Межотраслевой альманах, , Промышленность: Эвольвентные арочные передачи - 11-07-2011, 05:32

А. Н. ВИНОГРАДОВ к.т.н.,  А. П. ДАВЫДОВ, С. И. ЛИПАТОВ, к.т.н., Р. Б. МАРГОЛИТ, к.т.н.,  И. Г. ПАНКОВ, к.т.н., А. Н. ПАРШИН.

Рязанский институт (филиал) Московского государственного открытого университета.

ЭВОЛЬВЕНТНЫЕ АРОЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Применение зубчатых колес с арочными зубьями для наружного зацепления вместо прямозубых, косозубых и шевронных является эффективным направлением  повышения нагрузочной способности и долговечности, улучшения плавности работы и снижения уровня шума зубчатых передач.

Эффект, который был получен в конических передачах с круговыми зубьями, можно ожидать и в цилиндрических колесах при переходе от прямолинейной к криволинейной продольной форме зубьев. Однако до настоящего времени использование таких колес (рис. 1) в машиностроении не наблюдалось. И этому есть объяснение. Ни к чему не приводили попытки нарезать арочные колеса на зубофрезерных станках. Эти станки не обладают возможностью последовательной работы несколькими инструментами и выполнения многочисленных изменений кинематики и режимов их перемещений, что необходимо для нарезания арочного колеса. Если нарезают одним инструментом выпуклую и вогнутую стороны зубьев, лежащие по обе стороны впадины, то получаются не равные друг другу ширина впадины и толщина зуба. При такой обработке невозможно обеспечить нормальный контакт зубьев в паре, такая передача абсолютно неработоспособна, хотя в технической литературе имеются описания таких колес под видом арочных.

Следующая ошибка связана с нарезанием каждой из сторон зубьев своей вращающейся инструментальной головкой, режущие элементы которой представляют собой трапецеидальные рейки с углом профиля, равным углу зацепления. Для получения эвольвентного профиля инструментальной головке и заготовке придают движение обката.

В этом случае будет нарезано колесо, которое имеет постоянный эвольвентный профиль в сечениях, перпендикулярных к зубу, а в сечениях, перпендикулярных оси колеса, будет иметь угол зацепления переменным. Наибольший по величине угол будет только в центральном сечении нарезаемого колеса, а в сечениях ближе к торцу меньшим. Для успешной работы таких колес в парах требуются нарезание парного колеса с совершенно такими же углами зацепления во всех сечениях и идеальный монтаж колес по длине.Теряются преимущества эвольвентного зацепления, терпимого к погрешностям монтажа. Описанным колесам в отличие от эвольвентных арочных следует присвоить какое-то другое наименование, например, «условно эвольвентные арочные».

В данной работе рассматривается технология изготовления арочных колес, которые являются самыми настоящими эвольвентными, во многом сходными с шевронными. Во всех сечениях, перпендикулярных оси, у таких колес постоянный эвольвентный профиль с избранным углом зацепления. Эвольвентная поверхность зубьев является открытой, разворачивающейся на плоскость. Эти колеса не имеют ничего общего с описанными выше, кроме названия, что может ввести читателей в заблуждение. Наш опыт позволяет с полной уверенностью утверждать, что отсутствие широкого использования в технике именно цилиндрических эвольвентных арочных передач связано не с какими-то их недостатками или ограничениями, а исключительно с отсутствием технологии, позволяющей изготавливать эти передачи с достаточной точностью при высокой производительности. Теперь такая технология разработана, прошла промышленные испытания и подготовлена к широкому внедрению в производство.

Арочные передачи — это естественное продолжение развития ряда эвольвентных цилиндрических передач — прямозубых, косозубых, шевронных. Каждая следующая передача из этого ряда в чем-то превосходит предыдущую по плавности и долговечности работы. Арочное колесо не имеет разреза посредине венца для выхода зуборезного инструмента, как это есть у шевронных колес, благодаря чему его зуб обладает более высокой жесткостью. Даже и без учета разреза арка по жесткости превосходит шеврон. Еще раз подчеркнем, что рабочие поверхности арочного зуба во всех сечениях, перпендикулярных оси колеса, представляют собой совершенно одинаковые эвольвенты, размещенные на всем протяжении зуба по определенному радиусу. У арочного колеса зубья и впадины между ними имеют постоянную соответственно толщину и ширину (рис.2). Как и все другие виды эвольвентных передач, арочные весьма терпимы к колебаниям межосевых расстояний и перекосам осей.

Эвольвентный профиль арочных колес не требует для контроля особых средств измерения. Все метрологическое обеспечение едино с прямозубыми колесами. У арочных передач ни в один момент углового поворота не бывает однопарного зацепления, только двухпарное и трехпарное. В связи с увеличением числа зубьев, находящихся одновременно в зацеплении, уменьшается нагрузка на каждый зуб. Уменьшаются деформации зубьев под нагрузкой. Все это оказывает существенное влияние на шумовую характеристику арочных передач. Это исключительный вид зубчатых передач, в котором не наблюдается существенное нарастание уровня шума при увеличении нагрузки. Малый уровень шума передач обеспечивается не только достоинствами арочного расположения зубьев, но и равенством углов зацепления обоих колес пары, что достигается гораздо легче, чем при обычных традиционных способах зубонарезания.

*******

Созданная сотрудниками Рязанского института (филиала) МГОУ экономичная технология производительного зубонарезания обеспечивает изготовление арочных венцов шестой степени точности по ГОСТ 1643-81 с числом зубьев от 12 до 100, с модулями от 3 до 12 мм, с шириной венцов до 200 мм. Шероховатость поверхности зуба колеблется от Ra 1,1 до 2,5 мкм. Зубонарезание (рис. 3) выполняется резцовыми головками на четырехкоординатных фрезерных станках с ЧПУ или токарных обрабатывающих центрах, на которых путем интерполяции по двум координатам реализуют движение обката заготовки и режущего инструмента. Осуществляется так называемый нулевой способ зубообработки. Точность профиля определяет одна точка на вершине прямоугольного по форме режущего инструмента, лежащая на прямой, касательной к основному цилиндру. Для читателей, сомневающихся в возможности такого вида зубообработки, напомним, что по такой схеме выполняется зубошлифование на самых точных швейцарских станках фирмы МААГ.

Резцовые головки (рис. 4) представляют собой диски с пазами, в которые устанавливают и закрепляют резцовые элементы, в качестве которых выступают токарные канавочные резцы. Такие резцы изготавливают централизованно инструментальные фирмы многих стран. Резцы оснащены быстросменными двухгранными неперетачиваемыми пластинами твердого сплава с многослойными сверхтвердыми покрытиями. Это позволяет осуществлять с высокими скоростями резания нарезание зубьев на заготовках из легированных сталей с достаточно высокой твердостью, прошедших улучшение (закалку и отпуск). Накоплен опыт нарезания заготовок с твердостью НВ270. Такая твердость ставит на повестку дня вопрос об отказе от закалки и последующего шлифования. Для полноты информации отметим, что у нас имеется опыт закалки ТВЧ по каждому зубу крупномодульных арочных колес после зубонарезания. Современные твердые сплавы позволяют выполнять чистовое нарезание зубьев после закалки в том случае, если это будет признано необходимым. В настоящее время используются быстросменные пластины шириной 3 и 4 мм нескольких фирм.

Читать полный текст статьи в формате PDF
evolventnye-arochnye-peredachi.pdf [246.74 Kb] (cкачиваний: 262)

A. N. Vinogradov, A. P. Davydov, S. I. Lipatov, R. B. Margolit, I. G. Pankov, A. N. Parshin.

Ryazan Institute (branch) Municipal Educational Institution. Application of curved tooth gear wheels for external gearing instead of straight tooth, helical and herringbone gear wheels. It is an effective way to increase output capacity and durability, improve operation smoothness and lower noise level of gears