Введение к работе
з
Актуальность работы. Приоритетными направлениями развития машиностроения являются создание и внедрение новых передач, а также разработка методов их синтеза и анализа. Среди многообразия механических передач особое место занимают роликовые цепные передачи.
Наиболее перспективным является применение роликовых цепных передач при транспортировании механической энергии на большие расстояния в условиях ограниченной смазки, наличия нежестких рам, погрешностей монтажа, а так же создание на их базе специальных передач как общепромышленного, так и специального назначения, например для встроенных микросхем, размеры которых определяются микронами.
Транспортирование мощности зацеплением цепи со звездочкой позволяет обеспечить постоянство передаточного отношения, не требует значительного предварительного натяжения цепи, снижая тем самым нагрузки на валы и опоры. Угол обхвата звездочки цепью не оказывает столь решающего влияния на работоспособность передачи, как угол обхвата шкива ремнем в ременной передаче, что позволяет цепным передачам работать при меньших межосевых расстояниях и больших передаточных числах и передавать вращающие моменты от одного ведущего вала нескольким ведомым. Силы в зоне зацепления цепи со звездочкой распределяются на большее число зубьев звездочки, чем в зубчатой передаче. Благодаря этим свойствам цепные передачи проще в изготовлении и обслуживании, они дешевле своих аналогов, имеют высокую ремонтопригодность.
В настоящее время разработано большое количество различных роликовых цепных механизмов для передачи энергии на большие расстояния, которые широко применяются в автомобилестроении, вело- мотостроении, сельскохозяйственных, горных машинах и других подобных устройствах. Такие передачи являются традиционными. Расчет, проектирование и ис-
следование традиционных цепных передач проводят в соответствии с
ГОСТами и стандартами предприятий. Имея неоспоримые преимущества, традиционные цепные передачи, тем не менее, не всегда отвечают требованиям, предъявляемым к современным механическим передачам. Кроме того, для изготовления звездочек необходимо использовать специальные инструменты, оборудование и технологии.
Исследованию цепных передач посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных авторов. Наибольший вклад в развитие теории синтеза, анализа и внедрения в производство цепных передач внесли следующие известные ученые: Н.С. Ачеркан, Н.В. Воробьев, Д.Н. Решетов, И.П. Глушенко, И.И. Ивашков, А.А. Петрик, Г.Б. Столбин, АА Готовцев, О.А Ряховский, О.И. Пилипенко, Г.К. Рябов, С.А Метильков, К.П. Жуков, АВ. Пунтус, И.П. Котенок, И.И. Зубченко, С.А. Дубиняк, В.Е. Рыбак, П.Н. Учаев, А.И. Смелягин, О.И. Остапенко, Н. Рахнер, X. Цоллер, Г. Фейшер и др., которые заложили основы теории цепных передач, что способствовало повышению их качества и надежности.
Следует отметить, что несмотря на большое число научных работ, посвященных цепным передачам, в настоящее время практически полностью отсутствуют методы синтеза передач со звездочками, имеющими эволь-вентный и несимметричный профиль зубьев, не исследованными являются (появившиеся относительно недавно) специальные цепные передачи: с внутренним зацеплением, с малыми межосевыми расстояниями, планетарные и волновые.
В связи с вышеизложенным актуальной является разработка теории синтеза и анализа как традиционных, так и специальных роликовых цепных передач с эвольвентными звездочками как с симметричным, так и несимметричным профилями зуба.
5 Работа выполнена в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ НИИ, КБ и вузов СССР по унификации и стандартизации методов расчета нагрузочной способности и геометрии деталей и узлов машин на 1977-1980 гг. (тема 4.3, исполнитель - КИИ), утвержденным ГОССТАНДАРТОМ СССР, программой стандартизации по надежности, прочности и износостойкости на 1981 - 1985 гг. и на период до 1990 г. (ч. 2, разд. 1.1, разработчик - КПИ), утвержденной ГОССТАНДАРТОМ СССР, Общесоюзной целевой комплексной научно-технической программой по повышению надежности машиностроительной продукции на период 1986-1995 гг., планом Государственной стандартизации по программе «Система стандартов по надежности в технике» на 1986 - 1990 гг. и на период до 1995 г. Тематическим планом инициативных и комплексных НИР Кубанского государственного технологического университета на 1990 - 1995 гг., 1995 - 2000 гг. и на период до 2005 г. (№ 012 00115419 государственной регистрации ВНТИЦ), научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма 201. Производственные технологии, раздел 01. Механика в машино- и приборостроении) по теме «Проблема обеспечения работоспособности и повышение показателей надежности цепных передач машин» на период 2001 - 2002 гг., (№ 01200109254 - госрегистрации ВНТИЦ), грантом ТОГ - 06.01 - 3299 по фундаментальным исследованиям в области технических наук, утвержденным Министерством образования РФ 27.12.2002 г. на период 2003 - 2004 гг. по теме «Разработка научных основ проектирования и технологии изготовления специальных передач в машиностроении».
Цель работы и основные задачи исследования. Целью настоящей работы является решение проблемы создания теории специальных цепных передач, расширение области их применения, как путем синтеза новых передач, так и путем внедрения звездочек со специальными профилями зубь-
ев, а также совершенствование общей теории расчета традиционных цепных передач.
Для достижения указанной цели были сформулированы следующие задачи, решению которых и посвящена настоящая работа: 1. Провести анализ научной и патентной литературы. 2. Разработать современную классификацию цепных передач. 3. Исследовать проблемы профилирования и изготовления эвольвентных звездочек и звездочек с несимметричным профилем з>ба. 4. Создать теорию синтеза и анализа эвольвентных звездочек с симметричным и несимметричным профилями как с внутренними, так и с внешними зубьями. 5. Разработать методы моделирования и изготовления эвольвентных звездочек и режущего инструмента для их нарезания. 6. Провести теоретические и экспериментальные исследования цепных передач с эвольвентными звездочками и выработать рекомендации по их проектированию, наладке и эксплуатации. 7. Исследовать вопросы формообразования зубьев цепных передач с несимметричным профилем зубьев звездочек, как на математических моделях, так и на реальных объектах.
-
Исследовать работоспособность цепных передач с малыми межосевыми расстояниями, решить проблемы их синтеза, монтажа и эксплуатации.
-
Создать теорию профилирования и технологию изготовления эвольвентных звездочек с внутренними зубьями. 10. Решить проблему исключения подрезания и заострения зубьев. 11. Исследовать цепные передачи с внутренним зацеплением. 12. Определить область применения цепных волновых и планетарных передач, создать теорию их расчета и проектирования.
13. Создать стенды для экспериментального исследования цепных передач.
14. Провести экспериментальные и производственные исследования соз
данных передач.
Научная новизна. В процессе проведенных исследований были разработаны и установлены следующие положения и закономерности: 1. Новая классификация цепных передач.
-
Теории формообразования эвольвентных звездочек как с наружными, так и внутренними зубьями, с симметричным и несимметричным профилем зуба.
-
Принципы рационального распределения нагрузки на дуге обхвата звездочки.
-
Теории синтеза цепных передач с внутренним зацеплением, малым межосевым расстоянием, волновых и планетарных передач.
-
Области рационального существования специальных роликовых цепных передач и режимы их работы.
-
Методы настройки двухваловых и многоваловых цепных передач с учетом погрешностей изготовления, монтажа, граненности звездочек, разноразмерное шагов цепи и ее изношенности.
-
Математические модели, пакеты прикладных программ формообразования и нарезания звездочек цепных передач с эвольвентным симметричным и несимметричным профилями зубьев.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1. Расширена область применения роликовых цепных передач и разра
ботаны принципиально новые цепные передачи, защищенные патентами РФ.
-
Разработан и реализован метод проектирования и нарезания эвольвентных звездочек с симметричным и несимметричным профилями зубьев.
-
Решены проблемы формообразования зуборезного инструмента для нарезания эвольвентных звездочек.
-
Разработано внутреннее цепное зацепление и предложены структурные схемы передач с внутренним зацеплением.
5. Получены новые результаты экспериментальных исследований
роликовых цепных передач.
6. Внедрены в производство цепные передачи с эвольвентными звез
дочками и внутренним цепным зацеплением.
-
Разработаны методы настраивания двухваловых и многоваловых цепных передач.
-
Созданы универсальные стенды для испытаний как традиционных, так и специальных цепных передач.
Результаты диссертационной работы используются отраслевым специализированным конструкторско-технологическим бюро по цепным передачам сельхозмашин ОАО «Краснодарсельмаш» г. Краснодар, реализованы в рекомендациях ГОССТАНДАРТА СССР, отраслевых стандартах и руководящих технических материалах, а так же в учебном процессе в Куб-ГТУ в виде лекций, курсовых проектов по дисциплинам «Детали машин и основы конструирования», «Прикладная (техническая) механика» и в дипломном проектировании по механическим специальностям.
Личный вклад автора состоит в разработке:
-
Современной классификации роликовых цепных передач.
-
Теории профилирования эвольвентных звездочек, способа их изготовления и формообразования, параметрического синтеза цепных передач, настройки цепных передач.
-
Основ синтеза и анализа цепных передач со звездочками, имеющими несимметричные профили зубьев.
-
Методов исследования нагрузочной способности передач с малыми межосевыми расстояниями и создании теории внутреннего зацепления цепных, планетарных и волновых передач.
Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на: 6-й и 7-й Всесоюзных научно-технических конференциях по управляемым и автоматическим механическим приводам и передачам гибкой связью (г. Одесса, 1980, 1986 гг.); 3-й Всесоюзной научной конференции по инерционно-импульсным механизмам, приводам и устройствам (г. Челябинск, 1982); 1-й международной научно-технической конференции «Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование» (г. Кали-
нинград, 1997г.); заседании головного совета по машиностроению компании РОССТАНКОИНСТРУМЕНТ (г. Краснодар, 1993 г.); международной научно-практической конференции по проблемам обеспечения надежности и качества зубчатых передач «Зубчатые передачи - 99» (г. Санкт-Петербург, 1999 г.); 4-м международном симпозиуме украинских инженеров
(г. Львов, 1999 г.); научной конференции Национальной горной академии Украины (г. Днепропетровск, 1999 г.); международной научно-практической конференции «Интеграция отраслевой и вузовской науки: Проблемы современного машиностроения» (г. Ростов-на-Дону, 2000 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Механические испытания технических систем и гарантии безопасности среды обитания человека» (г. Армавир, 2000 г.); межвузовской научно-практической конференции (г. Армавир, 2001 г.); международном конгрессе «Механика и трибология транспортных систем-2003» (г. Ростов-на-Дону, 2003 г.); международных форумах по проблемам науки, техники и образования (г. Москва, 2001, 2002, 2003); 5-й Российской научно-технологической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (г. Оренбург, 2002 г.); научно-методических семинарах кафедры «Техническая механика» КубТТУ в 1997 - 2004 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликована 81 работа, получено 10 авторских свидетельств на изобретения и 4 патента.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, заключения, семи приложений и списка литературных источников из 229 наименований. Общий объем диссертации составляет -377 страниц машинописного текста, содержит 102 иллюстрации и 25 таблиц. В приложении представлены методы и примеры расчета передач, разработанные программные продукты и сведения о практической реализации работы.
