к.т.н. Р.Б, Марголит, к.т.н. А.П. Давыдов, Ю.В. Карпов
ООО «Зубчатые трансмиссии — МГОУ», г. Рязань
Что такое арочные зубчатые передачи? И в чем их достоинства и недостатки?
Арочные зубчатые колеса (Рис. 1) – разновидность эвольвентных цилиндрических зубчатых колес с круговыми зубьями, симметрично расположенными относительно торцов зубчатого венца. Колеса с круговыми зубьями известны с 1912 года.
Повышенная жесткость и прочность зубьев за счет их круговой формы.Цилиндрические арочные зубчатые передачи имеют ряд положительных качеств по отношению к прямозубым и косозубым цилиндрическим передачам:
- Протяженность суммарной линии зацепления увеличена, что повышает несущую способность и долговечность.
- Увеличенный коэффициент торцового перекрытия обеспечивает плавность работы передач даже при использовании малозубых шестерен. Успешно проведены испытания передачи с числами зубьев 6:18.
Наряду с несомненными положительными качествами арочные передачи имеют некоторые особенности, которые необходимо учитывать при конструировании и сборке узлов:
- Арочные зубчатые передачи требуют обеспечения возможности осевой самоустановки колес.
- Сборка передачи возможна либо радиальным сближением парных колес, либо установкой в корпус предварительно собранной передачи. Это достаточно типовые решения.
Если все так хорошо, то почему они практически не распространены?
Цилиндрические зубчатые колеса с круговыми зубьями долгие годы не применялись из-за отсутствия технологии зубонарезания, обеспечивающей их производительное изготовление с достаточно высокой точностью. Многочисленные попытки приспособить для изготовления таких колес традиционное зуборезное оборудование неизменно завершались неудачей.
Специалистами Рязанского предприятия ООО «Зубчатые трансмиссии – МГОУ» разработан уникальный способ зубонарезания арочных зубчатых колес. Он обеспечивает высокие показатели производительности и точности, а также обогащает арочные передачи многими полезными свойствами, получение которых невозможно или затруднено у традиционных зубчатых колес.
Что это за такой невероятный способ и что он дает?
Способ является уникальным. Он сочетает в себе несколько компонентов из разных областей науки и техники, таких как: нулевой способ зубонарезания, современные средства САПР, возможности современных станков с ЧПУ, применение твердосплавных режущих материалов.
А основными достоинствами способа, который открывает возможности применения арочных зубчатых колес в передачах, являются:
1.Зубонарезание выполняется на многих видах четырехкоординатных станков с ЧПУ, одна из координат которых является круговой (Рис. 2)
Рисунок 2. Примеры нарезания арочных колес на станках с ЧПУ
2. Способ позволяет исключить подрез в районе ножки зуба. Это создает возможность расширить область использования зубчатых колес с малым числом зубьев. Авторами использованы в конструкции передачи с числом 6:18.
3. Каждой из сторон зубьев можно придать свой угол профиля, это увеличит прочность зубьев для нереверсивной передачи (Рис. 3).
4. Зубьям можно придать три вида коррекций: высотную (смещение профиля по эвольвенте), угловую (изменение угла профиля) и тангенциальную (изменение толщины зуба).
5. Перечисленные возможности зубонарезания достигаются «росчерком пера», т.е. простым программированием обработки на станках с ЧПУ.
6. Высокая точность зубонарезания (пятая степень по ГОСТ 1643-81) достигается за счет параметрической компенсации погрешностей станков с ЧПУ.
7. Высокая производительность зубообработки, обеспечивается благодаря работе стандартным твердосплавным режущим инструментом (Рис. 4).
Твердость обрабатываемого материала может достигать HRC54, композитами – до HRC62.
8. Нет необходимости в шлифовании профиля зубьев, требуемые точность и шероховатость достигают лезвийной обработкой.
-
Рисунок 5. Инструментальные головки различных типоразмеров 9. Одним специальным сборным режущим инструментом – резцовой головкой (Рис.5) нарезают в пределах заданного типоразмера зубчатые колеса любого модуля, включая дробный, с любым числом зубьев, с любым оптимальным углом профиля.
А есть реальные изготовленные и применяемые передачи?
На протяжении нескольких лет авторами накоплен значительный опыт изготовления и внедрения передач с арочными колесами диаметром от 28 до 800 мм, модулем от 2,5 до 10 мм, с радиусом арки от 23,5 до 180 мм. Успешно выполнен ряд проектов модернизации, связанной с заменой в эксплуатируемых механизмах традиционных цилиндрических зубчатых передач арочными.
Опыт внедрения арочных передач взамен прямозубых, косозубых, передач Новикова, неизменно приводит к положительным технико-экономическим показателям. По себестоимости арочные колеса не дороже своих предшественников. По несущей способности, долговечности, плавности – пока нареканий не было. А вот примеры повышения долговечности и плавности работы замененных передач имеются. Одно известно наверняка – арочные передачи обладают всеми преимуществами эвольвентного зацепления.
Что можно сказать о перспективах ЭЦ-зацеплений?
ЭЦ-передачи пока ничего не доказали. Технологию их изготовления еще предстоит создавать, осваивать и внедрять. При самом благоприятном исходе дела, по нашему мнению, они смогут занять весьма скромную область использования.
Примеры арочных передач в нефтедобывающей, металлургической, автомобильной, станкостроительной и авиационной промышленности
Контакты:
ООО «Зубчатые трансмиссии – МГОУ»
Давыдов Анатолий Павлович,
тел. +7 (910) 642 09 02,
e—mail: daprimsou@mail.ru
Авторы настойчиво утверждают, что «Колеса с круговыми зубьями известны с 1912 года.». Это не так.
Первый из известных мне патентов на зубчатые колеса с круговой «линией зуба» — это US. Pat. No. 5.647, Rack and Pinion, A.M.Semple, June 27, 1848. У меня есть копия этого патента.
Согласитесь, 1848 — это никак не 1912 !!
Далее, авторы настаивают, что фишка ИХ изобретения в том, что колеса с арочными зубьями нарезают в условиях обката при нулевом угле зацепления в станочном зацеплении (и имеют соответствующую геометрию боковых сторон профиля зубьев). Фишка правильная, но не ИХ !!
В конце 1950-х, начале 1960-х годов эта концепция была предложена А.К. Сидоренко, Новокраматорский машиностроительный завод. Позже (значительно позже), она нашла отражение в трудах А.К.Сидоренко:
1. Сидоренко А.К. Зубчатая передача «70-НКМЗ». – М.: Машиностроение, 1984. – 80с.
2. Сидоренко А.К. Новые виды зубчатых передач. – М.: Машиностроение, 1990. – 129с.
3. Сидоренко А.К. Арочная цилиндрическая зубчатая передача «85-ПО КЗТС» (Геометрические расчеты и технологические приемы). – М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1993. – 170с.
4. Сидоренко А.К. Арочная передача по высоте зубьев «90-ВНИТИ». – Коломна, 1998. – 50с.
и др.
Это не мешает знать.
Успехов,
Радзевич Степан Павлович
Профессор, д-р техн. наук
Уважаемый Степан Павлович!
Благодарим за присланную информацию и интерес к нашему сообщению на вебинаре. Арочные колеса старше на 64 года, это очень интересно! Полтора века они прозябали без широкого использования в промышленности.
Вот по следующему Вашему замечанию мы хотим внести некоторое уточнение. Цитируем Вас: «Далее, авторы настаивают, что фишка ИХ изобретения в том, что колеса с арочными зубьями нарезают в условиях обката при нулевом угле зацепления в станочном зацеплении (и имеют соответствующую геометрию боковых сторон профиля зубьев). Фишка правильная, но не ИХ !!. В конце 1950-х, начале 1960-х годов эта концепция была предложена А.К. Сидоренко, Новокраматорский машиностроительный завод».
Жаль, что мы не имеем возможности прослушать свое выступление на вебинаре, по которому у Вас сложилось такое впечатление. Мы сказали, что нами разработан способ, который позволяет высокопроизводительно изготавливать арочные колеса в высокоточном исполнении. И это способ основан на привлечении четырех составляющих из различных разделов науки и техники:
— нулевого способа зубонарезания;
— возможностей станков с ЧПУ;
— возможностей современных режущих инструментов;
— компьютерных технологий.
Мы не говорим, что мы авторы этих составляющих. Например, с нулевым способом зубонарезания мы впервые встретились в 1962 году, осваивая зубошлифование на станках швейцарской фирмы МААГ.
Мы предполагаем, что неудачи многих исследователей связаны с тем, что они не имели возможности привлечь указанные составляющие, поскольку эти компоненты в их время не достигли современного уровня.
Мы чтим вклад выдающегося машиностроителя Александра Константиновича Сидоренко в становление арочных передач. Он, без всякого сомнения, превосходит остальных разработчиков проблемы арочных колес. Мы в 2012 году на Коломенском тепловозостроительном заводе беседовали с его близким другом, заместителем главного конструктора. Он нам рассказал, что умирая, Александр Константинович поведал следующее: «Арочные колеса — вещь очень хорошая, но жаль, что технология их изготовления еще не создана».
Мы считаем, что нам удалось решить эту задачу. Например, колесо из стали 40Х с числом зубьев 18 модуль 4 мм, с шириной венца 35 мм мы нарезаем за 16 минут с точностью 6 степени. Это по производительности не хуже традиционного способа.
Мы встречались с В.В. Бушуевым, профессором СТАНКИНа, бывшим главным конструктором Коломенского завода тяжелого станкостроения. Он в свое время был членом Комиссии Минстанкопрома, которая дала отрицательное заключение на предложение А.К. Сидоренко о проведении нировских работ и развитии производства арочных зубчатых передач. Мнение Комиссии, что использование арочных передач аналогично коническим с круговым зубом сопряжено с преодолением огромных трудностей и поэтому заниматься ими не стоит.
Мы накопили положительный опыт использования изготовленных нами арочных колес. Он доказывает, что это стоящая вещь. Об этом мы рассказали на вебинаре.
Благодарим Вас за проявленный к нашему выступлению интерес и высказанные замечания.
Доброго Вам здоровья.
Уважаемый Ремир Борисович:
Благодарю за письмо.
Обмен мнением/информацией — это единственная цель моего коменнтария по зубчатым колесам с круговыми зубьями.
Свой комментарий в письме я подытожил фразой: «Это не мешает знать». Не думаю, что по этому поводу могут быть возражения.
С наилучшими пожеланиями,
— С.Радзевич
P.S.: Вопросы кинаматика и геометрии зубчатых колес с круговыми зубьями рассмотрены в книгах:
1. Radzevich, S.P., Theory of Gearing: Kinematics, Geometry, and Synthesis, 2nd Edition, CRC Press, Boca Raton, Florida, 2018, 712 pages. [First edition: Radzevich, S.P., Theory of Gearing: Kinematics, Geometry, and Synthesis, CRC Press, Boca Raton, Florida, 2012, 743 pages.].
2. Radzevich, S.P., Gear Cutting Tools: Science and Engineering, 2nd Edition, Boca Raton, Florida, 2017, 564 pages. [First edition: Radzevich, S.P., Gear Cutting Tools: Fundamentals of Design and Computation, Boca Raton, Florida, 2010, 754 pages.].
Дальнейшее комментирование будет проходить в Дискуссионном Клубе «Редуктор+»