CC BY
20
ABOUT VIBRATIONS OF THE SUBJECT ALTERNATIVELY LEANING ON ONE OF THE TWO PILLARS
Yu.P. Smirnov
Within the framework of the mechanics of the system of absolutely rigid bodies, a description is given of the plane motion of the body, which changes the pillars in the process of motion.
Key words: mechanical system, solid body, oscillations, two supports, energy losses.
Smirnov Yuri Pavlovich, doctor of technical sciences, professor, ir_1949@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.83
К ВОПРОСУ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЯХ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ КОНСТРУКЦИЕЙ ИНСТРУМЕНТА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В ПРОЦЕССЕ ШЕВИНГОВАНИЯ-ПРИКАТЫВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ
А. А. Маликов, А.В. Сидоркин, С. Л. Рахметов
Рассмотрен ряд существенных особенностей, определяющих возможность эффективного использования комбинированного (режуще-деформирующего) инструмента при зубообработке цилиндрических колес с круговыми зубьями. Уделено существенное внимание вопросам технологического обеспечения минимально возможного радиуса кривизны арки зуба с учетом ограничений, накладываемых применением инструмента второго порядка.
Ключевые слова: шевингование-прикатывание, круговые зубья, колеса, инструмент, радиус.
Одним из перспективных направлений научных исследований, проводимых в Тульском государственном университете при активном участии проф. О.И. Борискина, проф., А.А. Маликова, проф., А.С. Ямникова, проф., Е.Н. Валикова и их учеников, является теоретико-экспериментальное исследование комбинированных (режуще-деформирующих) процессов зубообработки цилиндрических зубчатых колес [1 - 3], в том числе и с круговыми зубьями (ЦККЗ).
Основоположником научного направления, связанного с разработкой технологии изготовления таких колес, в ТулГУ можно по праву считать проф. И.А. Коганова. Позднее в данном направлении активную работу продолжили проф. А.С. Ямников, проф. Г.М. Шейнин и проф. М.Н. Бобков. Следует отметить, что традиции Тульской технологической научной школы всегда подразумевали такую форму проведения исследований в области зубообработки цилиндрических колес, при которой их конечный результат мог быть без труда внедрен в производственный процесс.
Основными параметрами зубчатых колес с круговым зубом, помимо модуля т, являются ширина зубчатого венца Ь и номинальный радиус кривизны арки зуба г1/2в. Эти параметры, главным образом, влияют на коэффициент перекрытия и плавность работы зубчатой передачи. Для обеспечения последнего показателя, а также повышения долговечности самой передачи, исключения таких негативных явлений, как заклинивание и выкрашивание зубьев, возникающих в результате кромочного контакта их рабочих поверхностей на торцах, необходимо обеспечивать торцовый зазор А = 0,00б7т [1]. В то же время при осуществлении контакта в зубчатой паре «инструмент - заготовка» по всей длине зуба обрабатываемого колеса не допускается появление торцового зазора А , т.е. он должен быть равен нулю [1]. Это обеспечивается тем, что выпуклая и вогнутая поверхности зуба инструмента должны быть конгруэнтны (взаимно дополнять друг друга) к вогнутой и выпуклой поверхностями зуба заготовки. При этом следует отметить, что смена величин радиусов вогнутой и выпуклой сторон зуба при переходе от обрабатываемой детали к шеверу-прикатнику значительных ограничений на инструмент второго порядка, используемый при изготовлении последнего, не накладывает.
На рисунке представлена иллюстрация взаимосвязи основных геометрических параметров ЦККЗ, шевера-прикатника и инструмента второго порядка, используемого для формообразования круговых зубьев комбинированного инструмента и колеса. На данном рисунке цифровыми индексами обозначены: 1 - заготовка, 2 - резцовая головка, 3 - шевер-прикатник.
На рисунке, а показаны развертки начальных окружностей шевера-прикатника и обрабатываемого им зубчатого колеса в станочном зацеплении, где Ь1 - ширина зубчатого венца ЦККЗ, на рисунке, б - развертка начальной окружности шевера-прикатника в процессе формообразования его впадины, где Ь0 - ширина зубчатого венца шевера-прикатника, Ь0кр - критическая ширина зубчатого венца шевера-прикатника, при которой достигается минимально возможная толщина зуба инструмента второго порядка на делительном диаметре. Дальнейшее увеличение Ь0 приведет к уменьшению толщины зуба при вершине инструмента второго порядка, что катастрофически повлияет на его стойкость. Литерой а обозначено по-
ложение резца инструмента второго порядка на входе во впадину венца шевера-прикатника при его ширине Ъ0; литерой Ъ - положение резца на входе во впадину при его ширине Ь0кр. В первом случае максимально возможная толщина резца на делительной окружности 80таха больше, чем во втором Б0тахЪ. Причем, если при данных обстоятельствах ширина инструмента второго порядка увеличится, то не будет обеспечиваться условие отсутствия подрезания противоположной стороны зуба шевера-прикатника. На рисунке, в представлена схема обработки выпуклой стороны зуба ЦККЗ и шевера-прикатника.
Известны два вида станочного зацепления шевера-прикатника и обрабатываемого им колеса - заполюсное и предполюсное. В частности, если смещение исходного контура малое или зубчатые колеса некорригирован-ные, необходимо учитывать положительные и отрицательные стороны обоих видов зацеплений [4]. При зубообработке инструментом заполюсно-го зацепления коэффициент перекрытия и высота обрабатываемого участка профиля зуба заготовки увеличиваются, что способствует повышению точности обработки.
При достаточно малом числе зубьев обрабатываемых колес, применяемых, например, в шестеренных насосах, становится актуальным использование в их качестве ЦККЗ. При этом для колес с небольшой шириной зубчатого венца важно уменьшать радиус кривизны зубев для обеспечения лучшего коэффициента перекрытия и увеличения плавности работы передачи и агрегата в целом [5 - 7]. Для таких колес и для колес, у которых окружность последних точек контакта расположена вблизи основной окружности, высота рабочего участка зубьев шевера-прикатника при запо-люсном зацеплении резко уменьшается, что приводит к существенному снижению его стойкости [4].
Шевера-прикатники предполюсного зацепления имеют значительно большую высоту рабочего участка профиля зуба, но меньшую длину активного участка линии зацепления, в результате чего уменьшается высота обрабатываемого участка. Так как инструмент предполюсного зацепления работает при положительном смещении исходного контура, зубья его заостряются, что может иметь негативные последствия. В то же время минимальная толщина зубьев шевера-прикатника на окружности вершин должна быть 0,25т [1 - 3, 8 - 10].
При оговоренных выше видах зацепления в первом случае диаметр вершин инструмента меньше диаметра вершин заготовки, во втором случае - больше [4].
Из рисунка можно заключить, что для ЦККЗ, обрабатываемых на чистовой операции шевером-прикатником, имеющим с заготовкой предпо-люсное зацепление, минимально допустимая величина радиуса кривизны зуба инструмента, а следовательно, и обрабатываемого им ЦККЗ, вносит технологические ограничения, накладываемые процессом формообразова-
ния боковых поверхностей зубьев шевера-прикатника и определяется необходимостью обеспечения условия отсутствия подрезания на выходе инструмента второго порядка из обрабатываемой впадины. Это, в свою очередь, образует поле технологических ограничений, которое влияет на область существования инструмента. Заужается, тем самым, и спектр конструктивных вариантов передач ЦККЗ, которые могут быть получены при зубообработке рассматриваемым комбинированным процессом, т.е. ограничивается минимально возможный радиус зубьев колес при заданной их ширине Ь1/2. Вместе с тем, при формообразовании максимально возможного радиуса таких ограничений не наблюдается.
в
Схема предварительной обработки зуба шевера-прикатника и заготовки: а - развертки начальных окружностей шевера-прикатника
и обрабатываемого им ЦККЗ в станочном зацеплении; б - развертка начальной окружности шевера-прикатника; в - схема обработки выпуклой стороны зуба шевера-прикатника и заготовки ЦККЗ
168
Кроме всего вышеизложенного, необходимо учесть, что шевер-прикатник должен быть шире обрабатываемой заготовки ввиду необходимости обеспечения запаса, предотвращающего излишнее скалывание зубьев на его торцах.
При необходимости же изготовления шевера-прикатника, имеющего большую ширину венца, при неизменных величинах радиусов кривизны выпуклой и вогнутой сторон его зубьев возникает следующая проблема: по достижении значения критической ширины венца Ъ0кр при обработке вогнутой стороны зуба неминуемо будет происходить подрезание выпуклой стороны соседнего зуба. Это же происходит и при обработке противоположной стороны зуба. Из данной ситуации возможны два выхода. Во-первых, дальнейшее заужение зуба резцовой головки, приводящее к недопустимому уменьшению ширины зуба на вершине, в результате чего происходит существенное снижение стойкости инструмента [11]. Во-вторых, изменение величины номинального радиуса кривизны зуба ЦККЗ с неминуемой коррекцией всех ранее произведенных расчетов.
Таким образом, при изменении радиуса кривизны зубьев обрабатываемого колеса необходимо учитывать технологию изготовления шевера-прикатника и вид его станочного зацепления с обрабатываемым колесом. Из схемы, представленной на рисунке, в, можно заключить, что для пред-полюсного станочного зацепления радиус кривизны зубьев заготовки вынужденно существенно завышен, исходя из условия неподрезания при формообразовании зубчатого венца шевера-прикатника. Изменение величины номинального радиуса кривизны зуба ЦККЗ, как уже отмечалось выше, требует внесения изменений в конструкции зубчатой пары, что является не всегда возможным [1].
Для принятия эффективных мер, направленных на решение сложившейся ситуации, необходимо выстроить методику, которая будет связывать расчет основных параметров колеса и проектируемого режуще-деформирующего инструмента и позволять специалисту определять их оптимальные геометрические параметры для достижения максимально выгодных условий работы. Оценка эффективности при этом может проводиться по показателям, оказывающим влияние на работу передачи, а также стойкости инструмента.
Список литературы
1. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Инновационные технологии обработки зубьев цилиндрических колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 335 с.
2. Борискин О.И., Валиков Е.Н., Белякова В.А. Комбинированная обработка зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием - при-катыванием: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 123 с.
3. Валиков Е.Н., Борискин О.И., Белякова В.А. Расчет шеверов-прикатников для чистовой обработки зубьев зубчатых колес: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 110 с.
4. Сухоруков Ю.Н., Евстигнеев Р.И. Инструменты для обработки зубчатых колес методом свободного обката. Киев: Техника, 1983. 120 с.
5. Коганов И. А. Прогрессивная обработка зубчатых профилей и фасонных поверхностей. Тула: Приокск. кн. изд-во, 1970. 184 с.
6. Болотовский И.А. Справочник по геометрическому расчету звольвентных зубчатых передач: справочник / под общ. ред. И.А. Болотов-ского. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 448 с.
7. Бобков М.Н. Теоретические аспекты технологии изготовления цилиндрических колес с круговыми зубьями: дис. ... д-ра техн. наук. Тула, 1998. 378 с.
8. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Резание и пластическое деформирование при шевинговании-прикатывании цилиндрических колес с круговыми зубьями // СТИН. 2012. №11. С. 17 - 21.
9. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Динамические характеристики шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями // Технология машиностроения. 2012. № 2. С. 19 - 23.
10. Валиков Е.Н., Белякова В.А. Использование ЭВМ для разработки технологического процесса на изготовление шевера-прикатника // Известия ТулГУ. Технология машиностроения. 2004. Вып. 2. С. 142 -145.
11. ГОСТ 11902-77. Головки зуборезные для конических и гипоидных зубчатых колес с круговыми зубьями. Основные размеры. М.: Изд-во стандартов, 1985. 10 с.
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, andrej-malikov@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, доц., alan-a@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Рахметов Станислав Львович, асп., rakhmetov_s@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE QUESTION OF TECHNOLOGICAL LIMITATIONS DUE TO THE DESIGN OF THE INSTRUMENT USED IN THE PROCESS SHA VE-ROLLING OF CYLINDRICAL
WHEELS WITH CIRCULAR TOOTHES
A.A. Malikov, A. V. Sidorkin, S.L. Rakhmetov 170
A number of essential features that determine the possibility of effective use of a combined (cutting-deforming) tool when gearing cylindrical wheels with circular teeth are considered. Considerable attention has been paid to the technological provision of the minimum possible radius of curvature of the arch of the tooth, taking into account the limitations imposed by the application of the second-order tools.
Key words: shave-rolling, circular teeth, wheels, tool, radius.
Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, andrej-malikov@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sidorkin Andrey Victrovich, candidate of technical sciences, docent, alan-a@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Rakhmetov Stanislav Lvovich, postgraduate, rakhmetov_s@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
