Способ изготовления зубчатых венцов нестандартной формы

машиноведение и детали машин

УДК 621.7.

Г.Ю. Волков, С.А. Киселев

Курганский государственный университет

способ изготовления зубчатых венцов нестандартной формы

Аннотация. В статье рассмотрен новый способ изготовления зубчатых венцов путем сворачивания в спираль зубчатой ленты. Идея состоит в использовании в качестве зубчатой ленты флексагона - тонкой полосы многократно согнутой определенным образом.

Ключевые слова: зубчатый венец, флексатон, зубчатая лента, спираль, прессование.

G.Y. Volkov, S.A. Kiselev. Kurgan State University

METHOD OF pRODUCTION OF NONSTANDARD FORM TOOTHED RIMS

Annotation. The article describes the new method of production of toothed rims via coiling of toothed tape. The idea consists in that the use of a flexagon - the thin multiple-folded in a specific manner metal strip as the toothed tape.

Keywords: toothed rim, flexagon, toothed tape, spiral, extrusion.

Зубчатые колеса широко используются в самых разных отраслях техники. Тем не менее, в настоящие время существуют проблемы с обработкой зубчатых колес «особой конфигурации»: венцов внутреннего зацепления и некруглых зубчатых колес. Некоторые зубчатые механизмы, например, планетарно-роторные насосы, имеющие ряд принципиальных достоинств, не применяются из-за отсутствия экономически оправданных технологий изготовления специфических зубчатых деталей. Механическая обработка нестандартных, проблемных зубчатых венцов дорога и трудоемка, безотходные методы производства (литье, ковка, порошковая металлургия) не обеспечивают требуемой точности.

Из патентно-технической литературы известен способ производства зубчатых венцов [1], состоящий в сворачивании в цилиндр зубчатой ленты. Соединение кромок производится с помощью сварки. Стыки неизбежно вызывают некоторые погрешности по шагу и, соответственно, удары в процессе эксплуатации. Другие недостатки способа связаны с неидентичностью профиля ребрист о й п о л о с ы и т р е б у е м о г_о проф и л я п о л у -

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 11

чаемого зубчатого венца. Погрешности добавляются в процессе гибки достаточно толстостенной ребристой полосы. В случае изготовления некруглых зубчатых колес, трудности применения данного метода значительно возрастают.

В патенте [2] предлагается метод изготовления зубчатого венца путем сворачивания металлической полосы, на которой предварительно выполнены зубья в спираль. Метод имеет недостатки аналогичные вышеуказанным - невысокая точность, обусловленная наличием стыка, а также искажениями профиля зуба в процессе гибки зубчатой ленты.

Нами предложен [3] существенно модернизированный способ изготовления зубчатых венцов, содержащий операцию сворачивания в спираль зубчатой ленты (рисунок 1). Новым является то, что в качестве зубчатой ленты будет укладываться слоями флексагон, то есть многократно согнутая полоса-заготовка. Контур флексагона выбирается приблизительно соответствующим требуемому профилю получаемого зубчатого венца. Окончательное формообразование венца происходит в пресс-форме (рисунок 2). Преимуществом метода является то, что пресс-форма, благодаря невысоким температурам процесса и небольшим усилиям прессования, длительно сохраняет свою точность.

В качестве заготовки используется плоская полоса с постоянной заданной шириной Ь, составляющей 0,3-3 высоты зуба и толщиной б не более 0,5 от своей ширины. Материал полосы-заготовки может быть различным: стальная лента, (преимущественно стандартная полоса, выпускаемая промышленностью), латунная лента, лента на базе стекло- или углеволокна и т. д. Полоса-заготовка может быть покрыта припоем, оцинкована или пропитана клеящим веществом. Полоса-заготовка сгибается во флексагон.

Рисунок 1 - Сворачивание зубчатой ленты

21

Рисунок 2 - Прессование флексогона.1 - флексагон, 2 - матрица, 3 - опора, 4 - оправка.

Для унификации формы задания параметров флексагона в связи с технологией его получения, конфигурация флексагона характеризуется циклически повторяющейся группой преобразований: сгибание полосы-заготовки на 180о относительно оси, лежащей в плоскости полосы-заготовки, выдвижение полосы-заготовки вдоль своей кромки:

где ^ - угол, отсчитанный против часовой стрелки, между осью координат, связанный с кромкой полосы-заготовки, и ортом, лежащим на линии сгиба, проекция которого на ось координат неотрицательна;

Ы - очередное выдвижение полосы-заготовки вдоль своей кромки;

Ь - ширина полосы-заготовки.

Конкретные значения параметров флекса-гона зависят, в первую очередь, от требуемого профиля изготавливаемо зубчатого венца, в том числе от угла зацепления. Для типичных венцов с внутренним зубом подходит флексагон (рисунок 3), цикл преобразований которого соответствует

следующим значениям параметров Ф \ и Ы/Ь:

(-60°; 1,8)^(60°; 0,6)^(-60о; 1,8)^(60о; 1,8)^ (-60о; 0,6)^(60"; 1,8).

Р

<Р\;

Рисунок 3 - Флексагон

Развертка такого флексогона, то есть, полоса-заготовка с нанесенной на ней разметкой линий сгиба, изображена на рисунке 4. Для того чтобы направление линий сгиба характеризовать однозначно, используются ось координат Х, совпадающая с одной из кромок полосы-заготовки и орты ei (направленные оси), лежащие на линиях сгиба. Причем, из двух возможных направлений каждого орта ei выбрано то, при котором проекция орта на ось координат Х неотрицательна. Сгиб полосы-заготовки по каждой линии сгиба производится на 180о. По направлениям, показанным на рисунке 4 сплошными линиями, сгиб выполняется «на себя», а по пунктирным линиям - «от себя» (или наоборот).

Рисунок 4 - Развертка флексагона

22

Вестник КГУ, 2016. № 3

Сгибы флексагона делаются не резкими, а с радиусом R, составляющим 0,5-5 от толщины б полосы-заготовки, как показано на рисунке 5. Благодаря этому, между ребрами флексагона и поверхностями пресс-формы сохранены пустоты, которые в процессе прессования исчезают. В результате, операция прессования обеспечивает воспроизведение заданного (в том числе нестандартного) профиля зубчатого венца и, тем самым, освобождает от необходимости точного выполнения профиля зуба на стадии получения зубчатой ленты. Малая толщина полосы-заготовки снижает необходимые усилия прессования, что обуславливает долговечность пресс-формы.

Рисунок 5 - Сечение зуба флексагона по А-А

Если в изделии, для которого предназначен зубчатый венец, присутствуют сжимающие его торцовые крышки, то для фиксации витков зубчатой ленты друг относительно друга достаточно сил трения, действующих между слоями зубчатой ленты. Для более надежной фиксация витков и обеспечения герметичности может быть применен клей или проведена спайка витков при нагревании пресс-формы до температуры около 200оС. Такое нагревание не вызывает деформации пресс-формы.

Заключение

Технический результат предложенной модернизации способа изготовления зубчатых венцов из зубчатой ленты, уложенной в спираль, состоит в удешевлении технологии на стадии получения зубчатой ленты и в повышении точности воспроизведения требуемого профиля на стадии прессования зубчатой ленты, свернутой в спираль. Преимущества предлагаемого способа по сравнению с «традиционными» методами механической обработкой зубчатых колес из монолитных заготовок состоят в отсутствии отходов материала и возможности получать любой профиль зубчатого венца. Кроме того, переход от монолитного строения зуба к зубу, состоящему из отдельных пластин, расположенных благоприятным образом (перпендикулярно линиям зубьев), в итоге дает повышение прочности зуба (подобно, например, тому, как повышается прочность троса по сравнению с монолитным стержнем).

Список литературы

1 А.с. СССР 418251 МПК B21d5/00. Способ изготовления зубчатого венца с наружными зубьями / Зверев Ю. Н., Белецкий Б. Т. №1737167/25-27, заявл. 12.01.1972; опублик 05.03.1974, бюл. №9.

2 Pat. DE 102005053989 МПК B21D53/26; B21D53/28. Process to manufacture an automotive gearbox synchromesh ring by application of teeth to top side of sheet metal strip and

subsequent bending /HELMS GEORG - №102005053989 ; заявл. 10.11.2005; опубл. 24.05.2007. 6 с.

3 Заявка на изобретение РФ 2015153632 МПК B21d5/00; B21d53/28 / Способ формообразования зубчатого венца / Волков Г. Ю., Киселев С. А. заявл. 14.12.2015.

УДК 621.839.36 Г.Ю. Волков, Д.А. Курасов, М.В. Горбунов Курганский государственный университет

геометрический синтез некруглых зубчатых колес планетарной роторной гидромашины

Аннотация. В статье рассмотрен новый метод геометрического синтеза некруглых зубчатых звеньев роторной гидромашины. Метод реализован с использованием общедоступного математического программного обеспечения и стандартных пакетов графических компьютерных программ.

Ключевые слова: планетарная роторная гидромашина, траектории центров сателлитов, синтез центроид, синтез профилей зубьев.

G.Y. Volkov, D.A. Kurasov, M.V. Gorbunov Kurgan State University

GEOMETRICAL SYNTHESIS OF NON-CIRCULAR TOOTH GEAR OF THE pLANETARY ROTOR HYDRAULIC UNIT

Annotation. The article considers the new method of geometrical synthesis of a non-circular gear member of the rotor hydraulic unit. It is realised with the use of the open-source mathematical software and canned graphic software packages.

Keywords: planetary rotor hydraulic unit, satellites centres trajectories, synthesis of centrodes, synthesis of teethshapes.

Среди схем объемных гидравлических машин известны планетарные роторные гидромашины (ПРГМ). Эти гидромашины содержат плавающие сателлиты и, в общем случае, некруглые центральные зубчатые колеса - ротор и статор (рисунок 1). Достоинством ПРГМ является автоматическая компенсация зазоров в радиальных сопряжениях ротора и статора, которая предопределяет повышенный ресурс их работы. Сравнительно малое распространения ПРГМ обусловлено тем, что ранее отсутствовали экономически оправданные технологии изготовления некруглых зубчатых колес. В настоящее время производство ПРГМ сдерживается слабой изученностью теоретических вопросов, в частности, геометрического синтеза некруглых зубчатых звеньев. В России по д а н н о й тем е б ыл а о п у б_л и к о в а н а с_ерия р а б о_т_, по-

23

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 11