Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Характеристика и способы образования цилиндрических червячных передач 12
1.1. Две концепции зубообработки червячных колес 12
1.2. Теоретические предпосылки новой концепции формообразования рабочей поверхности зубьев червячного колеса - 17
1.3. Кинематика зубофрезерования червячного колеса при двух параметрах огибания - 19
1.4. Расчет исследуемой червячной передачи - 26
Глава 2. Технологическое обеспечение зубообра ботки червячного колеса -30
2.1. Универсальная оправка 31
2.2. Индивидуальный дополнительный привод вращения червячной фрезы 38
2.3. Погрешность установки червячной фрезы -42
Глава 3. Физический эксперимент 48
3.1. Наладка технологического оборудования -49
3.2. Технологический процесс зубообработки 52
Глава 4. Аналитическое исследование червячного зацепления в главном продольном сечении червячной передачи -55
4.1. О связи геометрии производящей поверхности и поверхности червячной фрезы малого диаметра в общих продольных сечениях -55
4.2. Исследование геометрии зацепления червячной передачи с колесом, нарезанным червячной фрезой малого диаметра ... - 57
4.3. Исследование геометрии зацепления червячной передачи с колесом, нарезанным червячной фрезой - копией рабочего червяка - 73
Глава 5. Определение экономического эффекта зу бообработки червячных колес по новой концепции -82
5.1. Расчет себестоимости изготовления дополнительного технологического оборудования - 83
5.2. Расчет затрат на зубообработку червячных колес условной годовой программы в базовом варианте - 86
5.3. Расчет затрат на зубообработку червячных колес условной годовой программы в новом варианте - 87
5.4. Расчет экономического эффекта зубообработки червячных колес в базовом и новом вариантах - 88
Заключение -90
Библиографический список -95
Приложения -101
- Теоретические предпосылки новой концепции формообразования рабочей поверхности зубьев червячного колеса
- Индивидуальный дополнительный привод вращения червячной фрезы
- Технологический процесс зубообработки
- Исследование геометрии зацепления червячной передачи с колесом, нарезанным червячной фрезой малого диаметра
Введение к работе
Актуальность темы. Значительный процент объема выпуска червячных передач объясняется их широким применением в различных отраслях промышленности. Прежде всего, в судостроении и судоремонте - в рулевых машинах, в механизмах судовых палубных грузоподъемных устройств (приводы шпилей и брашпилей, приводы шлюпочных, угольных, мусороподъемных, буксирных и траловых лебедок), в валоповоротных механизмах, в приводах масляных, нефтяных, воздушных насосов и многих других; в машиностроении -в качестве приводных устройств к различным производственным машинам.
Особое место червячным передачам отводится в горнодобывающих и строительных механизмах.
В станкостроении, например, в зубофрезерных станках, червячной передаче в цепи деления отводится центральное место.
Трудно назвать область техники, где бы не применялись червячные передачи в качестве силовых или кинематических.
Несмотря на такие недостатки червячных передач, как применение дорогостоящих антифрикционных материалов для зубчатых венцов червячных колес, относительно низкий КПД, приводы с червячными передачами, благодаря их малошумности, компактности, самоторможению, реализации большого диапазона передаточных отношений в одной ступени (100 и более) удовлетворяют около 90% потребности в редукторах общего назначения.
В тех случаях, когда требуется высокая кинематическая точность в сочетании с малошумностью и гарантированным самоторможением при относительно невысокой стоимости, червячные редукторы становятся незаменимыми.
Совершенствование геометрии зацепления червячных передач и технологии их изготовления продолжается практически непрерывно - улучшаются эксплуатационные характеристики, разрабатываются червячные передачи с новой геометрией зацепления, создаются новые смазочные материалы с антифрикционными присадками.
Улучшению качества червячных передач уделяли и уделяют внимание многие российские и зарубежные ученые, среди которых Н.И. Колчин, Ф.Л. Литвин, И.С. Кривенко, И.П. Бернацкий, М.Л. Ерихов, А.Н. Грубин, Л.И. Назаренко, Л. Д. Часовников, Н.Н. Крылов, Х.Е. Мерит и многие другие.
Способам нарезания червячных колес посвящена обширная литература, в частности, в диссертации В.И.Парубца приведено 39 подобных способов зу-бонарезания. Указанными вопросами занимались Л.В.Коростелев и его ученики (например, С.А.Лагутин).
Технология изготовления червячных колес на настоящее время строится на известной концепции зубообработки червячных колес, которая заключается во взаимном огибании витков червяка и зубьев червячного колеса с одним параметром огибания при непрерывном делении на число зубьев колеса.
Основное требование традиционного способа зубофрезерования червячных колес состоит в идентичности всех параметров червячной фрезы и рабо-
чего червяка. Что означает, сколько типоразмеров рабочих червяков при одинаковых основных параметрах (модуль, число заходов, профиль и профильный угол исходного контура), столько же необходимо и червячных фрез для нарезания червячных колес к этим червякам.
Так как червячная фреза для зубофрезерования червячных колес - инструмент дорогостоящий (5000 + 12000 рублей и более), то это обстоятельство (высокая стоимость зубообработки) следует рассматривать как экономический недостаток технологии нарезания зубьев червячных колес.
В диссертации разработана и исследована новая концепция зубофрезерования червячных колес - при двух параметрах огибания поверхностей витков режущего инструмента и зубьев червячного колеса. Способ позволяет в ряде случаев, особенно в условиях индивидуального и ремонтного производств, использовать с целью экономии средств одну и ту же червячную фрезу для зубофрезерования червячных колес из некоторой гаммы червячных передач при сохранении точности и производительности процесса, названную червячной фрезой малого диаметра (далее фрезой МД).
Новая концепция расширяет возможности способов зубообработки в отношении формы инструмента (целесообразно использовать стандартные червячные фрезы для зубофрезерования червячных колес), обеспечивая при этом существенную экономию средств, затрачиваемых на изготовление дорогостоящих фрез при одновременном сокращении их ассортимента.
Цель работы. Целью работы являются:
разработка новой концепции зубообработки червячных колес при двух параметрах огибания и исследование технологических возможностей её реализации;
внедрение в производство нового метода зубофрезерования червячных колес с использованием серийно выпускаемого зубофрезерного оборудования без его модернизации.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
Разработано, сконструировано и изготовлено специальное дополнительное технологическое оборудование, налаженное на зубофрезерном станке (далее просто станок).
Произведена экспериментальная зубообработка заготовок червячных колес, используя специальное дополнительное станочное оборудование и червячную фрезу МД, на серийном зубофрезерном станке 5Е32А.
Выполнена оценка возможной погрешности профиля зубьев червячных колес при реализации разработанной концепции зубонарезания.
Аналитически исследованы и сопоставлены червячные зацепления червячных передач в главном продольном сечении, червячные колеса которых нарезаны по известной технологии и способом, разработанным в диссертации.
Выполнен анализ экономической эффективности зубообработки червячных колес в базовом и новом вариантах.
Научная новизна. 1. Научная новизна подтверждается патентом РФ на изобретение «Способ нарезания червячных колёс» № 2082568 от 27.06.97г. В основе способа - взаимоогибание режущих поверхностей инструмента и зубьев червячного колеса при двух параметрах огибания.
В диссертации разработана новая концепция формообразования поверхностей зубьев червячного колеса.
Впервые новый метод зубофрезерования реализован в «металле». Разработано и изготовлено специальное дополнительное технологическое оборудование к зубофрезерному станку (электромеханический привод червячной фрезы и универсальная фрезерная оправка).
Составлена математическая модель для исследования идентичности геометрии зацепления и картин зацепления червячных передач, полученных новым и известным способами.
Намечены границы области приложения нового способа и пути совершенствования зубофрезерования червячных колес разработанным методом.
Практическая значимость. Исследованная концепция зубонарезания червячных колес позволяет:
используя одну и ту же червячную фрезу, зубофрезеровать все червячные колеса из гаммы червячных редукторов, если рабочие червяки из указанной гаммы имеют диаметральные размеры равные либо большие, чем диаметральные размеры червячной фрезы при одинаковых основных параметрах;
расширить возможности использования формы инструмента для зубо-обработки червячных колес, обеспечивая при этом существенную экономию средств, затрачиваемых на изготовление дорогостоящих фрез при одновременном сокращении их номенклатуры;
сократить время на переналадку фрезерной оправки при изменении радиальных размеров рабочего червяка и неизменных основных параметрах.
использовать серийно выпускаемое станочное оборудование модели 532 и однотипное с ним;
зубофрезеровать червячные колеса при двухпараметрическом огибании без изменения производственно-технических характеристик червячных передач;
- определить целесообразную область приложения разработанной в
диссертации новой концепции зубообработки червячных колес.
На защиту выносятся. 1. Результаты исследования технологических возможностей способа зубообработки червячного колеса по новой концепции, разработанной в диссертационной работе, а именно:
возможность реализации метода при использовании червячной фрезы МД;
технологическое обеспечение для реализации новой концепции;
анализ возможной дополнительной погрешности профиля зуба червячного колеса от неточности установки фрезы МД на универсальной оправке;
доказательство тождественности передач по геометрическим и производственно - техническим характеристикам, червячные колеса которых
нарезаны традиционным и предлагаемым способами зубофрезерования.
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования; в конструировании и изготовлении всего дополнительного технологического оснащения и наладке его на зубофрезерном станке; в проведении физического эксперимента и обработке его результатов; в исследовании технологических возможностей разработанной концепции зубообработки; в аналитическом исследовании геометрии зацепления и картин зацепления червячных передач в главном продольном сечении передач; в оценке экономической эффективности новой концепции зубообработки.
Апробация результатов работы. Основные положения доложены:
На международной конференции «Редукторостроение России. Состояние, проблемы, перспективы». 2003 г., С-Петербург.
На международном форуме молодых ученых АТР. 2001, 2003 гг., Владивосток.
На научно-технических конференциях «Вологдинские чтения» ДВГТУ им. В.В. Куйбышева. 2001, 2002, 2003, 2004, 2005 гг.
По материалам диссертации (самостоятельно и в соавторстве) опубликовано 9 работ.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов работы, библиографического списка из 55 наименований и приложений, включает 120 страниц машинописного текста, 14 таблиц и 32 рисунков.
Теоретические предпосылки новой концепции формообразования рабочей поверхности зубьев червячного колеса
Существующая концепция формообразования зубьев червячного колеса требует численного совпадения параметров рабочего червяка червячной передачи и червячной фрезы для нарезания зубьев червячного колеса.
Таким образом, производящим червяком в известной концепции зубо-фрезерования червячных колес является червячная фреза - копия рабочего червяка. В известной концепции реализуется однопараметрическое огибание поверхностей F инструмента и F2 зубьев червячного колеса. Схема одно-параметрического огибания указанных поверхностей изображена на рис.1.3.:
Однопараметрическое огибание поверхностей зубьев червячного колеса червячной фрезой - копией рабочего червяка является основным требованием известной концепции формообразования поверхности зубьев червячных колес.
Способ формообразования зубьев червячного колеса, как один из частных случаев предлагаемой концепции, предусматривает двухпараметриче-ское огибание режущих кромок червячной фрезы и зубьев червячного колеса по рис. 1.4. изображенной на рис. 1.4. схеме виртуальная поверхность F]n присутствует «реально» и, являясь винтовой поверхностью производящего червяка, виртуально участвует в процессе зубообработки червячного колеса.
Рассматриваемая в диссертационной работе концепция формообразования зубьев червячного колеса предусматривает наличие инструмента, который, перемещаясь определённым образом, формообразует производящий червяк - копию рабочего червяка червячной передачи. Производящий червяк, имитируя станочное зацепление на зубофрезерном станке, формообразует поверхность зуба червячного колеса.
Отмеченное выше является основным содержанием новой концепции зубообработки червячных колес методом огибания. Зубофрезерование по данной концепции производится только при радиальной подаче фрезы.
При зубообработке червячного колеса по новой концепции (двухпара-метрическое огибание) процесс зубофрезерования протекает следующим образом.
Рабочему инструменту, не идентичному рабочему червяку червячной передачи, сообщается определенное движение, которое должно обеспечить процесс резания зубьев червячного колеса. Одновременно с этим движением инструменту сообщается дополнительное вращательное движение вокруг оси вращения фрезерного шпинделя зубофрезерного станка. Это второе вращательное движение инструмента решает две задачи: - формообразует зуб червячного колеса по длине и - формирует произ водящую винтовую поверхность идентичную винтовой поверхности рабочего червяка. Эта винтовая поверхность носит название «производящего червяка».
Зубья инструмента, перемещаясь внутри виртуальной поверхности «производящего червяка», формообразуют зубья червячного колеса.
Можно отметить два положительных свойства зубообработки червячного колеса при 2-х параметрах огибания: - не оговаривается вид инструмента, который может быть использован для зубообработки; - экономия значительных финансовых средств, затрачиваемых на изготовление дорогостоящих червячных фрез для нарезания зубьев червячных колес для гаммы червячных передач, червяки которых отличаются только радиальными размерами.
В диссертации в качестве инструмента для нарезания зубьев червячного колеса способом двухпараметрического огибания использовалась червячная фреза малого диаметра (МД), у которой радиальные размеры отличаются от радиальных размеров рабочего червяка передачи в сторону уменьшения, но основные параметры (модуль, профиль и профильный угол исходного контура, число заходов) одинаковы.
Червячная передача (ортогональная, неортогональная) имеет с точки зрения технологии изготовления один существенный недостаток: при нарезании зубьев червячного колеса методом огибания при непрерывном делении червячная фреза должна быть так сконструирована и установлена на зубо-фрезерном станке, чтобы процесс фрезерования зубьев в последней стадии копировал бы процесс рабочего зацепления данного червячного колеса. Что означает, станочное зацепление червячной фрезы и нарезаемого червячного колеса адекватно рабочему зацеплению червяка и червячного колеса в корпу се редуктора. Реализация этого требования возможна только при условии, что: основные параметры исходной рейки червячной фрезы (модуль зубьев, число заходов, профиль и профильный угол, диаметр делительного цилиндра) должны быть одинаковы с теми же параметрами рабочего червяка. При изготовлении или ремонте некоторой гаммы червячных передач, червяки которых отличаются между собой только радиальными размерами (числом q), при одинаковых основных параметрах, потребуется количество червячных фрез для зубофрезерования червячных колес к этим передачам, равное количеству передач в упомянутой гамме. [24]
В исключительных случаях при отсутствии червячных фрез используются оправки с установленными на них резцами (летучки). При нарезании зубьев червячных колес оправкой - летучкой процесс огибания отсутствует, нарезанные зубья требуют дополнительной обработки и затем приработки передачи в корпусе редуктора. Приработка передачи должна обеспечить эксплуатационные характеристики редуктора, предусмотренные проектом.
Способ нарезания зубьев червячных колес резцами, установленными на оправке, относится к способу копирования. Способ неточен и малопроизводителен. Для перспективного решения описанной выше проблемы предлагается способ зубообработки червячных колес по новой концепции - зубофрезеро-ванием фрезой МД.
Способ значительно экономит производственные затраты при сохранении прежней производительности процесса зубофрезерования червячных колес и его качества. На рис.1.5. приведена схема механизма зубофрезерования червячного колеса фрезой МД (поз.З) в сечении, проведенном через ось вращения Oi - 0 производящего червяка (поз.1) перпендикулярно оси вращения 02-С 2 червячного колеса (поз.2).
В технологии производства зубчатых и червячных колес используется терминология: «производящая рейка», «производящее колесо», «производящий червяк». Под «производящим червяком» в данном случае понимается воображаемая винтовая поверхность, которую описывают режущие кромки червячной фрезы в процессе зубофрезерования червячного колеса в результате планетарного движения вокруг оси шпинделя и вращательного движения вокруг собственной оси вращения.
Производящий червяк по всем параметрам, кроме высоты витка, идентичен рабочему червяку из той червячной передачи, для которой зубофрезеру-ется червячное колесо. Таким образом, между рабочим червяком и соответствующим ему производящим червяком можно поставить знак равенства. При зубофрезеровании червячных колес фрезой МД все понятия и определения, отмеченные выше, полностью сохраняются. В станочном зацеплении, изображенном на рис.1.5., показаны: 1 - производящий червяк, радиус Ri которого равен радиусу делительного цилиндра рабочего червяка передачи; О] - ось его вращения. Червячная фреза ра
Индивидуальный дополнительный привод вращения червячной фрезы
Он состоит из двух основных частей: электромеханической и установочной. Электромеханическая часть, в свою очередь, включает в себя: трехфазный асинхронный электродвигатель; двухступенчатый редуктор с гитарой сменных зубчатых колес (одна ступень расположена в корпусе редуктора); цепную передачу (ведущая звездочка, ведомая звездочка с фланцем, сцепленным с фрезой, и пластинчатая цепь); пружинно-роликовое натяжное устройство цепи. Установочная часть состоит из набора силовых и крепежных элементов. Как отмечалось ранее, дополнительный привод должен обеспечивать посредством цепной передачи частоту вращения п0 червячной фрезы вокруг собственной оси, равную частоте вращения П] шпинделя зубофрезерного станка. Это одно из основных условий создания движения резания при зубо-фрезеровании и формирования виртуальной винтовой поверхности «производящего червяка» - копии рабочего червяка. Для обеспечения вращения индивидуального привода служит трехфазный асинхронный электродвигатель, соединенный с редуктором. Использование такого двигателя объясняется автоматическим устанавливанием равновесия вращающего и тормозящего моментов и устойчивой работой под нагрузкой. Но данные типы двигателей имеют один существенный недостаток - зависимость частоты вращения ротора от величины скольжения [16]: откуда где П - частота вращения магнитного поля статора, п - частота вращения ротора, s - скольжение. При возрастании нагрузки на валу двигателя сначала тормозящий момент оказывается больше вращающего, вследствие чего ротор уменьшает скорость. Но с увеличением скольжения возрастают индуктируемые в роторе э.д.с. и токи, благодаря чему увеличивается вращающий момент. Таким путем при возросшем скольжении восстанавливается динамическое равновесие вращающего и тормозящего моментов. Увеличение тока вторичной обмотки вызывает увеличение токов статора, и, следовательно, возрастание мощности, потребляемой двигателем из сети. У современных двигателей при полной нагрузке скольжение достигает 1,5 - 2%. Индивидуальный привод является отдельной самостоятельной конструкцией и не имеет кинематической связи с кинематикой самого зубофрезер ного станка. Исходя из этого, определяется второе необходимое условие -зубофрезерование заготовки червячного колеса должно производиться безостановочно от начала до окончания фрезерования зубьев колеса.
В противном случае произойдет искажение формирования поверхности «производящего червяка», что приведет к подрезанию зубьев червячного колеса. Допустим только отвод и подвод суппорта станка без отключения дополнительного привода и самого станка.
В зависимости от радиальных размеров рабочего червяка, для которого изготавливается червячное колесо, промежуточный узел универсальной оправки смещается на определенный расчетный эксцентриситет параллельно оси шпинделя. При планетарном движении червячной фрезы может возникнуть провисание цепи привода червячной фрезы. Данный недостаток устраняется применением пружинно-роликового механизма натяжения цепи.
При зубообработке червячных колес выбираются режимы резания. Режимы резания для фрезы малого диаметра рассчитываются с использованием справочной литературы, то есть определяется скорость резания, на которую требуется настроить гитару (рис.2.6) индивидуального привода фрезы и гитару скоростей зубофрезерного станка.
При этом в первую очередь рассчитывается и назначается частота п0 вращения червячной фрезы, так как она определяет скорость резания при зу-бофрезеровании. Если же шпиндель станка (гитара скоростей) не имеет частоты вращения П = no, то следует вначале назначить частоту вращения П] шпинделя, ближайшую большую к частоте щ , а затем при помощи гитары дополнительного привода червячной фрезы установить частоту вращения п0 = П] . Указанное равенство частот вращения По и п, должно неукоснительно соблюдаться, так как только при этих условиях виртуальная винтовая поверхность «производящего червяка» будет соответствовать винтовой поверхности рабочего червяка.
С целью обеспечения требуемой частоты вращения фрезы дополнительный привод должен иметь набор сменных зубчатых колес (рис.2.6, поз.2,3) к собственной гитаре для применяемых фиксированных чисел оборотов шпинделя станка.
Вращение «производящего червяка» и нарезаемого червячного колеса в процессе зубофрезерования жестко связаны между собой станочным передаточным числом где Z2, Z - число зубьев нарезаемого колеса и число заходов рабочего червяка соответственно. Индивидуальный привод (электродвигатель и редуктор) может оставаться на зубофрезерном станке неопределенное время, не мешая работе станка при смене объекта обработки. Технологическое обеспечение для зубообработки червячных колес фрезой МД не требует никакой модернизации зубофрезерного станка и состоит из легкосъемных, простых в монтаже узлов. Требуемое качество червячных передач обеспечивается как контролем элементов червяка и червячного колеса в отдельности, так и комплексным контролем червячной пары. [51,52,55] При контроле витков червяка проверяются: - толщина витков и осевой шаг; - форма и ход винтовой линии; - форма профилей и их положение относительно оси вращения червяка. Сложность геометрических форм червячного колеса не позволяет при контроле элементов использовать простые и удобные проверочные средства. Поэтому контроль элементов колеса в большей части является косвенным и сводится к проверке: -токарной заготовки червячного колеса; - правильности настройки зубофрезерного станка; - правильности установки заготовки червячного колеса на станке; - соответствия режущего инструмента и правильности его установки на станке. Нормы точности, характер контролируемых элементов червячных колес и применяемые приборы одинаковы с теми, которые используют для контроля цилиндрических зубчатых колес. Однако отмеченное относится только к главному продольному сечению червячной передачи или средней плоскости червячного колеса.
Технологический процесс зубообработки
После завершения полной наладки оборудования производится стандартная зубообработка заготовки червячного колеса.
Запускается станок и дополнительный привод вращения фрезы. Порядок включения не регламентируется. Производится стандартная зубообработка, и при выдерживании допуска на межцентровое расстояние передачи формируется зубчатая поверхность колеса. Процесс обработки указан на рис.3.3.
Образцы зубчатых поверхностей червячных колес, нарезанных с использованием фрезы МД представлены на рис. 3.4. Во время проведения физического эксперимента специальная оснастка (индивидуальный привод и универсальная оправка) работала стабильно.
В случае если собственные обороты фрезы вокруг оси вращения (обеспечиваются дополнительным приводом) отличаются от частоты вращения шпинделя станка, происходит подрезание зубьев червячного колеса.
Инструментальный контроль качества зубчатых поверхностей червячных колес показал удовлетворительные результаты. С целью зубофрезерования червячных колес, отвечающих требуемым нормам, необходимо привлечение инструментального производства для изготовления универсальной оправки и использование стандартных червячных фрез к червячным колесам. Производительность зубообработки червячных колес по разработанной концепции двухпараметрического огибания сохраняется такой же, как и при традиционном способе зубофрезерования. Режимы резания обоих вариантов зубонарезания червячных колес идентичны.
Планирование физического эксперимента по исследованию точности зубчатых поверхностей нарезаемых червячных колес не проводилось, так как точность его результатов определяется точностью технологической оснастки, её установки на станке и используемыми измерительными средствами и не зависит от количества нарезанных червячных колес в процессе эксперимента.
На рис.4.1. приведена схема расположения винтовой поверхности фрезы МД (поз.2) относительно винтовой поверхности производящего червяка (поз.1) при воспроизведении последней. Червячная фреза, перемещаясь внутри винтовой поверхности производящего червяка, формообразует её.
Если рассмотреть несколько общих осевых сечений производящего червяка и фрезы МД, то легко убедиться аналитически, что картина зацепления фрезы и производящего червяка будет одна и та же в каждом сечении. Осевой профиль червячной фрезы «зацепляется» с таким же по форме профилем производящего червяка. Иными словами, какую форму имеет осевой профиль червячной фрезы, такой же формы будет и осевой профиль производящего червяка. В зоне контакта винтовые поверхности фрезы и производящего червяка - конгруэнтны.
Отличие состоит только в относительном расположении профилей. Так, если за исходное принять осевое сечение 1-І, то в сечении II-II профили будут смещены в направлении осей вращения на 1/4 шага винтовых поверхностей; в сечении Ш-Ш осевое смещение профилей равно 1/2 шага; в сечении IV-IV смещение профилей - 3/4 осевого шага и в сечении V-V смещение профилей на 1 осевой шаг.
Таким образом, червячная фреза МД, совершив один оборот в планетарном движении с угловой скоростью (0 и один оборот на оси фрезерной оправки с о)0 = «і, вновь занимает исходное положение (плоскости 1-І и V-V совмещаются), но ее осевой профиль оказывается смещенным вдоль оси вращения на величину, равную осевому шагу червячной фрезы.
Отсюда следует вывод, что если ставится задача рассмотреть станочное и рабочее зацепления червячной передачи, червячное колесо которой нарезано фрезой МД, с целью определения: 1) - осевых и нормальных профилей зубьев; 2) - линии зацепления; 3) - приведенной кривизны; 4) - подрезания зубьев, то достаточно исследовать геометрию зацепления в главном продольном сечении передачи (осевое сечение 1-І) как последовательные зацепления рейки и производящего червяка, а затем - производящего червяка с червячным колесом передачи (рабочее зацепление).
Зубофрезерование червячного колеса фрезой МД является процессом с двумя последовательными огибаниями инструмента и звеньев передачи. Так в итоге первого огибания червячной фрезой (рис.4.1, поз.2) формообразуется винтовая поверхность производящего червяка - копии рабочего червяка передачи; при втором огибании - огибание поверхности витков производящего червяка (рис.4.1, поз.1) и поверхности зубьев червячного колеса - формообразуется рабочая поверхность зубьев червячного колеса.
Поэтому первая часть исследования геометрии зацепления передачи -это исследование формы профиля витков производящего червяка.
При обоих исследованиях рассматривается, как необходимое и достаточное, геометрия зацепления в главном продольном сечении червячной передачи. [10,14]
Таким образом, первая часть исследования передачи прежде всего заключается в разработке технологии формообразования винтовой поверхности производящего червяка. Технологическая оснастка для получения указанной поверхности требует разработки и изготовления вместе с фрезой МД дополнительного электромеханического привода для сообщения добавочного вращательного движения фрезе в процессе зубофрезерования. Это движение червячной фрезе сообщается при помощи цепной передачи. Звездочки цепной передачи устанавливаются - одна на торце фрезы МД (ведомая) (рис.2.3, поз.4), другая - на выходном валу дополнительного электромеханического привода (ведущая) (рис. 2.5, поз.З). Радиальные размеры производящего червяка больше радиальных размеров фрезы МД. Специальная универсальная фрезерная оправка изготовлена так, что та ее часть, на которой подвижно установлена фреза, может смещаться в радиальном направлении на величину эксцентриситета Е относительно оси фрезерного шпинделя зубофрезерного станка. Такая технологическая оснастка позволяет в процессе зубофрезерования обеспечить: - получение винтовой поверхности производящего червяка как копии рабочего червяка передачи; - получение червячного колеса, идентичного червячному колесу, полученному при зубофрезеровании червячной фрезой - копией рабочего червяка. Вторая часть исследования представляет собой исследование рабочего зацепления червячной передачи или что то же - исследование станочного зацепления при зубофрезеровании червячного колеса производящим червяком. При этом определяются: - осевой профиль зуба рабочего червяка; -линия зацепления червячной передачи; - профиль зуба червячного колеса; - подрезание зуба червячного колеса; - наибольшая продолжительность рабочего зацепления. Последовательность исследования геометрии зацепления устанавливает ся в следующем порядке: задание осевого профиля фрезы МД; определение координат и построение осевого профиля производящего червяка;
Исследование геометрии зацепления червячной передачи с колесом, нарезанным червячной фрезой малого диаметра
Зубофрезерование червячного колеса фрезой МД является процессом с двумя последовательными огибаниями инструмента и звеньев передачи. Так в итоге первого огибания червячной фрезой (рис.4.1, поз.2) формообразуется винтовая поверхность производящего червяка - копии рабочего червяка передачи; при втором огибании - огибание поверхности витков производящего червяка (рис.4.1, поз.1) и поверхности зубьев червячного колеса - формообразуется рабочая поверхность зубьев червячного колеса. Поэтому первая часть исследования геометрии зацепления передачи -это исследование формы профиля витков производящего червяка. При обоих исследованиях рассматривается, как необходимое и достаточное, геометрия зацепления в главном продольном сечении червячной передачи. [10,14] Таким образом, первая часть исследования передачи прежде всего заключается в разработке технологии формообразования винтовой поверхности производящего червяка. Технологическая оснастка для получения указанной поверхности требует разработки и изготовления вместе с фрезой МД дополнительного электромеханического привода для сообщения добавочного вращательного движения фрезе в процессе зубофрезерования. Это движение червячной фрезе сообщается при помощи цепной передачи. Звездочки цепной передачи устанавливаются - одна на торце фрезы МД (ведомая) (рис.2.3, поз.4), другая - на выходном валу дополнительного электромеханического привода (ведущая) (рис. 2.5, поз.З). Радиальные размеры производящего червяка больше радиальных размеров фрезы МД. Специальная универсальная фрезерная оправка изготовлена так, что та ее часть, на которой подвижно установлена фреза, может смещаться в радиальном направлении на величину эксцентриситета Е относительно оси фрезерного шпинделя зубофрезерного станка. Такая технологическая оснастка позволяет в процессе зубофрезерования обеспечить: - получение винтовой поверхности производящего червяка как копии рабочего червяка передачи; - получение червячного колеса, идентичного червячному колесу, полученному при зубофрезеровании червячной фрезой - копией рабочего червяка. Вторая часть исследования представляет собой исследование рабочего зацепления червячной передачи или что то же - исследование станочного зацепления при зубофрезеровании червячного колеса производящим червяком. При этом определяются: - осевой профиль зуба рабочего червяка; -линия зацепления червячной передачи; - профиль зуба червячного колеса; - подрезание зуба червячного колеса; - наибольшая продолжительность рабочего зацепления. Последовательность исследования геометрии зацепления устанавливает ся в следующем порядке: задание осевого профиля фрезы МД; определение координат и построение осевого профиля производящего червяка; определение координат и построение линии зацепления червячной передачи; определение координат и построение профиля зуба червячного колеса; построение картины рабочего зацепления передачи, червячное колесо которой нарезано червячной фрезой МД; определение координат и построение осевого профиля рабочего червяка червячной передачи, червячное колесо которой нарезано червячной фрезой- копией рабочего червяка; определение координат и построение линии зацепления данной червячной передачи; определение координат и построение профиля зуба червячного колеса, нарезанного при одном параметре огибания; построение картины рабочего зацепления передачи, червячное колесо которой нарезано при одном параметре огибания; сопоставление картин зацепления червячных передач с колесами, нарезанными, при одном и двух параметрах огибания с целью установления их тождественности. Для выполнения исследований необходимо привлечение декартовых систем координат и установление связи между ними (рис.4.2). Так как при геометрическом исследовании рассматривается главное продольное сечение червячной передачи (в плоскости, проведенной через ось червяка перпендикулярно оси вращения червячного колеса), то ограничиваемся уравнениями связи между координатами в общем «X» и «Z». [10,14] Все координатные системы - плоские: координатные плоскости расположены в общей осевой плоскости (вертикальной) производящего червяка (рис.4.2, поз.1) и фрезы МД (рис.4.2, поз.2). Уравнения связи между системами координат S0(X0, Z0) и S(X, Z):
Уравнения связи между системами координат S(X], Z) и S(X, Z),: Осевой профиль червячной фрезы малого диаметра записывается в координатной плоскости Х0 Оо Z0 координатной системы So (Хо ,Z0). Рабочий червяк червячной передачи является червяком с архимедовой винтовой поверхностью. Следовательно, и производящий червяк должен быть архимедовым. Рассуждая далее, приходим к выводу, что и фреза МД также является архимедовой с прямобочным профилем винтовой поверхности в осевом сечении. Расчетные зависимости для определения координат профиля в системе координат S0 (Х0, Z0): U - исходный линейный параметр профиля фрезы задается в пределах длины осевого профиля: Принимаем: Umin = 16 мм; Umax = 26 мм; AU = 26 - 16 = 10 мм. Значения параметра U (мм): 16,18, 20,22, 24,26 (шаг U = 2 мм). (to = 20 - стандартное значение профильного угла (принимается). Вычисленные значения координат профиля витка червячной фрезы МД внесены в таблицу 4.1. Таблица 4.1. Результаты расчета координат осевого профиля червячной фрезы МД Построение линии зацепления червячной передачи, зубья червячного колеса которой нарезаны при двух параметрах огибания, изображены на рис.4.5. Щ X і \ 1d=2(f i " ь ш+ - 4 и 6 Рис. 4.5. Линия зацепления червячной передачи. М4:1 Как вывод отмечается: - линия зацепления червячной передачи пересекает координатные оси X и Z неподвижной системы координат в полюсе зацепления П(О); - с осью Z линия зацепления образует угол а = 20, равный профильному углу червячной фрезы МД, производящего или рабочего червяка передачи. - плоская система координат S (X О Z), связанная с неподвижной стойкой; - П - полюс зацепления червячной передачи; - RB2, R.2, Ra2 - радиусы основной окружности червячного колеса, делительной окружности и окружности вершин зубьев колеса в средней плоскости соответственно; - цифрами обозначены точки координат. Профиль зуба червячного колеса - эвольвента основной окружности радиусом RB2.
