Рассмотрены особенности развития исследований арочных передач (АП), зубья которых нарезаны резцовыми головками с резцами, спрофилированными дугами окружностей. Предложены математическая модель цилиндрической арочной зубчатой передачи, образованной обобщенной производящей поверхностью, а также геометрокинетические и комплексные критерии работоспособности АП. Приведены результаты синтеза АП с замкнутыми контактными линиями, имеющими симметричную круговую линию зубьев по ширине зубчатого венца. Даны рекомендации по геометрическому и прочностному расчетам синтезированных передач.

Для створення передач з двоопукло-ввігнутими зубцями з підвищеною навантажувальною здатністю розроблено математичну модель таких передач, нарізаних інструментом з узагальненим вихідним контуром, поздовжня форма яких окреслена довільно плоскою кривою, що розташована під довільним кутом до початкової площини коліс, що нарізають. Визначено критерії працездатності залежно від геометрії вихідного контуру інструмента та поздовжньої форми зубців. Розроблено диференціальні рівняння синтезу геометрії вихідного контуру за заданими геометро-кінематичними критеріями. Синтезовано вихідні контури з постійним значенням відносної зведеної кривизни, зокрема такі, що забезпечують позаполюсне зачеплення, а також вихідні контури, окреслені відрізками дуг кіл. Визначено поздовжню кривизну та ширину зубців за умови рівноміцності двоввігнутих і двоопуклих зубців за напругами згину. Проведено порівняльний аналіз синтезованих та квазіевольвентних передач за критеріями працездатності.

Для создания передач с двухокругло-ввогнутыми зубцами с повышенной нагрузочной способностью разработана математическая модель таких передач, нарезанных инструментом с обобщенным входным контуром, продольная форма которых очерчена достаточно плоской кривой, размещенной под произвольным углом к начальной плоскости нарезающих колес. Определены критерии трудоспособности в зависимости от геометрии входного контура инструмента и продольной формы зубцов. Разработаны дифференциальные уравнения синтеза геометрии входного контура по заданным геометро-кинематическим критериям. Синтезированы входные контуры с постоянным значением относительной сводной кривизны, в том числе такие, которые обеспечивают внеполюсное сцепление, а также входные контуры, очерченные отрезками дуг окружностей. Определены продольная кривизна и ширина зубцов в условиях одинаковой твердости двухвогнутых и двухокруглых зубцов по напряжениям сгиба. Проведен сравнительны анализ синтезированных и квазиэвольвентных передач по критериям трудоспособности.

С помощью метода поиска корней системы нелинейных уравнений рассмотрено определение параметров исходных контуров колес, которые образуют зубчатые цилиндрические эвольвентные зацепления в рядных и планетарных механизмах.

Розроблено загальну геометричну модель профілювання зубців нарізного інструменту й аналітичного опису для виготовлення циліндричних зубчастих коліс та інтерактивного комп'ютерного аналізу геометро-кінематичних показників (ГКП) синтезованих передач. Запропоновано геометричну модель, яка дозволяє одержувати узагальнене аналітичне представлення вихідних контурів і поверхонь зубців коліс, нарізного інструменту, а також похідних від нього виразів ГКП циліндричних зубчастих передач на основі апроксимації профілів кривими Без'є третього порядку. На підставі геометричної моделі розроблено методику та програмний комплекс "СИНТЕЗ", який відрізняється 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 - для дослідження передач зі стандартизованим профілем зубця та зберіганням існуючої технології виготовлення та для нових синтезованих передач з застосуванням нетрадиційних методів виготовлення, що базуються на високих інтегрованих технологіях. Результати наукового дослідження впроваджено в ХК "Луганськтепловоз", ДП ВО "Луганський верстатобудівний завод" для проектування циліндричних зубчастих передач приводів і трансмісій і зубонарізного інструменту, а також на кафедрі "Металорізальні верстати та інструменти" Східноукраїнського національного університету ім. В.Даля.

Удосконалено методику розрахунку напружено-деформованого стану зубців модифікованих прямозубих передач, яка враховує вплив параметрів модифікації на характеристики зубців, і дозволяє на стадії проектування відкоректувати основні параметри зачеплення, які можуть вплинути на довговічність роботи зубчастої передачі. Розроблено алгоритм і пакет прикладних програм з можливістю подальшого їх вдосконалення та застосування до розрахунку модифікованих зубців других типів передач. Вперше одержано графічні та табличні залежності характеристик прямозубих колес від параметрів вісьмох видів модифікацій зубців: скрізних і не скрізних циліндричних, з канавками на торцях колеса, поверхонь вершин зубців, з проточкою уздовж вершини зубця. Вперше наведено рекомендації щодо вибору раціональних параметрів модифікацій зубців і виділено найбільш ефективні види модифікацій.

Побудовано математичну модель реального циліндричного зачеплення Новікова, що містить системи рівнянь і більш точні, у порівняні з відомими,алгоритми дослідження впливу технологічних і монтажних похибок на умови контактування зубців і кінематику передачі. Проведено детальне числове дослідження точності зубчастих циліндричних передач Новікова та виявлено аналітичні характеристики для оцінки чутливості передач до похибок. Установлено ступінь і характер впливу похибок на якісні показники працездатності даних циліндричних передач, а також одержано формули та розроблено загальну методику розрахунку межових відхилень і допусків на контрольовані параметри.

Розроблено наукове, методичне й інженерне програмне забезпечення системи автоматичного програмного регулювання (САПР) для удосконалення розрахунків щодо циклічної міцності та довговічності евольвентних зубців коліс силових циліндричних передач за методами механіки руйнування. Одержано рівняння кривих втоми у лінійній механіці руйнування, на базі яких розроблено метод розрахунків циклічної довговічності високонапружених деталей машин за віднульового циклу. Числові рішення реалізуються за допомогою прямого методу межових елементів у теорії пружності. Створений обчислювальний програмний комплекс САПР моделює поширення втомної тріщини за найбільш типових видів пошкодження циліндричних передач, а саме: втомної поломки зубця у його основі та втомного викришування активної поверхні зубця у його полюсної лінії за наявності мастила. Одержані результати дозволяють виявляти резерви для підвищення опору втомному руйнуванню шляхом оптимального вибору геометрії зубців та режимів термообробки матеріалів.

Для покращання критеріїв та підвищення навантажувальної працездатності створено математичну модель циліндричних передач з арковими зубцями, нарізаними інструментом, зубці якого окреслені узагальненим вихідним контуром та мають довільну форму зубців за шириною зубчастого вінця. На цій підставі визначено геометро-кінематичні та комплексні критерії працездатності, які залежать від двох невідомих функцій та їх похідних. Розроблено диференціальні рівняння узагальненого вигляду для синтезу геометрії вихідного контуру різального інструменту за такими даними: швидкість ковзання та прокочування зубців, сумарні швидкості прокочування, кривизна робочих поверхонь зубців, зведена кривизна питомого ковзання, кут між вектором відносної швидкості та контактною лінією. Синтезовано вихідні контури, які забезпечують постійне значення приведеної кривизни у середині арки зубців та вихідні контури з профілями у вигляді дуг кола. Передачі, нарізані різцями з синтезованими вихідними контурами, мають більш високі критерії працездатності: геометро-кінематичні у 1,2 - 30 разів, комплексні (критерій контактної міцності, критерій зламної міцності, критерій зносу зубців) у 1,1 - 20 разів у порівнянні з квазіевольвентними арочними передачами.

Встановлено функціональний зв'язок між геометрією узагальненого вихідного контуру зі зсувом і критеріями працездатності (міцності, зносостійкості, теплостійкості, утрат у зачепленні), що дозволяє на основі математичної моделі створювати нові високонавантажені прямозубі передачі з раціональним профілем зубців. Із застосуванням гіпотези ламаних перерізів аналітично визначено напружено-деформований стан основи зуба, який утворено узагальненим вихідним контуром зі зсувом, що дозволяє оцінювати згинну міцність зубців. Описано геометрію прямозубої передачі з опуклими зубцями, які утворені синтезованим вихідним контуром зі зсувом на підставі конхоїдального зачеплення, що дозволяє проводити порівняльний аналіз критеріїв працездатності синтезованих передач.

Сопоставлены физико-механические концепции в двух направлениях общей механики разрушения: механике рассеянного повреждения и линейной механике разрушения. С позиции последней предложена методика расчета долговечности при многоцикличной усталости. Обоснована необходимость подхода с позиций линейной механики разрушения при расчете циклической долговечности силовых передачах ответственного назначения.

Предложена модель для численного исследования роста трещин от усталости около основы зуба при изгибе. Модель базируется на синтезе линейной механики разрушения и прямом методе предельных элементов в теории упругости с использованием метода виртуального роста трещин. Намечена траектория трещины нормального отрыва и вычисляются коэффициенты интенсивности напряжений для прямого зуба колеса, чья геометрия определена параметрами образовывающего рельсового контура.

Предложена модель для численного исследования роста контактных трещин от усталости около полюса зуба при наличии масла. Она основана на использовании контактной механики разрушения и прямого метода предельных элементов в теории упругости. Вычислены коэффициенты интенсивности напряжений для прямого зуба колеса, изготовленного с помощью образовывающего рельсового контура.

Представлены расчеты геометрических параметров зубчатых колес типовых конструкций, цилиндрического зубчатого зацепления, порядок конструирования цилиндрического зубчатого колеса с использованием библиотеки проектирования SHAFT-2D системы КОМПАС. Приведены примеры рабочих чертежей типовых зубчатых колес и сборочных чертежей зубчатых сцеплений, а также все необходимые справочные материалы.

Розроблено метод розрахункової сумарної оцінки впливу коригування і зношування зубців на ресурс зубчастих циліндричних передач та контактні напруження. В результаті обчислень встановлено якісні і кількісні закономірності впливу конструкційного (кутового коригування зачеплення) та експлуатаційного (лінійного зношування зубців) чинників. Показано, що за кутового коригування наявний оптимум коефіцієнтів зміщення, за яких ресурс максимальний у порівнянні з некоригованим зачепленням. Встановлено, що реальна тривалість роботи та несуча здатність передачі вища за врахування зміни вихідних профілів зубців внаслідок їх зношування.

Предложен подход, который позволяет моделировать конструкцию зубчатой передачи с высокоточными параметрами геометрии профиля для достоверного прогнозирования допускаемой нагрузки и напряженного состояния, что требует постоянных исследований, поскольку вид разрушения зубчатой передачи в значительной мере зависит от способа задания ее профиля. Конечноэлементный анализ - хорошо известный эффективный вычислительный метод, который многие авторы использовали для оценки прочности зубьев зубчатого колеса в условиях независимых отказов зубчатых передач. Известно, что этот метод не только трудоемкий, но и зачастую дорогостоящий, использует приближенную геометрию, что дает в результате неточную сеть. Прочность зубьев и режимы деформирования рассчитаны с использованием пространственной модели зубчатой передачи на основании трехмерных неоднородных рациональных сплайнов Безье (NURBS) в условиях нагружения и исследованы с помощью изогеометрического анализа для выполнения моделирования. Результаты, полученные моделированием на основе изогеометрического анализа, сравнивали с соответствующими значениями, рассчитанными по классическому методу с помощью уравнения Льюиса и конечноэлементного анализа с использованием программного продукта ANSYS. Результаты хорошо согласуются между собой и подтверждают, что модель на основании изогеометрического анализа более точна, чем конечноэлементная модель. Исследование показало, что изогеометрический анализ имеет практическое применение, являясь альтернативным средством использования высокоточной геометрии пространственных моделей для оценки поведения зубчатых передач под нагрузкой и модификации расчетов их прочности.

Разработаны исходные контуры зубьев неэвольвентных цилиндрических зубчатых передач с пониженной в 1,6 - 1,8 раз энергоемкостью зацепления колес и повышенной нагрузочной способностью, разработана математическая модель сравнительной оценки таких критериев нагрузочной способности зубчатых передач, как потери мощности в зацеплении, толщина масляного слоя между рабочими поверхностями зубьев, заедание, удельная работа сил трения, износ рабочих поверхностей зубьев, контактная прочность рабочих поверхностей. Установлено, что критерии нагрузочной способности зубчатых передач, полученных с использованием разработанных исходных контуров, существенно выше критериев нагрузочной способности эвольвентных передач.

Індекс рубрикатора НБУВ: К412.555.101 + К445.51-02

Рубрики:

Циліндричні зубчасті передачі

Шифр НБУВ: Ж24432 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Запропоновано використання методики розрахунку зношування зубів на довговічність та умови їх зачеплення, яка заснована на феноменологічній розрахунковій моделі фрикційно - втомного зношування при терті ковзання. З використанням розробленого методу розрахунку зношування і довговічності зубчастих передач проведено дослідження впливу коефіцієнта тертя ковзання на довговічність двох видів прямозубих циліндричних передач за однакових умов роботи: зі стальними зубчастими колесами і металополімерної з поліамідними колесами, армованими вуглецевими та скляними дисперсійними волокнами. Враховано також зміну умов зачеплення зубів (дво - одно - двопарне) та зміна умов їх трибоконтактної взаємодії внаслідок зношування. Встановлено, що передача зі стальними колесами має приблизно однакову довговічність, як металополімерна пряма передача зі стальною шестернею і склокомпозитним колесом у діапазоні f = 0,17 - 0,4. Довговічність металополімерних передач з вуглекомпозиту (прямої і оберненої) у кілька разів є більшою за довговічність металевої зубчастої передачі у діапазоні f = 0,1 - 0,4. Зокрема прямої передачі вона буде від 3,45 до 10,2 разів, а оберненої - від 10,3 до 3,7 рази. Надано графічно закономірності впливу коефіцієнта тертя ковзання на довговічність передач. Проведено оцінку максимальних контактних тисків у зачепленні цих передач свідчить, що їх найбільша величина буде на вході зубів в однопарне зачеплення. Спостережено дуже значну відмінність між їх величиною у передачі з металевими колесами і металополімерними передачами. Зокрема для металополімерної вуглекомпозитної передачі вони є меншими близько 16 разів, а для металополімерної склокомпозитної передачі близько 18 разів. Досліджено зміну початкових максимальних контактних тисків у зачепленні внаслідок зношування зубів та встановлено її закономірності. Одержані результати надано графічно, що унаочнює одержані закономірності.

Мета роботи - розроблення математичної моделі процесу профілювання зубців циліндричних косозубих зубчастих коліс дисковими інструментами способом радіально-колового кінематично змінюваного формоутворення на базі концепції формування бокових поверхонь зубців просторовими гвинтовими співвісними твірними лініями. Дослідження базуються на методах та основних положеннях теорії формоутворення поверхонь зубців зубчастих коліс, теорії зубчастих зачеплень, кінематичного аналізу, аналітичної та диференціальної геометрії. Проведено моделювання процесу формоутворення поверхонь зубців циліндричних косозубих коліс дисковими фрезами новим способом формоутворення за безперервного обертання нарізуваного зубчастого колеса. Запропоновано здійснювати зубонарізання з кінематично змінюваною кутовою швидкістю обертанням ексцентрикової оправки з встановленою дисковою фрезою, що забезпечує отримання зубців коліс потрібної товщини. Отримано системи рівнянь гвинтових твірних співвісних ліній і рівнянь просторових поверхонь зубців косозубих коліс. Розроблено основи профілювання поверхонь зубців циліндричних косозубих зубчатих коліс способом радіально-колового кінематично змінюваного формоутворення. Профілювання бокових поверхонь зубців здійснюється гвинтовими співвісними твірними лініями. Встановлено необхідність профілювання поверхонь зубців косозубих коліс завдяки кінематичній зміні кутової швидкості обертання інструмента. Теоретично отримані співвідношення доповнюють теоретичні положення формоутворення поверхонь деталей різальними інструментами та їх технологічного забезпечення. Запропоновано у процесі синтезу поверхонь зубців синусоподібного профілю підвищеної навантажувальної здатності комплексно поєднувати кінематичні, геометричні характеристики зачеплення та технологічний параметр процесу зубонарізання. Моделювання процесу формування поверхонь зубців циліндричних косозубих коліс забезпечить раціональне практичне застосування способу кінематично змінюваного радіально-колового формоутворення для виготовлення середньо- та великомодульних циліндричних зубчастих коліс зубчастих передач транспортних засобів завдяки підвищенню продуктивності обробки при отриманні поверхонь зубців з модифікованим щодо евольвентного профілем, що прогнозовано зменшує динамічні навантаження у зачепленні та сприяє зниженню рівня шуму у передачі.

Індекс рубрикатора НБУВ: К445.51-02 + К500.145.551

Рубрики:

Циліндричні зубчасті передачі

Технологія виробництва циліндричних зубчастих коліс

Шифр НБУВ: Ж63290 Пошук видання у каталогах НБУВ