Разработка и исследование процесса обработки непрерывным делением торцовых муфт торцовыми резцовыми головками

В последние годы резко возросли требования, предъявляемые к повышению точности, надежности и долговечности механизмов, приборов и систем управления при одновременной минимизации их массы и габаритов. Это, в значительной степени, определяется качеством элементов соединения и передачи движения и, в частности, торцовыми зубьями. Последние, в настоящее время, у нас в стране и за рубежом находят все более широкое практическое применение в автоматических манипуляторах, высокооборотных роторах двигателей летательных аппаратов, в механических и гидравлических полуавтоматических коробках передач автомобилей и тракторов, торцовых волновых зубчатых передачах, в различного рода устройствах компенсации ошибок углового положения валов, торцовых муфтах и в других узлах соединения валов и передачи вращающего момента.

Торцовые муфты служат не только для соединения и разъединения валов на ходу или во время остановки с помощью специальных управляющих устройств (рычагов, вилок, переводных камней и т. п.), но и для создания сложных конструкций, таких, например, как крупные коленчатые валы, валы турбин и т. д.

В торцовых муфтах крутящий момент передается через систему зубьев, конструкция, форма, количество и размеры которых зависят от целевого назначения муфты и условий ее работы. Так в станкостроении, мотоциклетном и мотороллерном производствах используются типовые конструкции торцовых муфт с прямоугольной и трапецеидальной формой зубьев [21,52], а в производстве промышленных роботов и авиационной техники — с треугольной формой зубьев [3,48,53]. Данные соединения отличаются компактностью, удобством монтажа, способны передавать значительные нагрузки.

На машиностроительных заводах процесс нарезания торцовых муфт является одним из наиболее сложных и трудоемких процессов, т.к. это связано со специфическими особенностями производственного оборудования и требованиями, предъявляемыми к торцовым муфтам.

В отечественной промышленности были проведены большие исследования в области изготовления торцовых муфт, которые нашли отражение в работах В. В. Верховского [4], Н. Н. Гобралева [7], А. П. Козлова [22], Г. Н. Райхмана [44] и др.

В современных условиях традиционные способы обработки не обладают необходимой производительностью и точностью, а изготовленные торцовые муфты, во многих случаях, перестали удовлетворять предъявляемым к ним высоким эксплуатационным и производственным требованиям.

Широкое использование торцовых муфт, с одной стороны, и недостатки существующих методов их обработки и видов зацеплений с другой, привело к необходимости разработки новых более прогрессивных схем формообразования зубьев торцовых муфт, позволяющих значительно повысить производительность и точность обработки, а также улучшить качество получаемого соединения.

Разработка этой проблемы определяет актуальность настоящей работы.

Цель работы. Целью диссертации является повышение производительности и точности процесса обработки торцовых муфт на основе разработки и исследование непрерывного процесса нарезания резцовыми головками торцовых зубьев с регулируемым пятном контакта.

Объектом исследования являются процессы изготовления торцовых муфт.

Предметом исследования является процесс нарезания торцовых равновысоких зубьев, имеющих плоский профиль боковых поверхностей.

Методы исследования. Теоретические исследования основных параметров непрерывного процесса обработки торцовых муфт основаны на методе кинематического анализа и построении Бобилье. Экспериментальная часть работы при обработке опытных данных основана на методе статистической обработки результатов экспериментальных исследований проф. Я. И. Лукомского.

Научная новизна. Научная новизна работы нашла выражение в следующих полученных результатах:

— определены аналитические зависимости для определения основных размеров инструмента и параметров непрерывного процесса обработки зубьев торцовых муфт и разработана методика их корректировки при выборе стандартной резцовой головки;

— разработан алгоритм для расчета на ЭВМ основных размеров резцовой головки и наладочных параметров непрерывного процесса обработки торцовых муфт;

— получены аналитические зависимости для определения влияния технологических факторов на точность нарезания зубьев торцовых муфт;

— разработан метод контроля по двум роликам толщины равновысоких торцовых зубьев.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается:

— использованием метода кинематического анализа;

— построением Бобилье;

— разработкой теоретических положений на основе последних достижений в области нарезания зубьев торцовых муфт;

— результатами экспериментальных исследований и их сопоставление с полученными аналитическими зависимостями.

Практическая ценность работы определяется:

— возможностью обработки одним инструментом торцовых муфт с различным числом зубьев и различной кривизной профиля;

— разработкой метода контроля по двум роликам толщины торцовых зубьев, направленного на повышение точности измерения;

— возможностью использования и расширения технологических возможностей существующих торцовых резцовых головок.

Апробация работы. Результаты работы приняты к внедрению на заводе «Комплект».

Основные положения диссертации доложены: на международной научно-технической конференции МГТУ «МАМИ» в 2001 г., на научных семинарах кафедры «Стандартизация, метрология и сертификация» МГТУ «МАМИ» в 2000 г. и 2001 г., на научном докладе на кафедре «Комплексная автоматизация машиностроения» МГТУ «МАМИ» в 2006 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в пяти печатных работах.

ВЫВОДЫ.

1. Экспериментально показана правильность теоретических рассуждений и выкладок при разработке метода обработки торцовых муфт торцовыми резцовыми головками непрерывным делением. Разработанная лабораторная установка обеспечивает значительное сокращение времени и средств на проведение экспериментальных исследований в производственных условиях.

2. Математическая обработка результатов измерений показала, что разность окружных шагов не превышает 0,024 мм, накопленная погрешность окружного шага не превышает 0,040 мм, отклонение от номинальной толщины зуба не превышает 0,028 мм, погрешность направления зуба не превышает 0,018 мм. Шероховатость боковых поверхностей зубьев составляет Rz=6,3-Юмкм. Анализ кривых распределения погрешностей показывает хорошее совпадение экспериментальных кривых с теоретическими и согласование с законом распределения существенно-положительных величин.

3. Время обработки торцовых муфт предлагаемым методом по сравнению с методом «Gleason» уменьшается в 1,21 раза. Производительность обработки повышается при увеличении числа резцов инструмента, частоты вращения детали и подачи на резец.

4. Установлено, что внедрение предлагаемого метода обработки позволяет повысить производительность труда, снизить затраты на инструмент. Также улучшится качество зубонарезания. Экономический эффект от внедрения предлагаемого метода обработки при производстве торцовых муфт составляет 40 тыс. руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе осуществлена разработка и проведено исследование нового метода обработки зубьев торцовых муфт торцовыми резцовыми головками непрерывным делением.

При решении поставленных задач использовались средства вычислительной техники, без которых было бы невозможно рассмотрение многих вопросов.

На основании теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные результаты:

1. В диссертации дан анализ современных методов обработки торцовых муфт в условиях массового и крупносерийного производства. Установлено, что среди используемых в настоящее время промышленностью как у нас в стране, так и за рубежом, методов обработки торцовых муфт, разработанный автором новый метод обработки равновысоких зубьев торцовых муфт торцовыми резцовыми головками непрерывным делением универсален и обеспечивает наиболее высокую производительность и точность.

2. Расчет параметров непрерывного процесса обработки необходимо производить таким образом, чтобы продольная кривизна нарезаемых зубьев принимала бы форму удлиненной гипоциклоиды. Выведены теоретические зависимости для определения радиуса кривизны нарезаемых зубьев, радиуса инструмента, межосевого расстояния, числа резцов инструмента, соотношение частот вращения заготовки и инструмента. Определены условия обработки всех зубьев торцовой полумуфты с четным и нечетным числом зубьев. Приведена методика корректировки параметров непрерывного процесса при выборе резцовой головки стандартного размера. Рассмотрен случай получения большей бочкообразности профиля торцовых зубьев благодаря наклону инструментального шпинделя станка. Выведена зависимость для определения наибольшего числа резцов инструмента из условия исключения подрезания зубьев в процессе обработки торцовой полумуфты. На этой основе разработана методика и программа расчета основных размеров инструмента и параметров непрерывного процесса обработки одним инструментом торцовых полумуфт с различным числом зубьев и кривизной профиля зубьев.

3. Выведены теоретические зависимости, определяющие влияние технологических факторов на точность получаемых торцовых муфт. Определено, что наибольшее влияние на погрешности профиля, толщины и направления зубьев, а, следовательно, и пятна контакта, оказывают неточности остановки стола в продольном и поперечном направлениях, неточности расположения плоскостей инструмента и детали, а также динамические погрешности, вызываемые деформациями системы в процессе обработки. С целью повышения точности обработки предложены способы компенсации от действия радиальной составляющей силы резания.

4. Разработана методика и получены аналитические выражения для контроля толщины равновысоких торцовых зубьев с гипоциклоидальным профилем боковых поверхностей по двум роликам. Погрешность измерения метода двух роликов значительно ниже других методов контроля, что повышает точность измерения толщины зуба.

5. Теоретически и экспериментально показана возможность применения существующего оборудования и инструмента для обработки конических колес с круговыми зубьями для производства рассматриваемых торцовых муфт. Выведены аналитические выражения для определения предельных значений ширины рабочей части резцов в резцовой головке.

6. Разработанная лабораторная установка для подтверждения правильности теоретических рассуждений и выкладок обеспечивает значительное сокращение времени и средств на проведение экспериментальных исследований в производственных условиях.

7. Экспериментальные исследования точности процесса в производственных условиях показали, что нарезанные торцовые полумуфты при использовании предлагаемого метода имеют: погрешность направления зуба в пределах 0,010−0,018 мм, разность окружных шагов в пределах 0,012.

0,024 мм, накопленную погрешность окружных шагов в пределах 0,0250,040 мм, отклонение от номинальной толщины зуба в пределах 0,012−0,028 мм. Эта точность достигается при изготовлении инструмента с точностью 0,005 мм. Шероховатость боковых поверхностей зубьев составляет Лг=6,3−10мкм.

8. Время обработки торцовых муфт предлагаемым методом по сравнению с методом «Gleason» уменьшается в 1,21 раза. Производительность обработки повышается при увеличении числа резцов инструмента, частоты вращения детали и подачи на резец. Кроме того, уменьшение диаметра резцовой головки в 2,8 раза позволяет снизить затраты на инструмент примерно в 2 раза.

9. Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа обработки при производстве торцовых муфт составляет 40 тыс. руб. при выпуске 20 тыс. шт. в год.

Основные положения и выводы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Елхов П. Е., Аббясов В. М. Нарезание торцовых муфт методом непрерывного деления. Автомобильная промышленность, 1999, № 2. с.21−23.

2. Елхов П. Е., Аббясов В. М., Зиновьев В. В. Анализ методов контроля торцовых муфт. Тезисы конференции МГТУ «МАМИ», сентябрь 1999 г.

3. Елхов П. Е., Аббясов В. М., Зиновьев В. В. Обработка торцовых муфт резцовыми головками непрерывным методом. Тезисы конференции МГТУ «МАМИ», сентябрь 2000 г.

4. Елхов П. Е., Аббясов В. М., Зиновьев В. В. Контроль торцовых муфт, образованных методом непрерывного деления. Автомобильная промышленность, 2000, № 11, с.30−31.

5. Елхов П. Е., Аббясов В. М. Исследование точности процесса нарезания торцовых муфт резцовыми головками непрерывным методом. Автомобильная промышленность. / Принята к опубликованию/.