Размещено на http://www.allbest.ru/

Кіровоградський національний технічний університет

УДК.621.9.04:621.9.02

Спеціальність 05.03.01 - Процеси механічної обробки, верстати та інструменти

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Удосконалення формоутворення дисковим інструментом з внутрішньою конічною виробною поверхнею черв'яків з угнутим профілем витка

Гринб Денис Васильович

Кіровоград - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Металорізальні верстати та системи" Кіровоградського національного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Надєїн Владислав Семенович, Кіровоградський національний технічний університет, доцент кафедри "Металорізальні верстати та системи".

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Вітренко Володимир Олексійович, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, завідувач кафедри "Теоретична і прикладна механіка", м. Луганськ;

- кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Кривошея Анатолій Васильович, Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля Національної Академії Наук України, м. Київ, старший науковий співробітник відділу перспективних ресурсозберігаючих технологій механообробки інструментами з нанопорошків з надтвердих матеріалів.

Захист відбудеться 04.06.2010 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 23.073.02 у Кіровоградському національному технічному університеті за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського національного технічного університету за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

Автореферат розісланий 28.04.2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.М. Каліч.

Анотація

Гринь Д.В. Удосконалення формоутворення дисковим інструментом з внутрішньою конічною виробною поверхнею черв'яків з угнутим профілем витка. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.03.01 - процеси механічної обробки, верстати та інструменти. - Кіровоградський національний технічний університет, Кіровоград, 2010 р.

Дисертація присвячена вирішенню наукової задачі спрощення верстатно-інструментального забезпечення шляхом удосконалення формоутворення черв'яків з угнутим профілем витків за рахунок зміни напрямку формоутворюючого руху і використання інструмента з внутрішньою конічною виробною поверхнею, який складає з черв'ячною фрезою для евольвентних коліс жорстку неконруентну виробну пару. Визначено і досліджено виробну поверхню інструмента, розроблено кінематичну схему формоутворення внутрішнього верстатного зачеплення інструмента та черв'яка, неконгруентну виробну пару для формоутворення активних ланок передачі. Визначено поверхню витка черв'яка, що отримана дисковим конічним інструментом в розробленій схемі формоутворення.

Спрощено верстатно-інструментальне забезпечення, що дозволяє виготовляти черв'яки з угнутим профілем витків більш технологічним методом ніж існуючи на даний час, дослідженні параметри зрізу, визначені параметри геометрії інструмента, отримане черв'ячне зачеплення збільшеної навантажувальної здатності.

Ключові слова: формоутворення різанням, дисковий конічний інструмент, черв'як, угнутий профіль, жорстка неконгруентна виробна пара, верстатне зачеплення.

Аннотация

Гринь Д.В. Усовершенствование формообразования дисковым инструментом с внутренней конической производящей поверхностью червяков с вогнутым профилем витка. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 - процессы механической обработки, станки и инструменты. - Кировоградский национальный технический университет, 2010 г.

Диссертация посвящена решению научной задачи упрощение станочно-инструментального оснащения путем усовершенствования формообразования червяков с вогнутым профилем витков для червячных передач повышенной нагрузочной способности при использовании более простого в производстве и эксплуатации инструмента с прямолинейным профилем путем изменения направления формообразующего движения последнего.

Для формообразования активных поверхностей элементов червячной передачи с вогнутым профилем витков червяка предложено использовать способ жесткой неконгруентной производящей пары (ЖНПП), в которую входит инструмент с внутренней конической производящей поверхностью и червячная фреза ГОСТ-9324-80Е для обработки эвольвентных колес. Червячное колесо обрабатывается на универсальном зубообрабатывающем оборудовании стандартной червячной фрезой ГОСТ-9324-80Е, при этом одной червячной фрезой можно нарезать колесо для передачи с любым углом подъема витков, единственным фактором выбора есть модуль фрезы. Для обработки же червяка в диссертационной работе была усовершенствована охватывающая схема формообразования поверхности червяка, основным отличием которой есть изменение направления движения инструмента относительно червяка, что дает возможность прямолинейным по профилю дисковым коническим инструментом (ДКИ) получить вогнутый профиль червяка.

Определены условия существования поверхности ДКИ. Определенны уравнения поверхности витка червяка. Исследование условий существования поверхности червяка показало, что на ее характеристики, то есть на кривизну оказывает влияние угол подъема витков червяка г и параметр Q соотношения диаметров инструмента и червяка. Параметр Q является наиболее удобным для управления, так как не влияет на изменение угла г. Исследовано явление подрезания профиля червяка при исследуемых условиях, построен блокирующий контур с границами и , который определяет границы существования поверхности витка червяка.

Экспериментальное исследование червяков, нарезанных в лабораторных условиях на модернизированном вертикально-фрезерном станке 6Р10, подтвердили теоретические исследования относительно вогнутости профиля витков червяка, а также возможность реализации данной схемы станочного зацепления.

Испытания полученной червячной передачи, которая была вмонтирована в корпус редуктора 2Ч63, показали, что нагрузочная способность передачи превосходит стандартные редукторы 2Ч63 по нагрузочной способности в 2 раза, что дает возможность использовать их вместо стандартных редукторов серии 2Ч80. Скорость вращения червяка в 1,5-2 раза превышает скорость вращения у стандартных редукторов.

Ключевые слова: формообразование резанием, дисковый конический инструмент, червяк, вогнутый профиль, неконгруентная производящая пара, станочное зацепление.

Summary

Grin D.V. Form making improvement by disk instrument with inner conical working surface worms having concave coil profile. Manuscript.

The dissertation for scientific degree of candidate in engineering sciences in the specialty 05.03.01 - process of machining, machine-tools and tools. Kirovoghad National Technical University, Kirovoghad, 2010.

The dissertation is devoted to the solving the scientific problem of forming a concave coil worms by changing the direction of form-making move and using rectilinear instrument which forms with worm cutter for evolvent wheels rigid non-congruent profile making pair. The working surface of the instrument was determined and investigated, the kinematics scheme of inner machine-tool hooking of instrument and worm form making was worked out, non-congruent working pair for forming transmission active links. The surface of worm coil produced by a disk conical tool under the worked out chart of form making was defined.

Machine tool provision was simplified that makes possible producing concave profile coil worms by more technological method that exists at this time, cutting parameters are investigated, parameters of tool geometry are defined, worm links of greater load capacity are produced.

Keywords: formation by cutting, disk conical instrument rigid profile making pair, tool hooking, worm, concave profile.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В приводах сучасних машин та механізмів широко застосовують черв'ячні передачі. Їх широкому розповсюдженню сприяють такі позитивні властивості, як спроможність передавати велику потужність, працювати на високих швидкостях, висока кінематична точність, порівняно невисока вага та габаритні розміри.

Дослідження, виконанні Кривенко І.С., Німаном Г, Литвином Ф.Л., Бернацьким І.П., Ворончихіним М.А. та іншими науковцями, показали, що навантажувальна здатність черв'ячних передач з угнутим профілем витків черв'яка вища, ніж у черв'ячних передач інших типів за однакових умов експлуатації. Цей факт підтверджується характеристиками черв'ячних передач типу ZT за ГОСТ 18498-89. Проте розповсюдження в промисловості черв'ячні передачі типу ZT з угнутим профілем витка черв'яка не отримали внаслідок ряду технологічних складностей виготовлення. Основним негативним чинником обмеженого застосування черв'ячних передач типу ZT є використання для формоутворення спряжених поверхонь другого способу Олів'є-Гохмана, відповідно до якого черв'ячна фреза для обробки зуб'їв черв'ячного колеса є точною копією черв'яка даної передачі. Виготовлення таких черв'ячних фрез, особливо багатовиткових, а також відповідних дискових інструментів для обробки спряжених поверхонь є дуже складною технічною задачею. Крім того, похибки інструмента, похибки виготовлення ланок передачі і складання редуктора, а також деформації під навантаженням значно зменшують розрахункову навантажувальну здатність зачеплення.

Черв'ячні передачі з угнутим профілем витка типу ZT за ГОСТ 18498-89 не виготовляються серійно, внаслідок високої вартості інструмента для їх виготовлення. Спрощення верстатно-інструментального забезпечення шляхом удосконалення схем формоутворення активних поверхонь ланок черв'ячної передачі, черв`як якої має угнутий профіль витків, є актуальною науково-технічною задачею. Успішне розв'язання поставленої задачі буде сприяти розповсюдженню в промисловості передач з угнутим профілем витка черв'яка збільшеної навантажувальної здатності і вирішить науково-технічну проблему здешевлення їх виробництва.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами. Робота виконана в Кіровоградському національному технічному університеті в період з 2004 по 2009 рік у відповідності до тематики науково-дослідних робіт кафедри металорізальних верстатів та систем, державної цільової програми №62 "Програма виробництва технологічних комплексів машин і устаткування для агропромислового комплексу" на 1998-2005роки (постанова кабінету міністрів України від 30 березня 1998року №403, від 11 квітня 2001 року №350), програмою "Підвищення надійності і довговічності машин і конструкцій", Програмою КМ України "Україна - 2010" (проект 4 - "Технологічне і технічне оновлення виробництва"), координаційного плану Комітету з питань науки і техніки України, розділу "Машинобудування" (позиція 43) "Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні" на 2004-2008 роки, а також за планом наукових робіт філії кафедри на впроваджувальній фірмі "АСТРА".

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає в спрощенні верстатно-інструментального забезпечення при виготовлені черв'яків з угнутим профілем витка за рахунок удосконалення кінематичної схеми формоутворення для забезпечення високої навантажувальної здатності черв'ячного зачеплення.

Поставлена мета роботи реалізується шляхом вирішення таких задач:

– розробка жорсткої неконгруентної виробної пари (ЖНВП) для удосконалення схеми формоутворення поверхонь витків черв'яка з угнутим профілем і нарізання зуб'їв черв'ячного колеса;

– розробка математичної моделі верстатного зачеплення для формоутворення поверхні витків черв'яка з угнутим профілем і її аналіз;

– розробка інструментального забезпечення для формоутворення черв'яків з угнутим профілем і визначення умов існування виробної поверхні інструмента;

– визначення геометрії різальної частини лезового інструмента, параметрів зрізаємого шару, якості поверхні витка;

– розробка верстатного зачеплення для реалізації запропонованої кінематичної схеми формоутворення поверхні витків черв'яка з угнутим профілем;

– експериментальна перевірка результатів теоретичних досліджень та виробниче впровадження розробленої кінематичної схеми формоутворення і черв'ячної передачі.

Об'єкт досліджень - процес створення спряжених активних поверхонь черв'ячної передачі з угнутим профілем витка.

Предмет досліджень - кінематична схема формоутворення витків черв'яка з угнутим профілем витка та взаємозв'язок параметрів виробної і оброблювальної поверхонь та верстатного зачеплення.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводились на базі теорії формоутворення поверхонь на металорізальних верстатах, теорії зубчастих зачеплень, положень теорії обвідних поверхонь, теорії різання і теорії проектування різального інструмента.

Експериментальні дослідження проводились з використанням спеціально розробленого і виготовленого оснащення шляхом виготовлення черв'яків з угнутим профілем витка на модернізованому вертикально-фрезерному верстаті 6Р10 з використанням результатів теоретичного дослідження. В лабораторних умовах проводилась перевірка отриманого профілю за допомогою стандартної вимірювальної апаратури та обладнання. В виробничих умовах проводились випробування черв'ячних пар у приводах верстатів.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше теоретично доведено та експериментально підтверджено можливість і доцільність формоутворення черв'яка з угнутим профілем витка дисковим інструментом з внутрішньою конічною виробною поверхнею, яка охоплює черв'як, та розроблено нові:

- жорстка неконгруентна виробна пара для формоутворення поверхонь зуб'ів черв'ячного колеса і витків черв'яка, яка складається з черв'ячної евольвентної фрези ГОСТ 9324-80Е і дискового інструмента (лезового або абразивного) з конічною виробною поверхнею, що охоплює виробну поверхню черв'ячної фрези;

- кінематична схема формоутворення поверхні витків черв'яка з угнутим профілем шляхом зміни напрямку руху виробної поверхні відносно оброблювальної;

- просторові математичні моделі процесу формоутворення, поверхні витків черв'яків з угнутим профілем, взаємозв'язку параметрів ланок верстатного зачеплення і встановлено кількісне співвідношення цих параметрів;

Практичне значення одержаних результатів. На основі отриманих математичних моделей розроблено інженерну методику розрахунку для визначення розмірів черв'яка і геометричних характеристик поверхні його витків, параметрів конічної виробної поверхні дискового інструмента за умовами існування поверхні витків черв'яка.

Експериментальне нарізування черв'яків у верстатному зачепленні для реалізації процесу формоутворення черв'яків з угнутим профілем витка конічною виробною поверхнею, яка охоплює черв'як на модернізованому універсальному обладнанні підтвердило можливість виробничого використання результатів теоретичних досліджень як в умовах серійного виробництва, так і в умовах ремонтних майстерень.

Виробничі випробування нових черв'ячних мотор-редукторів показали, що за навантажувальною здатністю такі передачі практично в 2 рази перевищують черв'ячні передачі з прямолінійним та опуклим профілем черв'яка, і не поступаються редукторам з передачею типу ZT за ГОСТ 18498-89.

Отримані наукові і практичні результати апробовані на підприємстві ВФ "АСТРА" (м. Кіровоград) та впровадженні у виробництво для деревообробляючих верстатів, на ВАТ "Гідросила" (м. Кіровоград) при ремонті верстатного обладнання.

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, наведенні в дисертації, одержано автором самостійно. У публікаціях, виконаних у співавторстві, здобувачем особисто: [1, 2, 3] - розроблено жорстку неконгруентну виробну пару для формоутворення активних поверхонь ланок черв'ячних передач з угнутим профілем витка черв'яка у внутрішньому верстатному зачепленні; [1] - аналітично отримано рівняння виробної поверхні інструмента з конічною виробною поверхнею та угнутої поверхні витка черв'яка, а також визначено умови їх існування; [2] - аналітично визначено характеристики поверхні витка черв'яка та вплив на них параметрів верстатного зачеплення; розроблено інженерну методику проектування ЖНВП для отримання черв'яків з угнутим профілем витків у внутрішньому верстатному зачепленні.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дослідження доповідались і були обговоренні на: Міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні тенденції розвитку машинобудування та транспорту", (м. Кременчук, 2004 р.); XІV міжнародному науково-технічному семінарі "Высокие технологии в машиностроении" INTERPARTNER-2005, (м. Алушта, 2005 р.); XVI міжнародному науково-технічному семінарі "Высокие технологии в машиностроении" INTERPARTNER-2007, (м. Алушта, 2007 р.); "Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї - наука - виробництво", (м. Одеса, 2007 р.); VIII Всеукраїнській молодіжній науково-технічній конференції "Машинобудування очима молодих", (м. Луцьк 2008 р.); Міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні тенденції розвитку машинобудування та транспорту", (м. Кременчук 2008 р.); науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів та співробітників Кіровоградського національного технічного університету (м. Кіровоград, 2003-2009 р.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 5 статей у фахових виданнях, з яких 2 одноосібно, і 2 тези доповідей на міжнародних науково-технічних конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 144 найменувань на 16 стор., 9 додатків на 40 стор. Основний текст дисертації викладено на 166 стор., включаючи 66 рисунків та 4 таблиці. Повний обсяг дисертації становить 222 стор.

2. Основний зміст роботи

У вступі викладено обґрунтування актуальності роботи, визначенні мета і задачі дослідження, наукова новизна і практична значимість результатів дослідження.

У першому розділі на основі проведеного огляду та аналізу джерел наукової літератури, серед яких роботи Кривенко І.С., Литвина Ф.Л., Бернацького І.П., Комкова І.К., Коришева В.М., Георгієва А.К., Гольдфарба В.І., Ворончихіна М.А., Крапівіної Г.І., Німана Г., Іллеша Дудаша, Надєїна В.С., Ковришкіна М.О. виявлено, що серед факторів, які впливають на навантажувальну здатність черв'ячних передач, великий вплив має технологічність виготовлення спряжених поверхонь витків черв'яка та зуб'їв черв'ячного колеса. Цей вплив пов'язаний з використанням формоутворення активних поверхонь ланок передачі за другим способом Олів'є-Гохмана

Зроблено висновок про необхідність використати спосіб жорсткої неконгруентної виробної пари замість другого способу Олів'є-Гохмана для формоутворення спряжених поверхонь черв'ячної передачі.

Дослідження М.Л. Новікова, Я.С. Давидова, Ф.Л. Литвіна, Н.Н. Крилова, В.І. Безрукова, В.С. Надєїна та інших показали наукову доцільність формоутворення спряжених поверхонь неконгруентною виробною парою.

Розглянуті наукові передумови побудови кінематичної схеми формоутворення дисковим конічним інструментом витка черв'яка з угнутим профілем. Формоутворення черв'ячної передачі з угнутим профілем запропоновано отримувати способом ЖНВП у внутрішньому верстатному зачепленні. За аналог взято формоутворення ЖНВП черв'ячних передач у зовнішньому верстатному зачепленні, детально розглянуте в роботах Безрукова В.І. та Надєїна В.С. Розглянуті в цих роботах черв'ячні передачі мають вищу навантажувальну здатність, ніж передачі з лінійчатим і нелінійчатими черв'яками, меншу трудомісткість і собівартість виготовлення.

За основу при удосконаленні прийнято кінематичну схему формоутворення гвинтових поверхонь вихровим методом, розглянутого М.І. Хмелиним, Е.С. Виксманом, І.Т. Слісаренко. Формоутворюючим елементом ЖНВП є інструмент, виробна конічна поверхня якого охоплює виток черв'яка, який рухається перпендикулярно витку черв'яка, що дозволяє отримати угнутий профіль черв'яка.

Визначено мету і завдання дослідження.

У другому розділі висвітлено методику теоретичних та експериментальних досліджень. Методика теоретичних досліджень заснована на використанні теорій утворення поверхонь на металорізальних верстатах, спряжених поверхонь, проектування різального інструмента. Експериментальні дослідження основані на принципах практичного формоутворення і виконанні для перевірки результатів теоретичного дослідження і розробці рекомендацій щодо практичної реалізації результатів дослідження. неконгруентний черв'ячний колесо верстатний

У третьому розділі розглянуто створення неконгруентної виробної пари, розроблено нову математичну модель кінематичної схеми формоутворення поверхні витка черв'яка, верстатне зачеплення для її реалізації, визначено рівняння поверхні витка черв'яка та проведено її аналіз.

Виробна пара складається з дискового інструмента з конічною виробною поверхнею і черв'ячної фрези для обробки евольвентних зубчастих коліс ГОСТ 9324-80Е, особливістю цієї виробної пари є те, що виробна поверхня дискового конічного інструмента (ДКІ) охоплює виробну поверхню черв'ячної фрези. Такі інструменти широко застосовуються у зубообробці. Схема утворення виробної неконгруентної пари і спряженої черв'ячної передачі наведенні на рис.1.

Обидва інструменти ЖНВП для формоутворення активних ланок передачі мають спільні з рейкою лінії контакту - для ДКІ ця лінія 1 лежить на боковій поверхні в осьовому перерізі. Для черв'ячної фрези лінія 2 лежить від початкового радіусу rb до вершини витка фрези. Обидва інструменти спрягаються з рейкою по лініях 1 і 2, але між собою вони торкаються в точках К1, К2. Ці інструменти мають виробні поверхні F1 i F2. Виробна поверхня F1 формоутворює активну поверхню 1 черв'яка, на якій знаходиться активна лінія D1, яка лежить на гвинтовій поверхні черв'яка. Виробна поверхня F2 формоутворює активну поверхню 2 черв'ячного колеса, на якій знаходиться активна лінія D2, що лежить на поверхні зуба черв'ячного колеса.

При суміщенні ланок передачі на перетині ліній D1 і D2 при відповідному русі знаходиться точка миттєвого контакту K зачеплення цих елементів.

При цьому можна стверджувати, що ланки передачі - черв'як і черв'ячне колесо, - утворенні даними інструментами, будуть спряженні.

Для того, щоб поверхні витків черв'яка і зуб'їв черв'ячного колеса були спряженні з локалізованим контактом необхідно, щоб дисковий конічний інструмент при нарізанні черв'яка рухався перпендикулярно до лінії витка, тобто вздовж своєї осі.

Нерухома система координат S(x,y,z) зв'язана з початковою площинною H. Початок координат знаходиться в точці Р. Вісь x перпендикулярна площині Н. Вісі y і z лежать в площині Н. Вісь у направлена по дотичній до лінії витка черв'яка, а вісь z складає кут з твірною початкового циліндра черв'яка, яка знаходиться в площині Н, і паралельна вектору швидкості інструмента.

Рухома система жорстко зв'язана з інструментом. Вісі системи паралельні осям системи S, а початок координат зміщено вздовж вісі х на величенну , а вздовж вісі z - на , де p - параметр гвинтової поверхні черв'яка а - кут повороту черв'яка.

Рухома система S1(x1,y1,z1) пов'язана з черв'яком. Початок координат розташовано в центрі розрахункового перерізу черв'яка, вісі і лежать в площині розрахункового перерізу, вісь їм перпендикулярна. Положення системи відносно системи визначається параметрами , та , де - радіус розрахункового перерізу черв'яка. Величина розраховується так:

, (1)

де - модуль нормальний; - кут підйому витків; 1 - кількість витків черв'яка.

Швидкість поступального руху інструмента пов'язана з кутовою швидкістю обертання черв'яка таким чином, що за час оберту черв'як на кут інструмент переміститься вздовж своєї осі на нормальний хід поверхні витків черв'яка Pz =, де, - число витків черв'яка. Враховуючи це, отримаємо:

, (2)

де .

Рівняння профілювання має вигляд:



. (3)

Бокова поверхня витків черв'яка являю собою обвідну виробної поверхні.

ДКІ являє собою з'єднані підставами два зрізанні конуси, бічні поверхні яких є виробними (рис.3). Для інструмента вважаємо відомими: ru - радіус розрахункового перерізу; - кут профілю; - відстань від вершини конуса до площини розрахункового перерізу.

Сторону інструмента, яка спрямована у додатньому напрямку осі Zu, назвемо правою, а протилежну їй - лівою. Сторони витка черв'яка, оброблені відповідними сторонами інструмента, будуть мати такі ж найменування. Сторона витка черв'яка, обернута в додатковому напрямку вісі Z буде лівою, а зворотна їй - правою незалежно від напрямку лінії витка.

Рівняння виробної поверхні ДКІ і орта нормалі до неї представлено в параметричній формі, де за параметри прийнято криволінійні координати u и , у вигляді стовбцевих матриць:

, (4)

де - відстань від вершини конуса вздовж твірної до точки поверхні; - кутовий параметр.

Верхні знаки відносяться до лівої, а нижні - до правої сторони інструмента або черв'яка. Разом з рівнянням (1) поверхня витків черв'яка, обробленого ДКІ за удосконаленою схемою внутрішнього верстатного зачеплення, визначається рівняннями:

 .(5)

На основі рівнянь (5) побудовано теоретичний осьовий профіль витка черв'яка, за умови . Наведені на рис.4 профілі за формою є угнутими, що підтверджує наукову передумову дослідження. Визначено головні нормальні кривини поверхні:

(6)

Значення похідної визначають рівняння:

,

де

.

Доказом угнутості поверхні черв'яка є наявність від'ємних значень обох нормальних кривини черв'яка, що визначається за формулами (6).

На рис.5 наведенні графіки впливу основних параметрами зачеплення, кута підйому витків і співвідношення діаметрів інструмента і черв'яка Q, на головні нормальні кривини в точці Р поверхні витка на ділильному циліндрі. При аналізі графіків можна зробити висновок: так як обидві головні кривини від'ємні, то поверхня черв'яка є угнутою. Величина угнутості в значній мірі залежать від параметрів виробної поверхні і черв'яка. Крім того, можна стверджувати, що при постійній величині кута підйому витків , величина співвідношення діаметрів інструмента і черв'яка має значний вплив на величину кривин. Згідно цього параметр можна використовувати як управляючий параметр зачеплення для управління величиною угнутості профілю витка черв'яка. Характер впливу основних параметрів зачеплення , на головні нормальні кривини свідчить про можливість управління геометрією поверхні витка черв'яка в досить широких межах.

В четвертому розділі розглянуто взаємозв'язок параметрів інструмента і поверхні черв'яка, визначено вплив особливості схеми формоутворення на параметри зрізаємого шару і огранку поверхні витка черв'яка.

Умовою існування поверхні витка черв'яка є відсутність підрізу. В залежності від двох основних параметрів і отримано рівняння граничної лінії інструмента. З урахуванням цього для вибору параметрів та побудовано теоретичний блокуючий контур. Межами використання параметрів передачі є зона обмежена лініями АВ, ВС, АС.

Діаметр інструмента є важливим параметром процесу різання, оскільки розглянута схема процесу формоутворення суттєво відрізняється від класичної схеми вихрового нарізання тим, що черв'як потрібно рухати перпендикулярно до лінії витка.

Необхідно забезпечити розміщення черв'яка в середині шпиндельного пристрою для різцевої головки під кутом , причому діаметр інструмента потрібно розрахувати до побудови устаткування з урахуванням максимального діаметра та потрібного кута підйому витків черв'яка.

При проектуванні верстата вхідними даними є потрібний діапазон параметрів черв'яків.

Знаючи радіус черв'яка rf, та умови існування поверхні витка черв'яка, потрібний внутрішній діаметр шпиндельного вузла dшп потрібно обирати такий, який буде відповідати технологічним умовам:

. (7)

На підставі залежності (7) можна обирати діаметр різцевої головки в залежності від співвідношення діаметрів Q і радіусу черв'яка rf для закріплення заготовки черв'яка.

За допомогою уточненої схеми руху інструментів вирішено задачу по знаходженню шляху різання. Шлях різання є частиною дуги еліпса, який описує вершинна різальна кромка в системі координат, пов'язаної з черв'яком:

, (8)

де а - велика напіввісь еліпса; - еліптичний інтеграл, другого роду; М, D - амплітуда еліптичного інтеграла в точках входу та виходу інструмента з зони різання; - ексцентриситет еліпса.

Лезова обробка черв'яка свідчить про знімання великого шару металу, то досить актуальним питанням є явище огранки поверхні витка черв'яка. Враховуючи кількість різців, що профілюють одну із сторін витка черв'яка можна визначити розмір огранки. По западині витка черв'яка розмір огранки буде мати вигляд:

. (9)

Так як поверхня западин черв'яка є подібною до дуги гіперболи, то розмір огранки на торцевих перерізах збільшується, а в середині витка зменшується. Можна знайти розмір огранки по бокових сторонах витка, використовуючи рівняння:

, (10)

де , .

Показано вплив кількості різців та кута підйому витків на величину розрахункової огранки, яка має місце на поверхні витка черв'яка. Величина огранки змінна. Обумовлено це тим, що положення кута профілювання відносно вертикальної вісі черв'яка змінюється. В середині довжини витків черв'яка огранка має параметри кута /3, а на торцевих частинах параметри кута /2, де - кут між радіусами положення точки початку різання. Робочою частиною черв'яка є його середня частина. З графіків рис.8 слідує, що розрахункова величина огранки є досить малою і її величина більша на торцевих частинах витка черв'яка і менша в середині довжини витка черв'яка, тобто в робочій частині черв'яка.

Досліджено параметри різальної частини ДКІ, його геометрія, встановлено розмір статичних передніх і задніх нормальних кутів лезового інструмента, для різців повного профілю.

В п'ятому розділі для експериментальної перевірки теоретичних досліджень в лабораторних умовах на основі структурної схеми рухів верстата було модернізовано вертикально-фрезерний верстат 6Р10.

При проведенні експериментальних досліджень об'єктом були зразки черв'ячних передач, які використовується в продукції ВФ "АСТРА" м. Кіровоград.

Експериментально досліджено зріз за зоною профілювання та побудовано практичний блокуючий контур.

Вимірювання профілю витка отриманих черв'яків в осьовому перерізі проведено на профілометрі CONTRACER CR-102. Порівняння отриманого осьового перерізу з теоретичним дає змогу стверджувати, що радіус угнутості складає 280 мм (m = 2 мм), при цьому відхилення від теоретичного профілю не перевищує 0,02-0,03 мм.

Результати впровадження. Зразки отриманих черв'ячних пар були використанні в редукторах 2Ч63 для приводів верстатів ВФ "АСТРА". Привід головного руху стрічково-пильних верстатів ВФ "АСТРА" мод. ЛПСМ-АСТРА для різки сортового металу діаметром до 300мм. Параметри експериментальної передачі такі міжосьова відстань а = 63 мм, модуль mn = 2,5 мм, передатне відношення і = 39, кількість заходів черв'яка z1 = 1, кількість зубів колеса z2 = 39, кут підйому витків черв'яка , розрахункове навантаження на вихідному валу редуктора - 250 до 300 Нм, потужність привідного двигуна - N = 1,5 / 2,2 кВт, частота обертів двигуна (черв'яка) - n = 1420 / 2840 хв-1., матеріал черв'яка сталь 40Х, HRC 28..32, матеріал колеса бронза БрА9Ж4 з НВ140. Привід подачі продольно-фрезерних верстатів ВФ "АСТРА" СП-АСТРА - П6,2 для обробки профільованого бруса габаритами до 300х300 мм, довжиною 6,2 м, вагою до 400 кг. Параметри експериментальної передачі а = 63 мм, модуль mn = 2 мм, передаточне відношення і = 53, кількість заходів черв'яка z1 = 1, кількість зубів колеса z2 = 53, кут підйому витків черв'яка , розрахункове навантаження на вихідному валу редуктора - 170 до 250 Нм, потужність привідного двигуна - N = 1,5 / 2,2 кВт, частота обертів двигуна (черв'яка) - n = 1420 / 2840 хв-1., матеріал черв'яка сталь 40Х, HRC 32..34, матеріал колеса бронза БрА9Ж4 з НВ140.

Виробничі випробування показали, що при навантаженні від 250 до 300 Нм на вихідному валу температура масляної ванни становить 78-82^оС, (вимірювалось інтегральним температурним датчиком DS18B20 з ціною познаки 0,1^оС), що підтверджується актом випробування. Навантажувальна здатність експериментальних редукторів перевищує навантажувальну здатність стандартних редукторів 2Ч63 в 2 рази.

Точність оброблення передач вимірювалась через радіальне биття відповідає 8-ій ступені точності відповідно до ГОСТ 3675-81.

Виготовленні і впровадженні редуктори підтвердили теоретичні дослідження щодо угнутості профілю витків черв'яка, і збільшення їх навантажувальної здатності. Отриманий мотор-редуктор 2Ч63 має такі параметри Р1 = 1,5…2,2 кВт, Т2 = 250…300 Нм, наближений по навантажувальній здатності до стандартного мотор-редуктор 2Ч80 якій має такі параметри Р1 = 0,5…0,8 кВт, Т2 = 190…224 Нм, при цьому отриманий мотор-редуктор при менших розмірах має більшу передаваєму потужність і збільшену швидкість обертання черв'яка 2840 хв-1 проти 750-1500 хв-1 ніж у будь якому стандартному мотор-редукторі з евольвентним зачепленням. Навантажувальна здатність експериментальних редукторів дозволяє використовувати їх замість стандартних редукторів, більшого типорозміру, зменшити металоємність конструкції і витрати у виробника.

Розрахунок економічної ефективності показав, що від впровадження у виробника таких редукторів в своїй продукції економічний ефект становитиме 298,28 грн. від одного редуктора. Ціна проектного редуктора з покупними запчастинами при виготовленні лише черв'яка і зубчастого колеса буде складати 649,98 грн., при цьому ринкова вартість редуктора 2Ч63 складає 800 грн., а редуктора 2Ч80 1200 грн.

Висновки

У дисертації наведено теоретичне дослідження і нове розв'язання наукового завдання, яке полягає в удосконаленої кінематичної схеми формоутворення, що дає змогу спростити верстатно-інструментальне забезпечення для виготовлення черв'яків з угнутим профілем витка для черв'ячного зачеплення високої навантажувальної здатності.

Головні результати роботи.

1. Жорстка неконгруентна виробна пара, яка складається з черв'ячної фрези згідно з ГОСТ 9324-80Е та дискового конічного інструмента, виробна поверхня якого охоплює виробну поверхню черв'ячної фрези, дозволяє створити спряжену черв'ячну передачу з угнутим профілем витка черв'яка і локалізованим контактом.

2. Для забезпечення спряженості активних поверхонь ланок черв'ячної передачі виробна поверхня дискового конічного інструмента охоплює черв'як, а у верстатному зачепленні інструмент повинен рухатись перпендикулярно до лінії витка.

3. Розроблена удосконалена схема формоутворення черв'яків з угнутим профілем витка, в якій зміна параметрів верстатного зачеплення, а саме кута підйому витка черв'яка та співвідношенням діаметрів початкових перерізів черв'яка і різцевої головки впливає на форму витка черв'яка, що дозволяє керувати розмірами зони контакту в передачі, і, як наслідок, геометро-кінематичними показниками навантажувальної здатності черв'ячного зачеплення.

4. Установлено умови відсутності підрізу витка черв'яка. Побудований блокуючий контур існування поверхні витка черв'яка, що знаходиться в межах кута підйому витків і співвідношенні діаметрів інструмента і черв'яка .

5. Задній кут інструмента при обробці змінюється по довжині черв'яка, у центрі він більше, а по краях менше. Для забезпечення нормальних умов різання величина заднього кута повинна складати 8-120, для різців повного профілю.

6. При круговій подачі в межах (0,3-0,5) мм/зуб розрахункова огранка на поверхні витка черв'яка складає 0,00001-0,00035 мм залежно від кількості різців, що вкладається в поле допуску на відхилення профілю за нормами точності 5 ступеня для черв'яків.

7. Верстатне зачеплення, необхідне для нарізання черв'яка, реалізується на стандартних верстатах, а саме на верстатах вертикально-фрезерної групи після модернізації, що дозволяє використовувати метод в умовах сучасного виробництва і ремонтних майстерень.

8. Виробничі випробування показали, що експериментальний редуктор 2Ч63 з параметрами Р1 = 1,5…2,2 кВт, Т2 = 250…300 Нм має температуру масляної ванни 78...82°С, його навантаження у 2 рази більше, ніж редуктора з евольвентним зачепленням, це дозволяє використовувати його замість редукторів 2Ч80. Черв'ячні пари використано у верстатах ВФ "АСТРА" (м. Кіровоград). Зазначений спосіб обробки прийнятий до впровадження у виробництво. Передбачуваний економічний ефект від впровадження у виробника становить 298,28 грн. від одного редуктора.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

1. Надєїн В.С. Формоутворення черв'яків з угнутою поверхнею витка дисковим конічним інструментом / В.С. Надєїн, Д.В. Гринь // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. - Кременчук КДПУ, 2004. - №4. - C. 103-107.

2. Надєїн В.С. Умови існування конічної виробної поверхні інструмента, охоплюючої черв'як з угнутим профілем витків, Д.В. Гринь // Міжнародний науково-технічний збірник. - Харків ХПИ, 2005. - №69. - C. 197-200.

3. Надєїн В.С. Напрямок вдосконалення черв'ячних передач з угнутим профілем витка черв'яка / В.С. Надєїн, Д.В. Гринь // Міжнародний науково-технічний збірник. - Харків ХПИ, 2007. - №73. - с. 200-209

4. Гринь Д.В. Вибір параметрів виробної пари поверхні для формоутворення черв'яків з угнутим профілем витка // Збір. праць КНТУ: Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. - Кіровоград КНТУ, 2007. - №19. - С. 36-40.

5. Гринь Д.В. Верстатно-інструментальне забезпечення формоутворення черв'яків з угнутим профілем витка конічною виробною поверхнею / Д.В. Гринь // Збірник наук. праць КНТУ: техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. - Кіровоград КНТУ, 2008. - №21. - С. 238-243.

6. Гринь Д.В. Технологія нарізання черв'яка з угнутим профілем витків у внутрішньому верстатному зачепленні / Д.В. Гринь // Мат. сьомої Всеукр. молод. наук.-техн. конференції "Україна очима молодих". - Одеса ОНПУ, 2007. - С. 28-29.

7. Гринь Д.В. Вдосконалення процесу формоутворення черв'яків з угнутим профілем / Д.В. Гринь // Мат. восьмої Всеукр. молод. наук.-техн. конференції "Машинобудування очима молодих". - Луцьк ЛНТУ, 2008. - С. 106-107.

Размещено на Allbest.ru

...