Введение к работе
Актуальность работы обусловлена повышением требований к несущей способности зубчатых передач) к их виброустойчивости (снижению шума при работе); снижению чувствительности к монтажным и динамическим погрешностям положения осей колес в пространстве при одновременном сохранении требований по технологичности.
Следует заметить, что стандартные цилиндрические передачи конструкторами рассчитываются в предположении, что оси колес параллельны друг другу..На самом деле в результате сложения монтажных (геометрических) погрешностей положения осей в пространстве с упругими деформациями валов и других деталей передачи, практически во всех случаях будет иметь место перекос осей и, как следствие, кромочный контакт колес по их торцам. В некоторых случаях вредное влияние кромочного контакта компенсируют созданием "бо'ч'ко.образности" в продольном направлении зуба. Более удачным решением " представляется получение "бочкообразности" естественным путем, например, как это имеет'место при нарезании конических колес с круговыми зубьями.
Для изделии, содержащих цилиндрические зубчатые передачи, задачу
повышения качества продукции в ряде случаен удае'тсч решить за счёт замены
прямых зубьев арочными (круговыми). Благодаря увеличению коэффициента
перекрытия п локализации пятна контакта арочные зубья могут позволить упя-
личить плавность зацепления, снизить шум. и вибрацию, повысить ресурс зуб
чатых колес. ' ' . -
. Одними из наиболее перспективных объектов,'и которых могут быть ис- пользованы цилиндрические зубчатые колёса с прочными. зубі:';.:п, яп'аягогся шестеренные насосы, получившие широкое распространение в различных отраслях машиностроения ц превосходящие другие типы' насосся ло про.стоте, весовым характеристикам, себестоимости и надёжности.
Другой весьма перспективной областью применения цилиндрических колёс с круговыми зубьями является производство грузовых автомобилей. Одной из проблем .автомобилестроения является необходимость повышения на-
дёжности и ресурса работы главной передачи ведущих мостов, состоящей Из конической и косозубой цилиндрическрй передач . При работе косозубо*й цилиндрической передачи возникает осевая сила, поэтому, ведущую цилиндрическую шестерню и межколёсного дифференциала(МКД).устанавливают На ра-"диально-упорные роликовые .подшипники, создавая в них предварительный натяг при помощи гаек.
По данным Камского автозавода (г. Набережные Челны) средний ресурс работы среднего моста должен составлять 255 тыс. км., а заднего моста - 270 тыс. км. Однако до 30 % автомобильных мостов выходит из строя при пробеге менее 150 тыс. км.
Если заменить косоэубую цилиндрическую передачу на цилиндрическую
передачу с арочными зубьями, симметричными относительно средней торцо
вой плоскости зубчатого венца, то осевая сила 6 передаче будет отсутствовать
или, по крайней мере, резко уменьшится, и узел ведомого цилиндрического ко>
леса можно будет устанавливать на радиальные роликовые подшипники . За
счёт того, что радиальные роликовые подшипники допускают осевое переме
щение вала, ведомое колесо может самоустанавдйваться по зубьям ведущего
колеса. Такая конструкция главной передачи создаёт предпосылки для повы
шения технологичности редуктора ведущего моста н его эксплуатационных ха
рактеристик. ' . .'.,
Конкретным примером из другой области, где целесообразно применение зубчатых передач с арочными зубьями, является секторная пара, используемая в механизме вертикального наведения ствола автоматической зртилле-рийской системы АК-630; с модулем 4 мм, числом зубьев шестерни 19 и передаточным числам 10. Поскольку пара работает в сравнительно неблагоприятных условиях: повышенные ударные нагрузки в сочетании с консольным креплением колёс, то к ней предъявляются весьма хлёсткие требования по точности, в частности, по форме и расположению п>:тна контакта в-'зацеплении. Однако расчёты по определению иагружеиности контакта и экспериментальные исСяе-
" ч 5
дования по измерению изгнбной прочности с применением датчиков деформа
ции интегрального типа выявили неравномерное распределение нагрузки вдоль
зуба, *а расчёт величин отклонения от параллельности и перекоса осей в сек
торной передаче показал, что для выполнения требований, регламентирован
ных ГОСТ-1643-81, т.е. для Обеспечения нормального функционирования пе
редачи, необходимо прибегать к пригоночно-регулировочным работам или
ужесточать допуски на составляющие звенья до величин практически непри
емлемых . -
В результате анализа ряда работ было установлено, что переход к цилиндрической передаче с арочными зубьями наряду с другими преимуществами позволит избежать выполнения пригоночно-рёгулировочных операций, поскольку такие передачи имеют значительно меньшую чувствительность к погрешностям изготовления и монтажа.
Как показывает опыт, разработка технологии формообразования зубьев нестандартных передач является весьма трудоёмкой процедурой и требует создания теории и геометрии передачи, методик расчёта инструмента, оснастки и наладок оборудования. Однако большинство работ, посвященных цилиндрическим передачам с круговыми зубьями, носит частный характер и касается в основном исследования геометрии передачи.
Поскольку в литературе отсутствовали сведения об общих методах проектирования цилиндрических передач с круговыми зубьями, а такжео технологических системах для их реализации, создание теоретических основ проектирования и производства цилиндрических колес с круговыми зубьями представляется нам крупной научной проблемой, актуальной для современного машиностроения. Актуальность подтверждается широкой связью с инициативными и координированными НИР.
Работы проводились в соответствии с постановлениями ЦК КПСС Совета Министров СССР №307-117 Об. Об. 68 г.,№726-237 от 05. 09. 74 г., приказом Миннефтехпммаша №160 от 31. 12. 74 г. о решении зада" по улучшению виб-
роакустнческих характеристик судовых механизмов, по заказу Миноборонпро-ма СССР №118 производства 209 от 1985 г„по хоздоговорам с АО" КАМАЗ №№89-767/2, 93-03/2, по межвузовской программе "Ресурсосберегающие технологии машиностроения", а также по гранту РФФИ №96-15-98-241/(№6604 ГРФ) "Прогрессивные технологические процессы формообразования сложных поверхностей и сборки высокоточных изделий".
Целью данной работы является научное обоснование технологии изго-товления цилиндрических колес,обеспечнвающей улучшение эксплуатационных характеристик передачи.
Методика исследований. При выполнении работы использовались на
учные основы технологии машиностроения, теоретические основы проектиро
вания зуборезного инструмента,-теория зубчатых передач, а также элементы
высшей математики. ' ..
На зашит)' выносятся следующие основные результаты:
1.Обоснование пути улучшения эксплуатационных характеристик, повышения надёжности и ресурса работы быстроходных и тяжелонагруженных цилиндрических зубчатых передач и определение методов формообразования круговых зубьев, обеспечивающих технико-экономическую эффективность процесса изготовления зубчатых колёс.
-
Результаты математического моделирования станочного и рабочего зацеплений обкатных и полуобкатных цилиндрических передач с кругорьши зубьями и полученные аналитические зависимости, позволяющие синтезировать такие передачи и осуществить технологическую подготовку производства для их изготовления. , ,
-
Математическое обеспечение проектирования обкатных и полуобкат-ных цилиндрических зубчатых передач с круговыми зубьями, наладок зубооб-рабатывающнх станков и режущих инструментов.
4.Комплекс аналитических, конструкторских и технологических работ по проектированию и изготовлению высокопроизводительного режущего инстру-
мента для обработки зубчатых колёс с круговыми зубьями. .
5.Модернизация станков для нарезания и шлифования круговых зубьев.
6:Результаты изготовления и испытаний опытных партий зубчатых колёс для наиболее характерных передан (напр'имер, для передач шестеренных насосов, главной передачи ведущих мостов автомобиля КамАЗ, изделия АК-630).
7. Теоретическое обоснование новых способов и технологических устройств для формообразования круговых зубьев, позволяющих повысить производительность и точность зубообработки.
Научная новизна полученных результатов заключается в теорети
ческом обосновании новых способов, инструментов и технологических систем
для формообразования круговых зубьев цилиндрических колес обкатных и по
луобкатных передач, включающем в себя выявленные на основе математиче
ского моделирования "аналитические зависимости, связывающие параметры
синтезируемой зубчатой передачи с параметрами зуборезного инструмента, ос
настки и оборудования. - .
Практическая ценность результатов работы заключается в повышении эксплутациопных характеристик цилиндрических зубчатых передач за счет создания технологических возможностей для эффективного формообразования круговых зубьев.
Реализация результатов работы проведена:
а) па ПО "Ливгидромаш" (г.Ливиы) путем использования роторов шесте
ренных насосов с круговыми зубьями,
б) на АК "ТУЛАМАШЗА'ВОД" применением секторных пар с круговыми
зубьями в изделии АК-630,
в) на Камском автозаводе (г. Набережные Челны) проведением комплек
са конструкторско-технологических работ по замене косозубой цилиндриче
ской пары на пару с круговыми зубьями.
Апробация диссертации. Результаты работ докладывались Eta ежегодных научно-технических конференциях ТулГУ с 1980 по 1997 г., на зональном
семинаре "Цилиндрические передачи с арочными зубьями. Расчет, проектирование, изготовление" (Курган, 1983 г.), на научно-технической конференции "Совершенствование конструкции и технологии' зубообработки передач зацеп-лением",(Ижевск, 1984 г.), на Всесоюзной НТК "Несущая способность и качество'зубчатых передач и редукторов машан",(Алма-Ата, 1985 г.),на 4 Всесоюзном симпозиуме "Теория реальных передач зацеплением" (Курган, 1988г.), на Всесоюзной НТК "Конструктивно-технологические методы повышения надежности и их стандартизация",(Тула, 1988г.), на Всесоюзной НТК "Проблемы повышения качества, надежности и долговечности машин", (Брянск, 1990 г.), на Республиканской НТК "Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин".(Курган, 1991 г.), на Республиканском семинаре "Пути повышения эффективности обработки материалов резанием в машиностроении", (Ленинград, 1991 г.), на международном семинаре "Высокие технологии в машиностррешш" .(Харьков, 1992 г.), на республиканской НТК "Ресурсосберегающие технологии машиностроения"^ Москва, 1993, 1994 и 1997 г.), на 3 международном конгрессе "Конструктореко-технологическая информатика",(Москва, 1996 г.),.на международной НТК "Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки",(Тула, 1996 г.), па международной конференции "Теория ц практика зубчатых,передач",(Ижевск, 1996 т.), на-Демидовских чтениях в 1996 г. в Туле, на международном семинаре" "Технологическое'управление качеством поверхностен детален" и на 3 международной НТК "Проблемы повышения качества промышленной і!родукции"(Брянск, 1998 г.), экспонировались на международной выставке "Конверсия: наука И образование"(Тула, 1993 г.), а также обсуждались на выездном заседании головного совета по машиностроению МОПО в Тул-ГУ(февраль!998г.)
Публикации- По теме диссертации опубликовано 65 работ, в том числе описания 23 изобретений.
Сшрукпіура и объел( диссертаций. Диссертация состоит из введения, 6
глав, списка литературы и приложения, содержит 207 страниц машинописного текста, 149 рисунков.
