Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Диссертационная работа:

Артамонов, Валерий Дмитриевич. Технологические основы повышения эффективности зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев : диссертация ... доктора технических наук : 05.02.07 / Артамонов Валерий Дмитриевич; [Место защиты: ГОУВПО "Тульский государственный университет"].- Тула, 2011.- 415 с.: ил.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы исследования. Важнейшей проблемой современного машиностроения является определение путей реализации перспективных инновационных технологий, создающих прочный фундамент модернизации экономики страны. При этом в первую очередь должны учитываться экономические возможности действующих производств.

В различных изделиях машиностроения используются зубчатые передачи, которые оказывают существенное влияние на их эксплуатационные характеристики. Обладая высоким КПД, компактностью и надежностью, они находят широкое применение в машинах и механизмах в различных отраслях машиностроения: в станках, автомобилях, мототехнике, сельскохозяйственной технике, машинах и технических комплексах оборонного назначения и др.

Характерными особенностями зубчатых колес являются сложность геометрической формы и взаимосвязь размерных параметров, которые должны быть выполнены достаточно точно даже для колес неответственных передач. При изготовлении зубчатых колес наиболее трудоемкими и технологически сложными являются операции формообразования зубьев в соответствии с требованиями по точности и качеству. Несмотря на непрерывное совершенствование технологических процессов изготовления зубчатых колес даже в отраслях машиностроения, характеризуемых крупносерийным производством, трудоемкость операций зубообработки остается очень высокой и составляет свыше 50 % общей трудоемкости механической обработки зубчатых колес.

Конкурентоспособность изделий машиностроения во многом определяется уровнем качества продукции. Качество цилиндрических зубчатых передач характеризуется различными показателями и определяется параметрами точности зубчатых колес. В настоящее время наметилась тенденция нормирования параметров точности цилиндрических зубчатых колес, заключающаяся в переходе к контролю кинематических и динамических функциональных показателей (согласованности вращения, безударной работы, прилегания поверхностей зубьев). Одним из важнейших комплексных показателей точности зубчатых передач является величина и расположение суммарного пятна контакта, которое оказывает влияние на нагрузочную способность передачи и определяет ряд параметров, характеризующих качество передачи, таких как уровень шума и др.

Перспективным направлением повышения качества цилиндрических зубчатых передач является изготовление колес с продольной модификацией зубьев, гарантирующее локализованное по середине зуба расположение и регламентированную ГОСТ 1643-81 ширину пятна контакта, что обеспечивает снижение чувствительности передач к погрешностям изготовления и монтажа.

С учетом большой потребностей промышленности в зубчатых колесах, из которых свыше половины составляют цилиндрические прямозубые колеса с внешним зацеплением, создание инновационных технологий на основе разработки новых высокопроизводительных процессов зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев, позволяющих повысить качество сопряжения цилиндрических зубчатых передач, является актуальной научной проблемой.

Работы выполнялись в соответствии с грантами РФФИ (№96-15-98241-л, 1996-1998 гг.; №00-15-99064-л 2000-2002гг.; РФФИ-офи-центр 08-08-99006 2008-2009гг.; РФФИ-р-офи 09-08-99005 2009г.); грантами Президента РФ для поддержки ведущих научных школ Российской Федерации (№ НШ-1920.2003.8 2003-2005гг.); тематикой важнейших НИР ТулГУ, утвержденных Минобрнауки РФ (госбюджетные темы №21-76 1997-1998 гг.; №36-01; №06-05); c отраслевой темой министерства оборонной промышленности НГ5-406-82; координационным планом Тульского машиностроительного завода и НИТИ "Прогресс" (г. Ижевск); с хоздоговорными темами №76-509, №78-385/2 и №82-120/2 и др.

Объектом исследования являются технологии зубообработки цилиндрических колес, обеспечивающие повышение качества зубчатых передач.

Предметом исследования является анализ и синтез технологических схем, способов, инструментов и оборудования для нарезания продольно-модифицированных зубьев цилиндрических зубчатых колес среднего модуля.

Цель работы. Повышение качества цилиндрических зубчатых передач и производительности зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев.

Достижение поставленной цели потребовало постановки и решения задач:

1) анализ технологических схем зубообработки цилиндрических колес и выявление перспективных направлений повышения эффективности зубонарезания;

2) разработка высокоэффективных способов зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев прогрессивными инструментами - резцовыми головками большого диаметра и методик проектирования зуборезных обкатных резцовых головок;

3) разработка методики объективного сравнительного анализа производительности процессов зубонарезания и проведение сравнительного анализа производительности традиционных способов зубонарезания цилиндрических колес и перспективных способов зубонарезания резцовыми головками;

4) исследование возможностей повышения эффективности зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками на основе моделирования процесса формообразования зубчатых поверхностей по методу обката;

5) обоснование малооперационной технологической схемы согласованного зубонарезания цилиндрических колес с различной продольной модификацией зубьев;

6) моделирование процессов формообразования продольно-модифицированных зубчатых поверхностей цилиндрических колес при зубонарезании резцовыми головками с учетом последующего их сопряжения в зубчатых передачах;

7) разработка прогрессивных конструкций зуборезных резцовых головок и обкатно-делительного механизма нового типа, а также рекомендаций по практической реализации инновационных технологий зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев.

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории эвольвентных зубчатых передач, теории формообразования эвольвентных зубчатых поверхностей по методу обката, теории проектирования режущих инструментов, теории резания, технологии машиностроения. Использованы методы математического анализа, аналитической геометрии, математического моделирования и компьютерного 3D моделирования.

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедр «Технология машиностроения» и «Инструментальные и метрологические системы» ТулГУ, в отделе КТОИиН ОАО «АК «Туламашзавод» с использованием производственного оборудования, средств технологического и метрологического оснащения. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием методов аппроксимации и математической статистики.

Автор защищает:

- перспективные направления совершенствования технологии зубообработки цилиндрических колес: разработка высокопроизводительных процессов зубонарезания и создание малооперационных технологий зубообработки, сформулированные в результате анализа технологических схем зубообработки;

- высокоэффективные способы зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев дисковыми и дельтовидными резцовыми головками большого диаметра (D0 = 200…400 мм);

- методики проектирования резцовых головок для зубонарезания цилиндрических колес, учитывающие особенности схем формообразования по методу обката;

- методику сравнительного анализа производительности способов зубонарезания, основанную на сопоставлении физических технологических и конструктивных параметров, позволяющую объективно оценить потенциальные возможности различных способов, блок-схему, программу и результаты сравнительного анализа производительности способов зубонарезания, позволившие определить области их эффективного применения и выявить наиболее перспективные способы;

- функциональные модели способов зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками по методу обката и аналитические зависимости, описывающие взаимосвязи параметров обрабатываемых зубчатых колес (модуль – m, число зубьев – z1, ширина зубчатого венца – b1), физических (толщина – a и площадь срезаемого слоя – F, усилие резания – Pz), кинематических (скорость относительного движения формообразования – ) и технологических (скорость резания – V, скорость движения подачи обката – VSобк) параметров процессов зубонарезания и конструктивных параметров зуборезных инструментов (диаметр – D0 и число режущих зубьев – z0), позволяющие реализовать рациональные схемы формообразования зубчатых поверхностей;

- способ управления параметрами схемы вырезания впадины (толщиной – a и площадью срезаемых слоев – F) при обкатывающем зубопротягивании цилиндрических колес резцовыми головками путем изменения конструктивных параметров (окружного шага расположения резцов – tокр) зуборезных инструментов, позволяющий повысить производительность и стабилизировать силы резания;

- малооперационную технологическую схему согласованного зубонарезания колес цилиндрических передач с продольной модификацией зубьев различной формы (вогнутых и бочкообразных), обеспечивающую локализованное по середине зубчатого венца расположение пятна контакта эллипсовидной формы;

- зависимости для определения величины продольной модификации зубьев обрабатываемых цилиндрических колес, полученные на основе моделирования процессов формообразования продольно-модифицированных зубьев при зубонарезании резцовыми головками;

- методику определения диаметров зуборезных инструментов и углов наклона осей дельтовидных резцовых головок, гарантирующих получение пятна контакта зубьев колес цилиндрической передачи не менее регламентированной ГОСТом ширины, созданную с учетом сопряжения продольно-модифицированных зубьев цилиндрических колес в зубчатых передачах;

- технологичные конструкции зуборезных дисковых и дельтовидных резцовых головок, спроектированные на основе принципа полной взаимозаменяемости резцов с механическим креплением режущих пластин;

- конструкцию обкатно-делительного механизма без шарнирного соединения эталонной зубчатой рейки, позволившую повысить производительность и точность зубонарезания на модернизированных серийных фрезерных станках;

- рекомендации по практической реализации инновационных технологий зубообработки цилиндрических колес резцовыми головками, позволяющие осуществлять эффективную модернизацию действующих производств с минимальными затратами времени и средств не зависимо от объема выпуска;

- внедрение результатов работы в производство и в учебный процесс.

Научная новизна:

специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

- разработана методика кинематического анализа зубонарезания цилиндрических колес, основанная на сопоставлении физических параметров процесса формообразования по методу обката, позволившая осуществить объективное сравнение производительности различных способов зубонарезания и обосновать эффективность применения способов зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками;

- предложен метод управления параметрами схемы вырезания впадины (толщиной и площадью срезаемых слоев) при обкатывающем зубопротягивании цилиндрических колес путем расположения резцов зуборезных резцовых головок с монотонно возрастающим окружным шагом, позволяющий повысить производительность зубонарезания;

специальность 05.02.08 – Технология машиностроения

- выявлены потенциальные возможности новых способов зубонарезания цилиндрических колес с продольно-модифицированными зубьями дисковыми и дельтовидными резцовыми головками, позволяющие создать малооперационную технологическую схему согласованной зубообработки колес цилиндрических передач, обеспечивающую повышение их качества по параметрам пятна контакта;

- установлена взаимосвязь параметров процессов зубонарезания продольно-модифицированных зубчатых поверхностей цилиндрических колес резцовыми головками и ширины пятна контакта в зубчатых передачах, на основе которой выявлены условия локализации пятна контакта по середине зуба и разработана методика определения диапазона углов наклона осей дельтовидных резцовых головок, гарантирующих получение регламентированной ГОСТом ширины пятна контакта.

Практическая значимость:

- разработаные методика, алгоритм и пакет прикладных программ сравнительного анализа производительности способов зубонарезания цилиндрических колес позволяют выявить диапазон параметров нарезаемых колес для рационального применения различных способов зубонарезания, обосновать повышение производительности зубонарезания резцовыми головками в 2…6 раз по сравнению с традиционным зубофрезерованием червячными фрезами, и осуществлять выбор наиболее эффективных способов зубонарезания конкретных зубчатых колес в условиях производственных технологических служб;

- предложенная инновационная технология согласованного зубонарезания цилиндрических колес с различной продольной модификацией зубьев позволяет повысить качество зубчатых передач по параметрам пятна контакта;

- разработанные высокотехнологичные конструкции зуборезных резцовых головок с использованием взаимозаменяемых резцов с механическим креплением режущих пластин из современных инструментальных материалов, быстродействующее обкатно-делительное устройство нового типа и унифицированный контрольно-заточной комплекс технологической оснастки обеспечивают эффективную реализацию прогрессивных способов зубонарезания цилиндрических колес в производствах различного типа, а также позволяют осуществить модернизацию действующих производств цилиндрических зубчатых колес на предприятиях машиностроения с минимальными затратами времени и средств.

Реализация работы. Результаты работы внедрены на ОАО «АК «Туламашзавод», ОАО «ТОЗ», ФГУП «ГНПП «Сплав». Материалы диссертации используются в учебном процессе в курсах лекций «Технология машиностроения», «Обработка сложных поверхностей», «Режущий инструмент» и «Инструмент для обработки эвольвентных зубчатых колес», при курсовом и дипломном проектировании, выполнении ВКР и магистерских диссертаций по направлению 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на следующих совещаниях, семинарах и научно-технических конференциях: на ВНТК Москва, 1985; Тула, 1988; Курган, 1988; Брянск, 1990; Николаев, 1990; на РНТК Ижевск, 1989; Рыбинск, 1994 и 1999; на МНТК Донецк, 1995 и 1996, 2000, 2001 и 2002; Тула, 1996, 1997, 2000, 2002, 2003, 2005, 2008; Москва, 1996, 2000; Ижевск, 1996; Калининград, 1998; Брянск, 1998, 2006; Донецк – Севастополь, 1999 и 2004; Орел, 2000 и 2001; Харьков, 2002, 2004 и 2007;

За комплекс работ по созданию прогрессивных технологий зубообработки автор в составе коллектива в 2005 г. был удостоен звания лауреата премии им. С.И. Мосина, а в 2008 г. - премии им. акад. Б.С. Стечкина.

Публикации. Основные научные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 2-х монографиях; в 31 статье в научных изданиях, входящих в «Перечень периодических научных и научно-технических изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук», и приравненных к ним, получено патентов РФ на изобретение – 4; в 52-х статьях в сборниках научно-технических трудов, из них статей без соавторства – 11.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и библиографического списка из 255 наименований на 380 страницах основного машинописного текста, 6 приложений, содержит 101 рисунок и 11 таблиц. Общий объем - 456 страниц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net