CC BY
1
Трушин Николай Николаевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
MATHEMATICAL MODELING OF MULTITHREADED TRANSMISSION IN THE DESIGN OF THE HELICOPTER MAIN GEARBOX
V.A. Kryukov, A. V. Plyasov, N.N. Trushin
The issues of designing the main gearbox for a twin-screw helicopter, which allows stabilizing the position of the helicopter fuselage without a tail rotor for particularly responsible engineering products, and their design features, are considered. The prospects of using the gearbox according to the new scheme allow to increase the quality of mathematical modeling and the speed of transition from the scheme to a proven gearbox model according to world standards in a single environment without the cost of data preparation, which affects other design methods.
Key words: helicopter, fuselage, main gearbox, planetary gear, solar wheel, crown wheel, satellite and wheel rim deformation.
Krukov Vladimir Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Plyasov Alexey Valentinovich, сandidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Trushin Nikolay Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-292-293
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДИСКОВЫХ ШЕВЕРОВ
А.О. Чечуга
В работе рассмотрены основные варианты конструкции дисковых шеверов, их различия и особенности. Описаны варианты размещения стружечных канавок, в зависимости от величины профиля инструмента и формы его зубьев. Приведены методики технологического расчета параметров дисковых шеверов, а также указаны необходимые геометрические условия, обеспечивающие работоспособность инструмента. Изложены методы усовершенствования конструкции шеверов и их зубьев.
Ключевые слова: шевингование, дисковый шевер, стружечные канавки, профиль зубьев, режущие кромки, центроида.
Дисковый шевер - это многолезвийный инструмент форме зубчатого колеса с лезвиями на кромках зубьев, применяемые для чистовой обработки поверхностей зубчатых колес различной конфигурации. Суть процесса заключается в удалении с боковых сторон зубьев материала соскабливанием мелкой стружки режущими кромками. Процесс шевингование зубчатых колес служит для повышения точности и уменьшения шероховатости боковых сторон зубьев.
Процесс резания основан на относительном скольжении между зубьями инструмента и заготовки в процессе их взаимодействия. Зубья обоих элементов пары или одного из них располагаются по винтовой эвольвенте, а их оси перекрещиваются. Для обработки цилиндрических зубчатых колес применяют в основном цилиндрические шеверы.
Шевингование осуществляется при соблюдении свободного беззазорного зацепления зубьев инструмента и заготовки. Принудительное вращение сообщается шеверу, а заготовка, находящаяся с ним в зацеплении, имеет свободное вращение на оправке, установленной в центрах [1].
Дисковый шевер представляет собой корригированное цилиндрическое колесо с режущими лезвиями, образованными канавками вдоль эвольвентного профиля зубьев. По виду исполнения канавок шеверы подразделяют на два типа [2]:
Дисковые шеверы первого типа обладают сквозными канавками трапецеидальной формы, прорезающими их зубья на полную высоту. Такие шеверы перетачиваются путем шлифования боковых сторон канавок и предназначены для шевингования мелкомодульных колес с модулем т <1,75.
1. Дисковые шеверы первого типа обладают сквозными канавками трапецеидальной формы, прорезающими их зубья на полную высоту. Такие шеверы перетачиваются путем шлифования боковых сторон канавок и предназначены для шевингования мелкомодульных колес с модулем т <1,75.
2. Дисковые шеверы второго типа обладают канавками прямоугольной формы, прорезанными на каждой стороне зуба на определенную глубину 1. Данный вид шеверов перетачивается путем перешлифовки зубьев по профилю с соответствующим шлифованием наружного диаметра. Используются для обработки зубчатых колёс с модулем т < 1,75.
Рис. 1. Дисковый мелкомодульный шевер: а - профиль зуба в нормальном сечении; 6 - профиль кольцевых канавок
Рис. 2. Дисковый шевер
В качестве исходных данных для расчета дисковых шеверов служат параметры шевингуемого колеса и сопряженного с ним в зубчатой паре в нормальном сечении к направлению зубьев колеса. Число зубьев шевера следует выбирать большим, чтобы обеспечить высокий коэффициент перекрытия при зацеплении шевера с колесом.
Число зубьев определяется по формуле [3]:
2о=^ + 2, 0)
где Оа - максимально допустимый наружный диаметр шевера; тг - торцевой модуль.
Методика расчета шевера подразумевает два пункта: определение его геометрических размеров как зубчатого колеса со смещением исходного контура, а также пригодность разработанной конструкции для обработки данного колеса. Для осуществления этого определяют положение граничной точки участка профиля зуба колеса, образованного шевера, после чего сравнивают ее положение с положением граничной точки рабочего участка зуба колеса при их зацеплении с парным колесом.
Расчет может быть выполнен по одному из следующих вариантов:
1. Упрощенным способом расчета зацепления шевера и колеса в плоском сечении, перпендикулярном к направлению зубьев с использованием эквивалентных зубчатых колес.
2. Пространственным расчетом зацепления колес с винтовыми зубьями при перекрещивающихся осях.
При первом методе рассматривается условие зацепления прямозубого колеса и шевера в сечении, нормальном к направлению зубьев. Центроида колеса - это начальная окружность заданного радиуса, а центроида шевера в сечении начального цилиндра наклонной плоскостью представляет собой эллипс с большой и малой осями.
При проектировании следует соблюдать условие, при котором правильно обработанный участок профиля зуба колеса превышал рабочий участок профиля зуба при зацеплении с парным колесом. В случаи нарушения данного условия необходимо внести коррекцию в исходные параметры или изменить размер припуск отводимого на переточку.
Второй метод подразумевает, что зацепление между колесом и шевером рассматривается как зацепление колёс с перекрещивающимися осями. Линия зацепления определяется пересечением плоскостей, касательных к основным цилиндрам шевера и колеса. На длине активной части линии профилирования происходит окончательное образование профиля зуба колеса. Этот участок является касательной к основным цилиндрам шевера и колеса, и ограничивается окружностями вершин их зубьев [4].
Правильность зацепления определяется показателями радиуса кривизны профиля зуба колеса в граничных точках при зацеплении с парным колесом. Этот параметр должен быть больше, чем радиус кривизны при зацеплении с шевером. В случаи нарушения данных условий следует изменить параметры высоты головки зуба шевера, а также распределение количества припуска на его переточку.
Инструмент для обработки зубьев колес шевингованием должен обеспечить рациональную форму припуска, поскольку скольжение зубьев шевера по зубьям заготовки, производящие процесс резания, осуществляется исключительно на боковых сторонах зубьев [5]. Вершина зуба шевера не осуществляет скольжение, поэтому ее следует исключить из работы, а также уменьшить на нее нагрузку. Для этого необходимо уменьшить припуск под шевингование у окружности впадин заготовки колеса. Следует делать утолщение на длине зубьев инструмента, осуществляющих резание заготовки, для обеспечения условия безучастности вершин зубьев шевера. Величина утолщения должна быть равна припуску, оставляемому на шевингование.
Шеверы малого модуля обладают определенной формой стружечных канавок. При модуле m < 2 мм трудно, а при меньших модулях невозможно, создать стружечные канавки на боковых сторонах самих зубьев. Для образования режущих кромок зубья таких шеверов прорезают сквозными канавками трапецеидальной формы. Такие канавки применяют на шеверах с модулем m от 1 до 1,75, обладающих углом профиля равным 8°, шириной дна впадины равной 0,8 мм, шагом от 2,1 до 3 мм, а также глубиной большей высоты профиля зуба от 3 до 5,6 мм [6]. Шеверы данной конструкции имеют шлифованную переднюю поверхность канавки и заднюю поверхность зубьев, а также более качественные режущие кромки, что обеспечивает повышенные режущие свойства. Процесс переточки осуществляется путем шлифования канавки без использования специального оборудования.
Помимо классических вариантов исполнения, также применяют различные методы усовершенствования конструкций шеверов:
- путем повышение режущих свойств и стойкости инструмента, а также его работоспособности;
- путем создания конструкций, а также новых методов и подходов к шевингованию, направленных на снижение временных и трудовых затрат на обработку, а также упрощающих кинематику процесса;
- путем создания особой формы зубьев шеверов.
С целью повышения режущих свойств и работоспособности инструмента создаются конструкции с режущими элементами из твердых сплавов, композитов, или алмазосодержащих.
в
Ш
Рис. 3. Конструкция твердосплавных шеверов
Твердосплавные режущие элементы применяют в составных и сборных конструкциях. Составные конструкции, в которых отдельные зубья или их группы, закрепляемые пайкой, винтами, механическими клиньми или иными способами, распространения не получили. Шеверы с режущими кромками из алмазных, абразивных и композиционных материалов делают в виде составных конструкций. Существует два способа исполнения таких конструкци: обод с зубьями из этих материалов, и нанесенные слои материала на уже существующие зубья. Такие шеверы применяют для обработки колес высокой твердости, для снятия заусенцев, неровностей и устранения других мелких дефектов зубьев [7].
С целью увеличения производительности процесса шевингования применяют однопроходные шеверы и с измененным направлением продольной подачи. Зубья однопроходных шеверов с одной стороны равномерно уменьшаются по толщине на длине равной двум третям от длины зуба шевера, таким образом образуя заборную часть. Остальная длина зубьев обладает стандартным размером для осуществления калибровки и окончательной обработки профиля зубьев колеса. Для данных шеверов в процессе обработки не требуется радиальное сближение осей шевера и колеса. Обработка производится в течение одного двойного хода: при первом ходе коническая заборная часть зубьев производит предварительное удаление припуска, в свою очередь, калибрующая часть, при прямом и обратном ходе, производит окончательную обработку профиля зубьев обрабатываемого колеса [8]. Стоит отметить, что уменьшение толщины зубьев должно быть незначительно больше припуска на само шевингование.
Список литературы
1. Козлов Д.Н. Шевингование. Учебное пособие для индивидуальной и бригадной подготовки рабочих на производстве. Изд. 2-е, переработ. и доп. М.: Высш. школа, 1967. 144 с.
2. Родин П.Р. Технология изготовления зуборезного инструмента. К.: Техника, 1982. 208 с.
3. Болотовская Т.П. Справочник по корригированию зубчатых колес / Т.П. Болтовская, И.А. Болтовский. М.: Машиностроение, 1967. 240 с.
4. Болтовский И.А. Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых передач: справочник. М.: Машиностроение, 1986. 448 с.
5. Козлов Д.Н. Шевинговальщик. Профтехиздат, 1962. 146 ^
6. Маликов А.А. Основы высокоэффективной технологии обработки зубьев цилиндрических колёс: монография. Тула: Изд-во ТулГ, 2008. 271 с.
7. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.
8. Тайц Б.А. Производство зубчатых колес. Справочник. Машгиз, 1963. 684 ^
верситет.
Чечуга Антон Олегович, аспирант, [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный уни-
DESIGN FEATURES AND CALCULATION METHODS OF DISC SHOVERS
A.O. Chechuga
The paper discusses the main design options for disk shavers, their differences and features. Options for placing chip flutes are described, depending on the size of the tool profile and the shape of its teeth. Techniques for technological calculation of the parameters of disk shaver are presented, and the necessary geometric conditions that ensure the operability of the tool are indicated. Methods for improving the design of rover blades and their teeth are outlined.
Key words: shaving, disk shaver, chip flutes, tooth profile, cutting edges, centroid.
Chechuga Anton Olegovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-295-296
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШЕВЕРОВ
А.О. Чечуга
В работе рассмотрены основные этапы изготовления дисковых шеверов, включающие выбор материала и типа заготовки. Приведены основные геометрические параметры, влияющие на работоспособность инструмента и его режущих кромок, а также рекомендации по их достижению. Представлена классификация дисковых шеверов в соответствии с нормами точности. Описаны процессы фрезерования и шлифования зубьев дисковых шеверов различной конфигурации.
Ключевые слова: шевингование, дисковый шевер, корригирование зубьев, шлифование впадин, радиальное биение.
Одним из инструментов, применяемых для чистовой обработки зубчатых колёс, является шевер. Поскольку требования к качеству исполнения поверхности зубьев могут быть достаточно высоки, инструмент должен соответствовать требуемой точности обработки и эффективности.
Шевер является сложным инструментом с большим количеством режущих кромок, расположенных на торцах его зубьев. Сами зубья располагаются по винтовой траектории со смещением относительно друг друга. Это необходимо для плотного зацепления между инструментом и заготовкой, а также обеспечения обработки всей поверхности зубьев за один рабочий ход.
Сами шеверы изготавливают из заготовок полученных методом ковки. Технологический процесс изготовления дисковых шеверов состоит из следующих операций: отрезание заготовки на токарном либо ленточно-пильном станке, ковка с последующим отжигом, галтовка поверхностей заготовки, черновая и чистовая обработка, протягивание паза, фрезерование зубьев, шлифование, термическая обработка [1].
Сверление отверстий на заготовке для выхода гребенки при долблении канавок может производиться несколькими способами: в на сверлильном станке, в универсальном кондукторе, делительной головке.
Предварительное шлифование профиля шевера применяется с целью увеличения ширины впадины под выход резца, обеспечения равномерной глубины канавок, достижения минимального и равномерного припуска. Такая обработка может проводить на специальных приспособлениях, или непосредственно на зубошлифовальных станках.
На универсально-фрезерном станке с долбежной головкой осуществляется долбление канавок гребенкой при помощи делительной головки. Однако стоит отметить, что при этом глубина полученных канавок может быть различной. Для достижения большей точности глубины канавок следует использовать специализированные станки, а также приспособления, обеспечивающие перемещение боковой поверхности зуба относительно гребенки по эвольвенте [2].
Для обработки цилиндрических прямозубых колёс используют косозубые шеверы, а для обработки косо-зубых цилиндрических колес — прямозубые и косозубые варианты. Для шевингования цилиндрических колес с модулями 0,2.. .1,75 мм применяют специальные дисковые шеверы со сквозными канавками на боках зубьев вместо глухих. Основными конструктивными элементами дискового шевера являются [3]:
1. Диаметр окружности вершин зубьев;
2. Диаметр делительной окружности,
3. Диаметр основной окружности;
4. Диаметр окружности впадин;
5. Ширина шевера;
6. Нормальный модуль;
7.Число зубьев шевера.
Шеверы изготавливаются из быстрорежущей стали, обеспечивающей работоспособность шеверов в соответствии с требованиями ГОСТ 8570-80Е. Твердость режущей части должна составлять 63...66 НЕС. Твердость шеверов, изготавливаемых из быстрорежущей стали, содержащих ванадий в количестве 3% и более, а также кобальт в количестве 5% и более, должна соответствовать 64.66 НЕС [4].
Согласно ГОСТ 8570-80 шеверы изготовляют трех классов точности: АА, А, В. Также существует два основных типа шеверов [5]:
1. Шеверы со сквозными стружечными канавками и модулем 1 - 1,75 мм, углом наклона винтовой линии зубьев инструмента на делительном цилиндре 5°, 10 15 а также номинальными делительными диаметрами, составляющими 85 мм и 180 мм.
