Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из наиболее часто встречающихся причин выхода из строя конических передач является поломка зуба у его основания, вызванная концентрацией напряжений в районе переходной поверхности (изгибнык напряжений) Локализация контакта, широко используемая в настоящее время для устранения концентрации контактных напряжений, приводит к неравномерному распределению нагрузки по длине зуба, которое еще более усиливает концентрацию изгибных напряжений Несмотря на это, наибольшее внимание исследователей вплоть до настоящего времени было уделено вопросам построения рабочих поверхностей зуба, обеспечивающих хорошее качество контакта (отсутствие кромочного контакта, подрезания низкий уровень вибраций при зацеплении) или вопросам, связанным с макрогеомегрией зуба (устранение заострения, неправильного продольною сужения) Среди работ указанного направления следует упомянуть работы В Н Кедринского, Ф Л Литвина, Г И Шевелевой, М Г Сегаля, НФ Хлебалина, В Н Сызранцева, В И Медведева, А Э Волкова и других
Исследованию изгибных напряжений и влиянию формы переходной поверхности на эти напряжения уделено значительно меньшее внимание Бочь-шинство предложенных методик расчета зуба на изгиб основано на приблч-женных расчетных схемах консольного стержня и чи консольной оболочки Эти расчетные схемы не позволяют выявить концентрацию напряжений в корне зуба В работах В И Медведева, а также Ф Л Литвина и его соавторов предложены алгоритмы и примеры расчета напряженного состояния з>бьев, рассматриваемых как упругие трехмерные тела, основанные на методе конечных элементов Однако в алгоритме В И Медведева сделаны неоправданные предположения о форме переходной поверхности В работах Ф Л Литвина учитывается реальная форма переходной поверхности, полученная в результате обработки заданным инструментом, однако отсутствуют методики выбора оптимальных параметров инструмента
Вероятно, эти вопросы решены в программных комплексах, разработанных на фирмах Gleason (США) и Khngelnberg (Германия), которые являются ведущими производителями зубообрабатывазощих станков для обработки конических колес с круговыми зубьями Однако фирмы не раскрывают принципов и алгоритмов, на которых построены их программные комплексы
Опыт эксплуатации конических передач и общие принципы теории упругости показывают, что имеются значительные резервы снижения уровня изгиб-
ных напряжений в зубьях колес без изменения конструкции передачи Снижение может производиться за счет получения наиболее благоприятной формы переходной поверхности путем выбора необходимого для этого инструмента Решению этой актуальной задачи и посвящена данная работа
Цель работы состоит в повышении нагрузочной способности круговых зубьев конических колес за счет создания методического и программного обеспечения по подбору параметров режущего инструмента для изготовления спирально-конических зубчатых передач
Методы исследования основаны на математическом анализе, аналитической и дифференциальной геометрии, теории огибающих, теории оптимизации, численных методах, сопротивлении материалов, теории упругости и теории зубчатых зацеплений
Научная новизна работы заключается
в математической модели процесса формообразования переходной поверхности кругового зуба конического колеса, форма которой зависит от параметров инструмента (радиуса закругления вершины режущей кромки, ширины вершины резца и угла профиля) и используется для расчета напряжений изгиба в районе переходной поверхности круговых зубьев конических колес,
в формировании области допустимых значений радиуса закругления и ширины вершины резца инструмента, обеспечивающих отсутствие подрезания переходной поверхности, образования гребешка на дне впадины и интерференции в районе переходной поверхности при зацеплении зубьев,
в установлении зависимости изгибных напряжений от параметров инструмента и выявлении факта наибольшего влияния на изгибные напряжения радиуса закругления вершины резца в отличие от угла профиля инструмента
Практическая ценность работы заключается
в прогнозировании до изготовления спирально-конической зубчатой пары в металле таких особенностей формообразования переходной поверхности кругового зуба, как образование гребешка на дне впадины и подрезание дна впадины, т е срезание части переходной поверхности на уже обработанной стороне впадины,
в прогнозировании возможной интерференции в районе переходной поверхности при зацеплении круговых зубьев,
в рекомендациях по выбору режущего инструмента для обработки круговых зубьев конических передач на основе методики подбора в интерактивном режиме значений радиуса закругления и ширины вершины резца по ус-
ловиям отсутствия на дне впадины подрезания и гребешка, а также интерференции в районе переходной поверхности,
4) в рекомендациях по повышению изгибной прочности круговых зубьев нереверсивных передач за счет использования разных радиусов закругления для обработки рабочих и нерабочих сторон зубьев
Реализация работы. Результаты работы приняты к использованию при производстве спиральных конических передач на ОАО «Красный Октябрь» (г Санкт-Петербург) и ОАО «Электростальский завод тяжелого машиностроения» (г Электросталь)
Апробация работы. Основные положения и наиболее зажные разделы диссертационной работы докладывались на XVII международной интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения, на 1Х-ой научной конференции МГТУ "Станкин" и "Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ "Станкин" - ИММ РАН", на VII Международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, 2008), а также на заседаниях кафедр «Инструментальная техника и технология формообразования» и «Теоретическая механика» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин»
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и 6 приложений Работа изложена на 171 странице машинописного текста, содержит 78 рисунков, 22 таблицы Список литературы включает 108 наименование Общий объем работы составляет 180 страниц
