Improvement of the technology of cutting modified globoidal gears with localized contact patch

Full Text

Среди червячных передач глобоидные передачи имеют неоспоримые преимущества по сравнению с червячными передачами с цилиндрическим червяком по нагрузочной способности, долговечности и к.п.д. Благодаря этим преимуществам глобоидные передачи получили широкое распространение в приводах тяжелого, энергетического, транспортного, горно-шахтного и другого оборудования. Преимущества глобоидных передач связаны как с их конструктивными особенностями, так и со свойством модифицированного зацепления с локализованным пятном контакта. Конструкция передачи имеет ряд особенностей. Благодаря вогнутой форме глобоидного червяка в зацеплении с витками находится большое число зубьев колеса. Если в червячной передаче коэффициент перекрытия обычно не превышает двух, то в глобоидной передаче число зубьев в обхвате червяком может быть от четырех и более. Соответственно, уменьшается нагрузка, приходящаяся на один зуб. Радиус приведенной кривизны контакта в направлении, перпендикулярном контактной линии, в глобоидной передаче значительно больше, чем в червячной передаче. Это связано с тем, что в глобоидной передаче выпуклая поверхность витка червяка контактирует с вогнутой поверхностью зуба колеса, тогда как в червячной передаче обе поверхности выпуклые. Поэтому в глобоидной передаче при той же линейной нагрузке контактные напряжения меньше. Для работы передачи важно расположение вектора скольжения относительно направления контактной линии, так называемый угол смазывания. Чем ближе угол смазывания к 90°, тем больше масла попадает в контакт, тем он лучше смазывается и тем большую нагрузку контакт может передавать при более низком коэффициенте трения. Соответственно, повышается к.п.д. передачи и привода в целом. Если угол смазывания близок или равен нулю - масло не попадает в контакт и смазывание не происходит или происходит недостаточно и может произойти заедание, при котором материал колеса намазывается на виток червяка. Заедание сопровождается резким увеличением коэффициента трения и, соответственно, падением к.п.д. передачи. В червячных цилиндрических передачах всегда имеются точки контакта, где угол смазывания равен нулю. Поэтому в этих передачах применяют меры по переносу зон контакта на другие участки зубьев. При этом каждая контактная линия располагается поперек зуба от входного края до выходного. Зуб работает на изгиб и при перегрузке может сломаться. Особенность расположения контактных линий в глобоидной и червячной передачах сказывается и на прочности зубьев. В глобоидной передаче контакт располагается по всей высоте средней части ширины зуба колеса, в так называемой обкатной зоне (рисунок 1). В глобоидной передаче угол смазывания составляет 70° … 90°, что обеспечивает обильное поступление смазки в контакт и соответственно его высокую нагрузочную способность и к.п.д. Зуб работает на сдвиг и практически никогда не ломается. Запас прочности зубьев в глобоидной передаче на сдвиг на порядок выше ее предельной нагрузочной способности. Червяк глобоидной передачи изготавливается из стали 40Х твердостью 32 … 35 HRC. Венец колеса глобоидной передачи изготавливается из высокооловянистой бронзы с добавкой фосфора - Бр.О10-Ф. Эта бронза используется для червячных и глобоидных передач большинством зарубежных редукторных фирм. При работе передачи в процессе естественного износа изменяется геометрия сопряженных поверхностей витков и зубьев. При этом передаваемая нагрузка, приходящаяся на каждую контактную линию вдоль витка, распределяется пропорционально ее нагрузочной способности. В зацеплении все контактные линии получают нагрузку, при которой рабочие поверхности зубьев и витков имеют одинаковый износ. Рабочие поверхности изнашиваются эквидистантно, т.е. сама геометрия поверхностей не изменяется. Скорость износа значительно уменьшается, снижаются затраты энергии на износ, что приводит к увеличению нагрузочной способности и к.п.д. передачи. Для ускорения модифицирования глобоидной передачи, червяк и колесо нарезаются с геометрией, близкой к естественной. Расчет модифицированной передачи стандартизован [1]. Линия продольной модификации витка определяется (рисунок 2) величиной модификации , углом положения точки экстремума и величиной модификации точки экстремума относительно середины червяка . Рисунок 1. Обкатная зона Рисунок 2. Продольная модификация витка Для работы глобоидной передачи важно, чтобы первоначальный контакт не выходил на края зубьев (витков). Выход контакта на края возможен в результате ошибок изготовления и монтажа передачи, а также из-за деформаций элементов редуктора (корпуса, подшипников, валов). Модифицированные глобоидные передачи изготавливают с локализованным первоначальным пятном контакта, что значительно снижает вредное влияние ошибок и деформаций. Модифицирование глобоидной передачи и локализация пятна контакта обеспечивается использованием специальных наладок станка и инструмента в процессе нарезания витков и зубьев. Модифицирование витка в процессе изготовления червяка производят за счет использования так называемого двустороннего бескоррекционного способа au [2], при котором станок настраивается на межосевое расстояние a0 и передаточное число u0 большие a и u , чем у глобоидной передачи. Влияние наладок показано на схеме продольной модификации (рисунок 3). Требуемый закон продольной модификации витка показан кривой 1. При увеличении станочного межосевого расстояния линия витка имеет вид кривой 2, а при увеличении станочного передаточного числа - вид прямой линии 3. При сложении линий 2 и 3 получается требуемая модификация 1. Обеспечение локализации пятна контакта производится в процессе нарезания зубьев колеса за счет специальной наладки инструмента и увеличения станочного межосевого расстояния [3]. Рисунок 3. Продольная модификация Расчет геометрии глобоидных передач, инструмента для нарезания глобоидного червяка и колеса, а также наладок станков производится по созданной в ЦНИИТМАШ программе Glob-11. Расчет геометрии производится по ГОСТ 17696-89, параметры исходного червяка могут приниматься по ГОСТ 24438-80 [4] или иными, если глобоидная передача имеет какую-либо особенность, что характерно для ремонтных или специальных передач, например с увеличенным делительным диаметром червяка. Программа выдает так же сведения конструктору, необходимые для оформления рабочих чертежей червяка и колеса по ГОСТ 2.407-75 [5]. Нарезание глобоидных червяков проводится на специальных зубофрезерных станках, оснащенных замедлителем, а нарезание глобоидных колес проводится на универсальных зубофрезерных станках. Инструментом для нарезания глобоидных червяков служат сборные резцовые головки (рисунок 4). Резцы профилируют противоположные стороны витка и обрабатывают его вершины. Рисунок 4. Резцовая головка Рисунок 5. Фреза летучка Для нарезания глобоидных колес используются многорезцовые фрезы летучки (рисунок 5), крайние резцы которых профилируют на зубьях подрезные зоны на входе и выходе витка, а средние резцы - обкатную зону. Заключение На основании выполненных конструкторских, технологических и исследовательских работ разработана технология изготовления модифицированных глобоидных передач с локализованным пятном контакта. Выполнен расчет глобоидной передачи и разработан специальный инструмент для нарезания глобоидных червяков и колес.

About the authors

B. F Fedotov

PJSC RPA “CNIITMASH”

Ph.D.; +7 495 675-85-05

S. V Dumilin

PJSC RPA “CNIITMASH”

Email: dumilin87@mail.ru
+7 495 675-85-05

N. N Schegolkov

PJSC RPA “CNIITMASH”

Dr. Eng.; +7 495 675-85-05

V. N Belyakov

PJSC RPA “CNIITMASH”

+7 495 675-85-05

References

Supplementary files