Введение к работе
Актуальность темы- В рамхах конверсионной программы серпуховским заводом «Металлист» осеоен выпуск углового стоматологического наконечника НУ-40.М (УСН) для Зормзшин (рис. 1), изготавливаемого по единой для российских предприятий технологии.
В конструкции УСН предусмотрены мелксмодупьные зубчатые передачи первой [n=Z2=10) и второй (zj=9, z4=l0) ступеней, частота вращения колес которых доходит до 40 000 мин'1. Поэтому, в целях обеспечения удовлетворительных показателей плавности зацепления и ресурса эксплуатации передач, к конструкции и технологии их изготовления предъявляются весьма высокие требования. Применительно к процессу эубообработки это обуславливает необходимость использования высокоточных зубообрабатывающих станков, работающих по методу обката. Однако на практике зубья колес нарезают по методу копирования на универсально-фрезерных станках с использованием делительной головки и модульных фрез, профили зубьев которых очерчены участками прямых и дуг окружностей.
Такая технология не обеспечивает требуемой сопряженности передач. В результате их работа сопровождается шумом, существенно превышающим допускаемую ГОСТ 25982-83 норму, а отказ наконечника по причине износа зубьза колес происходит значительно раньше установленного стандартом срока. В то же время для поддержания необходимого уровня конкурентоспособности изделия по отношению к импортным аналогам требуется не только устранение указанных недостатков передач, ко и максимально возможное повышение их передаточных чисел.
Применение с этой целью прямозубых конических передач, колеса которых обрабатываются на зубострогальных станках, может привести к следующим недостаткам:
-
погрешности осевого расположения колес при сборке по методу взаимозаменяемости в несколько десятков раз превышают допустимые значения для передач 7-й степени точности, что делает необходимым переход к регулировке при сборке наконечника;
-
в условиях заданных конструктивных ограничений на второй ступеня УСН не удается получить конструкцию ведомой вал-шестерни, обеспечивающую свободный перебег зуборезного инструмента при обработке на серийных станках;
-
повышение передаточного числа на первой ступени обуславливает применение передачи внутреннего зацепления, ведущее колесо которой имеет енутреннив зубья и не может быть обработано на серийном зубообрабатывающем станке.'
В результате анализа возможных вариантов устранения указанных недостатков был сделан вывод о целесообразности поиска решения за счет применения передач других еи-доз. В этой связи нами было выдвинуто предположение о возможности использования на обеих ступенях УСН смешанных конических передач (СКП) И; в частности, в целях повышения плавности зацепления, смешанных гипоидных передач (СҐП), зубья цилиндрического и конического (гипоидного) колес которых нарезаются долбяком.
С учетом изложенного, для проверки предположения о возможности улучшения эксплуатационных характеристик УСН и его технологичности за счот применения передач
смешанного зацепления' (ПСЗ) 'необходимо проведение исследования, затрагивающего теоретические аспекты технологии изготовления таких передач. Начало исследования было положено работой, проводившейся в рамках хоздоговора №66303 ТулГУ с заводом «Металлист».
Рис. 1. Угловой стоматологический наконечник НУ-40М.
Рис 2 Схемы модернизации наконечника:
' а - с применением ортогональной конической передачи; б-с применением ортогональной СКП.
чаемый в работе о качестве общего'наз»
Теоретические исследования проводились в соответствии с госбюджетной темой la 6604 КВТ «Конверсия и Высокие технологии» по разделу «Изделия медицинской техники».
Цель и задачи работы. Целью представленной работы является улучшение ехнологичности и эксплуатационных характеристик УСН. Для достижения указанной цели 5ыло необходимо решить следующие задачи.
-
Провести размерно-функциональный анализ конструкции УСН для выявления зозможностей применения прямозубых конических передач.
-
Провести геометрический и кинематический анализ станочного зацепления, реализуемого при обработке конических колес ПСЗ, и на этой основе разработать математическую модель станочного зацепления, учитывающую ряд параметров технологической системы, влияющих на форму зуба конического колеса: коэффициент смещения исходного контура производящего колеса, изменяющийся по мере переточек долбяка и основные систематические погрешности технологической системы (отклонение от пересечения осей или погрешность межосевого расстояния, погрешность межосевого угла, погрешности профиля зуба-производящего колеса в торцовом сечении).
-
Исследовать области существования представленных в математической модели параметров производящей и формируемой поверхностей.
-
Разработать методику расчета геометрических параметров прямозубых и косозу-бых ПСЗ внешнего и внутреннего зацепления, а также параметров наладок станков для зубообработки конических колес ПСЗ.
-
Разработать схемы обработки конических колес ПСЗ и проанализировать возможности их реализации.
-
Для визуальной оценки формы зуба и размеров зубчатого венца конического колеса разработать на основе полученной математической модели программу для ЭВМ, обеспечивающую вывод графических объектов, имитирующих формируемые в станочном зацеплении боковые поверхности зубьев конического колеса.
Автор защищает:
-
результаты размерно-функционального анализа УСН с коническими передачами;
-
математическую модель станочного зацепления, реализуемого при зубообработ-ке конического колеса ПСЗ, учитывающую технологические параметры станочного зацепления;
-
область существования разработанной математической модели;
-
обобщенную методику расчёта геометрических параметров ПСЗ и параметров наладок зубообрабатывагащих станков;
-
схемы зубообработки конических колес ПСЗ;
-
результаты графического компьютерного моделирования.
Методы исследования. В работе использованы методы размерного анализа, методы теории зубчатых зацеплений и вычислительной математики, математический аппарат аналитической и дифференциальной геометрии.
Для визуальнл"! оценки формируемых поверхностей зубьев конического колеса реализован метод графического компьютерного моделирования. Все расчеты и моделирсва-
ниє графических объектов производились на персональном IBM-совместимом компьютер с использованием языка и среды программирования QuickBASIC 4.5.
Научная новизна.
Доказан низкий уровень технологичности конструкции углового стоматологичесюл наконечника, оснащенного коническими передачами.
Выдвинуто и подтверждено предположение о' возможности и целесообразное! применения передач смешанного зацепления в угловом стоматологическом наконечнике аналогичных ему устройствах.
Обобщена математическая модель станочного зацепления, учитывающая ряд пг раметров технологической системы, влияющих на отклонение геометрических параметро зуба конического колеса передач смешанного зацепления от номинальных значений, и н ее основе разработана обобщенная методика расчета геометрических параметров перс дач, в том числе косозубых смешанных гипоидных передач, а также параметров наладо эубообрабатывающих станков.
Достоверность научных результатов подтверждается корректным применена ем математического аппарата, методов теор»» зубчатых зацеплений, а также результата ми графического компьютерного моделирования.
Ценность для науки заключается в том, что полученные результаты расширяю и дополняют специальную часть технологии машиностроения, касающуюся изготовлєниі ПСЗ.
Практическая значимость.
1.На основе разработанной методики создан алгоритм и программа для ЭВМ пі расчету параметров станочного и рабочего зацеплений, а также математически обеспоче на возможность реализации программы по расчету величины рассеяния базового расстоя ния конических колес ПСЗ (расстояние от базового торца колеса до проекции межосевогс перпендикуляра на ось этого колеса).
-
Найдена рациональная форма графического моделирования на ЭВМ формируе мой поверхности зубьев конического колеса ПСЗ, позволяющая производить визуальнук оценку геометрии колеса без проведения экспериментального зубонарезания и, в частно сти, позволяющая оценить степень искажения пространственной конфигурации активные действующих линий в передаче с точечным (локализованным) контактом в результате воздействия систематических погрешностей технологической системы при зубонарезании конического колеса ПСЗ.
-
Разработаны варианты модернизации наконечника с использованием прямозубы* конических передач и СКП. В первом случае разработаны рабочие чертежи колес и технология сборки УСН с применением метода регулировки. Во втором случае разработаны рабочие чертежи ортогональной СКП.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на четырех научно-технических конференциях ТулГУ (1993 - 1997), а также на международной юбилейной НТК "Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, металлорежущих станков и инструментов" (Тула, 1997).
Реализация работы. Результаты работы в виде методики проектирования СКП и гоответствующего программного обеспечения приняты к внедрению на АО «Металлист» г. Серпухова. Отдельные вопросы проектирования техпроцесса изготовления ПСЗ вошли в качестве дополнения к курсу лекций по технологии машиностроения в разделе , «Производство зубчатых колес».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 152 страницах машинописного текста и включает введение, три раздела, заключение, список использованных источников из 83 наименований. Работа содержит 43 рисунка. Объем приложений — 20 страниц.
Автор выражает благодарность профессору ТулГУ Г.М. Шейнину, а также коллективу кафедры «Технология машиностроения», за помощь и консультации при выполнении и обсуждении диссертационной работы.
