64349

ПІДВИЩЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ЗУБОНАРІЗАННЯ ЦИЛІНДРИЧНИХ ЗУБЧАСТИХ КОЛІС ГІПЕРБОЛОЇДНИМ ІНСТРУМЕНТОМ ЗА РАХУНОК УДОСКОНАЛЕННЯ ФОРМОУТВОРЕННЯ РІЗАННЯМ

Автореферат

Производство и промышленные технологии

Одним з перспективних шляхів вирішення цієї задачі є створення нових видів ріжучого інструменту для формоутворення циліндричних зубчастих коліс на основі більш досконалих схем формоутворення на існуючому зубооброблюючому обладнанні.

Украинкский

2014-07-05

326.5 KB

0 чел.

PAGE  1

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

 «ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Белозьорова Вікторія Володимирівна

                                                                                  УДК 621.09

ПІДВИЩЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ЗУБОНАРІЗАННЯ ЦИЛІНДРИЧНИХ ЗУБЧАСТИХ КОЛІС

ГІПЕРБОЛОЇДНИМ ІНСТРУМЕНТОМ

ЗА РАХУНОК УДОСКОНАЛЕННЯ ФОРМОУТВОРЕННЯ РІЗАННЯМ

05.03.01процеси механічної обробки, верстати та інструменти

  АВТОРЕФЕРАТ

дисертацiї на здобуття наукового ступеня

кандидата технiчних  наук

Донецьк - 2010

Дисертацією є рукопис.

        Робота виконана на кафедрі «Теоретична та прикладна механіка» в Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки України, м.Луганськ.

Науковий керівник:        доктор  технічних  наук,  професор,

                               Вітренко Володимир Олексійович,

Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки України, м. Луганськ,

завідувач кафедри “Теоретична та прикладна механіка”

 

Офіційні опоненти:         доктор технічних наук, професор

                                         Мироненко Євген Васильович,

Донбаська державна машинобудівна академія Міністерства освіти і науки України, м. Краматорськ,

декан факультету техніки і менеджменту,

професор кафедри „Металорізальні верстати та інструменти”

кандидат технічних наук, старший науковий   співробітник

                                   Кривошея Анатолій Васильович,

Інститут надтвердих матеріалів імені В.М.Бакуля Національної Академії Наук України, м. Київ,

старший науковий   співробітник відділу обробки металів різанням та деформуванням

      Захист відбудеться ___7__червня___2010 р. о ___12_____ годині на засіданні спеціалізованої  вченої  ради    Д 11.052.04  при Державному вищому навчальному закладі „Донецький національний  технічний  університет” за адресою:   83001, м.Донецьк, вул. Артьома,58, VI навчальний корпус, ауд.202.

      З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Державного вищого навчального закладу „Донецький національний  технічний  університет” за адресою:   83001, м.Донецьк, вул. Артьома,58, II навчальний корпус.

Автореферат розісланий ______6 травня____2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д11.052.04

к.т.н., доцент       Т.Г.Івченко


загальна характеристика роботи

Актуальність теми.

Одними з найбільш розповсюджених деталей машин є зубчасті передачі, переваги використання яких залежать від якості їх виготовлення та обробки, що в свою чергу забезпечуються схемою, режимами обробки та геометричними конструктивними параметрами інструменту.

Підвищення конкурентоспроможності  продукції вітчизняного машинобуду-вання вимагає зниження собівартості виготовлення деталей та елементів машин, підвищення якості та надійності складових частин машин. Досягнення цього можливо за умови розробки нових технологічних схем та процесів виготовлення деталей та інструментів, що мають принципово нові характеристики.

Одним з перспективних шляхів вирішення цієї задачі є створення нових видів ріжучого інструменту  для формоутворення циліндричних зубчастих коліс на основі більш досконалих схем формоутворення на існуючому зубооброблюючому обладнанні.  

Нарізання зубців є одним з найбільш трудомістких процесів виготовлення зубчастих коліс. Результати проведених досліджень, що направлені на створення гіперболоїдних коліс та інструментів, свідчать про високі потенційні можливості цих інструментів.

У зв’язку з вищенаведеним, робота, метою якої є зниження собівартості та підвищення продуктивності нарізання зубців за рахунок зміни схеми формоутворення зубчастих коліс та способу формоутворення інструменту, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота є частиною досліджень, які виконуються на кафедрі «Теоретична та прикладна механіка» Східноукраїнського національного університету ім.В.Даля,  у відповідності з держбюджетною темою  ДН-21-05 (№0105У000893) "Створення гіперболоїдних зубчастих передач другого роду з лінійним контактом зубців" (2005  2009 рр.).

Мета та завдання дослідження. 

Метою дослідження є підвищення продуктивності та зниження собівартості нарізання зубців за рахунок зміни схеми формоутворення зубчастих коліс та способу формоутворення інструменту.

Завдання дослідження:

  •  проаналізувати шляхи підвищення продуктивності та зниження затрат на виробництво циліндричних зубчастих коліс за рахунок використання схем формоутворення третього класу;
  •  розробити модель формоутворення циліндричних зубчастих коліс із аналітичним описом теоретичної похідної поверхні інструмента для формоутворення зубців циліндричних зубчастих коліс;
  •  дослідити існування теоретичної похідної поверхні інструмента для формоутворення зубців циліндричних зубчастих коліс;
  •  проаналізувати існуюче та розробити нове верстатне зачеплення для формоутворення різанням зубців циліндричних зубчастих коліс, що дозволяє знизити витрати на виготовлення з одночасним підвищенням експлуатаційних характеристик інструменту, що створюється;
  •   на основі моделі формоутворення циліндричних зубчастих коліс удосконалити теорію формоутворення зубчастих коліс, визначити рівняння контакту при формоутворенні, рівняння профілю зуба інструмента;
  •  аналітично описати геометричні та кінематичні параметри процесу формоутворення циліндричних зубчастих коліс інструментом, що розробляється;
  •  спроектувати гіперболоїдний інструмент для формоутворення циліндричних зубчастих коліс;
  •  експериментально перевірити практичну можливість реалізації запропонованого способу утворення теоретичної похідної поверхні інструмента, дослідити експлуатаційні характеристики інструмента;
  •  розробити рекомендації для практичного використання отриманого інструмента.

Об`єкт дослідження – процеси зубонарізання циліндричних зубчастих коліс будь-якої ширини, що побудовані на схемах формоутворення третього класу.

Предмет дослідження – верстатне зачеплення циліндричного зубчастого колеса з гіперболоїдним зубчастим колесом, профіль зуба гіперболоїдного інструмента.

Методи дослідження: теоретичні з використанням положень теорії огинаючих, теорії зубчастих зачеплень, теорії проектування ріжучого інструменту; експериментальні для перевірки результатів теоретичних досліджень з використанням сучасного обладнання та вимірювальної техніки, зі статистичною обробкою отриманих результатів за допомогою сучасних електронно-обчислювальних засобів.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше розроблена просторова математична модель отримання поверхні циліндричних зубчастих коліс при формоутворенні гіперболоїдним інструментом на основі аналітичного опису гіперболоїдного зачеплення другого роду з урахуванням рівнянь покращеного профілю зуба ріжучого інструменту.

2. Удосконалена технологічна схема зубонарізання гіперболоїдного інструмента циліндричним інструментальним колесом за допомогою аналізу процесу формування профілю зуба, що забезпечує підвищення стійкості інструмента на основі зниження навантаження на його ріжучі кромки та спрощення операції затилування гіперболоїдного інструменту.

3. Вперше на основі просторової математичної моделі створена методика аналізу процесу формоутворення  циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом на основі запропонованої технологічної схеми формування поверхні гіперболоїдного інструмента.

4. Вперше теоретично визначені умови існування похідної поверхні гіперболоїдного інструменту для обробки циліндричних зубчастих коліс та умови існування самої поверхні зубців циліндричного зубчастого колеса в умовах, що прийняті технологічною схемою зубонарізання.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Розроблено методики та технології проектування нового гіперболоїдного інструменту, що дозволяють отримати гіперболоїдні інструменти з покращеними експлуатаційними характеристиками за рахунок раціональної побудови технологічної схеми, яка може бути використана в умовах сучасного виробництва з використанням існуючого верстатного обладнання без його модернізації.

2. На основі отриманих наукових результатів розроблено рекомендації по проектуванню гіперболоїдних багатозахідних фрез з малою собівартістю виготовлення та покращеними експлуатаційними характеристиками.

3. Технічна документація по виробництву гіперболоїдних багатозахідних фрез з малою собівартістю виготовлення та покращеними експлуатаційними характеристиками передана на ХК «Луганськтепловоз» для серійного впровадження у виробництво.

4. Результати роботи використовуються в навчальному процесі на кафедрах «Деталі машин» та «Теоретична і прикладна механика» СНУ ім. В.Даля.

5. Конструкція гіперболоїдної багатозахідної фрези захищена патентом України 71730А, МПК В 23 F 21/00.

Особистий внесок здобувача.

Всі наукові результати отримані здобувачем особисто. Автор виконав наукове обґрунтування розробок у галузі машинобудування, що забезпечує під-вищення продуктивності, зниження собівартості та покращення експлуатаційних характеристик гіперболоїдних багатозахідних фрез, які проектуються. До найбільш важливих наукових результатів, отриманих автором особисто, відносяться:

  •  Запропонована технологічна схема формоутворення поверхні гіперболоїдного інструмента циліндричним інструментальним колесом та теоретично описаний профіль гіперболоїдної фрези, який може бути отриманий на зубофрезерному верстаті за допомогою одночасно встановлених дискового різця та незатилованого циліндричного виробничого колеса.
  •  Запропоновані теоретичні залежності розрахунку геометричних та кінематичних параметрів процесу обробки зубців циліндричних коліс за допомогою гіперболоїдної багатозахідної фрези та визначені межі існування виробничої поверхні гіперболоїдного інструменту.

Апробація результатів роботи. Дисертаційна робота доповідалась, обговорювалась і була схвалена на розширеному засіданні кафедри «Теоретична та прикладна механіка» Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на V-й Міжнародній науково-практичній конференції «Важке машинобудування, проблеми та перспективи розвитку» (Краматорськ, 2007р.), на Міжнародній науково-технічній конференції «Проблемы качества и долговечности зубчатых передач, редукторов, их деталей и узлов» (Севастополь, 2005, 2009рр.), на щорічних науково-практичних конференціях «Університет та регіон» (Луганськ, 2005р., 2006р., 2007р., 2008р.)

Публикації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 11 робіт, в т.ч. 10 статей та  одна монографія, отриманий патент України на винахід 71730А №2003109586.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, висновків та 3 додатків. Повний обсяг 180 сторінок, у тому числі 39 рисунків та 9 таблиць на 45 сторінках, з них 1 рисунок і 1 таблиця на окремих сторінках, 3 додатки на 16 сторінках, 102 бібліографічні найменування на  11 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У першому розділі «Аналіз сучасних способів зубонарізання» розглядаються питання аналізу способів зубонарізання, теорій проектування зуборізного інструменту, а також аналізу існуючих методів зниження трудомісткості виготовлення зубчастих коліс та зуборізного інструмента. 

Аналіз існуючого зуборізного інструменту вказав на наявність цілої низки недоліків існуючих зуборізних інструментів, до яких відносяться висока вартість та низька стійкість, що підтвердило необхідність створення зуборізного інструменту з принципово новими схемами різання для забезпечення   сприятливих умов різання.

Порівняльний аналіз можливостей існуючих схем формоутворення поверхні деталі на основі керування точністю виготовлення деталі показав недостатню вивченість вказаних питань створення зуборізного інструменту з раціональними параметрами, що реалізується кінематичною схемою в зачепленні «циліндричне зубчасте колесо – гіперболоїдне зубчасте колесо», яка знижує необхідність додаткової обробки зуборізних інструментів. На основі викладеного був зроблений висновок про необхідність створення нового типу зуборізного інструменту на основі зчеплення «циліндричне зубчасте колесо – гіперболоїдне зубчасте колесо».

Проведений аналіз основних напрямків підвищення продуктивності при зубофрезуванні коліс показав, що, не дивлячись на проведені за останній час фундаментальні дослідження та багато отриманих цінних результатів, проблема підвищення продуктивності та якості при зубофрезерних операціях, а також зниження розходів на виготовлення коштовних зуборізних фрез, є актуальною.  

Таким чином, з метою зниження собівартості виготовлення гіперболоїдного інструмента та підвищення продуктивності зубонарізання циліндричних зубчастих коліс необхідно дослідити існуючі схеми формоутворення зубонарізанням поверхні цилиндричних зубчастих коліс та на основі досліджень розробити зуборізний інструмент, що реалізує більш сприятливі умови різання та забезпечує при виробництві необхідні економічні параметри технологічного процесу.

На основі проведеного аналізу сформульовані задачі дисертаційної роботи. 

У другому розділі «Методологія та методи дослідження» розглянута методологія роботи, розроблені теоретичні та експериментальні методики досліджень способів формоутворення циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом.

Теоретичні методики містять:

  •  порівняння існуючих методів формоутворення циліндричних зубчастих коліс;
  •  оцінка профилю гіперболоїдного інструмента, що утворює циліндричне зубчасте колесо;
  •  визначення умов формоутворення профілю гіперболоїдного інструменту для нарізання циліндричних зубчастих коліс;
  •  аналіз геометричних та кінематичних параметрів процесу зубонарізання циліндричних зубчастих коліс на основі використання запропонованої   технології зубонарізання.

Експериментальні методики містять:

  •  загальні умови проведення досліджень;
  •  аналіз геометричного профілю гіперболоїдного колеса, отриманого на основі теоретичних досліджень;
  •  дослідження точності обробки при формоутворенні пропонуємим гіперболоїдним інструментом на основі пропонуємої  технології;
  •  порівняльна оцінка стійкості гіперболоїдного зуборізного інструмента;
  •  оцінка питомої собівартості інструмента для формоутворення циліндричних зубчастих коліс.

У третьому розділі «Профілювання гіперболоїдного інструмента, що працює за методом обкатки» виконано оцінку вимог для формоутворення циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом, з урахуванням яких здійснено математичний опис процесу формоутворення циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом.

В основі методу формоутворення, що розроблюється, є ідея про можливість отримання потрібного профілю ріжучого інструмента для формоутворення поверхні за допомогою поверхні циліндричного зубчастого колеса, яке може бути розглянуте в якості виробничого (рис.1).

На основі розглянутого в загальному вигляді записані умови безперервності дотику поверхні зубців гіперболоїдного інструмента та циліндричного колеса у вигляді:

,                                                           (1)

де  - швидкість відносного руху поверхні гіперболоїдного інструмента та оброблюємого циліндричного колеса,  - спільна нормаль до поверхонь; отримані рівняння для швидкості відносного руху поверхонь заготовки та інструменту при формоутворенні у вигляді:

,                        (2)

де  - кут схрещення осей гіперболоїдного інструмента та циліндричного колеса,  - кут повороту циліндричного колеса,  - поточне значення зміщення.

Рис.1. Схема формоутворення гіперболоїдного інструмента

Профіль поверхні гіперболоїдного інструмента представлено в наступній формі:

,        (3)

де  ,  - кут повороту гіперболоїдного інструмента,  - найкоротша міжвісьова відстань.

Аналітичний опис профілю зубів гіперболоїдного зубчастого колеса отримано у вигляді системи рівнянь:

                         (4)

.

 

Контактні лінії на зубчастому колесі, що оброблюється:

;

;                                     (5)

.

Таким чином, знайдено поверхню зуба гіперболоїдного інструменту як огинаючої поверхні зуба циліндричного зубчастого колеса.

У четвертому розділі «Основні геометричні та кінематичні параметри профілювання циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом» згідно з методикою теоретичних досліджень виділено основні геометричні та кінематичні параметри, аналітичне уявлення яких дозволить зробити оцінку раціональних параметрів інструменту при формоутворенні циліндричних зубчастих коліс.

Модуль вектору відносної швидкості ковзання:

                 (6)

.

Кут між вектором відносної швидкості ковзання та напрямком контактних ліній:

                      (7)

.

Показник зносу інструмента, отриманий на основі питомих ковзань при виготовленні циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом:  

                               (8)

.

Довжина контактних ліній:

.                                             (9)

Коефіцієнт торцового перекриття:

.                                (10)

Коефіцієнт вісівого перекриття при  буде дорівнювати:

.                                           (11)

Приведена кривизна поверхні зубців в напрямку, що перпендикулярний контактним лініям

.       (12)

Таким чином, отримано аналітичний опис основних параметрів, що дозволяє виконувати оцінку зносу гіперболоїдного інструмента, зусилля різання, кількість зубців, що можуть одночасно оброблятися, характерних точок із несприятливими умовами різання, характеристики врізання гіперболоїдного інструмента.

У п`ятому розділі «Дослідження геометричних та кінематичних параметрів профілювання циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом» виконано аналіз результатів моделювання на основі теоретичних досліджень, виконаних в розділах 3,4.

З метою перевірки запропонованого математичного опису було створено тривимирну модель гіперболоїдного інструмента (рис.2) на основі комп`ютерного моделювання рухів різання (пакет КОМПАС 3-D V7 Plus), як огинаючої циліндричного прямозубого зубчастого колеса, з яким буде зачеплюватися гіперболоїдний інструмент, який пропонується.

Рис.2. Тривимірна модель гіперболоїдного інструмента

Було створено програмне забезпечення для прогнозування геометричних та кінематичних параметрів профілювання циліндричного колеса при зубонарізанні гіперболоїдною багатозахідною фрезою в залежності від вихідних параметрів інструмента та колеса, що створюється, та від кута схрещення вісей гіперболоїдного інструмента та циліндричного прямозубого колеса.

Виконаний аналіз геометричних та кінематичних параметрів профілювання циліндричних зубчастих коліс показав наступне.

Аналіз чисельних значень швидкості ковзання показує, що профільне ковзання залежить від кута схрещення вісей гіперболоїдного колеса та циліндричного прямозубого колеса. Поздовжна подача направлена в один бік по всьому профілю та зубонарізання коліс буде відсутнє в області ділильного кола «впадин» та «виступів». Найбільш сприятливі умови по цьому показнику (профільне ковзання) знаходяться в інтервалі кутів = 105є..130°.

Як показали дослідження, сумарна швидкість, що в цілому характеризує легкість обробки, в значній мірі залежить від кута схрещення вісей заготовки та гіперболоїдного інструменту. Високі сумарні швидкості спостерігаються в діапазоні схрещення вісей 110є..95°.

Для зниження зусиль обробки при врізанні витків гіперболоїдного інструмента в заготовку найбільш раціональним є використання діапазона схрещення вісей 105є..130є тому, що в цьому діапазоні зростає приведена кривизна поверхні зубців отриманої деталі.

Коефіцієнти питомого ковзання на поверхні витків гіперболоїдного інструмента, що використовується для обробки зубців коліс, особливо великі в інтервалі 130°..180°. Тому в цьому інтервалі буде спостерігатися інтенсивний знос робочої поверхні витків гіперболоїдних інструментів при приведених кутах схрещення вісей. 

Питомі ковзання в основному залежать від кута схрещення   вісей обробляємого циліндричного прямозубого колеса і гіперболоїдного інструмента. Так, в межах кутів  = 130°..180° питоме ковзання на поверхні зубців обробляємого циліндричного прямозубого колеса практично не змінюється (рис.3). При кутах схрещення 92°..110° коефіцієнти ковзання набирають найменші значення (рис.4) для гіперболоїдного інструмента. Для зменшення зносу інструментів, необхідно зменшити коефіцієнти ковзання та згідно з цим зменшити кількість витків. Залежності питомих ковзань від кута схрещення   для різних значень  та  (де  - радіус на гіперболоїдному інструменті,  - число заходів інструмента) представлено на рис.3 та рис.4.

На основі виконаного теоретичного дослідження та рекомендацій щодо вибору раціональних параметрів формоутворення циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом запропонована методика розрахунку основних конструктивних розмірів гіперболоїдних багатозахідних фрез при різних кутах схрещення вісей інструмента та деталі, модуля зчеплення, міжвісьової відстані, кількості зубців на оброблюємому колесі та кількості заходів на гіперболоїдному інструменті.

У шостому розділі «Експериментальне дослідження процесу нарізання гіперболоїдної багатозахідної фрези. Впровадження результатів дослідження» виконано експериментальне дослідження процесу нарізання гіперболоїдною багатозахідною фрезою.

Було досліджено профіліювання гіперболоїдної заготовки. Гіперболоїдна пара, що створюється, повинна складатися з циліндричного колеса будь-якої ширини та гіперболоїдного колеса, виготовленого для розглядаємої пари. Для отримання гіперболоїдного інструменту необхідно використовувати лише одну половину гіперболоїдної заготовки, причому  починаючи від координати мм  від горлового перетину та закінчуючи на товщині зуба, що дорівнює мм (отримано експериментально та доведено теоретично за допомогою складеного програмного забезпечення). Використовувати одну частину однополосного гіперболоїда від горлового перетину потрібно для уникнення особливих точок. Це дозволяє створювати гіперболоїдний інструмент будь-якої товщини, що не викликає потім порушення профілю циліндричних зубчастих коліс, що нарізаються.

Згідно з задачами роботи було виконано нарізання гіперболоїдного зубчастого колеса для подальшого створення гіперболоїдної багатозахідної фрези (рис.5,6) на основі наведених технологій та режимів різання.

Рис.5. Створення гіперболоїдної багатозахідної фрези

Рис.6. Розроблена конструкція

 гіперболоїдної багатозахідної фрези

Нарізання гіперболоїдного зубчастого колеса (рис.5) вперше було здійснено за допомогою вісьової подачі та спільного використання дискового різця та інструментального циліндричного зубчастого колеса, що дозволило скоротити час виготовлення та підвищити точність обробки. Була досліджена можливість пакетного зубонарізання циліндричних зубчастих коліс  отриманим гіперболоїдним інструментом (рис.7,8).

Проведені дослідження показали, що за рахунок особливої форми зубців отриманого гіперболоїдного інструмента, можливе нарізання циліндричних зубчастих коліс практично будь-якої ширини.

Виконаний аналіз профілю запропонованої гіперболоїдної фрези показав на його неспівпадання з теоретичним в межах 0,01..0,02 мм, що вірогідно пояснюється похибками позиціювання гіперболоїдного колеса.

Була проведена оцінка результатів точності обробки при формоутворенні циліндричних зубчастих коліс: 

  •  розсіювання точності форми циліндричного зубчастого колеса  - 0,005..0,024 мм – для запропонованого способу формоутворення та 0,007..0,032 мм – для стандартного способу формоутворення;
  •  середні величини мікронерівностей  по параметру  дорівнюють 12…16 мкм – для запропонованого способу формоутворення та 17..22 мкм  – для стандартного способу формоутворення (рис.9). 

Аналіз стружкоутворення при різних методах формоутворення показав, що на відміну від запропонованого метода, при існуючому методі виникають значно більші зусилля, що при недостатній жорсткості та стійкості інструменту приводять до неточностей виготовлення поверхонь та виходу зі строю фрез.

Рис.7  Зубонарізання створеними гіперболоїдними фрезами

Рис.8  Пакетне зубонарізання створеними гіперболоїдними фрезами

Рис.9 Полігони розсіювання середніх значень Rа

(а - для запропонованого способу формоутворення; б - для відомого способу формоутворення, для коліс із модулем 1, 2 або 3)

Порівняльний аналіз величини зносу по передній поверхні черв`ячної та запропонованої фрез показав значно менший знос передньої поверхні запропонованих фрез, що пояснює збільшення кількості оброблених деталей запропонованою багатозахідною гіперболоїдною фрезою між переточками в порівнянні з кількістю оброблених деталей  черв`ячною фрезою. Кількість оброблених між переточками деталей отриманою фрезою складає 18..20 деталей, при 9..11 деталях – черв`ячною.

Питома собівартість запропонованого інструмента в 2 рази менша за питому собівартість існуючого гіперболоїдного інструмента та в 3 рази менша за питому собівартість черв`ячних фрез. Це пояснюється тим, що запропонована багатозахідна гіперболоїдна фреза не потребує затилування при її профілюванні, має менше навантаження на ріжучу кромку та за рахунок особливої форми зуба не потребує частої переточки ріжучих кромок.

В роботі проведено  аналіз практичного значення результатів досліджень та їх впровадження у виробництво. Створено програмне забезпечення для аналізу процесу формоутворення циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом та розрахунку конструктивних розмірів інструмента. Розроблено технологічну схему створення поверхні гіперболоїдного інструмента, описано отриманий патент на винахід на основі проведених в дисертаційній роботі досліджень. 

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

В результаті теоретичних досліджень та їх експериментальної перевірки, що проведені вперше для вирішення важливої науково-практичної задачі підвищення продуктивності виготовлення гіперболоїдних фрез та зниження собівартості нарізання ними зубців отримані  наступні результати, що відображають наукову новизну та практичну цінність роботи:

1. Теоретично доказано, що зниження трудомісткості виготовлення циліндричних зубчастих коліс можливе за рахунок удосконалення способів формоутворення гіперболоїдними фрезами, насамперед  шляхом виключення операцій затилування інструмента та переточки задньої частини профілю фрези в процесі експлуатації.

2. Отримані теоретичні залежності взаємного формоутворення циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдною фрезою за рахунок розглядання формоутворення як двопараметричного руху, при якому будь-який торцовий перетин гіперболоїдного інструменту описує циліндричне прямозубе колесо, ідентичне початковому.

3. Досліджені та визначені геометро-кінематичні критерії працездатності отриманої фрези та встановлені межі існування їх значень,  в межах яких необхідно задавати величину критеріїв при синтезі як гіперболоїдних обкатних інструментів, так і циліндричних зубчастих коліс.

4. Показана доцільність синтезу гіперболоїдних обкатних інструментів за критерієм схрещення вісей гіперболоїдних багатозахідних фрез та циліндричних зубчастих коліс, що нарізаються. Встановлено, що найбільш раціональні кути під`єму зубців гіперболоїдних багатозахідних фрез знаходяться в межах 0..30, найбільш раціональні значення кута схрещення вісей лежать в діапазоні 105..130.

5. Зразки гіперболоїдних багатозахідних фрез та циліндричних зубчастих коліс підтвердили їх працездатність та економічну доцільність виробництва. Зменшення величини зносу по передній поверхні запропонованої гіперболоїдної багатозахідної фрези при зуборізанні циліндричних зубчастих коліс складає 80% в порівнянні з черв`ячною фрезою.

6. Розроблена інженерна методика для аналізу процесу формоутворення циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом, що дозволяє на стадії проектування гіперболоїдного інструмента визначати для нього раціональні параметри.

7. Економічна ефективність розроблених гіперболоїдних багатозахідних фрез та удосконалення процесу формоутворення циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним обкатним інструментом досягається за рахунок зниження затрат на виготовлення інструмента шляхом автоматичного отримання геометричних задніх кутів по вершині та боковій поверхні зубців в процесі обробки та виключення операції подальшої механічної обробки інструмента. Встановлено, що питома собівартість запропонованого інструмента в 2 рази менша за питому собівартість існуючого гіперболоїдного інструмента та в 3 рази менша за питому собівартість черв`ячних фрез.  

На основі отриманих наукових результатів розроблені рекомендації по проектуванню гіперболоїдних багатозахідних фрез з малою собівартістю виготовлення та покращеними експлуатаційними характеристиками. Технічна документація по виробництву гіперболоїдних багатозахідних фрез з малою собівартістю виготовлення та покращеними експлуатаційними характеристиками передана на ХК «Луганськтепловоз» для серійного впровадження у виробництво, результати роботи використовуються в учбовому процесі на кафедрах  «Деталі машин» та «Теоретична і прикладна механика» СНУ ім. В.Даля, конструкція гіпер-болоїдної багатозахідної фрези захищена патентом України 71730А, МПК В 23 F 21/00.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ РОБІТ

ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ, ТА ОСОБИСТИЙ

ВНЕСОК ЗДОБУВАЧА

1. Голубенко А.Л. Зацепление прямозубого зубчатого колеса с гиперболоидным колесом / А.Л. Голубенко, И.А. Кириченко, В.А. Витренко, В.В. Белозерова, А.В. Витренко. // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля.-2002.-№6(52).-С.134-138. (Здобувачем запропоновано методику визначення основних геометро-кінематичних показників процесу виготовлення зубчатих коліс за допомогою розробленого інструменту)

2. Кириченко И.А. Зубчатые гиперболоидные передачи. / И.А. Кириченко, В.А. Витренко, В.В. Белозерова, А.В. Витренко // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля.-2003.-№10(68), частина 2.-С.112-114. (Дисертантом проведено обґрунтування постановки задачі, проведено аналіз та зроблено висновки)

3. Витренко В.А. Гиперболоидная зубчатая передача с линейным контактом. / В.А. Витренко, И.А. Кириченко, В.В. Белозерова, А.В. Витренко. // Прогрессивные технологи и системы машиностроения.-2003.-Выпуск №25.-С.52-55. (Дисертантом отримано аналітичні залежності геометро-кінематичних показників нарізування зубців в залежності від геометрії інструмента та  зубчатого колеса, що нарізається)

4. Белозерова В.В. Математическая модель взаимодействия цилиндрического колеса с гиперболоидным інструментом. / В.В.Белозерова. // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля.-2004.-№11(81).-С.200-205.(Автором побудована математична модель взаємодії циліндричного зубчастого колеса гіперболоїдним інструментом)

5. Витренко В.А. Многозаходная червячная фреза / В.А. Витренко, В.В. Белозерова. // Міжнародні далівські читання. Збірник наукових праць Східноукраїнського національного університету ім. В.Даля.- Луганськ, 2004. (Здобувачем виконані теоретичні дослідження з визначення впливу геометричних параметрів інструмента на якість обробленої поверхні)

6. Белозерова В.В. Анализ условий подрезания и заострения витков гиперболоидной многозаходной фрезы. / В.В.Белозерова. // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля.-2005.-№8(90), частина 2.-С.232-233.(Автором визначені аналітичні рівняння для визначення конструктивних параметрів гіперболоїдної фрези на основі аналізу умов виникнення підрізання та загострення витків)

7. Белозерова В.В. Геометрические и кинематические параметры процесса нарезания прямозубых цилиндрических зубчатых колес гиперболоидной червячной фрезой. / В.В.Белозерова. // Вестник национального технического университета «ХПИ».-2005.-Выпуск №40.-С.170-176. (Автором отримано основні рівняння для визначення основних геометричних та кінематичних параметрів процесу нарізання прямозубих циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом)

8. Витренко В.А. Исследование процесса изготовления и использования гиперболоидной многозаходной фрезы. / В.А. Витренко, В.В. Белозерова. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія «Машинобудування і машинознавство». – 2006. – Випуск 110.-С.49-53. (Здобувачем розглянуті основні способи нарізування зубчатих коліс з точки зору отримання зубчатих коліс підвищеної точності)

9. Витренко В.А. Экспериментальное исследование технологи изготовления гиперболоидных фрез. / В.А. Витренко, В.В. Белозерова // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля.-2007.-№5(111), частина 1.-С.252-257. (Автором розроблена методика та пристрої проведення експериментальних досліджень впливу геометричних параметрів та режимів обробки на якість обробленої поверхні)

10. Белозерова В.В. Исследование основных параметров профилирования гиперболоидного инструмента. / В.В.Белозерова. // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля.-2009.-№12(142).-С.32-38. (Дисертантом дослідженіі основні параметри профілювання гіперболоїдного інструменту)

11. Вітренко В.А. Повышение производительности зубонарезания цилиндрических зубчатых колес гиперболоидным инструментом за счет совершенствования формообразования резанием. / В.А. Витренко, В.В. Белозерова. // Луганск. – 2009.-147с. (Автором виконано розробку методології досліджень, математичний опис моделі формоутворення, експериментальне дослідження створення фрези та нарізання зубчатого колеса створеною фрезою, аналіз геометро-кінематичних характеристик, створення рекомендацій щодо використання інструменту)

12. Пат.71730А Україна, МПК В 23 F 21/00. Обкатний різець/ Вітренко В.О.,  Кіріченко І.О., Белозьорова В.В. (Україна); Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля.- №2003109586; Заявл. 24.10.2003; Опубл.15.12.2004; Бюл. №12. (Здобувачем запропонована конструкція обкатного різця, форма його передньої та задньої поверхні та формула винаходу)

АНОТАЦІЯ

Белозьорова В.В. Підвищення продуктивності зубонарізання циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом за рахунок удосконалення формоутворення різанням. – Рукопис.

Дисертація на здобуття  наукового ступеня кандидата технічних наук  за спеціальністю 05.03.01процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Державний вищий навчальний заклад «Донецький Національний технічний університет», м. Донецьк, 2010.

Дисертацію присвячено дослідженню питання оцінки впливу формоутворення різанням циліндричних зубчастих коліс на їх собівартість та продуктивність виготовлення гіперболоїдним зуборізним інструментом. На основі математичної моделі, складовою частиною якої є вирази для взаємного зчеплення циліндричного зубчастого колеса та гіперболоїдного колеса та опису їхніх профілів в просторовій взаємодії і геометро-кінематичних параметрів формоутворення циліндричних зубчастіх коліс гіперболоїдним інструментом, за допомогою запропонованих критеріїв до способів формоутворення циліндричних зубчастих коліс гіперболоїдним інструментом  проводиться оцінка основних характеристик гіперболоїдного інструменту, що проектується. У запропонованому математичному описі враховуються кількість зубців циліндричного колеса, що обробляється, кількість заходів гіперболоїдного інструмента, передаточне число, кути нахилу витка гіперболоїдного інструменту та схрещування вісей колеса та інструмента, модуль та міжвісьова відстань, оцінюється вплив зносу гіперболоїдного інструменту, зусилля різання, визначаються характерні крапки с несприятливими умовами різання, характеристики врізання гіперболоїдного інструменту. Виконано тривимірне моделювання гіперболоїдної багатозахідної фрези, та отримані рекомендації щодо підбору раціональних параметрів гіперболоїдного багатозахідного інструменту. Експериментально виконане дослідження формоутворення гіперболоїдного інструменту та за допомогою цього інструменту циліндричного зубчастого колеса.  

Зроблено оцінку точності обробки циліндричних зубчастих коліс запропонованим методом формоутворення на основі гіперболоїдної багатозахідної фрези та величини зносу по передній поверхні інструменту при обробці циліндричних зубчатих коліс в порівнянні з існуючими способами формоутворення. Оцінка показала поліпшення вказаних характеристик у запропонованого способу формоутворення.

Ключові слова: зачіплювання, циліндричне зубчасте колесо, гіперболоїдна багатозахідна фреза, формоутворення, зубчасте колесо, передача.

Аннотация

Белозерова В.В. Повышение производительности зубонарезания цилиндрических зубчатых колес гиперболоидным инструментом за счет совершенствования формообразования резанием. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности  05.03.01 – процессы механической обработки, станки и инструменты. Государственное высшее учебное заведение «Донецкий Национальный технический университет», г.Донецк, 2010.

Диссертация посвящена исследованию вопроса оценки влияния формообразования резанием цилиндрических зубчатых колес на их себестоимость и производительность их изготовления гиперболоидным зубчатым инструментом. На основе математической модели, составной частью которой являются выражения для взаимозацепления цилиндрического зубчатого колеса с гиперболоидным колесом и описания их профилей в пространственном взаимодействии и геометро-кинематических параметров формообразования цилиндрических зубчатых колес гиперболоидным инструментом, с помощью предложенных критериев способов формообразования цилиндрических зубчатых колес гиперболоидным инструментом, проводится оценка основных характеристик проектируемого гиперболоидного инструмента. В предложенном математическом описании учитываются число зубьев обрабатываемого цилиндрического колеса, число заходов гиперболоидного инструмента, передаточное число, углы наклона витка гиперболоидного инструмента, углы скрещивания осей колеса и инструмента, модуль и межосевое расстояние, оценивается влияние износа гиперболоидного инструмента, усилия резания, определяются характерные точки с неблагоприятными условиями резания, характеристики врезания гиперболоидного инструмента. Получены теоретические зависимости взаимного формообразования цилиндрических зубчатых колес гиперболоидной фрезой за счет рассмотрения формообразования как двухпараметрического движения, при котором любое торцевое сечение гиперболоидного инструмента описывает цилиндрическое прямозубое колесо идентичное исходному. Исследованы и определены геометро-кинематические параметры работоспособности полученной фрезы и установлены границы существования их значений, в пределах которых необходимо задавать величину критериев при синтезе как гиперболоидных обкатных инструментов, так и цилиндрических зубчатых колес. Выполнено трехмерное моделирование гиперболоидного многозаходного инструмента. Выполнена проверка существования предложенной гиперболоидной многозаходной фрезы на основе построения ее трехмерной модели с имитацией удаления материала заготовки фрезы на основе моделирования обработки ее компонентов. Показано, что описанным способом формообразования теоретически возможно создание предложенной гиперболоидной фрезы.

Разработана методика расчета основных конструктивных размеров гиперболоидных многозаходных фрез при различных углах скрещивания осей инструмента и детали, модуля зацепления, межосевого расстояния, количества зубьев на обрабатываемом колеса и количества заходов на гиперболоидом инструменте.

Экспериментально выполнено исследование формообразования гиперболоидного инструмента и исследование формообразования цилиндрического зубчатого колеса с помощью полученного инструмента.

Предложена технологическая схема формообразования поверхности гиперболоидного инструмента цилиндрическим инструментальным колесом и  теоретически описан профиль гиперболоидной фрезы, а также реализован на зубофрезерном станке при помощи совместно установленных дискового резца и незатылованного цилиндрического производящего колеса. Нарезание цилиндрических зубчатых колес гиперболоидной многозаходной фрезой целесообразно производить с использованием осевой подачи вместо радиального врезания. Предложены теоретические зависимости расчета геометрическо-кинематических параметров процессов обработки зубьев цилиндрических колес при помощи гиперболоидной многозаходной фрезы. Определены границы существования производящей поверхности гиперболоидного инструмента.

Выполнена оценка точности обработки цилиндрических зубчатых колес предложенным методом формообразования на основе гиперболоидной многозаходной фрезы  и величины износа  по передней поверхности инструмента при обработке цилиндрических зубчатых колес в сравнении с существующими способами формообразования. Оценка показала улучшение указанных характеристик предложенного способа формообразования.

Ключевые слова: зацепление, цилиндрическое зубчатое колесо, гиперболоидная многозаходная фреза, формообразование, зубчатое колесо, передача.

ABSTRUCT

Belozjorova V.V. The increase of cylindrical tooth-wheels                                      tooth-cutting productivity  with the hyperbola instrument  due to perfection of shaping  by means of cutting. -  Manuscript.

The theses  for the candidate of science degree (Engineering)  in specialty   05.03.01- Mechanical treatment processes, machine-tools and instruments.  SHEE «Donetsk National technical university», Donetsk, 2010.

The these is devoted to investigation of influence evaluation problems  of shaping by  cutting  cylindrical tooth-wheels on  their cost and productivity of their manufacturing  by  hyperbola  tooth  instrument.   On the basis of mathematical model a constituent part of which  are  the expressions for mutual engagement  of cylindrical tooth-wheel  and   hyperbola  wheel  and descriptions of their profiles   in space interaction and kinematic-geometrical shaping parameters   of  cylindrical   tooth wheels with  hyperbola instrument. Evaluation of designed hyperbola instrument major characteristics is being performed with the help of proposed criteria of  cylindrical tooth wheels shaping by hyperbola instrument. The proposed mathematical description takes into consideration a number of treated cylindrical   wheel teeth,  gear ratio, hyperbola  instrument  turn inclination angles,  wheel and instrument crossing axis angles, modulus and inter-axial distance. It evaluated the influence of hyperbola instrument wear, cutting efforts and characteristic points with unfavorable cutting conditions, characteristics of  hyperbola instrument  cutting-in.  Three-dimensional simulation of hyperbola multipath instrument has been performed. Investigation of hyperbola instrument shaping and                                                  investigation of cylindrical tooth wheel with the help of  obtained instrument has been got experimentally.   

Evaluation of  cylindrical tooth  wheels treatment precision performed by means of  shaping method on the basis of hyperbola multipath cutting-tool  and    instrument durability in the process of cylindrical tooth wheels treatment  compared to existing  shaping methods  has been fulfilled. The evaluation revealed improvement of  proposed  shaping method characteristics.

Key words:   engagement, cylindrical tooth wheel, hyperbola   multipath cutting-tool,  shaping,  tooth-wheel, gearing.                                         

Підп. до друку                           2010р. Формат видання 145x215

Формат паперу 60x90/16. Папер офсетний.

Обсяг 0,8 авт.аркуша. Тираж 100екз. Замовлення №

Ротапринт СНУ ім.В.Даля. 91034, м.Луганськ, кв. Молодіжний, 20а.