Деловая слава России


Новости



МЕЖОТРАСЛЕВОЙ АЛЬМАНАХ

Свежий номер альманаха, Архив номеров, Подписка на альманах, Реклама в альманахе, Контакты


АКТУАЛЬНАЯ ТЕМА



Опрос

Нужно ли стремиться вернуть в Россию учёных, уехавших жить и работать за границу?
Да, не стоит упускать умных и талантливых людей
Скорее да, но вряд ли наше государство сможет обеспечить им заграничный уровень жизни
Скорее нет, лучше обеспечить хорошие условия тем, что ещё не уехали
Нет, лучше вложить средства в воспитание и развитие молодых учёных
Другое








Деловая слава России » Промышленность » Арочная зубчатая трансмиссия

Промышленность: Арочная зубчатая трансмиссия - 13-07-2014, 17:33

Арочная зубчатая трансмиссия

 

Иван Григорьевич ПАНКОВ

директор Рязанского института (филиала) Университета машиностроения (МАМИ), к.т.н.к, профессор, член-корреспондент Российской инженерной академии, заслуженный работник высшей школы РФ

 

Олег Владимирович МИЛОВЗОРОВ
профессор Рязанского института (филиала) Университета машиностроения, к.т.н., член-корреспондент Российской инженерной академии

 

АРОЧНЫЕ ЗУБЧАТЫЕ ТРАНСМИССИИ

 

Идея использования арочных зубчатых колес для создания высокоэффективных редукторов, как любая новая идея, на стадии  внедрения проходит через определенные сложности. Об этом уже поднимался вопрос в прошлом году в июльском выпуске  Межотраслевого альманаха РИАТам речь шла о зубчатых колесах с эвольвентным профилем зубьев, но формой самого зуба в виде арки (фото 1). Теоретически такое колесо сочетает в себе все преимущества эвольвентых зацеплений – плавность работы, нечувствительность к межосевым смещениям, одновременно обеспечивая при этом более высокую по сравнению с прямозубым зацеплением износостойкость и нагрузочную способность.

 

Арочная зубчатая трансмиссия
Практически, арочное зубчатое колесо можно рассматривать как более совершенный вариант шевронного колеса, представляющего два совмещенных на одном валу косозубых колеса с зеркальным профилем. Технология изготовления арочных зубчатых колес была разработана в Рязанском политехническом институте (бывший филиал Московского государственного открытого университета имени В.С. Черномырдина, а ныне – филиал Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ)). Проблемой арочных зубчатых трансмиссий и технологии их изготовления в институте занялись в 2006 году.

 

За эти годы был разработан принципиально новый зуборезный инструмент – резцовая зуборезная головка и технология, опирающаяся на возможности современных станков с ЧПУ, в качестве которых используются четырехкоординатные обрабатывающие центры (фото 2). Исследования по совершенствованию технологии арочного зубонарезания позволили получить высокую твердость зубьев (до 60 HRC) и высокую степень точности эвольвентного зубчатого профиля, удовлетворяющего 5-й степени по ГОСТ 1643-81. Достаточно эффективной оказалась и производительность новой технологии: сопоставимая с традиционной зубообработкой. Одной из инновационных идей, позволивших обеспечить высокую производительность, стала замена дорогостоящей и трудоемкой операции зубошлифования на тонкое фрезерование.

 

Первые опыты промышленной эксплуатации редукторов с арочными зубчатыми колесами показали хорошие результаты. Вместе с дальнейшими практическими результатами продвигались и научные разработки. В декабре 2013 года в МГТУ «Станкин» прошла успешная защита кандидатской диссертации выпускника политехнического института С.И. Липатова, темой которой являлась разработка режущего инструмента с нулевым углом профиля, позволяющего обрабатывать зубья колес с высокой производительностью и высокой точностью. Даже те ученые, которые не слишком верили в арочное зубчатое зацепление и в возможности его технической реализации, в ходе защиты полностью изменили свое мнение на противоположное и стали горячими сторонниками арочных зубчатых колес.

 

Но у любого перспективного на первый взгляд технического проекта всегда найдутся, как говорится, «подводные камни». Кое-кто думал, что можно в готовом редукторе просто заменить цилиндрические эвольвентные колеса (прямозубые, косозубые, шевронные) на арочные и сразу получить желаемый эффект. Однако все оказалось не так просто. Для эффективной работы арочного зубчатого зацепления необходимо точное совмещение центральных сечений колес пары в одну единую плоскость. В противном случае весь эффект арочного зацепления не только будет утерян, но и работа такой зубчатой пары окажется существенно хуже, чем работа традиционного зацепления, включая и основное теоретическое преимущество – более высокую нагрузочную способность. Дело в том, что рабочая поверхность контакта пары зубьев при неточной установке колес многократно уменьшается, что приводит к сосредоточенным нагрузкам на зубья в отдельных точках.


Арочная зубчатая трансмиссия

Фото 3. Трансмиссия редуктора листоупаковочной машины завода ОАО «Северсталь»

 

Естественно, такое зацепление долго не проработает, зуб просто сломается. Тем не менее, практические опыты показали, что арочные колеса обладают прекрасным свойством самоустановки. Силы, которые возникают при зацеплении, заставляют одно колесо смещаться относительно другого, создавая столь желаемое совмещение. Но ведь для этого колесам нужно дать возможность смещаться друг относительно друга, а имеющиеся традиционные конструкции редукторов обязательно предусматривают жесткую фиксацию колес. Вероятно, и самый первый удачный опыт промышленной эксплуатации арочного зацепления в листоупаковочной машине Череповецкого завода ОАО «Северсталь» был связан именно с отсутствием абсолютно жесткой фиксации положения ведомого колеса (фото 3). Стало ясно, что для эффективной работы редуктора с арочными зубчатыми колесами необходима разработка корпуса, валов и их опор, учитывающих все особенности этого типа зубчатого зацепления. Но эти особенности нужно выявить и дать четкий алгоритм проектирования и сборки редуктора. Как быть?

Арочная зубчатая трансмиссия

 Фото 4. Испытательный стенд для сверхскоростной съемки процесса самоустановки арочных зубчатых колес


 

Начался новый этап исследований, в котором, как это всегда было принято в политехническом, приняли участие и ученые, и молодые аспиранты, и студенты. Изучение процесса самоустановки арочных колес стало одним из ключевых вопросов научной работы А.Н. Виноградова – кстати, также выпускника политехнического института. Хотя теоретически можно было попытаться смоделировать динамический процесс поведения арочных зубчатых колес при самоустановке, но совершенно очевидно, что только натурные испытания смогли бы его выявить. Для этой цели был разработан и изготовлен испытательный стенд (фото 4).

 

Теперь возникла другая проблема – динамический процесс весьма скоротечен, для его фиксации требуется сверхскоростная съемка, а такой установки в институте не было. Здесь на помощь пришли ученые из Московского государственного индустриального университета – профессор Е.И. Семенов и доцент Ю.В. Лавриненко, предоставившие такую установку и оказавшие большую помощь в проведении серии экспериментов. Была выполнена сверхскоростная киносъемка процесса перемещения колес, одно из которых закреплено жестко, а второму придана свобода осевого смещения. В результате были выявлены закономерности поведения арочных колес в зацеплении. Наоснове исследований были выработаны вполне конкретные предложения по конструкции самых различных редукторов с арочными  зубчатыми колесами – с двумя, тремя валами, с разными типами приводов, с разными рабочими органами, с которыми стыкуется редуктор.


Очередная проблема близка к окончательному решению, но сколько еще предстоит решить задач – не решится предсказать никто. Однако боязни новых задач нет, а есть полная решимость преодолеть все трудности. И с партнерами от промышленности наконец-то наладились контакты. На Рязанском машиностроительном заводе решили разработать и изготовить станок с ЧПУ для зубонарезания арочных зубчатых колес и начать их промышленное производство. Станок будет избавлен от основного недостатка, которым страдают высокоскоростные приводы главного движения – чрезмерным падением мощности на малых скоростях вращения. Министерство промышленности, инновационных и информационных технологий Рязанской области поддержало эту инициативу и даже частично финансировало этот проект.


Очень хотелось бы верить, что революционная разработка рязанских ученых сможет пробиться в практику машиностроения и принести свои плоды. И в первую очередь именно в России, а не за рубежом (как в последнее время часто бывает с инновационными проектами российских ученых). Расчеты показывают, что возможности арочных зубчатых трансмиссий позволяют повысить передаваемую редуктором мощность, уменьшить габариты и вес, а, следовательно, существенно сократить металлоемкость изделия. Эти трансмиссии могли бы найти свое применение и в автомобиле-, тракторо- и судостроении, в редукторах тепловозов и электровозов, мощных ветряках, – везде, где необходима повышенная нагрузочная способность и износостойкость.


И все-таки для инновационного развития России настоятельно необходимо, чтобы и другие перспективные разработки российских ученых в области машиностроения находили действенную поддержку и со стороны государства, и со стороны российского бизнеса. Российская земля всегда славилась инженерной мыслью, но чтобы идея дошла до реального производства, нужны немалые усилия, а в современных условиях – еще и немалые финансовые средства. И без помощи государства и инновационноориентированного бизнеса здесь не обойтись.

 

Межотраслевой альманах №44/2014 год

 




Ключевые теги: зубчатая трансмиссия
 

Другие новости по теме:


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.


АКТУАЛЬНО:

Анонсы

Календарь событий:

«    Февраль 2021    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28