Введение к работе
Актуальность проблемы. Конические передачи с круговыми зубьями находят широкое применение в различных областях техники для передачи вращения между валами с пересекающимися осями. Достоинствами этих передач является возможность работы при больших окружных скоростях, повышенная нагрузочная способность и более высокий коэффициент полезного действия, по сравнению с прямозубыми передачами.
Характеристики зацепления, такие как прочность, долговечность и уровень вибраций, сильно зависят от формы боковых поверхностей зубьев. Погрешности формы, исчисляемые сотыми долями миллиметра, оказывают существенное влияние на характеристики зацепления.
В случае абсолютно точно изготовленного инструмента и идеального зу-бообрабатывающего станка, обеспечивающего абсолютно точно требуемое движение инструмента относительно заготовки в процессе обработки, форма боковых поверхностей зубьев определяется наладками — параметрами процесса зубообработки. Имеется большое количество работ, посвященных расчету значений этих параметров. Однако каждый реальный станок обладает своими уникальными погрешностями, которые могут изменяться в процессе эксплуатации. Более того, не всегда удается на одном и том же станке воспроизвести прежнюю форму поверхности и, следовательно, прежние характеристики зацепления после переналадки и возврата к прежним наладкам.
Традиционным методом испытания зубчатых пар является обкатка на контрольно-обкатном станке (КОС), не дающий информации о форме полученных боковых поверхностей зубьев. Такой способ испытаний приводит к тому, что к точности обработки колеса, имеющего большее число зубьев, не предъявлялось высоких требований. Заданное местоположение и форма пятна контакта достигается варьированием параметров процесса обработки компонента пары с меньшим числом зубьев (шестерни). Однако информация, получаемая с помощью КОС, не гарантирует удовлетворительного качества передачи в условиях эксплуатации, а боковые поверхности зубьев различных экземпляров колес могут значительно отличаться друг от друга, т.е. не обеспечивать взаимозаменяемости компонентов пары.
В настоящее время все более широкое применение находит более совершенная методика тестирования зубчатых колес, основанная на использовании координатных измерительных машин (КИМ), путем сравнения формы поверхности, полученной в результате обработки, с эталонной поверхностью. При этом эталонная поверхность может быть получена либо теоретически, либо пу-
тем измерения поверхностей реально существующей передачи, удовлетворительно зарекомендовавшей себя в эксплуатации.
Использование КИМ создает предпосылки для решения задачи о подборе наладок конкретного станка для воспроизведения на нем эталонной поверхности с требуемой точностью. Точность воспроизведения определяется допустимым разбросом эксплуатационных характеристик, таких как пятно контакта и максимальная неравномерность при передаче вращения.
Настоящая работа посвящена решению актуальной для современного производства проблемы уменьшения разброса эксплуатационных характеристик экземпляров зубчатой передачи и проблемы взаимозаменяемости ее компонентов.
Цель работы состоит в повышении точности обработки и сокращении сроков на подготовку производства спиральных конических зубчатых передач с заданной формой боковых поверхностей зубьев за счет создания программного обеспечения по расчету наладок для компенсации погрешностей используемого зубообрабатывающего оборудования.
Методы исследования основаны на математическом анализе, дифференциальной геометрии, законах теоретической механики, теории огибающих, технологии машиностроения, теории зубчатых зацеплений, теории оптимизации, численных методах, в том числе методе наименьших квадратов.
Научпая новизна работы заключается в:
-
критерии близости требуемой и получешюй поверхностей, в виде среднеквадратичного отклонения в направлении окружных скоростей точек поверхности зуба при вращении колеса;
-
установлении характера влияния каждого из наладочных параметров станка на форму боковой поверхности зуба;
-
выявлении на боковой поверхности зуба стационарной линии, по расположению которой можно судить о направлении смещеніи пятна контакта и характере изменения поверхности.
Практическая ценность работы заключается в создании программно-методического обеспечения, которое (в совокупности с координатно-измерителыюй машиной и зубообрабатывающим оборудованием) позволит:
1) по измеренной на координатно-измерительной машине поверхности зубьев эталонного колеса определить наладки идеального станка (не обладающего погрешностями), необходимые для воспроизведения поверхности;
-
создать модель эталонного конического зубчатого колеса с круговыми зубьями, совместимую с программным обеспечением координатно-измерителыюй машины;
-
автоматизировать процесс коррекции наладок для каждого конкретного станка путем минимизации отклонений обработанной поверхности зуба от эталонной;
-
обеспечить возможность совместной работы любых экземпляров однотипных компонентов зубчатой передачи.
Определены допуски на отклонения обработанной поверхности от требуемой. Обоснован выбор номенклатуры наладочных параметров для воспроизведения требуемой боковой поверхности кругового зуба с целью компенсации погрешностей зубообрабатывающего оборудования, удовлетворяющего критерию близости и учитывающего особенности производства.
Реализация работы. Результаты работы приняты к использованию при производстве спиральных конических передач на ОАО «Красный Октябрь» (г. Санкт-Петербург).
Результаты работы используются в учебном процессе МГТУ «СТАН-КИН» на кафедре теоретической механики при выполнении бакалаврских и инженерных дипломных работ, а также магистерских диссертаций.
Апробация работы. Основные положения и наиболее важные разделы диссертационной работы докладывались на V международном конгрессе «Кон-структорско-технологическая информатика-2005»; на 4-й международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM - 2004)»; на IX-ой научной конференции МГТУ "Станкин" и "Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ "Станкин" — ИММ РАН"; на международном научно-техническом семинаре «Конкурентоспособность машиностроительной продукции и производств», на XVII международной интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 работы в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и обьелі работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и 8 приложений. Работа изложена на 210 страницах машинописного текста, содержит 150 рисунков, 57 таблиц. Список литературы включает 72 наименования. Общий объем работы составляет 232 страниц.
