Методика проектирования инструмента для обработки зубчатых колес с комбинированным смещением производящего контура Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.83; 621.9.042

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС С КОМБИНИРОВАННЫМ СМЕЩЕНИЕМ ПРОИЗВОДЯЩЕГО КОНТУРА

Е.Н. Валиков, В. А. Белякова

Представлена новая методика проектирования инструмента для чистовой обработки зубчатых колес с комбинированным смещением производящего контура. Сочетание радиального и тангенциального смещений профилей зубьев, в том числе с использованием производящего контура со стандартными исходными параметрами, оказывает влияние на геометро-кинематические свойства зубчатой передачи, позволяет практически при любых числах зубьев и коэффициентах смещения обрабатываемого зубчатого колеса спроектировать инструмент, образующий с ним зубчатую передачу внеполюсного зацепления. Показана возможность анализа результатов расчета на стадии проектирования режущего инструмента.

Ключевые слова: зубчатое колесо, зубчатая передача, производящий контур, инструмент, модуль, число зубьев, радиальное, тангенциальное, комбинированное смещение исходного контура.

В машиностроении и приборостроении преимущественное применение имеют зубчатые эвольвентные передачи, зубья колес которых нарезают обкаткой червячными фрезами и гребенками со стандартными параметрами производящего контура (ПРК). Для улучшения отдельных характеристик цилиндрических зубчатых передач и при решении других инженерных задач нередко применяют радиальное смещение ПРК в процессе нарезания зубьев колес [1].

В конических прямозубых передачах находят применение также тангенциальное смещение профилей, состоящее в изменении расчетных толщин сопряженных зубьев колес для выравнивания напряжений при изгибе, причем увеличение толщины зубьев шестерни равно уменьшению толщины зубьев колеса [2]. Реализуется этот вид смещений изменением развода резцов. Для цилиндрических передач такое смещение считалось неприемлемым из-за необходимости применять специальный режущий инструмент и теоретически не разрабатывалось.

Более широкие возможности влиять на свойства эвольвентных зубчатых передач имеются при комбинированном смещении профилей зубьев - сочетании радиального и тангенциального смещения, в том числе с использованием ПРК со стандартными исходными параметрами. Передачи, составленные из таких зубчатых колес отличаются от обычных основными качественными характеристиками при большей свободе в проектировании.

Нами разработаны способы и инструменты для финишной обработки эвольвентных цилиндрических и конических зубчатых колес инструментами, образующими с обрабатываемым зубчатым колесом зубчатую передачу внеполюсного зацепления [3]. В этих процессах и конструкциях в

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 1

качестве скорости резания используется скорость скольжения боковых поверхностей зубьев инструмента относительно боковых поверхностей зубьев обрабатываемой заготовки. Исследованиями установлено, что только путем радиального смещения ПРК не всегда удается вынести полюс зацепления за пределы рабочей высоты профиля зуба из-за невыполнения условия заострения зуба инструмента.

Применением комбинированного смещения ПРК удается практически для любого зубчатого колеса создать предполюсную зубчатую передачу.

Общая последовательность проектирования режущего инструмента с комбинированным смещением ПРК состоит из следующих этапов:

1. Исходные данные: модуль - т, число зубьев обрабатываемой заготовки - 2, угол наклона зубьев - Ь, направление зубьев, параметры ПРК.

2. Расчет дополнительных исходных данных: угла профиля на окружности вершин - аа, радиуса кривизны на окружности вершин - га, радиуса кривизны активного профиля в нижней точке - ра, радиуса активного участка в нижней точке - Гр0, угла давления в нижней точке активного профиля - аро, радиуса кривизны активного профиля в нижней точке - рр.

3. Число зубьев инструмента. Выбирается по конструктивным и технологическим соображениям и из условия отсутствия общих множителей с обрабатываемым зубчатым колесом.

4. Расчет коэффициента радиального смещения %г. Выполняется в соответствии с методикой, изложенной в монографии [3] или выбирается с помощью блокирующих контуров, приведенных в справочнике [1].

5. Расчет коэффициента тангенциального смещения. Производится по зависимости, полученной из основного уравнения зубчатого зацепления с комбинированным смещением ПРК:

_ хх(туа м - ту а) с тХ _ ~ ,

2СгХ

где Стх _ С + Со - суммарный коэффициент радиального смещения ПРК, СгХ _Сг +Сг 0 - суммарный коэффициент тангенциального смещения ПРК, ам - угол зацепления, ао - угол профиля ПРК.

6. Расчет геометро-кинематических характеристик зубчатой передачи: обрабатываемая заготовка - инструмент, проверка незаострения зубьев инструмента, выполнения условия интерференции сопряженных зубьев, проверка отсутствия подрезания, расчет коэффициента торцового перекрытия, расчет скорости скольжения и удельного скольжения активных профилей зубьев.

7. Расчет контрольных размеров зубьев.

8. Расчет контрольных параметров.

Изложенная методика проектирования инструмента с комбинированным смещением производящего контура использовалась при расчете инструментов для финишной обработки эвольвентных цилиндрических

354

колес инструментами, рабочие поверхности которых выполнены электроэрозионным методом. Результаты экспериментального исследования точности обработки этими инструментами цилиндрических зубчатых колес с модулем m = 2 мм, числом зубьев z = 15, коэффициентом смещения С = +0,5 мм показали, что погрешности зубчатого венца улучшаются на 1...2 степени ГОСТ 1643-81 по радиальному биению и колебанию длины общей нормали. Погрешности шага практически не изменяются.

Опыт применения методики показал возможность анализа результатов расчета на стадии проектирования режущего инструмента.

Список литературы

1. Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых и червячных передач / под ред. И.А. Болотовского. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 448 с.

2 Прямозубые конические передачи: справочник / И.А. Болотовский [и др.]. М.: Машиностроение, 1981. 104 с.

3. Валиков Е.Н., Белякова В. А. Режуще-деформирующая чистовая обработка боковых поверхностей зубьев зубчатых колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 216 с.

Валиков Евгений Николаевич, д-р техн. наук, проф., valikovenarambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Белякова Валентина Александровна, канд. техн. наук, доц., valentina. belyako va5@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE METHODOLOGY FOR THE DESIGN OF TOOLS FOR MACHINING OF GEAR

WHEELS WITH A COMBINED OFFSET PROISHODYASCHEGO CIRCUIT

E.N. Valikov, V.A. Belyakova

Presents a new method for the design of tools for finishing of gear wheels with a combined offset generating circuit. The combination of radial and tangential displacement profiles of the teeth, including with the use of the generating circuit with a standard input parameters, influences of geometric and kinematic properties of gear transmission, allows to design practically at any numbers of teeths and coefficients of shift of the processed cogwheel the tool forming with him a tooth gearing of extra polar gearing. The possibility is shown of the analysis of the results of the calculations of TA at the design stage of the cutting tool.

Key words: gear, gear train, producing the contour, tool, module, number of teeth, radial, tangential, combined displacement of the original contour.

Valikov Evgeny Nikolaevich, doctor of technical science, professor, valiko-venarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Belyakova Valentina Aleksandrovna, candidate of technical science, docent, valentina. belyakova5@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University