CC BY
16
УДК 621.9 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-4-134-139
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ШЕСТЕРНЕЙ, ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС, САТЕЛЛИТОВ
А.С. Серков, В.Б. Масягин, Л.Б. Серкова
Рассмотрены приёмы совершенствования технологии производства шестерней, зубчатых колёс, сателлитов и т. п. деталей, а также технологии, методы, приспособления для производства тонкостенных нежёстких деталей, которые дадут возможность поднять производство шестерней на новый уровень, отвечающий современным требованиям, а именно передаче больших крутящих моментов при меньших габаритных размерах зубчатой пары.
Ключевые слова: производство шестерней, зубчатые колёса, сателлиты, предварительно оформленный штамповкой зубчатый профиль, зажим зубчатого колеса, закрепление шестерни, базирование заготовок, токарные патроны, центрирование заготовок, патроны общего назначения, точность обработки, деформации заготовок, деформации тонкостенных деталей, деформации шестерней, шестикулачко-вый самоцентрирующий спирально-реечный патрон.
При изготовлении нежёстких тонкостенных шестерней (зубчатых колёс, сателлитов), в процессе их производства, возникают проблемы, связанные с обеспечением точности размера и формы эвольвентного профиля, отверстия шестерни, а также их относительного расположения друг относительно друга. При термической или химико-термической обработках (цементация, закалка и т. д.) шестерни возникает коробление её поверхностей, появляется погрешность эксцентриситета. Для уменьшения данной погрешности в технологический процесс после термической обработки вводят финишные операции (шлифование базовых и рабочих поверхностей). При выполнении этих операций из-за сил закрепления (зажима) появляются погрешности формы поверхностей, т.е. возникают погрешности формы из-за зажима (закрепления) заготовки. Подробнее о влиянии формы отверстия зубчатого колеса написано в работах [1-4]. Такую проблему возможно решить с помощью применения специальных приспособлений, наладок, а также «мягких» режимов резания.
В производстве для окончательной обработки центрального отверстия шестерни в основном применяют две схемы зажима (закрепления, базирования):
1) по эвольвентному профилю через установочные (калиброванные) ролики в самоцентрирующем патроне [5-11];
2) по внешнему контуру шестерни (без установочных роликов) в самоцентрирующем патроне;
Первая схема зажима наиболее оптимальна, т. к. она обеспечивает короткую размерную цепь между отверстием и делительной окружностью шестерни. В случае применения второй схемы зажима требуется дополнительно повышать точность промежуточной базы (наружный диаметр), что приводит к лишним материальным затратам, а также при такой схеме зажима возникает больше деформаций, более подробно об этом написано в статьях [12, 13].
При использовании схемы зажима шестерней по эвольвентному профилю для достижения наилучшего эффекта необходимо учесть в технологическом процессе и технологической оснастке пооперационное центрирование заготовок по эвольвентному профилю, а не по цилиндрическому отверстию или наружному диаметру. Это потребует переноса операции протягивания шлицевого отверстия или шлифования круглого отверстия после химико-термической обработки.
В работе [14] определены необходимые составляющие элементы для аналитического определения припуска на боковых сторонах зубьев заготовок с предварительно оформленным штамповкой зубчатого профиля и отверстия с целью их дальнейшей чистовой обработки. Данная технология направлена на совершенствование изготовления шестерней средних модулей в условиях массового и крупносерийного производств. Технология позволит уменьшить металлоёмкость вплоть до безотходного производства, а также поможет сократить цикл механической обработки.
Не стоит забывать о погрешностях, которые будут вызваны вследствие закрепления (зажима) заготовки шестерни. В данной проблеме объектом исследования является контур отверстия шестерни. В работах [15-18, 19-21] проведены исследования напряжённо-деформированного состояния заготовки шестерни (зубчатого колеса, сателлита).
Новизна результатов. В результате ранее проведенных исследований [15-18, 19-21] были сделаны выводы о том, что для финишной операции (шлифование базового отверстия) следует применять шести и более кулачковые самоцентрирующие патроны при использовании первой схемы закрепления (зажима, базирования), так как это даёт возможность обрабатывать тонкостенные шестерни с минимальными деформациями базового отверстия.
Исследование на примере тонкостенных колец в работе [22] показало, что при применении кулачков с вставками из стеклолиста (рис. 1, рис. 2) деформации в поперечном и осевом направлениях уменьшаются в несколько раз.
X
Рис. 1. Кулачок со вставками из стеклолиста 1
Рис. 2. Кулачки со вставками из стеклолиста 2
Также при обработке тонкостенных колец [22] рационально применять маятниковые кулачки (рис. 3) таким образом деформации в поперечном и осевом направлениях можно уменьшить в несколько раз.
Рис. 3. Маятниковый кулачок фирмы «8СИиМК»
В работах [23-26, 27] исследуется использование «мягких» режимов резания в производстве тонкостенных деталей (кольца, втулки и т. п.) с целью снизить погрешности обработки вследствие деформаций заготовок. В результате чего была написана программа для ЭВМ [28], адаптированная для втулок и колец.
В работе [29] экспериментально была подтверждена возможность применения «мягких» режимов резания для обработки тонкостенных трубчатых заготовок.
В результате изученного материала можно предложить комбинированное использование вышеописанных технологий, а также применение 6-ти кулачкового самоцентрирующего спирально-реечного патрона [30] (рис. 4), технический результат которого направлен на увеличение точности обработки за счёт снижения деформаций обрабатываемых заготовок.
Заготобка сателлита
Рис. 4. Схема закрепления заготовки шестерни в 6-ти кулачковом самоцентрирующем спирально-реечном патроне
Описанные выше приёмы дадут возможность для прыжка на новый, более высокий уровень производства шестерней, сателлитов, зубчатых колёс, который будет отвечать современным требованиям, а именно передаче больших крутящих моментов при меньших габаритных размерах зубчатой пары.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-38-90226.
Список литературы
1. Жедь О.В., Копылов В.В. Влияние формы отверстия зубчатого венца на его предварительное напряжённое состояние при сборке с базовой деталью Часть 1 // Грузовик. 2017. № 12. С. 14-15.
2. Жедь О.В., Копылов В.В. Влияние формы отверстия зубчатого венца на его предварительное напряжённое состояние при сборке с базовой деталью Часть 2 // Грузовик. 2018. № 1. С. 18-22.
3. Рогов В. А., Жедь О.В. Влияние предварительного напряжённого состояния зубчатого венца вследствие натяга с базовой деталью в расчётах на изгибную прочность зуба // Технология машиностроения. 2018. № 8. С. 31-39.
4. Zhed O., Koshelenko A., Khishova K. The effect of the stressed state of the ring gear due to interference with the base part in calculating the flexural strength of the tooth // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 709, Issue 2. P. 022035-1-022035-8. DOI: 10.1088/1757-899X/709/2/022035.
5. Серков А.С., Сайфулин И.И., Палина О.В. [и др.]. Снижение себестоимости шлифования посадочных отверстий и торцов цилиндрических прямозубых зубчатых колес за счёт внедрения универсальной оснастки // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях: сб. тр. конф. Курск: Университетская книга, 2017. С. 323-328.
6. Серков А.С., Антропова Л.Б. Внедрения универсальной оснастки в операцию шлифования центральных отверстий цилиндрических прямозубых зубчатых колёс // Метрология, стандартизация и управление качеством: сб. тр. конф. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. С. 105-108.
7. Серков А.С., Антропова Л.Б. Шлифование центрального отверстия цилиндрического прямозубого зубчатого колеса с помощью универсальной оснастки // Проблемы эффективного использования научного потенциала общества: сб. ст. В 3 ч. Стерлитамак: АМИ, 2019. Ч. 2. C. 178-181.
8. Серков А.С., Антропова Л.Б. Обработка отверстия и торца цилиндрического прямозубого зубчатого колеса с помощью универсальной оснастки методом шлифования // Научные революции: сущность и роль в развитии науки и техники: сб. ст. В 2 ч. Стерлитамак: АМИ, 2019. Ч. 1. С. 33-36.
9. Серков А.С., Серкова Л.Б., Елецкая С.Ф. Применение универсальных трёх-кулачковых патронов для шлифования отверстий в цилиндрических прямозубых зубчатых колёс // Метрология, стандартизация и управление качеством: сб. тр. конф. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2019. С. 81-84.
10. Серков А.С. Внедрение универсальной оснастки в процесс шлифования отверстия и торца заготовки сателлита // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 4. С. 316-320.
11. Серков А.С., Серкова Л.Б., Жданова Ю.Е., Масягин В.Б. Внедрение универсальной оснастки в процесс шлифование отверстия и торца заготовки сателлита // Молодёжь и системная модернизация страны: сборник научных статей 5-й Международной научной конференции студентов и молодых учёных. Курск: Юго-Западный государственный университет, 2020. С. 320-323.
12. Повышение качества центрирования зубчатых колес [Электронный ресурс] URL: http://www.avtomash.ru/gur/2005/20050244.htm (дата обращения: 31.03.2021).
13. Центрирование зубчатых колес по эвольвентному шлицевому профилю базового отверстия [Электронный ресурс]. URL: http://www.avtomash.ru/gur/ 2004/ 20041246.htm (дата обращения: 31.03.2021).
14. Маликов А.А., Малахов Г.В., Михайлов А.В. Определение параметров зубчатого венца заготовок с предварительно оформленными зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 8. Ч. 1. С. 344-353.
15. Рогов В. А., Кошеленко А. С., Хишова Е.С. Исследование напряжённого состояния зубчатого венца на оптических моделях от сил зажима в самоцентрирующем патроне // Вестник Российского университета Дружбы Народов. Серия: Инженерные исследования. М.: Изд-во РУДН, 2015. № 4. С. 29-37.
16. Рогов В.А., Кошеленко А.С., Хишова Е.С. Исследование методом фотомеханики напряженно-деформированного состояния зубчатого венца, вызванного зажимом в самоцентрирующем патроне при механической обработке // Вестник МГТУ «Станкин». 2015. № 4 (35). С. 36-41.
17. Рогов В.А., Кошеленко А.С., Жедь О.В., Хишова Е.С. Исследование методом фотомеханики напряженно-деформированного состояния зубчатого венца от сил зажима в самоцентрирующем патроне на этапах механической обработки // Грузовик. 2016. № 2. C. 19-22.
18. Рогов В.А., Кошеленко А.С., Хишова Е.С. Исследование напряженного состояния зубчатого венца на оптических моделях от сил зажима в самоцентрирующем патроне // Технология машиностроения. 2016. № 3. С. 10-14.
19. Серков А.С., Масягин В.Б., Серкова Л.Б. Анализ напряжённо-деформированного состояния заготовки шестерни при различных схемах закрепления // Метрология, стандартизация и управление качеством: Материалы V Всероссийской научно-технической конференции. Омск: Омский государственный технический университет, 2020. С. 190-203.
20. Серков А.С., Масягин В.Б., Серкова Л.Б. Исследование напряжённо-деформированного состояния заготовки зубчатого колеса на математических моделях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 5. С. 362-373.
21. Серков А.С., Масягин В.Б., Артюх Р.Л., Серкова Л.Б., Акимов В.В. Исследование напряжённо-деформированного состояния заготовки зубчатого колеса с применением математических моделей в зависимости от сил зажима в 3 и 6-кулачковых самоцентрирующих патронах // Омский научный вестник. 2020. № 4 (172). С. 13-18.
22. Фролов А.А., Васильев А.С. Исследование деформированного состояния заготовок типа колец при установке на станках токарной группы // Всероссийская научно-техническая конференция студентов. Студенческая научная весна 2016: Машиностроительные технологии. Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана.
23. Еремейкин П. А., Жаргалова А. Д., Гаврюшин С.С. Расчётно-экспериментальная оценка технологических деформаций при «мягких» режимах токарной обработки тонкостенных деталей // Обработка металлов (Технология, оборудование, инструменты). Новосибирский государственный технический университет. Новосибирск. 2018. № 20-1. С. 22-32.
24. Еремейкин П.А., Жаргалова А.Д., Гаврюшин С.С. Автоматизированная система для инженерного анализа деформаций тонкостенных деталей при токарной обработке // Математическое моделирование и экспериментальная механика деформируемого твёрдого тела. Межвузовский сборник научных трудов. Тверской государственный технический университет. Тверь. 2018. С. 31-35.
25. Жаргалова А.Д., Гаврюшин С.С., Лазаренко Г.П., Семисалов В.И. О «мягких» режимах резания для обработки тонкостенных деталей // Интернет-журнал Науковедение. М.: Науковедение, 2016. Т. 8. №6 (37). С. 117-128.
26. Жаргалова А.Д., Еремейкин П.А. Программная система автоматизированного выбора режимов механической обработки тонкостенных деталей // Актуальные проблемы в машиностроении. Новосибирский государственный технический университет. Новосибирск, 2017. № 4-1. С. 9-14.
27. Кильдеев Т.А., Осипов Т.А. Анализ способов обработки резанием тонкостенных трубчатых заготовок // Научные исследования в области технических и технологическим систем. Сборник статей Международной научно-практической конференции. Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, 2018. С. 117-120.
28. Интегрированная система поддержки принятия решения о выборе режимов механической обработки тонкостенных деталей: прогр. для ЭВМ RU2016663071 Рос. Федерация.
29. Константинова А. Н. Экспериментальное обоснование применения подхода «смягчённых» режимов резания для обработки тонкостенных деталей // Евразийский союз учёных. Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, 2018. № 4-1 (49). С. 22-25.
30. Шестикулачковый самоцентрирующий спирально-реечный патрон: пат. RU201747U1 Рос. Федерация: МПК B23B 31/16.
Серков Александр Сергеевич, аспирант, младший научный сотрудник, Sanya_93@bk. ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Масягин Василий Борисович, канд. техн. наук, профессор, masaginvbamail.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Серкова Любовь Борисовна, аспирантка, старший преподаватель, Lubashka 2010amai/.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет
OPTIMIZA TION OF THE PRODUCTION TECHNOLOGY OF GEARS, GEARS,
SATELLITES
A.S. Serkov, V.B. Masyagin, L.B. Serkova
The article deals with techniques for improving the production technology of gears, gears, satellites, etc. parts. In brief, the technologies, methods, and devices for the production of gears are considered, which will make it possible to raise production to a new level that meets modern requirements, namely, the transmission of large torques with smaller overall dimensions of the gear pair.
Key words: production of gears, gears, satellites, pre-stamped gear profile, gear clamping, pinion fixing, billet basing, turning chucks, centering of workpieces, general purpose chucks, machining accuracy, deformations of workpieces, deformations of thin-walled parts, deformations of gears, six-cam self-centering spiral-rack chuck.
Serkov Alexander Sergeevich, postgraduate, junior researcher, Sanya_93@bk.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Masyagin Vasily Borisovich, candidate of technical sciences, professor, Masaginvbamail.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Serkova Lyubov Borisovna, postgraduate, senior lecturer, Lubashka_2010@,mail.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University
