні кафедри деталей машин та прикладної механіки Національного технічного університету “ХПІ” (Харків), на засіданні кафедри “Технологія машинобудування” ДНТУ (Донецьк); на міжнародній науково-практичній конференції ЗП-2001 “Проблемы качества и долговечности зубчатых передач, редукторов, их деталей и узлов” ( 2-10 сентября 2001 г.Севастополь).
Публiкацiї. За результатами виконаних дослiджень опублiковано 37 робіт, 17 з яких без співавторів, у тому числi: 24 статті у Вiсниках унiверситетiв, 5 статей у збiрниках праць науково-технiчних конференцiй i симпозiумiв, 8 статей у наукових журналах.
Структура i обсяг дисертацiї. Дисертацiйна робота складаїться з вступу, шести роздiлiв і семи додатків. Повний обсяг роботи 274 сторiнки. Список використаних джерел з 227 найменувань на 20 сторінках, 8 додатків на 55 сторінках. Текст ілюстровано 92 рисунками.
ОСНОВНИЙ ЗМIСТ
У вступi подана загальна характеристика роботи, визначенi мета i задачi дослiдження, показанi актуальнiсть i новизна теми, поданi основнi шляхи розв'язання поставленої задачi.
У першому роздiлі аналізується сучасний стан проблеми зачеплень на схрещуваних валах, які відносяться до гіперболоїдних передач. Великий внесок в теорію внесли: Апухтін Г.І., Артоболевський І.І., Борисов В.Д., Биковський Л.Б., Васильєв В.М., Васильєва З.Є., Гавриленко В.А., Гапонов В.С., Гессен Б.А., Гохман Х.І., Грібанов В.М., Гутиря С.С., Давидов Я.С., Єфименко А.Б., Єрихов М.Л., Каплун О.М., Колчин М.І., Коростельов Л.В., Крилов М.М., Лібуркін Л.Я., Литвін Ф.Л., Люкшин В.С., Матвєєв Г.А., Михайлов О.М., Моргуліс М.В., Нагорняк С.Г., T. Olivier, Осипова С.Д., Павлов О.М., Подкорітов А.М., М. Сенос, Тімофєєв Ю.В., Третьяк О.Є., Учаєв П.І., Шишов В.П., Шульц В.В., Т. Matsugama та інш.
Визначенню навантажної здібності передач, які розглядаються, присвячені праці Боголюбського К.А., Вільгабера Є.К., Вулгакова Є.Б., Георгієва О.К., Дусєва І.І., Заблонського К.І., Кириченко А.Ф., Кудрявцева В.Н., Любченко А.П., Письманика К.М. та інш.
Великий внесок в розвиток теоретичних та експериментальних досліджень по технології виготовлення зубчатих коліс та інструментів внесли: Антонов О.А., Бармас І.Г., Борисов А.І., Бойко Н.Г., Бохонський А.І., Вітренко В.О., Волков М.М., Гавриш А.П., Гінзбург Є.Г., Захаров Н.В., Зотов Б.Д., Калашников С.Н., Кирсанов Г.Н., Клюйко Є.В., Коган Г.І., Корнілов К.А., Котельников Ю.В., Кухтик Т.В., Ларін М.Н., Лашнєв С.І., Малахов Я.А., Медведицьков С.Н., Перепелиця Б.А., Полоцький М.С., Равська Н.С., Родін П.Р., Рик В.Ф., Сахаров Г.Н., Семенченко В.І., Семенченко І.І., Сидоренко А.К., Струтинський А.Б., Сухоруков Ю.Н., Тернюк М.Є., Трубняков В.А., Фрайфельд І.А., Цвіс Ю.В., Цепков А.В., Шишков В.А., Ящерицин П.І. та інш.
Евольвентнi циліндричні колеса, одержанi в просторовому верстатному зачепленнi за допомогою виробляючих циліндричних коліс, подача яких здійснюється уздовж прямолiнiйної утворюючої цилiндричної заготiвки, мають крапковий характер торкання. З таким становищем важко погодитись. I дiйсно, розвиток методу обкатки привiв до того, що формоутворення колiс можливе i при порушеннi вказаної вище умови, що вимагає обов'язкової подачi iнструмента вздовж прямолiнiйної утворюючої цилiндричної заготівки. В цьому випадку одержуємо принципово iншi колеса i iнструменти з неевольвентними поверхнями. Самим головним ї при цьому те, що колеса та iнструменти одержують в iншому просторовому робочому та верстатному зачепленнi, тобто одержують виробляючим колесом, яке подаїться вздовж прямої, що перехрещуїться з віссю крутiння заготівки.
При цьому для одержання однакової висоти зуба заготiвка iз цилiндричної трансформується в однополосний квазігiперболоїд. При цьому одержанi зубцi на однополосному квазігiперболоїдi при подачi обкатного евольвентного iнструмента вздовж прямої, що перехрещується з віссю крутіння квазігіперболоїдної заготівки, будуть мати одинакову висоту. Дослiдження показують, що одержанi квазігiперболоїднi зубцi торкаються евольвентних зубцiв цилiндричних колiс по лiнiї. Це означаї, що при нарiзаннi квазігiперболоїдних коліс за другим способом Олiв'ї передня грань на цилiндричному iнструментальному колесi, а потiм на квазігiперболоїдному iнструментi може розташовуватись пiд будь-яким кутом, аби рiжуча кромка мала контакт по всiй активнiй висотi зуба, що приймаї участь в зачепленнi. Звідси можна зробити висновки:
-В промисловості зубчаті колеса з евольвентним профілем, змонтовані на валах, що схрещуються, мають крапковий характер торкання. Для одержання лінійного контакту одне з коліс повинно бути неевольвентним. Це неевольвентне колесо отримано новим способом.
-В промисловостi для нарiзання зубцiв цилiндричних колiс з евольвентним профілем використовуються несполученi з евольвентними поверхнями архімедові і конволютні черв’яки. Таке становище пояснюється невмінням як теоретично, так і практично виготувати черв’ячні фрези з евольвентним профілем на евольвентному основному черв’яку. Тому необхідно знайти принципово інші основні черв’яки і на їх основі створити фрези, які будуть сполучатися з евольвентними поверхнями одного з коліс пари, змонтованих на валах, що схрещуються.
- Обкатнi рiзцi i кромочнi шевери повиннi мати рiжучу кромку, яка спiвпадаї з лiнiїю контакту, що практично важко здiйснити. Тому необхідно переходити на принципово нові конструкції виробляючих коліс і на цій базі нові інструменти, основні поверхні яких будуть мати лінійний контакт.
- Круглi шевери, хони з евольвентним профiлем необхiдно коректувати з метою вирiвнювання деформацiї (зсуву) при рiзаннi металу по всьому профiлю оброблюваного зуба, що практично важко здiйснити. Тому необхідно переходити на квазігіперболоїдні інструменти.
Способи виготовлення гiперболоїдних зубчатих колiс на однополосних гіперболоїдах, розроблених різними дослiдниками, ї надзвичайно складними, а головне - нездійсненними. Завідувач кафедрою теорії механизмів і машин МВТУ ім. Баумана Гавриленко В.А. після невдалих спробувань одержати зубці на однополосних гіперболоїдах у монографії “Зубчаті передачі в машинобудуванні” написав: “На такій складній геометричній основі, якою є однополосний гіперболоїд, неможливо одержати зубці”.
Необхiдно одержати квазігіперболоїдні основні колеса і на їх базі обкатнi зуборiзнi iнструменти для обробки евольвентних цилiндричних колiс в просторовому верстатному зачепленні, коли iнструмент подається вздовж прямої, яка перехрещується з віссю однополосного квазігiперболоїда. В цьому випадку одержимо циліндричні колеса з евольвентним профілем.
Зубчаті колеса для створеної гіперболоїдної передачі другого роду, яка складається з циліндричного прямозубого або косозубого коліс з евольвентним профілем і квазігіперболоїдного колеса, виготовлені за допомогою незатилованого циліндричного інструментального колеса і незатилованого квазігіперболоїдного інструментального колеса відповідно. Таким чином, значний обсяг роботи присвячений розробці та впровадженню нових технологічних схем і інструментів для отримання коліс на серійних зубофрезерних верстатах для створеної передачі. На основі проведеного аналiзу були сформульовані мета і основнi задачi дослiдження.
У другому розділі розроблено основи геометричної та кінематичної теорії гіперболоїдних передач другого роду з лінійним контактом, колеса яких одержано за допомогою розроблених спеціальних обкатних зуборізних інструментів. Розглянуто формоутворення квазігіперболоїдних коліс і основних виробляючих поверхней, сполучених з цилiндричними зубчатими колесами, вали котрих перехрещуються в межах 90180.
Для знаходження геометрiї квазігiперболоїдного основного колеса 2 (черв'яка) використовуїмо три системи координат: рухомi системи, зв'язанi вiдповiдно з цилiндричним колесом 1 та квазігiперболоїдним колесом (черв'яком) 2 (рис. 1); i нерухома система, вiдносно якої задавалися рухомі системи координат.
В векторній формі рівняння циліндричного колеса з будь-яким профілем (виробляючого колеса), сполученого з квазігіперболоїдним колесом, запишемо в такому вигляді:
де - перемінна величина, в подальшому є кутом розгортки евольвенти;
-текуча координата на осі.
Перехід від системи до системи здійснений за допомогою матриці (рис. 1). Тоді одержуємо сімейство поверхонь квазігіперболоїдного колеса з будь-яким профілем в вигляді:
В приведеному виразі:
- кут перехрещування осей цилiндричного колеса з квазігіперболоїдним колесом (черв'яком);
- кут оберту цилiндричного виробляючого колеса;
-кут оберту квазігiперболоїдного основного черв'яка (колеса) ();
-найкоротша мiжосева вiдстань.
Вираз (2) визначає поверхні зубців формоутворюваного колеса в залежності від трьох параметрів. Тут слід мати на увазі, що визначається через і передатне число за допомогою наступного виразу.
При обгинанні, коли і зв’язані між собою за часом, вирази (2) визначають сімейство поверхней зубців квазігіперболоїдного колеса, утвореного виробляючими лініями. В загальному випадку ці поверхні відрізняються від поверхней взаємообгинаючих з поверхнями циліндричного колеса, одержаним поступаючим, тобто визначаючим параметром, рухом профілей циліндричного колеса. Для ідентичності поверхней, які розглядаються, необхідно і достатньо рівності нулю змішаного добутку, що є рівнянням зв’язку, і має вид
де -вектор торкаючої до виробляючої лінії;
- швидкість виробляючої лінії (ріжучих лез інструментального колеса) вздовж осі циліндричного колеса;
- відносна швидкість руху виробляючої лінії при зафіксованому значенні.
Вектор дотичної з використанням рівняння (1) приймає вид
В подальшому у виразах координата замінена на, а величина при функціях і опускається для простоти запису. Проекції відносної швидкості руху точки, розташованої на утворюючій лінії, при фіксованому значенні та перемінному згідно теоретичній механіці, теорії зачеплення в пересувній системі координат (рис. 1) прийме таке значення:
Відносне просування циліндричного колеса 1 по відношенню до квазігіперболоїдного колеса 2 визначається вектором, проходячим через О, що є точкою приведення та вектором-моментом . Знайдемо проекції. Прийнявши до уваги, що
в результаті одержимо
В подальшому в нас виникне проблема виразити проекції швидкості точок циліндричного колеса 1 (рис. 1) в пересувній системі. Для цього, використовуючи матрицю переходу від нерухомої системи, в якій записана відносна швидкість (5), до пересувної системи, одержимо
Вектор відносної швидкості руху точки профіля циліндричного колеса при фіксованому параметрі і перемінному в системі координат дорівнює
Підставляючи значення векторів із формул (4), (6), (7) в формулу (3), одержимо змішане множення (3), яке представимо в такому вигляді
де
Перетворюючи, одержуємо
Тоді із виразів (10), (6) одержимо рівняння зв’язку між параметрами в наступному вигляді
Сукупнiсть виразу (2) i рiвняння (11) визначають поверхнi виткiв (зубцiв) шуканого квазігiперболоїдного основного колеса (черв'яка). Прорiзавши стружковi канавки на основному черв'яку (колесі), одержимо шуканий квазігiперболоїдний інструмент.
Для визначення рiжучої кромки на інструментi необхiдно знати характер торкання мiж сполученими основними поверхнями. З цiїю метою, записавши координати цилiндричного колеса (1) в нерухомiй системi координат з використанням параметра, одержуїмо поверхню верстатного зачеплення. Примiняючи матрицю переходу вiд рухомої системи координат до нерухомої, одержимо рiвняння верстатного зачеплення в такому виглядi:
де - функції та їх похідні від профілей зубців циліндричних коліс.
Аналiз рiвнянь (12) та їх розрахунок на ЕОМ показуї, що основнi сполученi поверхнi мають лiнiйний характер торкання. Це означаї, що в ролi рiжучої кромки як на iнструментальному цилiндричному колесi, так i квазігiперболоїдному iнструментi можна взяти любу лiнiю, аби ця лiнiя мала точки по всiй висотi витка (зуба). Переднi гранi iнструментiв, що розглядаїмо, розташовуються пiд кутом в залежностi вiд оброблюваних матерiалiв i їх твердостей. Таке становище пояснюїться незатиловкою i гострою незаточкою iнструментiв, якi розглядаються.
Рiжучi кромки, розташованi довiльно на циліндричній поверхнi (1), спроектуються на торцеву плоскiсть без скривлення. Тодi при нарiзаннi, якщо параметри, зв'язанi мiж собою в часi, квазігiперболоїдна поверхня утворюїться виробляючими лiнiями. В загальному випадку поверхнi, одержанi будь-якою поверхнею, вiдрiзняються вiд поверхней, одержаних лiнiями.
Для визначення профілю квазігіперболоїдного колеса в торцевому січенні необхідно розрахувати координати із системи зрівнянь (2) і (11). Рішення може бути таким: із рівняння (11) визначаємо параметр і підставляємо його в виразу (2). Одержане трансцендентне рівняння для евольвентного профіля на циліндричному колесі запишемо в вигляді:
Задаючи послідовно координату, де розраховуїться профiль, і, варiюючи евольвентним кутом, обчислюїмо iз рiвняння (13) кут оберта цилiндричного колеса (рис. 1), при якому вiдбуваїться контакт сполучених поверхней. Потiм, пiдставляючи знайденi кути (-30...30) в першi два рiвняння системи (2), знаходимо координати квазігiперболоїдного колеса в залежностi вiд.
В промисловостi всього свiту для нарiзання зубцiв цилiндричних колiс, в основному, використовуїться метод обкатки в просторовому верстатному зачепленнi (осi перехрещуються) за допомогою черв'ячних фрез. Черв'ячнi фрези з евольвентним профiлем iз-за складностi затилування на сьогоднi практично нездiйсненнi в промисловостi, тому замiнюються на архiмедовi i конволютнi черв'ячнi фрези.
В результатi нарiзуванi зубцi цилiндричних колiс виходять теоретично i практично неевольвентними, так як архiмедовi i конволютнi основнi черв'яки являються несполученими з евольвентними поверхнями зубцiв. З таким становищем важко погодитись. Тому в даному дослiдженнi архiмедовi i конволютнi черв'ячнi фрези пропонуїться замiнити на квазігiперболоїднi черв'ячнi фрези, виготовленi на половинi однополосного квазігiперболоїда другим способом Олiв'ї.
При цьому виробляюче незатиловане i гостро незаточене iнструментальне цилiндричне колесо 1 нарiзаї витки (зубцi) на половинi заготiвки iз однополосного квазігiперболоїда (рис. 1). Сама заготiвка здiйснюїться круглим рiзцем, який не маї заднiх кутiв. Iз рис. 1 видно, що iнструментальне цилiндричне колесо подаїться за стрiлкою S вздовж прямої, яка перехрещується з віссю оберту однополосного квазігiперболоїда 2. Колесо 1 i половина квазігiперболоїдної заготiвки 2 кiнематично зв'язанi в залежностi вiд кiлькостi зубцiв на них , тобто.
Для цього налагоджуїться тiльки гiтара дiлення при прямозубому iнструментальному колесi 1. При косозубому колесi 1 необхiдно налагоджувати додатково гiтару диференцiалу в залежностi вiд кута нахилу зуба на iнструментальному цилiндричному колесi.
Таким чином, схема виготовлення квазігiперболоїдного колеса і iнструмента, яка запропонована в дослiдженні для створення гіперболоїдної зубчатої передачі другого роду, принципово вiдрiзняїться вiд схем, запропонованих iншими авторами.
У третьому розділі на основі аналітичних досліджень визначена геометрія гіперболоїдної передачі другого роду і показано формоутворення зубців на половині заготівки однополосного квазігіперболоїда. Одержано заготівку за допомогою круглого різця, діаметр якого дорівнює діаметру впадин циліндричного колеса (рис. 2). Для прикладу прийнято такі геометричні параметри передачі: циліндричне евольвентне прямозубе колесо з, квазігіперболоїдне колесо з, модуль нормальний і кут схрещення осей. При таких параметрах ділильний діаметр горлового січення заготівки дорівнюємм. Потім визначались ділильні діаметри квазігіперболоїдного колеса заміром в обидва боки від горлового січення - ці діаметри нерівні, тобто колесо виявилось несиметричним. Виміри ділильних діаметрів праворуч від горлового січення мають такі значення: ø 120; 120,88; 124,06; 130,54; 141,06.
Виміри діаметрів з лівого боку від горлового січення з таким же кроком тільки зі знаком “-“ дали такі розміри: 120; 120,86; 123,74; 128,74; 136,14 (рис. 2). Таким чином при нарізанні колеса з правого боку від горлового січення відбувається відхід сполучених поверхней однієї від другої, що приводить до нормального зачеплення. Що торкається лівого боку від горлового січення, то відбувається, навпаки, наближення сполучених поверхней, що приводить до підрізу поверхонь або інтерференції в робочому зачепленні. Заміри радіусів кривизни квазігіперболоїдних зубців показують, що їх значення нерівні по величині на одинаковій відстані від горлового січення.
Звідси витікає, що при відомій поверхні циліндричного колеса воно зачеплюється з двома різними за геометричними розмірами частками гіперболоїдного колеса. Таким чином, заданий закон обертання виконати неможливо, тобто не можна створити циліндрично-гіперболоїдну передачу з повним гіперболоїдним колесом.
Із рис. 2 видно, що розглянута в прикладі гіперболоїдна передача другого роду повинна складатись із циліндричного колеса любої ширини і квазігіперболоїдного колеса, виготовленого для передачі, що розглядається, починаючи з координати –“+8” мм від горлового січення (знайдена розрахунком) і закінчуючи на товщині зуба, рівній 0,3...0,4m, котру можна визначити експериментально або аналітично.
Експериментальні дані, одержані вище, підтверджені аналітичним розрахунком. Для цього записано циліндричне колесо в координатній формі, а потім методом обгинання аналітично одержане квазігіперболоїдне зубчате колесо, геометрія якого
розрахована на ЕОМ. При цьому розрахункові величини співпадають з величинами, одержаними експериментально.
Із рис. 2 (а) видно, що радіуси на осі оберту квазігіперболоїдної заготівки зліва: 0; “-4”; “-8” практично співпадають з радіусами колеса на осі оберту справа: 0; “+4”; “+8”. Що торкається координат “-12”; “-16”; “-24”; “-32”, то на них радіуси не співпадають з радіусами, розташованими на координатах “+12”; “+16”; “+24”; “+32”.
Дійсно, радіуси приймають значення попарно такі: r 60,44 і r 60,43; r 62,03 і r 61,87; r 65,27 і r 64,37; r 70,53 і r 68,07. Тоді відхід зуба квазігіперболоїдного колеса від зуба сполученого циліндричного колеса в плоскості креслення (рис. 2) складає по величині, починаючи від величини (r 60,44–r 60,43=0,01) до 2,46 мм
(r 70,53 –r 68,07). Таким чином, кінематичний кут по ділильному діаметру квазігіперболоїдної передачі (верстатного зачеплення), які розглядаються, можна визначити таким чином: tg α=1,56/8=0,195 рад або в градусах 11º.
Звідси витікає, що квазігіперболоїдне колесо, що розглядається, повинно бути сконструйоване таким чином, щоб лівий торець не був ближче координати “+8”. При меншій координаті, яка обчислюється від горлового січення, наприклад, “+4”, “0”, “-4” будуть з’являтися особливі точки із-за підрізу. Що торкається правого торця, то він повинен розташовуватись в області загострення не перебільшуючого 0,3...0,4 m. Також точки підрізу і загострення визначені аналітично. Для цього із зрівняння зачеплення визначена нормаль через часткові похідні до координатних ліній, розташованих на квазігіперболоїдних зубцях. Тоді вилучені часткові похідні, котрі дорівнюють нулю, тобто визначені особливі точки на квазігіперболоїдному колесі, де буде спостерігатися інтерференція (підріз). Таким чином, квазігіперболоїдні зубчаті колеса і інструменти, що входять до гіперболоїдних передач другого роду, повинні проектуватися тільки на половині однополосного квазігіперболоїда. При цьому такі інструменти не затилуються і гостро не заточуються, що пояснюється відходом нарізуваної впадини від інструмента, а не сприятливим розташуванням ліній контакту, як це стверджується багатьма дослідниками.
На рис. 3 показано робоче зачеплення і спосiб формоутворення квазігiперболоїдних виткiв (зубцiв), запропонований автором даного дослiдження. При цьому циліндричне колесо передачі, а також незатиловане цилiндричне iнструментальне колесо 1 кiнематично ув'язуїться з квазігiперболоїдною заготiвкою (колесом) i подаїться за стрiлкою S уздовж прямої, що знаходиться в площині, паралельнiй діаметральним вертикальним площинам, вiдстань мiж якими дорiвнюї сумi радiусiв квазігiперболоїдного колеса 2 в горловому сiченнi та виробляючого iнструментального колеса 1. При поворотi квазігiперболоїдної заготівки прямолiнiйна утворююча "оа", вздовж якої подається колесо 1, буде відходити від нього, утворюючи таким чином кiнематичнi заднi кути на обох сполучених поверхнях. Дiлянка "ав", навпаки, наближаїться до колеса 1, і, таким чином, зачеплення і рiзання без підрізу стаї неможливим.
Тому лiва частина квазігiперболоїда (на рис. 3 показана штриховими лiнiями) не може використовуватись для реалізації гіперболоїної передачі, як це пропонують робити дослiдники Нiмеччини, Японiї i фiрма REISHAUER та інших фірм.
Таким чином, для зубчатого і виробляючого коліс і iнструмента, які входять в гіперболоїдну передачу другого роду і гіперболоїдне верстатне зачеплення, можна використати тiльки будь-яку половину однополосного квазігiперболоїда. Передня рiжуча грань завжди розташовуїться з бiльшого торця половини гiперболоїда.
У четвертому роздiлi отримано аналітичні залежності кінематичних і геометричних показників працездатності гіперболоїдної передачі другого роду, верстатного зачеплення і процесів обробки зубців циліндричних і квазігіперболоїдних коліс за допомогою квазігіперболоїдних і циліндричних виробляючих коліс та обкатних інструментів. В ролi головного руху рiзання приймаїться вiдносна швидкiсть сковзання, напрям якої спiвпадаї з напрямом осi обертання цилiндричного виробляючого колеса. Виникаюча швидкiсть сковзання визначаїться з рiвняння:
Складаючi цiїї швидкостi визначаються з рiвнянь системи (6). Розрахунки показують, що при перехрещеннi осей в межах 91150 швидкiсть сковзання практично рiвна, а профiльне сковзання не змiнюї свiй знак в районi дiлильної окружностi. Це значить, що по всiй висотi оброблюваного зуба спостерiгаїться спiвпадання процесiв деформацiї i рiзання, ведуче до покращення якостi обробки і зниженню використаної потужності.
Розглянута також сумарна швидкiсть руху контактуючих поверхней –циліндричного і квазігіперболоїдного коліс в напрямi, перпендикулярному лiнiям контакту. Ця швидкiсть визначаїться із такої залежностi
де - вектор швидкостi точки при русi по поверхнi цилiндричного зуба;
- вектор швидкостi точки при русі по поверхні квазігіперболоїдного зуба.
Пiсля аналiтичних перетворень рiвняння (15), одержимо
де - модуль вектора;
коефiцiїнти квадратичних форм основної поверхні, рівні для евольвентного колеса:.
- часткові похідні знаходимо iз рiвняння зачеплення (11) при евольвентному профілю
При дорiвненнi нулю чисельника рiвняння (16) сумарна швидкiсть руху контакту. Це становище можна використати для виключення на основній поверхнi точок контакту, в котрих несприятливi умови змазки i тим самим несприятливi умови роботи гіперболоїдної передачі другого роду.
В дисертацiї розглядаїться гіперболоїдна передача другого роду, верстатне зачеплення і нарiзування зубцiв цилiндричних колiс з евольвентним профілем квазігiперболоїдними iнструментами в залежностi вiд кута мiж вектором вiдносної швидкостi сковзання i лiнiями контакту, вираженими рiвняннями (12). Цей кут впливаї на зусилля врiзання рiжучих кромок в оброблюваний матерiал. Чим бiльший цей кут, котрий розглядаїться, тим бiльша сила врiзання. Кут, що розглядаїться, знайдемо за допомогою залежності
де - дотичний вектор до рiжучої кромки.
Використовуючи вирази (4) i (9), одержимо
Кут мiж векторами дорiвнюї 0,5 в точках, для яких дiлильник рiвняння (19) дорiвнюї нулю, тобто
Цю умову можна використати для кутiв, рiвних 0,5 мiж вектором i лiнiїю контакту, коли міцність коліс буде самою великою. При чисельнику в рiвняннi (19), рiвним нулю, кут. В цьому випадку будуть самi сприятливi умови для обробки зубцiв як цилiндричними, так i квазігiперболоїдними обкатними iнструментами.
Розглянута приведена кривизна контактуючих і нарiзуваних поверхней зубцiв i похiдних поверхней, яка впливаї на роботу передачі і на процес рiзання. Чим бiльша ця кривизна, тим легше вiдбуваїться впровадження контактуючих поверхней і рiжучої кромки в оброблюваний матерiал. Пiд приведеною нормальною кривизною розумiють рiзнiсть кривизни контактуючих поверхней в загальному нормальному сiченнi.
Для визначення шуканої кривизни поверхней сполучених зубцiв використаїмо iз теорiї передач рiвняння
де коефiцiїнти першої квадратичної форми визначаються виразами:
- частковi похiднi, що визначаються рiвняннями (17).
Розкриваючи визначник
для робочого і верстатного зачеплення, які розглядаються, одержимо:
З цього рiвняння витiкаї, що поверхневого контакту в гіперболоїдній передачі другого роду бути не може. Це пояснюїться тим, що знаменник наведеного вище рiвняння нiколи не обернеться в нуль. Якщо ж знаменник рiвняїться нулю, то наведена кривизна буде дорiвнюватись безкiнцевостi. В точках з такими значеннями наведеної кривизни виникають сприятливi умови лезвійної обробки.
Роздiл 5. Присвячено аналізу показників працездатності гіперболоїдної передачі другого роду, дослiдженням геометрiї i кiнематики гіперболоїдних передач другого роду за допомогою розробленого програмного забеспечення, а також процесiв роботи у верстатному зачепленні і нарiзання зубцiв цилiндричних і квазігіперболоїдних колiс квазігiперболоїдними і циліндричними обкатними iнструментами. При цьому для прикладу розрахунок проведено за рівняннями (2) для циліндричного і квазігіперболоїдного коліс із такими параметрами:. Кут схрещення взято зі значенням:. Тоді ділильні діаметри квазігіперболоїдного колеса, віддалені для прикладу від горлового січення на відстані 32; 24; 16; 8; 0; -8; -16; -24; -32, приймають значення, показані на рис. 2.
Аналіз одержаних результатів показує, що квазігіперболоїдне колесо відносно горлового січення несиметричне, тобто діаметри справа і зліва, що знаходяться на однакових відстанях від горлового січення, мають різні значення. Звідси витікає: квазігіперболоїдне колесо, сполучене з циліндричним колесом, повинно бути розташованим від горлового січення тільки до одного із торців –лівому чи правому. В іншому випадку наступає інтерференція зачеплення. Таке становище пояснюється відходом впадин зубців квазігіперболоїдного колеса (інструмента) з одного боку однополосного квазігіперболоїда і наближенням впадин з іншого боку. Із рис. 4 і рис. 5 видно, що відносна швидкість сковзання , а також сумарна швидкість в основному залежить від кута схрещення .
Крім того, швидкості, що розглядаються, мають різні значення уздовж довжини контактуючих зубців в напрямах від горлового перерізу. В результаті рівняння зв’язку (3) мають різні значення для перерізів, симетрично розташованих відносно горлового січення. Із сказанного витікає, що гіперболоїдна передача другого роду повинна складатись із циліндричного колеса і половини квазігіперболоїдного колеса.
На рис. 6 приведені графіки змін кута між вектором відносної швидкості сковзання і напрямом лінії контакту, чисельні значення яких одержані із залежності (19). Із рисунка витікає, що кути, які розглядаються, в залежності від кута схрещення осей, знаходяться в межах. При цьому квазігіперболоїдне колесо повинно бути спроектоване на правому чи лівому боці від горлового січення. Це становище пояснюється різними кутами на правому і лівому боках гіперболоїда, що знаходяться на одинакових відстанях від горлового січення. Із рис. 6 кривизна (із виразу (21)) в основному залежить від кута схрещення осей циліндричного і квазігіперболоїдного коліс. При цьому кривизна зубців справа і зліва від горлового перерізу при одинаковому віддаленні від цього січення не одинакова по величині. Як наслідок - профілі зубців з одного боку на одинаковій відстані від горлового перерізу будуть різні. Таке становище приводить до того, що евольвентна поверхня циліндричного колеса при певній кінематиці сполучається з різними квазігіперболоїдними поверхнями, що неможливо.
Змінюючи в розробленому програмному забезпеченні геометрію гіперболоїдної передачі другого роду, розраховуємо якісні показники передачі (див. додаток).
Шостий роздiл присвячено експериментальним дослідженням і технології виготовлення гіперболоїдних передач другого роду. Показано, що цилiндричнi і квазігiперболоїднi обкатнi iнструменти не затилуються i гостро не заточуються. Це означаї, що цилiндричний обкатний iнструмент являї собою високоточне стальне загартоване цилiндричне зубчате колесо. Технологiя виготовлення такого колеса аналогiчна технологiї виготовлення звичайних цилiндричних колiс. При цьому на торцях колеса одержують передню грань під кутом, величина якого залежить тільки від оброблюваного матеріалу і його твердості.
Розглядаїться технологiя виготовлення квазігiперболоїдних обкатних коліс і iнструментiв. Гіперболоїдне верстатне зачеплення (рис.7) цилiндричного iнструментального колеса 1 з квазігiперболоїдним колесом або обкатним iнструментом 2 характеризуїться такими трьома основними параметрами: кутом перехрещення вісей iнструмента 1 i виробу 2, мiжосьовою вiдстанню i передаточним числом .
На рис. 7 показано гіперболоїдне верстатне зачеплення другого роду. Квазігiперболоїдна заготiвка виготовляїться за допомогою дискового рiзця 3, розташованого окремо або на одній оправці з цилiндричним iнструментальним колесом 1. Подача квазігiперболоїдної заготiвки здiйснюїться вздовж по стрiлцi S. Фiнiшна обробка квазігiперболоїдного обкатного iнструмента (колеса) може вестись шевером, хоном, летючим рiзцем, дисковим шлiфувальним кругом, діамантовим колесом. Ширину квазігiперболоїдного iнструмента знайдемо iз умов загострення зубцiв на бiльшому торцi. Величина загострення не повинна бути меншою (0,3...0,4)m, де m - модуль зачеплення. Задачу про загострення в загальному випадку можна розв'язати таким чином. Задаємо з третього рiвняння системи (2). Оскільки межi змiни профільного кута для обох сторiн зубцiв колеса вiдомi, iз одержуваного при цьому рiвняння
(22)
для заданого в межах робочих дiлянок профiлей виткiв визначаїмо.
При одержаннi значення визначаїмо для профiлей . Змiнюючи i повторюючи розрахунки, одержимо сполучення кривих, визначаючих профiль зубцiв квазігiперболоїдного колеса (інструмента) при рiзних значеннях. При цьому для деякого значення одержуванi кривi, що вiдповiдають профiлям, пересікаються, тобто буде мати мiсце загострення зубцiв нарiзуваного квазігіперболоїдного колеса (iнструмента). Потiм, зменшуючи, можна одержати таку ширину квазігіперболоїдного iнструмента, на торцях якого товщина виткiв на їх вершинах буде не менше заданої величини (рис. 7).
На заводах можна обiйтись без розрахункiв рiвняння (22). Для цього необхiдно взяти заготівку 2 збiльшеної ширини “в” i прорiзати на нiй витки, а потiм визначити необхiдну товщину виткiв візуально. Останню загострену частину квазігiперболоїда усунути механічним способом. Що торкається торця квазігіперболоїдного колеса з боку горлового січення, то він може бути визначений із послідовного знаходження нормалей до основної поверхні колеса, від горлового січення по залежності. Особливі точки, що визначаються залежністю, необхідно відкинути, і в результаті буде знайдено торець колеса з боку горлового січення.
В подальшому досліджувалось верстатне зачеплення циліндричного виробляючого колеса з нарізуваним квазігіперболоїдним колесом та верстатне зачеплення квазігіперболоїдного виробляючого колеса з нарізуваним циліндричним
колесом з параметрами. На серійних зубофрезерних верстатах установлювались попарно циліндричні прямозубі і квазігіперболоїдні колеса для одержання верстатних зачеплень.
Нарізка зубців на квазігіперболоїдному колесі здійснена методом обкатки на зубофрезерному верстаті за допомогою прямозубого інструментального колеса 1 (рис.7), при якому головний рух різання, поряд з рухом подачі виробу по стрілці, здійснюється завдяки наявності відносного сковзання передніх граней інструментального колеса об поверхню нарізуваного колеса.
Відносне сковзання одержано за рахунок схрещення валів інструментального колеса і квазігіперболоїдної заготівки, на якій формоутворюються зубці. Подача заготівки по стрілці здійснюється супортом верстата. При цьому обертаюче і поступальне просування заготівки є двома незалежними параметрами.
Квазігіперболоїдна заготівка 2 встановлена на оправці супорта верстата під кутом схрещення осей, залежним від геометрії нарізуваного колеса. Інструментальне колесо встановлюється на оправці, закріпленій на столі зубофрезерного верстата. Обертання інструмента і заготівки здійснюють по напрямі годинникової стрілки і погоджують за допомогою тільки гітари ділення при прямозубому колесі шляхом підбору змінних шестерень. Розрахункові діаметри колеса, віддалені від горлового січення, вичисляються аналітично, згідно виразам (2) і (11).
Подача супорта по стрілці відбувається зі швидкістю, вибраній при позначенні режимів різання (=0,75...6,0 мм/об). Базовою поверхнею для установки глибини різання є зовнішня поверхня горлового (найменшого діаметра) січення заготівки. Після вмикання верстата заготівку та інструментальне колесо наближають до їх торкання. При цьому положенні супорт піднімають до тих пір, поки інструментальне колесо не опиниться нижче заготівки. Потім зближають інструментальне колесо і заготівку на глибину різання, яка вимагається і виконують формоутворення квазігіперболоїдного зубчатого колеса.
Використовуючи матричне обчислювання та кінематичний метод визначення ліній контакту і обгинаючої поверхні, одержимо зубці на поверхні однополосного квазігіперболоїда за допомогою циліндричного косозубого колеса в такому виді:
де - параметр винтової поверхні;
- сімійство поверхней зубців квазігіперболоїдного зубчатого колеса;
- найкоротша міжосева відстань;
-поверхня зубців інструментального колеса.
Зубчаті колеса приведеного зачеплення мають сполучені поверхні зубців з лінійним контактом в силу того, що виробляючі поверхні для одного із них (циліндричне або квазігіперболоїдне колесо), що описується ріжучими кромками, співпадають з головними поверхнями зубців парного колеса при подачі циліндричного виробляючого колеса уздовж своєї осі. Запропоновані передачі установлюються на спецвиробах та зубофрезерних верстатах міста Луганська.
Отримані гіперболоїдні зубчаті передачі другого роду з лінійним контактом зубців мають підвищену несучу здібність порівняно з гіперболоїдними винтовими передачами.
Проведена експериментальна перевірка досліджуваних передач. Методика досліджень звелась до визначення граничного крутящого моменту, при якому відбувалось руйнування поверхней зубців коліс в результаті появи заїдання. Необхідним і достатнім критерієм заїдання є така зміна виду поверхні, коли на ній неозброєним оком стають помітними риски, нарости і подряпини, а також відбувається підвищення потужності, яка використовується. Завдяки цим методам оцінки є можливість визначити навантажну здібність коліс безпосередньо в промислових умовах. Дослідження зубчатих коліс проводились методом ступінчатої зміни числа обертів шпинделя зубофрезерного верстата 5Е32. Суть методу полягає в тому, що кількість обертів шпинделя змінюється не безперервно, а ступінчато: на кожному ступені досліджувані колеса працюють деякий час, на протязі якого досягається постійний режим роботи. Далі число обертів зменшують ще на ступінь і так до тих пір, поки не наступить заїдання. При цьому потужність на кожній ступені залишається постійною. Величина числа обертів на кожній ступені визначається по таблиці, взятій із паспорта зубофрезерного верстата. Було помічено, що постійний режим роботи досягається на протязі 15 хвилин роботи на кожній ступені. Якщо заїдання не наступає протягом 15 хвилин, то передача продовжувала працювати протягом тривалих годин без будь-яких видимих слідів заїдання. Дослідження велись при потужності, рівній 4,5 кВт. Числа обертів шпинделя верстата рівнялись: 250; 202; 153; 125; 102; 78; 62,5; 53,5 обертів за хвилину при постійній потужності. В результаті крутящий момент змінюється на кожній ступені.
Основною метою експеримента являлось порівняльне дослідження гіперболоїдної передачі другого роду і винтової передачі. Загальна схема досліджень була наступною. Установлені на верстаті гіперболоїдні передачі другого роду з параметрами: прямозубе колесо і квазігіперболоїдне зубчате колесо з ; потім встановлювались колеса винтової передачі з параметрами на косозубому колесі та прямозубим колесом з встановлюються для дослідження по черзі. Тому кожна пара підлягала приробці на протязі однієї години. В цей період дослідження практично непомітні сліди зносу на колесах. Після цього проводились дослідження передачі при ступінчатій зміні числа обертів при постійній потужності, що не приводить до збільшення навантаження. Тривалість роботи для кожної ступені 15 хвилин. Перед кожною наступною ступінню зміни числа обертів проводився візуальний огляд поверхні зубців. Із зниженням числа обертів знос збільшується, але інтенсивність його невелика. На момент наступу заїдання знос стає більш прогресуючим і при наступі заїдання зростає настільки швидко, що протягом декількох хвилин на зубцях стають помітними риски, подряпини, блискучі ділянки.
Форма п’ятна контакту на колесі залежить від того, в яку передачу входить колесо. По п’ятну контакту зубців винтової передачі видно, що в цьому випадку реалізується крапковий характер торкання, який приводить до зниження несучої здібності. П’ятно контакту під навантаженням збільшується по ширині зуба.
На прямозубому евольвентному зубчатому колесі, яке входить в гіперболоїдну зубчату передачу другого роду, по п’ятну контакту видно, що в цьому випадку реалізується лінійний характер торкання, який приводить до підвищення несучої здібності. П’ятно контакту під навантаженням розповсюджується на всю основну поверхню евольвентного зуба.
Одержані результати слід вважати попереджувальними. Вони можуть бути використані в подальших дослідженнях цих передач, а саме: при дослідженні їх працездатності для повторно-короткочасних навантажень, для розрахунку різних сполучень матеріалів пари, для різноманітних окружних швидкостей, передаточного числа, швидкостей сковзання.
Експериментальні дослідження показали, що при дотриманні рекомендованих норм точності та режимів приробки навантажувальна здібність гіперболоїдної зубчатої передачі другого роду в середньому в 2 рази перевищує навантажувальну здібність аналогічних винтових передач.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі вирішена науково-дослідна технічна проблема –розроблена геометрична теорія гіперболоїдних передач другого роду. На основі теорії створені гіперболоїдні передачі другого роду на базі спеціальних ріжучих інструментів.
. Вперше створена експериментальна і теоретична модель гіперболоїдної передачі другого роду, зубчаті колеса якої мають сполучені поверхні зубців з лінійним торканням, одержуваним виробляючим колесом для одного з них, співпадаючим з головною поверхнею зубців парного зубчатого колеса. Конструктивно модель складається з циліндричного прямозубого або косозубого колеса з евольвентним профілем та квазігіперболоїдного колеса з неевольвентним профілем.
. Отримана кiнематична пара, яка складається із цилiндричного колеса і квазігiперболоїдного колеса (черв'яка), маї лiнiйний характер торкання. Це означає, що рiжуча кромка на виробляючих колесах може бути геометрично любою, аби вона мала б точки по всiй активнiй висотi зуба, який приймаї участь в зачепленнi.
3. Доведено, що квазігiперболоїднi колеса і iнструменти можуть бути сконструйовані тiльки на однiй половинi однополосного квазігiперболоїда.
4. Отримана основна квазігiперболоїдна поверхня при допомозi виробляючого цилiндричного зубчатого колеса в просторовому верстатному зачепленнi. Це означає, що якщо iз отриманої пари одержати технологiчну пару "заготівка - iнструмент" за другим способом Олiв'ї, то в ролі рiжучої кромки iнструмента можна взяти любу лiнiю на поверхнi цього елемента, аби ця лiнiя мала точки вздовж всiєї активної висоти зуба, що приймаї участь у зачепленнi. Оскільки одержаний квазігiперболоїдний iнструмент не затилуїться, то рiжучу кромку можна брати в січній плоскостi, передній кут якої вибирається в залежності вiд міцності i твердостi оброблюваного матерiалу на зубцях цилiндричних колiс.
. Установлено, що працездатність гіперболоїдної передачі другого роду залежить вiд кута мiж вектором вiдносної швидкостi i напрямом лiнiї контакту. При збільшенні цього кута міцність передачі збільшується. Таке положення досягається за рахунок змiни геометричних розмiрiв коліс i кута схрещення вісей передачі.
6. Доведено, що при збiльшеннi приведеної кривизни контактуючих поверхней зубцiв сила контакту, яку витримає передача, зменшується. Це вiдбуваїться при збiльшеннi кута нахилу зуба квазігiперболоїдного колеса або iнструмента.
7. Доведено, що при формоутворенні коліс за допомогою квазігіперболоїдних фрез, зусилля різання можуть бути зменшені в 2 рази, а точність нарізуваних зубців буде залежати тільки від величини подачі і точності механізмів верстата і точності виготовлення основного черв’яка.
8. Показано, що евольвентний профiль зубцiв на цилiндричних колесах в просторовому верстатному зачепленнi вдаїться одержувати за допомогою круглих i черв'ячних шеверiв, кромочних шеверів, а також iнструментами "Гирак". Це пояснюїться тим, що вказанi iнструменти не затилуються, а тому вони легко можуть бути виготовленi з евольвентним профiлем. Що торкаїться цилiндричних обкатних рiзцiв, то основнi їх поверхнi ї евольвентними, що мають точковий характер торкання з контактуючими евольвентними зубцями цилiндричних колiс. Тому недостатньо широке використання зуботочiння пояснюїться тим, що кожний рiзець тут специфiчний i може використовуватись для дуже близьких за параметрами зубчатих колiс. Рiзниця в два зуби уже вимагаї iнструмента з iншими параметрами.
9. Доказано, що передні рiжучi гранi на квазігiперболоїдному iнструментi повиннi бути виготовленi тiльки з боку, протилежного горловому перерізу, пiд переднім кутом, залежним вiд матерiалу i твердостi оброблюваного матерiалу циліндричного колеса.
. При формоутворенні квазігiперболоїдних коліс і iнструментiв в ролi головного руху рiзання приймаїться вiдносна швидкiсть сковзання. Ця швидкiсть залежить вiд кута нахилу зубцiв. При цьому профільне сковзання спрямоване в одну сторону по висоті зуба, що зменшує зношення зубців на створеній гіперболоїдній зубчатій передачі другого роду.
11. Визначені якісні показники працездатності гіперболоїдної передачі другого роду, що складається з циліндричного і квазігіперболоїдного зубчатих коліс.
. Одержані умови, які дають можливість обмежувати, шляхом винятку, на поверхнях контактуючих зубців ліній з безкінцевими удільними сковзаннями, а також для котрих сумарна швидкість переміщення поверхней зубців в напрямку, перпендикулярному лінії контакту, рівна нулю.
. Розроблено програмне забезпечення, що дає змогу прогнозувати оптимальні геометричні і кінематичні показники гіперболоїдної передачі другого роду, в залежності від заданих вхідних параметрів передачі.
. Реалізація результатів досліджень, отриманих в дисертаційній роботі, відкриває нові напрямки в розробці різноманітних машин і механізмів.
За результатами експериментальної перевірки робочого і гіперболоїдного верстатного зачеплення вдалось одержати лінійний контакт в зачепленні, що розглядається, а це автоматично приводить до підвищення несучої здібності порівняно з винтовими передачами в 2 рази.
Розрахунок порівняльної економічної ефективності виготовлення зуборізних черв’ячних фрез і квазігіперболоїдних фрез показав, що собівартість виготовлення квазігіперболоїдних фрез на існуючому обладнанні в 3 рази дешевша серійних черв’ячних фрез, що виготовляються на заводах в даний період.
Отримані в дисертаційній роботі результати використовуються і можуть бути використані проектними і машинобудівними підприємствами при проектуванні і виготовленні гіперболоїдних передач другого роду і спеціальних ріжучих інструментів для виготовлення коліс передачі, яка розглядається, а також циліндричних коліс, які виготовляються для різних зубчатих зачеплень. Це буде сприяти підвищенню технологічного рівня передач з одночасним зниженням вартості виготовлення зубчатих коліс.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ РОБІТ
ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Кириченко И.А. Гиперболоидные зубчатые передачи и их изготовление // Вiсник Сх. нац. ун-ту.- Луганськ: СНУ.- 2003.- № 9 (67).- С. 196-199.
2. Кириченко И.А., Витренко В.А., Доан Дык Винь. Зубчатые гиперболоидные передачи с линейным контактом, полученным нетрадиционными технологическими методами обработки // Вестник национального технического университета “ХПИ”.-Харьков: ХГПУ.- 2001.- Выпуск №13.- С. 32-36.
3. И.А. Кириченко, В.А. Витренко, А.П. Короленко, А.В. Витренко. Износ зубьев гиперболоидной передачи // Вiсник Сх. нац. ун-ту.- Луганськ: СНУ.- 2002.- №3 (49).- С. 26-28
4. А.Л. Голубенко, В.А. Витренко, И.А. Кириченко, А.Е. Досталь. Цилиндро-гиперболоидные передачи, составленные из цилиндрических и гиперболоидных зубчатых колес// Вісник Сх. нац. ун-ту.- Луганськ: СНУ.-2000.-№11 (33).-С.14-19.
5. Кириченко И.А., В.А. Витренко, В.В. Белозерова, А.В. Витренко. Зацепление прямозубого зубчатого колеса с гиперболоидным колесом // Вiсник Сх. нац. ун-ту.- Луганськ: СНУ.-2002.- № 6 (52). - С. 52-55
6. Голубенко А.Л., Кириченко И.А., В.А. Витренко, О.Л. Игнатьев, А.В. Витренко. Геометрия и кинематика цилиндро-гиперболоидных зубчатых передач // Вiсник Сх. нац. ун-ту.- Луганськ: СНУ.-2002.- №6 .- С 134-138.
7. Кириченко И.А. Гиперболоидная зубчатая передача, полученная цилиндрической производящей поверхностью: Зб. наукових праць.- Краматорськ: Вид-цтво ДДМА, вип. №11, 2001.- С.129-133.
8. Кириченко И.А., Витренко В.А., Витренко А.В. Зубчатые передачи на скрещивающихся валах // Международный сборник научных трудов "Прогрессивные технологии и системы машиностроения". –Донецк: ДГТУ.- 2002.-Выпуск №19.- С. 83-88.
9. Витренко В.А., Кириченко И.А., Белозерова В.В., Витренко А.В. Гиперболоидная зубчатая передача с линейным контактом // Международный сборник научных трудов "Прогрессивные технологии и системы машиностроения". –Донецк: ДГТУ.- 2003.-Выпуск №25.- С. 52-55.
10. Кириченко И.А. Шлифование зубьев цилиндрических колес гиперболоидными абразивными червяками // Вiсник Схiдноукраїнського державного унiверситету.- Луганськ: СУДУ.- 1999.- № 3 (18).- С. 125-129.
11. Кириченко И.А.Чистовая обработка цилиндрических колес гиперболоидными шеверами // Вiсник Схiдноукраїнського державного унiверситету.- Луганськ: СУДУ.- 2000.- № 1 (23).- С.51-56.
12. Кириченко И.А. Инструменты для нарезания и отделки зубьев цилиндрических колес методом обката в пространственном станочном зацеплении // Вiсник Схiд. держ. ун-ту.- Луганськ: СУДУ.- 2000.- №5 (27).- С. 95-99
13. Кириченко И.А. Хонингование и шевингование эвольвентных зубьев цилиндрических колес // Вiсник Сх. держ. ун-ту.- Луганськ: СНУ.- 2000.- № 8 (30).- С.68-72.
. Кириченко И.А. Технология изготовления шеверов для шевингования цилиндрических зубчатых колес // Вiсник Сх. держ. ун-ту.- Луганськ: СНУ.- 2000.- №9 (31).- С. 90-93.
. Кириченко И.А. Инструменты для обработки цилиндрических зубчатых колес // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр.- Луганськ.: Вид-цтво СУДУ, 2000.- С. 142-145.
16. Кириченко И.А. Профилирование гиперболоидных резцов для зуботочения цилиндрических колес // Надійність інструменту та оптимизація технологічних систем: Зб. наук. пр.- Краматорськ. : ДДМА, 1999.- С.45-48.
17. Кириченко И.А. Инструмент для обработки зубьев цилиндрических колес методом зуботочения // Вестник Харьковского государственного политехни ческого унив.-Харьков: ХГПУ.- Выпуск 89.- 2000.- С.115-119.
18. Кириченко И.А. Расчет и конструирование гиперболоидных червячных фрез для нарезания зубьев цилиндрических колес // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.-Харьков: ХГПУ.- 2000.- Выпуск № 95.- С.158-162
19. Кириченко И.А. Гиперболоидная червячная фреза, основной червяк которой получен по второму способу Оливье // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.-Харьков: ХНТУ.- 2001.- Выпуск №109.- С. 32-36.
20. Кириченко И.А. Притирка зубьев цилиндрических зубчатых колес гиперболоидными притирами // Вiсник Сх. нац. ун-ту.- Луганськ: СНУ.- 2000.- №10 (32).- С. 100-105.
21. Кириченко И.А., Доан Дык Винь. Высокопроизводительное зубонарезание цилиндрических колес гиперболоидными обкаточными резцами // Вестник Харьковского государственного политехнческого универ. Сер. Технологии в машиностроении.- 1999.- Выпуск № 50.- С. 142-148.
22. Доан Дык Винь, Кириченко И.А. Технология изготовления цилиндрических зубчатых колес для всех отраслей машиностроения (в том числе сельскохозяйственного машиностроения) // Вісник Харківського державного університету сільського господар. Сер. Підвищення надійності відновлюємих машин.- 2000.-Випуск 4.- С. 166-169.
23. В.А. Витренко, И.А. Кириченко. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами колес для транспортных машин: Зб. наукових праць.- Луганськ: Вид-цтво СУДУ, 1998.- С.54-59.
24. Кириченко I. О., Короленко О.П. Зуборiзнi iнструменти третього класу // Вісник Сумського державного аграрного універ. Сер. Механізація та автоматізація виробничих процесів.- 2000.- Випуск 5.- С. 153-157.
25. Голубенко А.Л., Кириченко И.А. Синтез неэвольвентных зуборезных инструментов для обработки цилиндрических эвольвентных колес для транспортных машин // Вiсник Схiдноукраїнського державного унiверсит. Сер. транспорт.- 2000.- №7 (29).- С.169-172.
. Кириченко И.А., Витренко В.А., Доан Дык Винь. Фрезы для фрезерования эвольвентных зубьев цилиндрических колес, основанных на схемах формообразования третьего класса // Вестник Харьковского государственного политехнического унив.- Харьков: ХГПУ.- 1999.- Выпуск №85.- С. 57-65.
27. В.А. Витренко, М.А. Должков, И.А. Кириченко. Нарезание прямых зубьев цилиндрических колес // Вестник Харьковского государственного политехнческого университета.- Харьков : ХГПУ.- 1999.- Выпуск № 60.- С. 81-85.
28. Кириченко И.А. Зубохонингование цилиндрических колес для транспортных машин// Технічні науки (промисловий транспорт, машинобудування, автоматизація, безпека життєдіяльності: Зб. наук. пр.- Луганськ.: Вид-во СУДУ, 2000.- С. 113-115.
29. Кириченко И.А., Витренко В.А., Должков М.А. Обработка зубьев цилиндрических колес обкатниками, полученными в пространственном станочном зацеплении // Междун. сборник научн. трудов “Прогрессивные технологии и системы машиностроения”.- Донецк: ДГТУ.- 2000.- Выпуск №10.- С.99-104.
30. Витренко А.Н., Витренко В.А., Должков М.А., Кириченко И.А. Формообразование и упрочнение зубьев цилиндрических колес. // Сборник трудов Международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и системы машиностроения".- Том 1.- Донецк: ДГТУ.- 1998.- Выпуск №6.- С. 149-152.
31. Витренко А.Н., Витренко В.А., Зуй Б.С., Кириченко И.А. Повышение качества изготовления зубьев при обработке многозаходными инструментами // Труды Междун. конф. “Современные проблемы машиностроения и технический прогресс”.- Донецк: .- 1996.- С. 41-42.
32. Кириченко И.А., Доан Дык Винь. Инструменты для обработки и отделки зубьев цилиндрических колес методом обкатки в пространственном станочном зацеплении // Международный сборник научных трудов "Прогрессивные технологии и системы машиностроения". –Донецк: ДГТУ.- 1999.-Выпуск №8.- С. 108-111.
33. И.А. Кириченко, П.С. Браун, В.А. Витренко. Технология производства гиперболоидных инструментов. // Працi мiжнародної науково-технiчної конференцiї, присвяченої 100 рiччю механiко-машинобудiвного i 50-рiччю зварювального факультетiв.- "Прогресивна технiка i технологiя машинобудування, приладобудування i зварювального виробництва".- Том. 1.- Київ: НТУУ КПИ .- 1998 .- С. 276-280.
34. Кириченко И.А. Зуборезные инструменты, основанные на схемах формообразования третьего класса // Труды Международной научно-технической конф. "Проблемы качества и долговечности зубчатых передач и редукторов". –Харьков: ХГПУ.- 1997.- С. 48-54.
35. Кириченко И.А. Инструменты для отделки зубьев цилиндрических прямозубых колес методом обката // Труды Международ. научн.-техн. конф. “Проблемы качества и долговечности зубчатых передач и редукторов”.- Харьков: ХГПУ.- 1997.- С.55-60.
36. Кириченко И.А. Обработка и отделка зубьев цилиндрических колес лезвийными и абразивными инструментами, полученными в пространственном станочном зацеплении // Тезисы докладов IV Межд. симпоз."Теория реальных передач зацеплением". - Курган: КГУ.- 1997.- С. 111-113.
37. П.С. Браун, И.А. Кириченко, В.А. Витренко. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием//Працi мiжнародної науково-технiчної конференцiї, присвяченої 100 рiччю механiко-машинобудiвного i 50-рiччю зварювального факультетiв "Прогресивна технiка i технологiя машинобудування, приладобудування i зварювального виробництва”. –Том 2.- Київ: НТУУ КПИ.- 1998.- С.65-69.
АНОТАЦIЯ
Кириченко I.О. Створення гіперболоїдних передач з лінійним контактом зубців на базі спеціальних ріжучих інструментів.- Рукопис. Дисертацiя на здобуття наукового ступеня доктора технiчних наук за спецiальнiстю 05.02.02 –машинознавство. Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, м. Луганськ, 2004.
В дисертацiї на основі розробленої теорії створена гіперболоїдна зубчата передача другого роду з лінійним контактом і верстатне зачеплення циліндричних виробляючих коліс з оброблюваними квазігіперболоїдними колесами і отримано неевольвентний обкатний зуборiзний iнструмент для обробки евольвентних цилiндричних колiс в просторовому верстатному зачепленнi. Такий iнструмент теоретично виготовляїться на заготiвках виду однополосний гiперболоїд, який вiдтворюїться на практицi по технологiї, розробленiй автором даного дослiдження. В результатi квазігiперболоїдний основний черв'як (колесо) маї лiнiйний характер торкання з циліндричним зубчатим колесом з евольвентною поверхнею. Доведено, що одержанi iнструменти не затилують i гостро не заточують. В результатi передня рiжуча грань розташовуїться пiд кутом, залежним вiд оброблюваного матерiалу та його твердостi. При цьому скривлення iнструмента i виробу не вiдбуваїться. Таке становище приводить до зниження потужностi, яка використовуїться, приблизно в 2 рази, що надзвичайно важливо для економії електороенергії при виготовленнi десяткiв мiльйонiв штук зубчатих колiс.
В дослiдженнi показано, що вiдносна швидкiсть сковзання, яка ї головним рухом рiзання, вирiвнюїться по всiй висотi оброблюваного зуба, в результатi чого деформацiя i зсув в процесi рiзання спiвпадають, що приводить до високоякiсної обробки зубцiв колiс і підвищенні міцності гіперболоїдної зубчатої передачі в два рази порівняльно з винтовою передачею.
Ключовi слова: квазігіперболоїдне колесо, верстатне зачеплення, обкатка, зуборiзний iнструмент, однополосний квазігiперболоїд, затилування, лiнiї контакту, вiдносна швидкiсть, кривизна.
АННОТАЦИЯ
Кириченко И.А. Создание гиперболоидных передач с линейным контактом зубьев на базе специальных режущих инструментов.- Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.02- “Машиноведение”. Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля, г. Луганск, 2004.
В диссертации на основе разработанной теории получена гиперболоидная зубчатая передача второго рода с линейным контактом и станочное зацепление цилиндрических производящих колес с обрабатываемыми квазигиперболоидными колесами и получен неэвольвентный обкатной квазигиперболоидный зуборезный инструмент для обработки эвольвентных цилиндрических колес в пространственном станочном зацеплении. Такой инструмент теоретически получается на заготовках вида “однополостной гиперболоид”, который легко воспроизводится на практике по технологии, разработанной автором данного исследования. В результате основной червяк (колесо) имеет линейный характер касания с контактирующей и обрабатываемой эвольвентной поверхностью. При этом полученные инструменты не затылуют и остро не затачивают. В результате передняя режущая грань располагается под углом, зависящим только от обрабатываемого материала и его твердости. При этом искажение инструмента и изделия не происходит. Такое положение приводит к снижению усилия, а, естественно, и потребляемой мощности примерно в 2 раза, что чрезвычайно важно для экономии электроэнергии при изготовлении зубчатых колес.
В диссертации создано рабочее и станочное зацепление квазигиперболоидных рабочих и производящих колес с цилиндрическими колесами, получен эвольвентный обкатной инструмент для обработки квазигиперболоидных колес. Этот инструмент представляет собой цилиндрическое инструментальное колесо, заточенное по передней режущей грани под углом, зависящим от марки и твердости обрабатываемого материала на квазигиперболоидных заготовках. Такое положение объясняется тем, что рассматриваемые инструменты работают при подаче их не вдоль образующей заготовки, как это выполняется при известных в настоящее время технологиях обработки, а вдоль прямой, которая скрещивается с осью вращения. В результате происходит отход обрабатываемой квазигиперболоидной заготовки с одной стороны и приближение ее с другой стороны от горлового сечения, образуя таким образом кинематические задние углы только с одной стороны от горлового сечения квазигиперболоида. Поэтому цилиндрические инструментальные колеса не затылуют и остро не затачивают. При этом квазигиперболоидное колесо получается несимметричным, то есть радиусы справа и слева, находящиеся на одинаковых расстояниях от горлового сечения, имеют различные значения.
Следовательно, квазигиперболоидное колесо, зацепляющееся с цилиндрическим колесом, должно быть расположено, начиная от горлового сечения, удаленным от него к одному из торцов (левому или правому) на расчетную величину в зависимости от направлений угловых скоростей. В противном случае наступает интерференция зацепления.
Анализ показывает, что относительная скорость скольжения, а также приведенная кривизна сопряженных зубьев в рассматриваемой гиперболоидной передаче второго рода имеют различные значения по длине контактирующих зубьев в направлениях от горлового сечения. В результате уравнения связи имеют различные значения для сечений, расположенных симметрично относительно горлового сечения.
Из изложенного следует, что квазигиперболоидная передача должна состоять из цилиндрического колеса любой ширины и половины квазигиперболоидного колеса, расположенного на половине квазигиперболоидной заготовки.
Проведенные исследования скорости перемещения зубьев в направлении, перпендикулярном линии контакта, а также численное исследование угла между вектором относительной скорости скольжения и направлением линии контакта показали, что рассматриваемые параметры имеют различные значения в сечениях квазигиперболоидного колеса, находящихся на одинаковых расстояниях от горлового сечения. Что касается контактных линий, то их анализ показывает, что их строение неодинаково на равных расстояниях от горлового сечения, что приводит к неработоспособной передаче.
В приложении приведено программное обеспечение, позволяющее прогнозировать кинематические и геометрические показатели работоспособности квазигиперболоидных передач.
В исследовании показано, что относительная скорость скольжения, являющаяся главным движением при работе передачи, выравнивается по всей высоте обрабатываемого и контактирующего зуба в передаче, в результате чего деформация и сдвиг в процессе работы и резания совпадают, что приводит к высококачественной обработке зубьев колес.
Ключевые слова: квазигиперболоидное колесо, станочное зацепление, обкатка, зуборезный инструмент, однополостной квазигиперболоид, затылование, линии контакта, относительная скорость, кривизна.
ABSTRUCT
Kirichenko I.A. Creation of Hyperbola Gears with the Linear Contact on the Basis of Cutting Instruments of Special Type. –Manuscript.
Thesis for a Doctor's degree (Engineering) in speciality 05.02.02-. Machine-Keeping. The East Ukraniane National University named after Vladimir Dal, Lugansk, 2004.
The thesis creates non-involute knurling teeth-cutting instrument for treatment of involute cylinder wheels in a space machine-tool engagement. Instrument of this kind is theoretically obtained of one-cavity-hyperbola type blankes, and is easily reproduced in practice making use of the technology developed by the author of this investigation. As the result the main worm (the wheel) has linear contact with the involute face being treated. It has been proved that the obtained instruments are not relived and they and they are not grind sharply. As the result the front edge is placed at the angle which depends on material being treated and the hardness of the material. Under such condition there is no distortion both of instrument and item. This leads to the reduction of the cutter load and, which is obvious, to the reduction of power consumption which becomes two times less. This is extremely important when producing large quantities of teethed-wheels.
The investigation has revealed that relative sliding speed which represents the main cutting motion evens out along the whole length of the tooth being treated. As the result the deformation and the shift coincide with each other in the process of cutting which leads to high-quality treatment of teeth of the wheels.
Key words: cavity-hyperbola tooth, knurling, tooth-cutting instrument, one-cavity-hyperbola, sharp grinding, contact lines, relative speed, relieving.