Введение к работе
Актуальность темы исследования. В механизмах и машинах с жесткой кинематической связью применяются передачи, составленные из пары перекатывающихся друг по другу зубчатых звеньев, имеющих взаимоогибаемые эвольвентные, циклоидальные и другие профили.
Циклоидальные передачи, по сравнению с эвольвентными, обеспечивают: меньший износ профилей при недостаточности смазки, больший коэффициент перекрытия колес, меньшую скорость скольжения профилей, высокий КПД и способность передавать высокую мощность. Передачи используются в планетарных редукторах и компрессорах, горнодобывающих и подъемно-транспортных машинах, в часовых механизмах.
Внецентроидное цевочное гипоциклоидальное зацепление применяется при передаточном отношении более 1:15, малой частоте вращения звеньев и необходимости минимизации геометрических размеров передачи, например в приводе промышленного пневматического перфоратора для бурения шпуров в горных породах. Основными рабочими элементами привода перфоратора являются ротор и статор. Ротор совершает планетарное движение внутри статора. От точности сопрягающихся поверхностей ротора и статора зависит эффективность работы привода.
Сложность геометрической формы ротора при сборной конструкции и широком зубчатом венце, наличие на венце радиальных строго ориентированных по отношению к впадинам отверстий, необходимость нарезания зубьев на заготовке с твердостью 36…42 HRCэ и отсутствие стандартного производящего контура создают технологические сложности для реализации операции зубофрезерования.
Использование в производстве монолитных быстрорежущих червячных фрез постоянной установки с приближенным производящим контуром, имеющим участки с малыми и даже нулевыми боковыми задними углами, при коробчатой форме срезаемых стружек и большой протяженности фрезерования, приводит к интенсивному изнашиванию фрезы. В результате образуется конусность ротора, увеличиваются зазоры в зацеплении его со статором, возрастают утечки рабочей среды и снижается КПД в передаче, применяемая конструкция червячной фрезы является малоэффективной, операция зубофрезерования – трудоемкой и с высокой технологической себестоимостью. Малая серийность производства пневматических промышленных перфораторов ограничивает применение на операциях зубообработки венца твердосплавных червячных фрез и червячных шлифовальных кругов из-за сложностей формообразования производящих поверхностей этих инструментов.
Таким образом, совершенствование конструкции инструмента, переход к высокотехнологичным сборным червячным фрезам, обеспечивающим повышение точности сопрягающихся поверхностей ротора и статора, минимизация радиального зазора в рабочем зацеплении и исключение заклинивания в передаче является актуальной научной задачей.
Работа выполнена в соответствии с госбюджетными темами: № 06-05 «Прогрессивная технология механической обработки и сборки», № 15-10 «Инновационно-перспективные технологии механической обработки и сборки» и грантом по программе «УМНИК».
Цель работы. Повышение эффективности операции зубофрезерования за счет выполнения условий взаимного огибания поверхностей в рабочем и станочном зацеплениях и совершенствования геометрических параметров червячной фрезы.
Задачи исследования.
1. Анализ внецентроидного цевочного гипоциклоидального зубчатого зацепления и определение уравнений взаимоогибаемых поверхностей ротора, статора и производящей поверхности червячного инструмента.
2. Определение диаметра начальной окружности ротора, исключающего интерференцию контактирующих профилей и обеспечивающего минимальные зазоры в зацеплении.
3. Определение параметров эквивалентной эвольвентной винтовой производящей поверхности фрезы.
4. Технико-экономическое обоснование процесса зубофрезерования роторов сборной червячной фрезой с учетом ее подналадок и передвижек.
5. Установление влияния погрешностей установки фрезы на отклонения координат профиля производящей поверхности в станочном зацеплении от номинальной.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории машин и механизмов, теории зубчатых зацеплений, теории резания, теории проектирования режущих инструментов с использованием методов математического моделирования и графических программ на ЭВМ. При моделировании использовались основные положения аналитической и дифференциальной геометрии, векторной алгебры, матричного исчисления.
Экспериментальные исследования проводились в лабораториях ТулГУ на кафедрах: «Технология машиностроения» и «Инструментальные и метрологические системы». Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием методов математической статистики.
Достоверность результатов обеспечена обоснованным использованием аналитических зависимостей, применением методов математической статистики и подтверждается соответствием результатов теоретических исследований экспериментальным данным, полученным лично автором, а также возможностью практического использования результатов на производстве.
Автор защищает:
а) графоаналитическую модель производящей поверхности инструмента и ее взаимосвязь с начальной поверхностью обрабатываемой детали, обеспечивающие выполнение условия образования минимального радиального зазора в рабочем зацеплении;
б) вариант проектирования производящей и технологической поверхностей сборной червячной фрезы для гипоциклоидального профиля детали на основе эквивалентной эвольвентной винтовой поверхности;
в) результаты технико-экономического анализа процесса зубофрезерования на основе учета комплекса движений инструмента и детали в станочном зацеплении;
г) результаты оценки влияния погрешностей установки фрезы на точность зубчатого венца ротора.
Научная новизна заключается в решении задачи проектирования производящей и технологической винтовых поверхностей сборной червячной фрезы для роторов гипоциклоидального зацепления на основе взаимосвязи параметров рабочего и станочного зацеплений, которая позволила: обеспечить минимальный радиальный зазор в рабочем зацеплении, устранить интерференцию производящей поверхности фрезы с обработанной зубчатой поверхностью в станочном зацеплении, обеспечить положительные задние углы резания вдоль режущей кромки.
Практическая значимость:
а) получены профили сопрягающихся деталей ротора и статора, а так же профиль червячной фрезы для нарезания ротора;
б) разработан метод проектирования и изготовления сборных червячных фрез с поворотными рейками на основе эквивалентной эвольвентной винтовой поверхности;
в) проведены расчеты погрешностей установки режущего инструмента;
г) обоснована эффективность использования экономичных режимов резания, по сравнению с высокопроизводительными, и определены технико-экономические показатели операции зубофрезерования роторов гипоциклоидальных передач.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (2010 г. – 2012 г.), ежегодных магистерских научно-технических конференциях (г.Тула, ТулГУ, 2008 – 2011 г.г.), ежегодных молодежных научно-практических конференциях студентов Тульского государственного университета «Молодежные инновации» (г.Тула, ТулГУ, 2008 – 2011 г.г.), Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (г.Тула, ТулГУ, 2008 г.). Элементы работы выставлялись на Тульском молодежном инновационном конвенте (г. Тула, 2009 г.), выставке научно-технического творчества молодежи, посвященной дню Российской науки (г. Тула, 2011 г.). За время обучения автор награжден стипендией правительства РФ (2012 г.), благодарственным письмом Тульской областной думы (2009 г.), именной премией им. И. А. Коганова за лучшую разработку в области технологии машиностроения (2011 г.), дипломом лауреата первой степени Всероссийской НТК студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (2008 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных статей, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 71 наименования и включает 121 с. печатного текста, содержащего 47 ил., 1 табл.
