Повышение эффективности проектирования и эксплуатации зубчатого инструмента

• Автор: Чернышев, Виктор Валерьевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Содержание

Введение
1. Состояние вопроса пластического формообразования зубчатых профилей. Цель и задачи исследования
2. Выбор метода математического моделирования для оценки прочности зубчатого профиля инструмента
3. Математическая модель оценки прочности зубчатого инструмента для холодного выдавливания конических шестерен
3.1 Определение критерия оценки прочности зубчатого инструмента для выдавливания
3.2 Расчет экстремальных контактных напряжений, действующих на гравюре инструмента
3.3 Определение напряженно-деформированного состояния зубчатого инструмента и упругих перемещений его гравюры в процессе холодного выдавливания
3.4 Выбор материала зубчатого инструмента, способа его изготовления, режимов предварительной и окончательной обработки
3.5 Оценка достоверности разработанной модели. Определение совместной доверительной области и оптимальных параметров инструмента
3.6 Технологические и конструкторские рекомендации по проектированию зубчатого инструмента для холодного объемного выдавливания конических шестерен
4. Влияние условий производства на выбор расчета напряженно-деформированного инструмента и точность получаемого изделия
Общие выводы
Список литературы
Приложение 1. Программы расчетов напряженно-деформированного состояния зубчатого инструмента для холодного объемного выдавливания конических шестерен
Приложение 2. Диалоговая программа расчета оптимальных параметров зубчатого инструмента
Приложение 3. Акты об использовании результатов работы

ВВЕДЕНИЕ
В современных машинах и механизмах основным методом привода их частей является вращательный. Применение другого вида движения связано со значительным усложнением конструкций, а следовательно и с ростом стоимости машин.
Вращательное движение передается с помощью всевозможных зубчатых передач, основным элементом которых являются зубчатые колеса.
Никакая статистика не сможет ответить на вопрос, сколько на настоящий момент работает зубчатых колес в автомобилях, тракторах, станках, летательных аппаратах. Имеются данные, что только в 1997 году в Германии было изготовлено более 46 миллионов штук одних мелкомодульных зубчатых колес.
В большинстве машин и механизмов встречаются десятки различных по конфигурации и типу зубчатых колес. Так в трансмиссии грузового автомобиля насчитывается 50-60 зубчатых колес, а токарного станка - 65-70.
Среди всего разнообразия зубчатых колес особо выделяется группа колес с торцевым и коническим зубчатыми профилями. Они достаточно широко распространены, поскольку условия размещения узлов машин часто требуют осуществления передачи вращения между пересекающимися или перекрещивающимися осями. Так, среди 600 зубчатых механизмов, описанных в классификации И.И. Артоболевского, в 56 встречается подобный тип зубчатых колес.
Помимо этих механизмов, подобные детали применяются в виде элементов различных торцевых муфт, патронов токарных и сверлильных станков, дрелей и прочих.
Во многих случаях срок службы машин и приборов определяется сроком службы зубчатых колес, работающих в наиболее сложных условиях эксплуатации по сравнению с другими элементами механизмов. А намеченный отечественным машиностроением курс на увеличение энергоемкости оборудования сопряжен с повышением скоростей вращения и ростом передаваемых мощностей, уменьшением веса и габаритов конструкций.
Решение этой задачи без значительного увеличения качества изготавливаемых зубчатых колес невозможно. Повышение качества зубчатых колес должно сочетаться при этом со снижением их себестоимости. Основным направлением для успешного решения возникшей проблемы является осуществление комплекса мероприятий по развитию и внедрению малоотходной технологии изготовления зубчатых колес, комбинированных методов их упрочнения, перехода на передачи с высокой твердостью поверхности зубьев.

В последние годы вместо малопроизводительных процессов нарезания зубчатых колес, требующих применения высококвалифицированного труда, дорогостоящих станков и инструментов, интенсивно изыскиваются методы их изготовления путем пластического деформирования. Доказано, что помимо экономии металла и повышения производительности труда, пластическое формообразование благоприятно влияет на качество изделий, повышает их прочность и износостойкость.
Под руководством академика А.И. Целикова созданы и успешно эксплуатируются в производстве принципиально новые агрегаты и установки для получения шестерен и других зубчатых изделий, близких по форме и размерам к готовым деталям.
ЦНИИМАШ впервые в практике мирового машиностроения на Конотопском электромеханическом заводе в 1952 году освоил процесс накатки цилиндрических шестерен с модулем 2,5 мм.
Минский завод запчастей с 1957 года изготавливает горячей объемной штамповкой целый ряд автомобильных и тракторных конических шестерен.
Большой вклад в дело разработки и освоения методов пластического деформирования зубчатых колес вносят сотрудники НИИ-Автопрома, Алтайского НИИ технологии машиностроения, НИИ-Техприбор, Нижненовгородского Государственного технического университета, Ижевского механического института, Новочеркасского политехнического института, ЗИЛа, ГАЗа, КрАЗа и других организаций.
Сейчас известно большое количество способов получения зубчатых деталей пластическим деформированием. Так, в патентной литературе приводится более тысячи различных предложений по изготовлению зубчатых венцов горячей объемной штамповкой, холодным выдавливанием, прессованием из порошка, накаткой и др. Многие из них имеют большую давность и так и не реализованы на практике, а подавляющее большинство зубчатых колес так и изготавливается по прежнему на основе применения процессов резания. Это вызвано тем, что традиционные методы обработки давлением не обеспечивают устойчивого получения в серийном производстве поковок, имеющих точный зубчатый профиль при высокой эффективности производства.
Объяснение этому можно найти в несовершенстве выпускаемого в России кузнечно-прессового оборудования, отсутствии достаточно надежных методов проектирования и изготовления зубчатого инструмента необходимой прочности и точности. Широкое внедрение же операций формообразования резанием можно объяснить тем, что уровень их развития на момент возникновения потреб-

УкМ-Ук{ри->рк>хг)
(2.2)
Ук(хд
где К=1
В общем случае определение границ СДО осуществляется методом статистических испытаний, согласно которому случайным образом выбирают произвольную совокупность значений исходных данных, рассчитывают с ними решения модели и проверяют выполнение неравенства (2.2). Если неравенства выполняются, то рассмотренную совокупность значений запоминают. В противном случае она игнорируется и генерируется следующая случайная совокупность значений исходных данных и вся процедура повторяется.
Проведенная подобным образом статистическая обработка позволяет оценить независимые доверительные интервалы и объем СДО. Так можно указать множество комбинаций значений какого-либо независимого исходного параметра, при котором расчетная характеристика модели будет лежать внутри доверительного коридора, покрывающего с некоторой вероятностью истинное значение исследуемой характеристики. Объем СДО по аналогии с доверительными интервалами рассматривается как мера неопределенности исходных данных. Множество значений параметров модели, образующее СДО, также является исходной информацией для определения влияния неопределенности значений параметров модели на погрешность расчета.
Для проведения такого исследования обычно применяют метод аналитических испытаний [36]. Согласно этому методу, многократно 0=1...КГ) рассчитывают следствия модели при различных значениях па-