Арочные зубчатые передачи

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?

arochnye zubchatye peredachi ris 1. 300x213 - Арочные зубчатые передачи
Рисунок 1. Арочная зубчатая передача

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:

  1. Протяженность суммарной линии зацепления увеличена, что повышает несущую способность и долговечность.
  2. 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:

  1. Арочные зубчатые передачи требуют обеспечения возможности осевой самоустановки колес.
  2. 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

а) на токарном обрабатывающем центре;
а) на токарном обрабатывающем центре;
б) на горизонтально-расточном станке;
б) на горизонтально-расточном станке;
в) на вертикально-фрезерном станке
в) на вертикально-фрезерном станке  

 

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).

Арочные зубчатые передачи
Рисунок 3. Несимметричный профиль зуба

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.

Рисунок 4. Стандартные режущие инструменты
Рисунок 4. Стандартные режущие инструменты

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.

  1. Рисунок 5.Инструментальные головки различных типоразмеров
    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,

email: daprimsou@mail.ru

Заявка на подбор оборудования



4 комментария

  1. 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

  2. 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.

  3. 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.].

Комментарии закрыты.