Геометрична модель формоутворення зубців і управління кінематичними показниками циліндричних передач

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний вищий навчальний заклад

Донецький національний технічний університет

УДК 515.2

Автореферат

дисертацi на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.01.01 - Прикладна геометрія, інженерна графіка

Геометрична модель формоутворення зубців і управління кінематичними показниками циліндричних передач

Бочарова Iрина Анатоліївна

Донецьк - 2008

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля МОН України (м.Луганськ) та ДВНЗ “Донецький національний технічний університет” МОН України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Скідан Іван Андрійович, завідувач кафедри нарисної геометрії та інженерної графіки, ДВНЗ “Донецький національний технічний університет”.

Офіційні опоненти: - доктор технік наук, професор Оніщенко Валентин Петрович, професор кафедри основ проектування машин, ДВНЗ „Донецький національний технічний університет”; кандидат технічних наук, доцент Тігарєв Володимир Михайлович, доцент кафедри технології комп'ютерного проектування, Одеський державний політехнічний університет.

Захист відбудеться “13“ листопада 2008 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д11.052.04 Донецького національного технічного університету за адресою: 83001, м. Донецьк, вул. Артема 58, корпус 6, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Донецького національного технічного університету за адресою: 83001, м. Донецьк, вул. Артема 58, корпус 2.

Автореферат розісланий “7“ жовтня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 11.052.04, к.т.н., доцент Т.Г. Івченко.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сучасний стан проектування і виготовлення виробів машинобудівництва орієнтований на застосування інтегрованих систем автоматизованого проектування (САПР) і автоматизованого вироблення (АС ТПВ). Така орієнтація спонукає на узагальнення математичного представлення та вирішення складових задач проектування, до яких слід віднести розрахунки та складання проектної графічної документації, а також вироблення (технологічна підготовка виробництва) із застосуванням комп'ютерних технологій. Математичне узагальнення забезпечує суттєвий ефект щодо підвищення якості та скорочення трудовитрат і терміну проектування, зниження коштовних витрат та врахування передового досвіду у проектуванні та виробництві.

Зубчасті передачі використовуються у приводах більшості сучасних машин. Головне, чим відрізняються передачі одна від іншої, це профіль зубця нарізного інструменту і породжувані ним профілі зубців колісної пари. Різноманітність профілів, в тому числі і стандартизованих, приводить до численності математичних моделей, що лежать в основі автоматизованого проектування і автоматизованого виготовлення зубчастих передач та нарізного інструменту, що в значній мірі знижує ефект від застосування комп'ютерних технологій.

Усунення різноманітностей математичних моделей шляхом їх зведення до узагальненого представлення - актуальна задача прикладної геометрії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана за програмами науково-технічного співробітництва СНУ ім.В.Даля з ВО «Луганський верстатобудівний завод» (договір НТС №6-02 «Підвищення технічного рівня передач зачепленням і редукторів на основі їх синтезу за критеріями працездатності») і ХК «Луганськтепловоз» (договір НТС №6-03).

Мета та завдання дослідження. Метою роботи є розробка узагальненої геометричної моделі профілювання зубців нарізного інструменту і аналітичного опису для виготовлення циліндричних зубчастих коліс та інтерактивного комп'ютерного аналізу геометро-кінематичних показників (ГКП) синтезованих передач.

Задачі дослідження: вибір апарата керування кривою, що описує профіль твірної поверхні за допомогою вузлових точок характеристичної ламаної і його аналітичний аналіз; аналіз твірної поверхні рейкового типу з керованим профілем; аналіз верстатного зачеплення твірної поверхні й зубчастих коліс; визначення ГКП синтезованих передач, отриманих за узагальненою геометричною моделлю твірної поверхні; розробка комп'ютерних моделей реальних передач із використанням інтерактивного комп'ютерного аналізу ГКП; впровадження наукових результатів.

Об'єкт дослідження - циліндричні зубчасті передачі.

Предмет дослідження - геометрична модель форми зубців і визначення через неї кінематичних показників циліндричних передач.

Методи дослідження: класичні методи математичного аналізу при розв'язанні рівнянь, що моделюють зачеплення; методи диференціальної геометрії та теорії поверхонь при виведенні аналітичних залежностей критеріїв працездатності передач; загальні методи теорії передач зачепленням при моделюванні верстатних і робочих зачеплень; сучасні методи комп'ютерних досліджень при визначенні критеріїв працездатності передач зачепленням.

Наукова новизна одержаних результатів: вперше отримано узагальнену геометричну модель апроксимаційного профілювання зубців нарізного інструменту і коліс як існуючих, так і нових зубчастих передач і на її основі розроблено програмне забезпечення інтерактивного комп'ютерного аналізу геометро-кінематичних показників циліндричних прямозубих передач, що дозволяє здійснювати їх візуальний динамічний синтез.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблений математичний апарат і програмний комплекс комп'ютерного синтезу циліндричних зубчастих передач дозволяє прискорити процес дослідження існуючих та створення нових зубчастих передач із врахуванням їхніх експлуатаційних вимог, проектувати різноманітний зубонарізальний інструмент на основі синтезованої твірної поверхні.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем опубліковано чотири роботи одноосібно у міжвузівських і вузівських збірниках наукових праць рекомендованих ВАК України. Стаття [2] опублікована у співавторстві з науковим керівником, в якій постановка задачі була виконана керівником. Здобувачем програмно реалізовано можливість здійснювати інтерактивний аналіз зведеної кривини контактуючих поверхонь зубців у напрямку, перпендикулярному лінії контакту в процесі зміни форми твірної поверхні рейкового типу за допомогою керуючих елементів. Статті [6,7] опубліковані у співавторстві, внесок співавторів обмежувався постановкою задач та контролем достовірності отриманих результатів. Щодо проведення досліджень, вони в повній мірі здійснювались здобувачем.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися, обговорювалися на: Міжнародних науково-практичних конференціях «Університет і регіон», м. Луганськ. - 2003, 2004, 2005рр.; Міжнародних науково-технічних конференціях «Машинобудування і техносфера XXI століття», м.Донецьк.- 1999, 2004, 2005рр.; Міжнародній україно-російській науково-практичній конференції «Сучасні проблеми геометричного моделювання», м. Харків. - 2005, 2007р.; Х міжнародній науково-практичній конференції «Сучасні проблеми геометричного моделювання» SPGM - 2006, м. Дніпропетровськ. - 2006р.; Міжнародній науково-технічній конференції ЗП - 2006 «Проблеми якості й довговічності зубчастих передач, редукторів, їхніх деталей і вузлів», м. Севастополь. - 2006р.; Дисертація доповідалася на розширеному науково-технічному семінарі кафедри «Нарисна геометрія та інженерна графіка» Донецького національного технічного університету (2008 р.), розширеному науково-технічному семінарі кафедри «Нарисна геометрія та графіка» Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (2008 р.).

Публікації. За результатами наукових досліджень опубліковано 7 робіт у міжвузівських і вузівських збірниках наукових праць рекомендованих ВАК України, з них 3 статті у співавторстві, решта - одноосібно.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг роботи - 173 сторінок, в тому числі рисунків - 53, таблиць - 4, список використаних джерел із 190 найменувань на 19 сторінках, додатків 2 - на 30 сторінках.

Зміст роботи

У першому розділі “Стан питання. Мета і задачі дослідження” наведено аналіз існуючих методів геометричного моделювання спряжених поверхонь. Необхідність зменшення термінів конструювання, підвищення вимог до точності подання геометричних об'єктів, використання ЕОМ, що характеризуються значною швидкістю й точністю обчислень та великими обсягами оперативної й довгострокової пам'яті сприяли появі інтерактивних людино-машинних програмно-технічних комплексів, які відроджують на новій інструментальній основі традиційні графоаналітичні методи нарисної геометрії щодо конструювання різноманітних геометричних об'єктів й сприяють їх подальшому розвиткові й вдосконаленню на сучасному рівні.

Одним із завдань, розв'язуваних у прикладній геометрії, є завдання геометричного моделювання спряжених поверхонь зубців зубчастих передач. Проектуванню поверхонь зубчастих зачеплень присвячені роботи таких вчених як: Т.Оlivier, Х.І. Гохман, Н.І. Колчін, І.А. Фрайфельд, А.Ф. Ніколаев, А.С. Давидов, М.Л. Новіков, С.А. Лагутін, М.Л. Єріхов, В.А. Шишков, Ф.Л. Літвін, А.М. Підкоритов, І.А. Скідан, П.Р.Родін, А.М. Тевлін і багато інших.

Враховуючи те, що робочі ділянки зубців шестерні і колеса є огинаючими до твірної поверхні, було виконано аналіз існуючих вихідних контурів - всі відомі контури твірної поверхні (як стандартизовані, так і не стандартизовані) можна поділити на дві групи до першої віднести такі, у яких робоча (активна) частина обкреслена ділянкою лінії сталої кривини, а до другої - змінної кривини.

Найбільш вивчені зубчасті передачі з евольвентним профілем за довгий період свого розвитку досягли значної досконалості і маючи таки переваги як, простота форми і можливість високої точності виготовлення різального інструменту, можливість зміщення вихідного контуру із використанням стандартного зуборізного інструмента, незначна чутливість до зміни міжцентрової відстані і можливість застосування точних і надійних методів контролю, все ж, таки мають і недоліки. Жорсткий зв'язок між основними параметрами евольвентного зачеплення значно обмежує їх варіювання з метою збільшення контактної і згінної міцності зубців без зміни габаритних розмірів і маси зубчастої передачі.

Тому багато років вчені різних країн працюють над створенням різних видів неевольвентних зачеплень, навантажувальну здатність яких можна істотно підвищити за рахунок зниження, наприклад, зведеної кривини контактування опуклої ділянки зубця шестерні з увігнутою ділянкою зубця колеса.

Роботи в цьому напрямку привели до створення нових видів зачеплення з метою істотного покращення експлуатаційних характеристик і конкурентоспроможності зубчастих передач. Можливість об'єднання класичного (евольвентного) і неевольвентного характеру контакту зубців; використання інших кривих, які можуть бути покладені в основу вихідного контуру твірної поверхні - ставить нові завдання в дослідженнях. Враховуючи наведене, було сформульовано мету дослідження: розробити узагальнену геометричну модель профілювання зубців нарізного інструменту і аналітичного опису для виготовлення циліндричних зубчастих коліс та інтерактивного комп'ютерного аналізу ГКП.

У другому розділі “Твірна поверхня інструмента рейкового типу. Поверхні зубців зубчастих коліс” розглядаються питання пов'язані з твірною поверхнею рейкового типу. Вихідний контур різального інструменту подають різними кривими, наприклад, евольвентою, дугою кола, циклоїдою або опуклою кривою, яка повинна мати першу і другу похідні, кривина уздовж неї повинна змінюватись довільно. Форма зубців по ширині зубчастого вінця залежить від геометрії зубців різального інструменту і від технологічного процесу нарізування зубчастих коліс. Узагальненим вихідним контуром різального інструменту будемо називати вихідний контур, аналітичний вираз профілю якого є загальним для сім'ї, до складу якої входять існуючі профілі. Будемо також вважати, що узагальнений вихідний контур застосовується для профілювання різального інструменту незалежно від його виду. Для керування профілем вихідного контуру в роботі була обрана крива Без'є третього порядку.

Рівняння профілю вихідного контуру у системі координат S_к можна представити у вигляді:

,

,

,(1)

де - координати опорних точок Р₀, Р₃;

- координати керуючих точок Р₁, Р₂, - параметр.

а) стандартний; б) модифікований

Профільний кут інструмента з узагальненим вихідним контуром:

, (2)

де ,

, - похідні функцій і по .

Для дослідження критеріїв працездатності циліндричних передач розглянемо випадок нарізування зубчастих коліс методом обкочування інструментом рейкового типу, що має узагальнену поверхню зубців, розташовану під довільним кутом до початкової площини коліс, що нарізають. У нормальному перетині зубці рейки окреслені узагальненим вихідним контуром, обумовленим рівнянням (1). Таку поверхню зубців рейки будемо називати узагальненою твірною поверхнею.

Для отримання рівняння узагальненої твірної поверхні введемо систему координат S_n. Площина Y_nO_nZ_n збігається з початковою площиною твірної поверхні. Обмежимось поздовжньою формою зубців у вигляді нахиленого циліндра, тобто, подальші дослідження будемо проводити для косозубих чи прямозубих циліндричних передач.

Рівняння осі S_k, що визначає поздовжню форму зубця, в системі X_nO_nY_nZ_n:

, (3)

або в параметричній формі: ; ; ,

де - кут нахилу між осями Z_n та Z_k, - змінна, що дорівнює відстані O_nO_k.

Рівняння узагальненої твірної поверхні в системі координат S_n має вигляд:

;

;

.(4)

При одержимо торцевий переріз твірної поверхні, а при - нормальний переріз.

Для дослідження верстатного зачеплення, тобто зачеплення інструментальної рейки з колесом, що нарізається, уведемо системи координат S₁ - система координат, пов'язана із ведучим зубчастим колесом (шестернею); S₂ - система координат, пов'язана з веденим зубчастим колесом; S - нерухома система координат.

Початковий циліндр заготовки перекочується по початковій площині твірної поверхні. Площина Y_nO_nZ_n є початковою площиною рейки, площина YOZ збігається із площиною Y_nO_nZ_n, при цьому вісь OZ збігається з полюсною прямою. Вісь OY збігається з віссю O_nY_n. Площина YOХ проходить через середній торцевий перетин передачі. Осі O₁Z₁ та O₂Z₂ є осями обертання коліс, що нарізають, і паралельні осі OZ. R₁ та R₂ - радіуси початкових циліндрів, а ₁ й ₂ - кути повороту шестерні й колеса. При повороті заготовки на кут _i твірна поверхня переміститься на величину R_ii.

Використовуючи матриці переходу, від однієї системи координат до іншої, отримаємо в нерухомій системі координат S рівняння твірної поверхні у вигляді:

;

;

. (5)

Рівняння верстатного зачеплення твірної поверхні з колесом, що нарізається визначається за формулою:

, (6)

де - одиничний вектор нормалі; - відносна швидкість у верстатному зачепленні твірної поверхні з колесом, що нарізається.

Підставивши необхідні параметри, одержуємо рівняння верстатного зачеплення у вигляді:

, (7)

де ; .

У зв'язку з тим, що , з виразу (7) отримаємо:

(8)

Рівняння (5) разом з (7) визначає поверхню верстатного зачеплення, тобто геометричного місця точок, у яких відбувається контакт твірної поверхні та поверхні, що нарізається.

Виключивши із цих рівнянь один з параметрів, наприклад (8), одержимо рівняння поверхні верстатного зачеплення в параметричному вигляді:

;

;

. (9)

Для визначення рівнянь поверхонь зубців коліс, що нарізають, необхідно представити рівняння поверхні верстатного зачеплення в системах координат S₁ або S₂.

Рівняння поверхонь контактуючих зубців у системі координат S_i мають вигляд:

;

;

. (10)

При рівняння (10) є рівнянням миттєвих ліній контакту коліс у зачепленні. При ці рівняння описують профілі зубців шестерні й колеса в торцевому перерізі, а при - профілі зубців у нормальному перерізі.

При радіуси циліндрів можна визначити за формулою

,

або з урахуванням (10)

(11)

де верхній знак для шестерні, нижній - для колеса.

У третьому розділі “Геометро-кінематичні показники циліндричних зубчастих передач” отримані співвідношення, які визначають критерії працездатності.

Кожен із критеріїв залежить від функції, яка визначає узагальнену твірну поверхню, та від її похідних.

Відносна швидкість ковзання робочих поверхонь зубців:

, (12)

де , - кутові швидкості обертання, відповідно, шестерні й колеса.

Сумарна швидкість переміщення точок контакту в напрямку, перпендикулярному лінії контакту:

, (13)

Тут - передаткове число зубчастої пари

Коефіцієнти питомих ковзань:

. (14)

Кут між відносною швидкістю робочих поверхонь зубців і напрямком лінії контакту:

. (15)

Зведена кривина поверхонь зубців у напрямку, перпендикулярному лінії контакту:

(16)

.

Також, в третьому розділі, виявлені стримуючі умови, яких слід запобігати при проектуванні передач (підрізання та загострення зубців, зменшення мастильного клину, поява особливих точок з несприятливими умовами контакту) і вирази для отримання осьового і торцевого коефіцієнтів перекриття. профілювання зубець колесо кінематичний

У четвертому розділі “Програмний комплекс “СИНТЕЗ” для комп'ютерного моделювання й дослідження циліндричних зубчастих коліс” опираючись на залежності, отриманих у розділах 2 і 3, було розроблено схему алгоритму програмного комплексу, який дозволяє керувати синтезом нових і аналізом існуючих зубчастих передач безпосередньо на моніторі комп'ютера. Даний алгоритм реалізований у вигляді програми (на базі Delphi).

Інтерфейс системи керування синтезом і аналізом зубчастих передач складається з наступних елементів робочого вікна, у якому здійснюється зміна форми кривої за допомогою керуючих точок; інструментальної панелі з діалоговими вікнами, що слугують як для відбиття поточної інформації, так і для керування процесом синтезу; вікон із графіками ГКП, які можна переміщувати по екрану й, при необхідності, вимкнути.

Програмний комплекс «СИНТЕЗ» дозволяє здійснювати керування формою твірної поверхні двома способами. Розглянемо їх докладніше.

Перший спосіб використовується, коли як прообраз обрана довільна крива для даних параметрів зубчастих передач. Для отримання кривої необхідно спочатку внести у відповідні вікна дані стосовно шестерні і колеса: модуль, число зубців, значення координат опорних та керуючих точок та обрати необхідні ГКП, які будуть досліджуватися. Для цього потрібно поставити «галочку» на інструментальній панелі напроти показника. Далі виконують дослідження вихідного контуру, переміщуючи за допомогою курсору керуючі точки та обираючи такі ГКП, які повною мірою відповідають технічним вимогам, пропонованим для даної передачі.

У процесі роботи, при змінюванні керуючих точок, відбувається плавна динамічна зміна профілю вихідного контуру твірної поверхні та всіх графіків ГКП, які на даний момент відображені на екрані. Це дозволяє візуально спостерігати й аналізувати всі зміни, обираючи оптимальні значення для ГКП. При змінюванні положення керуючих точок кривої Без'є х₁=0,4358, у₁=0,0507; х₂=0,7703, у₂=0,2196 на х₁=0,6588, у₁=0,2128; х₂=0,3919, у₂=0,1081 значення відносної зведеної кривини зменшилось в два рази, відносна швидкість ковзання збільшилась в 1,3 раз. Окрім змінювання графіків ГКП, при переміщенні положення керуючих точок, також відбувається автоматичне змінювання вихідного контуру твірної поверхні.

Другий варіант дослідження твірної поверхні використовується коли необхідно проаналізувати показники вже існуючого контуру у порівнянні з новим, та обрати контур з необхідними даними. У цьому випадку як прообраз обирається крива, а апроксимуюча - відомий контур твірної поверхні. Далі, за допомогою керуючих точок, здійснюється порівняльний аналіз ГКП синтезованого і існуючого вихідного контуру.

Для перевірки точності роботи програмного комплексу "СИНТЕЗ" було проведено порівняльний аналіз вихідних контурів твірної поверхні рейкового типу СНУ-1Д, СНУ-3,9Д і СНУ-4,4Д, які були істотно покращені у порівнянні з існуючими евольвентними передачами.

Приклад. Вихідний контур передачі СНУ - 1Д ( = 18 - число зубців шестерні; = 90 - число зубців колеса; u = 5 - передатне число; m = 1 - модуль зачеплення) апроксимували кривою Без'є. Максимальне відхилення апроксимації не перевищує 0,0005 мм. Отримана крива була обрана як прообраз і досліджена. В наслідок цього, при зміні положення точки 1 (х1=0,2219, у1= 0,0740), отримали відносну зведену кривину на вершині зубця колеса менше в 3 рази, у порівнянні з прообразом.

Результати досліджень рекомендовано використовувати у двох напрямках. Перший напрямок використовують, коли необхідно при профілюванні зубців апроксимувати з бажаною точністю стандартний профіль кривими Без'є третього порядку і автоматично з використанням комплексу «СИНТЕЗ» визначити ГКП передачі. У цьому випадку активна частина вихідного контуру (робоча ділянка) це відрізок прямої лінії, апроксимація якої за допомогою кривої Без'є третього порядку розглядалась у другому розділі роботи. Якщо виконувати апроксимацію відрізка прямої лінії, то змінюється тільки форма лінійної параметризації робочої ділянки, рішення виходить точним, а технологія виготовлення залишиться незмінною. Однак, перевагою використання комплексу, є те, що ми маємо можливість отримати значення необхідних ГКП передачі, візуально спостерігати їх і аналізувати.

Другий напрямок використання результатів роботи - коли необхідно покращити значення певного ГКП. У цьому випадку зміною положень керуючих точок у діалоговому режимі досягаємо бажаного значення відповідного показника. Технологія виготовлення при цьому може бути різною, від традиційних до нетрадиційних, заснованих на високих інтегрованих технологіях.

Розроблений програмний комплекс "СИНТЕЗ" підтримує СОМ - орієнтовані технології, які дозволяють передавати отримані результати досліджень безпосередньо в програму КОМПАС 3D V8 для подальшої роботи.

Отримані комп'ютерні моделі можна використати для отримання технічної документації, виготовлення зубчастих коліс і зубонарізного інструмента на сучасному обладнанні з ЧПУ, для технологій прототипування, наприклад лазерної стереолітографії, для порівняльного аналізу точності комп'ютерної моделі і виробу (вимірів геометрії спряжених поверхонь) за допомогою координатно-вимірювальних машин контактної й безконтактної дії.

Методика використання результатів роботи:

1. Апроксимація і аналіз існуючого вихідного контуру, визначення кривої у вигляді прообразу.

2. Зміна за допомогою керуючих елементів прообразу з одночасним візуальним аналізом ГКП. Візуальний порівняльний аналіз ГКП прообразу і образу.

3. Забезпечення необхідних значень показників шляхом зміни положень точок керування формою профіля. Вибір образу кривої, яка має покращені показники максимально відповідні вимогам експлуатації.

4. Передача кривих, які описують робочі ділянки зубців у систему 3-х вимірного моделювання.

5. Створення 3-Д моделі зубчастих коліс, які мають покращені кінематичні показники.

Профіль фрези, тобто крива, яка описує цей профіль, була отримана у програмному комплексі «СИНТЕЗ» і передана в програму КОМПАС для створення профілю. На підставі цих даних була створена комп'ютерна модель черв'ячної фрези, яка дозволить отримувати зубчасті колеса з покращеними показниками та наведене креслення фрези для нарізування синтезованих зубчастих коліс.

Висновки

Дисертація присвячена рішенню актуальної науково-практичної задачі, яка полягає у розробці узагальненої геометричної моделі апроксимаційного профілювання зубців нарізного інструменту і коліс як існуючих, так і нових зубчастих передач. Це дозволяє на першому етапі проектування прискорити процес дослідження існуючих та створення нових зубчастих коліс із врахуванням їхніх експлуатаційних вимог, отримувати комп'ютерні моделі та креслення, проектувати різноманітний зубонарізальний інструмент на основі синтезованої твірної поверхні.

Висновки та результати роботи сформульовані в наступних положеннях:

1. В дисертації вперше отримано загальне аналітичне представлення вихідних контурів і поверхонь зубців коліс, нарізного інструмента, а також похідних від нього виразів ГКП циліндричних зубчастих передач на основі апроксимації стандартних і нових профілів кривими Без'є третього порядку, що становить теоретичну значимість дисертації.

2. На основі отриманих загальних геометричних моделей в дисертації розроблено програмний комплекс «СИНТЕЗ», використання якого у діалоговому режимі автоматизує процеси проектування зубчастих коліс і нарізного інструмента. Програмний комплекс «СИНТЕЗ» визначається мінімальністю стандартизованих вхідних даних про передачу, що проектується, у сукупності з координатами керуючих точок, від яких залежать вирази геометричних моделей і ГКП передачі.

3. Складовою комплексу «СИНТЕЗ» є комп'ютерно-графічні моделі елементів передач і нарізного інструмента, що забезпечує візуалізацію процесу проектування від первинних моделей до випуску проектної графічної документації. Графіки ГКП, що змінюються зі зміною координат керуючих точок, дозволяють надати бажаного значення тому чи іншому ГКП.

4. Розроблений інтерфейс комплексу «СИНТЕЗ» з системами ANSYS, NASTRAN та іншими, дозволяє застосувати новітні комп'ютерні технології при дослідженні, проектуванні і виготовленні зубчастих передач.

5. Програмний комплекс «СИНТЕЗ» рекомендовано використовувати у двох напрямках:

- для існуючих передач зі стандартизованим профілем зубця і зберіганням існуючої технології виготовлення: апроксимується з наперед поданою точністю кривими Без'є третього порядку стандартний профіль і визначаються автоматично ГКП;

- для нових передач із застосуванням нових нетрадиційних методів виготовлення, заснованих на високих інтегрованих технологіях (генеративні технології); досягнення бажаного значення певного ГКП модифікацією профіля в рамках припустимих проектних рішень.

6. Достовірність отриманих в роботі результатів забезпечується порівняльним аналізом з моделями, отриманими відомими способами, наочністю комп'ютерно-графічних зображень, практичним проектуванням в ХК «Луганськтепловоз», ДП ВО «Луганський верстатобудівний завод» для проектування циліндричних зубчастих передач приводів і трансмісій, а також зубонарізного інструменту; на кафедрі «Металорізальні верстати та інструменти» для використання в навчальному процесі.

Публікації за темою дисертації та особливий внесок автора у роботах опублікованих у співавторстві

1. Бочарова И.А. Интерактивное управление геометрией зубьев зубчатых колес / И.А.Бочарова // Системні технології: регіональний міжвузівський збірник наукових праць. - 2006. - випуск 2 (43). - С.41-47.

2. Бочарова І.А. Зведена кривина - важливий показник у керованому синтезі зубчастих зачеплень / І.А.Бочарова, І.А.Скідан // Прикладна геометрія та інженерна графіка: праці / Таврійська державна агротехнічна академія. - 2006. - Вип.4, т.30. - С.65-71.

Здобувачем програмно реалізовано можливість здійснювати інтерактивний аналіз зведеної кривини контактуючих поверхонь зубців у напрямку, перпендикулярному лінії контакту в процесі зміни форми твірної поверхні за допомогою керуючих елементів.

3. Бочарова И.А. Анализ и улучшение геометро-кинематических показателей цилиндрических зубчатых передач / И.А.Бочарова // Вісник Національного Технічного університету «ХПІ»: збірник наукових праць. Тематичний випуск «Проблеми механічного приводу». - 2006. - №22. - С. 60-65.

4. Бочарова И.А. Алгоритм и программа для интерактивного синтеза цилиндрических зубчатых передач / И.А.Бочарова // Геометричне та комп'ютерне моделювання. - 2007. - Вип.16. - С. 133-140.

5. Бочарова И.А. Повышение эффективности процесса синтеза сопряженных поверхностей зубчатых колес / И.А.Бочарова // Геометричне та комп'ютерне моделювання. - 2007. - Вип.17. - С. 182-189.

Допоміжні публікації:

6. Бочарова И.А. Управляемый синтез зубчатых передач со скрещивающимися осями / И.А.Бочарова, В.А.Витренко, Б.С.Воронцов, И.А.Кириченко // Машиностроение и техносфера XXI века // Сборник трудов международной научно-технической конференции в г.Севастополе 13-18 сентября 2004 г. В 4-х томах. - Донецк: ДонНТУ, 2004. - Т.1. - С. 87-90.

Автору належить комп'ютерна побудова синтезованих евольвентних циліндричних зубчастих коліс і інструментів.

7. Бочарова И.А. Компьютерное управление геометрией зубьев зубчатых колес и зуборезных инструментов / И.А.Бочарова, Б.С.Воронцов // Збірник наукових праць Київського національного університету технологій та дизайну (спецвипуск): Міжвідомчий науково-технічний збірник: доповіді другої кримської науково-практичної конференції. - К.: ДОП КНУТД, 2005. - С.184-189.

Здобувачем запропоновано алгоритм та методику інтерактивного аналізу та синтезу зубчастих передач і нарізного інструмента, побудова тривимірних моделей.

Анотацiї

Бочарова І.А. Геометрична модель формоутворення зубців і управління кінематичними показниками циліндричних передач. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.01 - прикладна геометрія, інженерна графіка. ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», м. Донецьк, 2008.

Дисертація присвячена розробленню загальної геометричної моделі профілювання зубців нарізного інструменту і аналітичного опису для виготовлення циліндричних зубчастих коліс та інтерактивного комп'ютерного аналізу геометро-кінематичних показників (ГКП) синтезованих передач. В роботі обґрунтовано та реалізовано новий підхід в рішенні цього питання. Розроблено геометричну модель, яка дозволяє отримувати узагальнене аналітичне представлення вихідних контурів і поверхонь зубців коліс, нарізного інструмента, а також похідних від нього виразів ГКП циліндричних зубчастих передач на основі апроксимації профілів кривими Без'є третього порядку. На основі геометричної моделі розроблено методику та програмний комплекс «СИНТЕЗ» який визначається мінімальністю стандартизованих вхідних даних про передачу, що проектується, у сукупності з координатами керуючих точок, від яких залежать вирази геометричних моделей і ГКП передачі. Запропоновано використовувати комплекс за двома напрямками. Перший - коли досліджується передача зі стандартизованим профілем зубця і зберіганням існуючої технології виготовлення. Другий - для нових синтезованих передач із застосуванням нових нетрадиційних методів виготовлення, заснованих на високих інтегрованих технологіях.

Результати роботи впроваджено в ХК «Луганськтепловоз», ДП ВО «Луганський верстатобудівний завод» для проектування циліндричних зубчастих передач приводів і трансмісій, а також зубонарізного інструменту; на кафедрі «Металорізальні верстати та інструменти» для використання у навчальному процесі.

Ключові слова: твірна поверхня, спряжені поверхні, вихідний контур, передача зубчаста, геометро-кінематичні показники (ГКП), комп'ютерне моделювання, формоутворення, візуалізація.

Бочарова И.А. Геометрическая модель формообразования зубьев и управление кинематическими показателями цилиндрических передач. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.01.01 -прикладная геометрия, инженерная графика. ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, 2008.

Диссертация посвящена разработке обобщенной геометрической модели профилирования зубьев режущего инструмента и аналитического описания для изготовления цилиндрических зубчатых колес и интерактивного компьютерного анализа геометро-кинематических показателей (ГКП) синтезированных передач. В работе обоснован и реализован новый подход в решении этого вопроса. Современное способы проектирования и производства изделий машиностроения ориентируются на использование интегрированных систем автоматизированного проектирования (САПР) и автоматизированного изготовления. Развитие современных компьютерных технологий открывает новые возможности формообразования поверхностей 3D-моделированием с визуализацией процесса зубонарезания и проверки зацеплений. Применение современного программного обеспечения, позволяющего разрабатывать, просчитывать и визуально отображать полученные результаты на экране монитора, существенно сокращает сроки внедрения новой продукции и увеличивает точность результатов.

В работе разработана геометрическая модель формообразования поверхности зубьев, которая позволяет получать обобщенное аналитическое представление исходных контуров производящей поверхности и поверхностей зубьев колес, режущего инструмента, а также производных от него выражений ГКП цилиндрических зубчатых передач на основе аппроксимации профилей кривыми Безье третьего порядка. Применение унифицированной геометрической модели обеспечивает существенный эффект относительно повышения качества и сокращения трудозатрат и сроков на начальном этапе проектирования, снижение ценных затрат и учет передового опыта при проектировании и производстве.

На основе предложенной геометрической модели разработана методика и программный комплекс "СИНТЕЗ" который характеризуется минимальными входными данными о передаче, которая проектируется, в совокупности с координатами управляющих точек кривой Безье, от которых зависят выражения геометрических моделей и ГКП передачи. Результаты работы предложено использовать в практике проектирования прямозубых или косозубых цилиндрических передач в двух направлениях. Первый - когда исследуется передача со стандартным исходным контуром производящей поверхности, при этом сохраняется традиционная технология изготовления. В соответствии с предложенной методикой аппроксимируют с достаточной степенью точности исходный контур производящей поверхности и определяют, пользуясь программным обеспечением, независимым от профиля, значение ГКП. Второй - когда необходимо улучшить значение определенного ГКП. В этом случае изменением положений управляющих точек в диалоговом режиме достигают нужного значения соответствующего показателя. Технология изготовления при этом может быть разной: традиционные методы, изготовление на станках с ЧПУ или применение новых нетрадиционных методов, основанных на высоких интегрированных технологиях.

Разработанная методика принята ХК "Лугансктепловоз" и подтверждается актом внедрения. С помощью рекомендаций диссертационной работы и программного комплекса "СИНТЕЗ" была спроектированная цилиндрическая зубчатая передача повода двухмашинного агрегата тепловоза и зуборезный инструмент для изготовления колес с улучшенными показателями. Результаты использования научно-исследовательской работы также приняты ГП "Луганский станкостроительный завод" для расчета цилиндрических передач трансмиссии бурового станка СКБ-41, введены в учебный процесс Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля и используются в лабораторных и практических роботах.

Ключевые слова: производящая поверхность, сопряженные поверхности, исходный контур, зубчатая передача, геометро-кинематические показатели, компьютерное моделирование, формообразование, визуализация.

Bocharova I. A. Geometrical model of teeth formation and kinematic parameters of cylindrical gears control. Manuscript.

Theses for Candidate of Science Degree (Engineering) in speciality 05.01.01 - Applied Geometry, Engineering Drawing. SHEE “Donetsk National Technical University”, Donetsk, 2008.

The thesis is devoted to development of general geometric model of cutting tools teeth profiling and analytical description for production of cylindrical teeth-wheels and interactive computer analysis of geometric and kinetic indices (GCI) of synthesized gearing. A new approach to solution of the problem has been grounded and realized in the work. A geometric model which allows for obtaining generalized analytic presentation of original contour and surfaces of cutting tools teeth of wheels and derivative equations of teeth gears GCI on the basis of profile approximation of Bezie curves to the third power has been developed. Methodology and program complex “Sintez” which is chracterized by a minimum quantity of standardized data about gearing which is designed together with co-ordinates of manipulated points influencing the equation of geometric models and GCI gearings has been developed on the basis of geometrical model. It is offered to use the complex in two directions. The first direction is when the gear with standard tooth profile and existing production technology is preserved. The second is for new synthesized gears with the use of new nonconventional methods of production based on highly integrated technologies.

The results of the work have been introduced at holding company “Luganskteplovoz”, State Enterprise Production Works “Lugansk Machine-Tool Building Plant” in order to design cylindrical teeth drive gears and transmission as well as for teeth-cutting instruments; at the department of “Metal-Cutting Tools and Instruments” for use in a process of education.

Key words: forming surface, adjoint surfaces, original counter, tooth gear, geometrical and kinematic parameters, computer modelling, formation, visualization.

Размещено на Allbest.ru

...