WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

АКИМОВ ВАСИЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ КОНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ Специальность 05.02.02 – «Машиноведение, системы приводов и детали машин»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009 г.

Работа выполнена в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» на кафедре «Теоретическая механика»

Научный консультант:

Доктор технических наук, доцент Волков Андрей Эрикович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Косов Михаил Георгиевич Кандидат технических наук Сандлер Александр Исерович

Ведущая организация: ОАО «Всероссийский НаучноИсследовательский Инструментальный Институт» (г. Москва)

Защита диссертации состоится « » марта 2009 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.142.04 при ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» по адресу: 127994, г. Москва, ГСП-4, Вадковский пер., д. 3а.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» за 10 дней до защиты.

Автореферат разослан « » февраля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного Иванов совета Витольд Ильич 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Конические передачи с круговыми зубьями широко применяются в современном машиностроении. Такой вид передач является одним из наиболее ответственных узлов прокатного, горнообогатительного, авиационного, автомобильного, сельскохозяйственного и другого оборудования. Должный технический уровень передач определяет саму возможность изготовления таких машин.

В реальных производственных условиях проектирование конических передач с круговыми зубьями распадается на два этапа.

Проектируя машину в целом или её узел, включающий коническую передачу, конструктор, исходя из требований к габаритам, нагрузочной способности, условиям работы подшипников и т.д., выбирает параметры и, руководствуясь нормативными документами, выполняет чертежи передачи.

Технолог, основываясь на полученных чертежах, рассчитывает наладки зуборезных станков, обеспечивая форму и расположение мгновенных и суммарного пятен контакта активных поверхностей, и такие показатели качества зацепления, как суммарный коэффициент перекрытия и кривая неравномерности вращения ведомого звена (кривая Бакстера).

Такой подход целесообразно изменить с тем, чтобы, с одной стороны, на выбор параметров передачи не накладывались технологически неоправданные ограничения, а с другой - требования удобства технологии нарезания зубьев учитывались ещё на этапе проектирования передачи.

Наиболее частой причиной выхода передачи из строя является выкрашивание поверхностей зубьев, вызванное переменными контактными напряжениями. Одним из резервов снижения контактных напряжений является оптимизация параметров исходного контура, которые включают в себя угол профиля, коэффициенты делительной толщины зуба, высоты головки зуба, граничной высоты и радиального зазора.

Понятие исходного контура заимствовано из геометрического расчёта цилиндрических передач, где имеет прямой технический смысл, как контур осевого сечения производящей поверхности стандартных червячных фрез. В конических передачах с круговыми зубьями, нарезаемыми методом единичного деления, этот контур не воплощается в конструкцию режущего инструмента и используется только для удобства расчёта.

Помимо этого, существующими нормативными документами предусматривается использование трех основных форм зубьев, которые в свою очередь накладывают определенные ограничения на выбор среднего угла наклона зубьев и параметров резцовой головки. Такой подход к проектированию имеет смысл в серийном и массовом производстве, где для каждой передачи изготавливают специальный инструмент, но он не оправдан в индивидуальном производстве. Использование имеющегося инструмента существенно осложняет проектирование передачи. Конструкторам неизбежно приходится изменять либо осевую форму, либо угол наклона зубьев, обеспечивая, прежде всего, нормальное сужение зубьев, и в меньшей степени учитывая влияние этих факторов на прочностные характеристики передачи.

Актуальным представляется разработка нового подхода к проектированию конических передач с круговыми зубьями на основе оптимизации параметров исходного контура и выбора осевой формы зубьев с целью улучшения прочностных характеристик передачи и с учётом имеющегося на производстве инструмента. Этому и посвящена данная работа.

Цель работы состоит в повышении нагрузочной способности конических передач с круговыми зубьями путём разработки методов и программного обеспечения для конструкторско-технологического синтеза, учитывающего возможность их реализации на машиностроительных предприятиях с индивидуальным типом производства.

Методы исследования основаны на математическом анализе, аналитической и дифференциальной геометрии, сопротивлении материалов и теории упругости, вариационном исчислении, численных методах и теории зубчатых зацеплений.

Научная новизна работы заключается:

1. в целевой функции, максимум которой обеспечивает минимизацию расчетных контактных напряжений в полюсе зацепления с учетом выравнивания удельных скольжений на ножках зубьев и ограничений по заострению и подрезанию зубьев;

2. в установлении закономерностей влияния угла наклона линии зуба на суммарный коэффициент перекрытия и его составляющие, на величину радиальных и осевых усилий, определяющих условия работы подшипниковых узлов, на прочностные характеристики передачи и плавность ее работы;

3. в установлении характера совместного влияния угла наклона линии зуба и суммы углов ножек зубьев шестерни и колеса на сужение зубьев колес на делительных конусах и на технологию зубонарезания при условии минимизации числа подналадок для обработки двух разных сторон зубьев шестерни односторонним методом;

4. в математической модели пространства станочного зацепления, выявлении на её основе условий, обеспечивающих совпадение нормалей и кривизн обеих боковых поверхностей в дифференциальной окрестности расчётной точки, и обосновании принципиальной возможности получения конических передач с близкими характеристиками зацепления при существенно различных наборах универсальных наладок зуборезного станка.

Практическая ценность работы заключается:

1. в повышении нагрузочной способности по критерию контактной выносливости зубьев для передач с оптимизированным исходным контуром на 10% - 30% по сравнению со стандартными передачами;

2. в определении оптимальных интервалов угла наклона линии зуба для трех основных групп механизмов с коническими передачами, различающихся по конструкции подшипниковых узлов, по требованиям к нагрузочной способности передачи и к виброактивности ее работы;

3. в методике расчета наладок, позволяющей обрабатывать стандартным инструментом оптимизированные передачи с углом зацепления, отличным от угла профиля этого инструмента, а также выполнять обработку зубьев «длинноконусных» и крупногабаритных шестерен на станках, не позволяющих реализовать требуемую радиальную установку инструмента.

4. в разработке алгоритмов и программных блоков для расчета карт наладок наиболее крупного в России зубофрезерного станка модели 5А284 и зубошлифовального станка модели 5А872В.

Реализация работы. Результаты работы использованы на ОАО ЭЗТМ (г.Электросталь) для проектирования и подготовки производства более чем конических передач с круговыми зубьями для приводов прокатного и горношахтного оборудования.

Апробация работы. Основные положения и наиболее важные разделы диссертационной работы докладывались на II и III конференциях молодых специалистов «Металлургия XXI века», проводимых при участии ГНЦ РФ «ВНИИМЕТМАШ им. А.И. Целикова», МГТУ им. Н.Э. Баумана, МИСИС, МГВМИ и Международного Союза «Металлургмаш»; на международной конференции «10th International ASME Power Transmission and Gearing Conference. ASME PTG 2007» (Las Vegas, USA); на международной конференции «POWER TRANSMISSION 2006» (Novi Sad, Serbia); на научно-технической конференции с международным участием «Теория и практика зубчатых передач и редукторостроения» (г. Ижевск); на конференции «Машиностроение – традиции и инновации (МТИ-08)» (МГТУ «Станкин»), 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. Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 144 рисунка, 21 таблицу. Список литературы включает наименований. Общий объем работы составляет 185 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и определена ее цель.

В первой главе выполнен краткий обзор работ М.Л. Новикова, Ф.Л. Литвина, Я.С. Давыдова, Г.И. Шевелевой, посвященных принципам образования зубчатых зацеплений. В основной части этой главы изложено современное состояние проектирования и производства конических зубчатых передач с круговыми зубьями, рассмотрены существующие подходы к решению контактной задачи и расчета зуба на изгиб для такого рода передач.

На этапе конструкторского проектирования рассчитываются основные геометрические характеристики передачи, а также её габаритные размеры.

Расчеты на выносливость и статическую прочность при изгибе и на контактную выносливость активных поверхностей традиционно проводят согласно ГОСТ 21354-87 “Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность”, заменяя при этом коническую передачу с круговыми зубьями на эквивалентную косозубую цилиндрическую передачу.

При расчете зубьев на контактную выносливость вместо сжатия зубьев рассматривают задачу о сжатии двух цилиндров, радиусы которых равны радиусам кривизны профилей зубьев шестерни и колеса в зоне контакта. Это решение основано на формуле Герца – Беляева, полученной для максимального контактного давления при сжатии двух цилиндров.

Как следует из этой формулы, максимальное контактное напряжение в полюсе зацепления определяется двумя геометрическими факторами: углом профиля исходного контура n и коэффициентом торцового перекрытия.

Этот коэффициент в свою очередь зависит от угла профиля n, высоты головки зуба ha*, граничной высоты hl* и коэффициентов смещения х1 и х2.

В конических передачах с круговыми зубьями, нарезаемых резцовыми головками методом единичного деления, исходный контур не воплощается в конструкцию конкретного режущего инструмента и используется только для удобства расчёта. Поэтому от него вполне можно отказаться и построить геометрический расчёт конической передачи непосредственно, например, по аналогии с расчётом цилиндрических зубчатых передач в обобщающих параметрах согласно Э.Б. Вулгакову.

В то же время, даже оставляя понятие стандартного исходного контура, геометрический расчёт конических передач можно существенно развить и дополнить, добиваясь повышения геометро-кинематических показателей несущей способности передач.

Помимо этого можно и нужно в полной мере использовать возможности, предоставляемые коррекцией передачи, т.е. смещением исходного контура при обработке шестерни и колеса. При расчёте конических передач с круговыми зубьями используется только высотная коррекция. В монографии В.Н. Кедринского и К.М. Писманика «Станки для обработки конических зубчатых колес» упомянуто об угловой коррекции, но не дано рекомендаций по её использованию. Однако как показала практика последних 60 лет проектирования цилиндрических передач, угловая коррекция является мощным средством повышения как контактной, так и изгибной выносливости передач.

Задача расчета контактных давлений и оптимизации наладочных параметров с целью повышения контактной долговечности решена, в первую очередь, благодаря работам Г.И. Шевелевой и ее учеников.

При расчете на изгиб зуб рассматривают как консольную балку переменного сечения, нагруженную сосредоточенной силой. На единицу ширины зуба действует нормальная нагрузка, направленная по линии зацепления и касательная нагрузка от силы трения. Описанная методика не может точно учесть такие особенности конических передач с круговым зубом, как неравномерный характер распределения контактных давлений вдоль зуба, изменение размеров поперечного сечения зуба вдоль зубчатого венца, нелинейность зависимости изгибных напряжений от момента на валу колеса.

Учет этих факторов может быть произведен лишь путем решения контактной задачи с использованием реальной формы контактирующих поверхностей зубьев, поскольку распределение контактных давлений в значительной степени зависит от формы контактирующих поверхностей.

Решению данных вопросов посвящены работы Ф.Л. Литвина, Г.И. Шевелевой, В.И. Медведева, Б.М. Щекина, Р.Ф. Хэндшу и др.

Вопросы определения нагрузочной способности конических передач достаточно широко освещены в литературе, однако недостаточное внимание уделено влиянию на прочностные характеристики передачи среднего угла наклона линии зуба и суммарного угла ножек зубьев шестерни и колеса, который определяется осевой формой зубьев.

Выбор осевой формы зубьев регламентирует ГОСТ 19326-73 «Передачи зубчатые конические с круговыми зубьями. Расчет геометрии», учитывая влияние угла только на коэффициент сужения зубьев. В то же время этот угол влияет и на выбор углов профиля внутренних и наружных резцов резцовой головки, т.е. на технологический синтез передачи.

На этапе технологического синтеза выполняется подбор наладок станка для обработки каждого из колес пары. При этом, определяя универсальные наладки, технолог должен обеспечить размеры, форму и расположение мгновенных площадок контакта, направление их перемещения в процессе зацепления, форму и расположение суммарного пятна контакта, удовлетворяющие эксплуатационным требованиям к виброактивности и нагрузочной способности передачи. Эти вопросы были рассмотрены в работах В.Н.

Кедринского и К.М. Писманика, Ф.Л. Литвина, М.Г. Сегаля, Г.И. Шевелевой, В.Н. Сызранцева, Н.Ф. Хлебалина и др.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»