Введение к работе
Актуальность. В современном машиностроении важное место занимает производство зубчатых передач и их элементов. При этом постоянно повышается уровень требований к их качеству. В этой связи обостряется ситуация с обеспечением конкурентоспособности отечественной продукции, содержащей механизмы с зубчатыми передачами.
Одним из факторов, влияющих на эксплуатационные свойства ре-дукторных систем, является кромочный контакт в зубчатых парах. Это подтверждается экспериментальными и промышленными данными, приведенными в исследованиях как российских, так и зарубежных авторов. Кромочное взаимодействие зубьев приводит к нестабильности передаточной функции и вызывает повышенный износ, особенно кромки зуба. При этом происходит образование крупных частиц, интенсифицирующих процессы изнашивания и насыщения смазки продуктами износа. Необходимость внедрения в практику проектирования методов расчета и оптимизации зубчатых передач, в частности, по критерию минимизации кромочного контакта, была признана на международной конференции «ТРИБО-2001». Современные стандарты ISO, ГОСТ и др. не только не содержат четких рекомендаций, позволяющих на стадии проектирования производить оценку качества передачи по характеру взаимодействия зубьев, но и не предлагают соответствующего инструментария.
Традиционные приемы улучшения эксплуатационных свойств зубчатых передач заключаются в разработке специального режущего инструмента, который обеспечивает формообразование зубьев по специально подобранным сопряженным профилям; использовании новых, более прочных, материалов; разработке новых видов смазки и доводочных операций.
Очевидно, что в настоящее время такой помхад, іие.0ушйщ .бГшЩиих эко-
6ИБЛИОТСКА С.ПСТ.РПРГ /^,
* ——*
4 номических затрат, не может в полной мере быть использован отечественными предприятиями.
Эта проблема возникает при проектировании мелкомодульных зубчатых передач (МЗП), в частности, волновых, нарезаемых стандартным зуборезным инструментом, для которых возможности использования доводочных операций ограничены. Это особенно актуально для высокоресурсных передаточных устройств необслуживаемых систем космических аппаратов (КА).
Современные исследования показывают, что не полностью исчерпаны резервы повышения качественных показателей передач на этапе проектирования за счет рационального выбора геометрических параметров передач, отвечающих заданным показателям качества. Перспективной представляется задача минимизации кромочного контакта путем определения параметров передач, обеспечивающих отсутствие кромочного эффекта или уменьшение угла между касательными в точке контакта до уровня позволяющего применить технологию приработки.
Целью диссертационной работы является повышение эксплуатационных свойств МЗП, в частности, улучшение динамических качеств, увеличение ресурса за счет снижения влияния кромочного взаимодействия зубьев.
Основные задачи исследования:
-
Выбор базовой схемы для построения математической модели для описания профилей зубьев мелкомодульных передач внутреннего и внешнего зацепления, нарезаемых стандартным зуборезным инструментом.
-
Исследование влияния основных варьируемых параметров на взаимодействие профилей зубьев на дуге зацепления в передаче, синтезированной на базе разработанной модели с целью реализации критериев оценки качества зубчатой передачи на стадии проектирования.
-
Разработка системы выбора параметров зубчатых передач, отвечающих условиям оптимальности по выбранным критериям.
-
Подтверждение полученных результатов с использованием современных вычислительных средств и проведенных экспериментов.
Методы исследования. В теоретической части работы использовались основные положения теории зубчатых зацеплений, аналитической и дифференциальной геометрии, теории оптимизации, матричное исчисление, теория сплайн аппроксимации, натурные испытания образцов зубчатых колес. Моделирование процессов профилирования выполнялось с использованием современных вычислительных средств и программного обеспечения.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:
-
Выбор оптимальных параметров зубчатой передачи из условия минимизации кромочного взаимодействия как одного из основных критериев расчета.
-
Инструментарий управления характером взаимодействия зубьев на этапе проектирования, в частности:
алгоритм программного решения задач профилирования для плоских схем обкатного движения, на основе описания стандартного производящего инструмента (реечного, долбяка) в виде набора математических параметрических функций, с учетом варьирования заданных параметров передачи и инструмента;
границы областей задания параметрических функций, описывающих различные участки профилей зубьев, с учетом параметров инструмента;
теоретические зависимости для определения значений параметров передачи в точке контакта;
дополнение к математической модели для определения положения профилей зубьев при деформации гибкого колеса волновой передачи, учитывающее исходную форму волнообразователя; метод поиска соотношений геометрических параметров для МЗП на основе предлагаемой модели описания профиля зубьев, исходя из условия минимизации кромочного взаимодействия зубьев, с оценкой качества передачи на стадии проектирования.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется корректностью постановки задачи профилирования с использованием кинематического метода и классической теории огибающих; обоснована математическими выкладками; исследованиями точности профилирования путем сравнения с результатами, полученными в ходе компьютерного моделирования процесса профилирования; подтверждается проведенными численными экспериментами и данными натурных испытаний.
Практическая значимость работы:
-
Предложенная система выбора параметров зацепления из условия предотвращения кромочного взаимодействия реализуется при проектировании зубчатых передач, нарезаемых стандартным зуборезным инструментом, и может применяться как для мелкомодульных, так и для крупномодульных зубчатых передач.
-
Разработанные модели описания профиля зубьев и их взаимодействия в совокупности с известными моделями составляют основу уточненных методов практических расчетов зубчатых прямозубых передач с использованием современного вычислительного инструментария.
3. Предложена методика синтеза волновых зубчатых передач с учетом
деформаций гибкого колеса, заданных волнообразователем.
7 4. Предлагаемые алгоритмы и разработанный программный комплекс позволяет вести препроцессинг в современных средах CAD/CAE и производить оценку качества зубчатой передачи на стадии проектирования.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научных семинарах кафедры «Проектирование и экспериментальная механика машин» КГТУ (Красноярск 1998- 2004 г.), на научно — техническом семинаре аспирантов и соискателей при ученом совете МТФ КГТУ (Красноярск 2003 г.), на научно - практической конференции «Качество продукции машиностроения» (Красноярск, 1998 г.), региональной научно -практической конференции «Интеллектуальные ресурсы ХТИ - филиала КГТУ - Хакасии» (Абакан, 1999 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8 научных работах.
Реализация результатов исследовании. Результаты исследований приняты НПО ПМ имени академика М.Ф. Решетнева к использованию при создании редуктора опорно-поворотного устройства привода КА, с повышенными требованиями к ресурсу.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, 196 литературных источников и содержит 138 страниц машинописного текста, включая 45 рисунков и 7 таблиц.
