ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ГИПЕРБОЛОИДНЫХ ЧЕРВЯКОВ

Полезная модель относится к области червячных передач, в частности - к гиперболоидным червякам и к их производству лезвийными и абразивными инструментами.
Известна червячная передача, которая имеет гиперболоидный червяк и червячное колесо, входящее с ним в зацепление, зубья которого адекватны виткам данного червяка, а гиперболоидный червяк сформирован винтовым движением начальной зубчатой рейки, которая содержит полный ряд зубьев, входящих в станочное зацепление с червячным колесом, и развернута к оси этого червяка под углом наклона, равным углу подъема витков червяка на начальном цилиндре, а парное червячное колесо сформировано инструментом, полученным на базе данного гиперболоидного червяка (см. патент Российской Федерации на изобретение №2200262, МПК 7 F16h 1/16, F16h 55/22, B23f 21/16, B23f 13/00 Червячная передача, способ ее изготовления, оборудование и инструмент для ее выполнения. Заявка №98116838/28 от 1998.09.08, Автор изобретения В.А.Настасенко, Опубл. 2003.03.10).
Их недостатком является неопределенность основных типов червяков, формируемых таким образом.
Известны также основные типы цилиндрических червяков: архимедовы ZA (с прямолинейным профилем в осевом сечении); конволютные ZN (три варианта: ZN1 - с прямолинейным профилем витка, ZN2 - с прямолинейным профилем впадины, ZN3 - с прямолинейным нормальным профилем витка); эвольвентные ZI (с прямолинейным профилем витка касательным к винтовой линии, лежащей на соосной цилиндрической поверхности); которые получают лезвийными инструментами, а также получаемые абразивными инструментами: образованные конусом ZK (три варианта: ZK1 - у которых ось скрещивается с осью производящего конуса под углом, равным делительному углу подъема линии витка червяка, ZK2 - ось которых пересекается с осью производящего конуса под прямым углом, ZK3 - ось которых скрещивается с осью производящего конуса под прямым углом); образованные тором ZT (два варианта: ZT1 - ось которых скрещивается с осью производящего тора под углом, равным делительному углу подъема витка червяка, ZT2 - ось которых скрещивается с осью производящего тора под углом, при котором одно из плоских сечений главной поверхности витка червяка является дугой окружности, совпадающей с образующей производящего тора); при этом их профили формируют вдоль одного витка или впадины (см. книгу Производство зубчатых колес Справочник /С.Н.Калашников, А.С.Калашников, Г.И.Коган и др. Под общ. ред. Б.А.Тайца. - М: Машиностроение, 1990, с.13-16).
Их недостатком является несовпадение профиля червяка с профилем исходной рейки на всей ее длине, что приводит к неточному зацеплению крайних витков и ухудшению условий контакта с зубьями колеса, которое растет по мере увеличения количества витков и заходов червяка.
Аналог, представленный в патенте Российской Федерации на изобретение №2200262 для типов основных червяков, является прототипом для способа их обработки. Его недостатком также является неопределенность формируемых таким способом основных типов червяков.
Задачей данной заявки на полезную модель является устранение указанных недостатков, путем определения основных типов гиперболоидных червяков, формируемых известными способами их обработки в новых условиях, при движении формообразующего инструмента по нормали к витку червяка, или по нормали ко впадине витков червяка, или по нормали к профилям правой или к левой боковым сторонам витков червяка, и создание на базе этих червяков новых способов их обработки, с наклоном оси их вращения по направлению к подаче производящего червяк инструмента, равным углу подъема его витков, или впадин витков, или левой и правой боковых сторон витков на начальном цилиндре червяка.
Примеры решения поставленной задачи показаны на чертежах.
ω
ω
ω
u
ω
На фиг.1 показаны основные типы червяков, нарезанных лезвийными инструментами, среди которых выделены цилиндрические червяки - аналоги, имеющие угол подъема винтовой линии γ, равный углу ω наклона винтовой линии к оси червяка на его начальном цилиндре диаметра d и адекватные им гиперболоидные червяки, которые отличаются от цилиндрических тем, что ось их вращения наклонена к направлению подачи s образующих профиль червяка инструментов, под углом ω. При этом аналога цилиндрического архимедова червяка ZА типа, у которого образующий профиль режущих кромок лезвийного инструмента расположен в секущей плоскости, проходящей через ось вращения червяка, а точки на образующем профиле инструмента при движении на 1 шаг и на глубину витка червяка, образуют в его поперечном сечении винтовую кривую, которой является архимедова спираль, у гиперболоидных червяков не существует.
ω
ω
u
ω
ω
Для аналога конволютого цилиндрического червяка ZN1 типа, у которого образующий профиль режущих кромок лезвийного инструмента расположен в секущей плоскости, нормальной к витку червяка на его начальном цилиндре диаметра d, а точки на образующем профиле инструмента при движении на 1 шаг и на глубину витка червяка, образуют в поперечном сечении винтовую кривую - удлиненную эвольвенту, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH1 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанный с ней образующий профиль лезвийного инструмента совмещен с профилем витка червяка в сечении, нормальном к витку на начальном цилиндре червяка диаметра d, при движении инструмента с подачей s под углом ω, к оси вращения червяка, равном углу γ подъема его витков на начальном цилиндре.
ω
ω
u
ω
ω
Для аналога конволютого цилиндрического червяка ZN2 типа, у которого образующий профиль режущих кромок лезвийного инструмента расположен в секущей плоскости, нормальной ко впадине витка червяка на его начальном цилиндре диаметра d а точки на образующем профиле инструмента при его движении на 1 шаг и на глубину витка червяка, образуют в его поперечном сечении свою удлиненную эвольвенту, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH2 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанный с ней образующий профиль лезвийного инструмента совмещен с профилем впадины витка червяка в сечении, нормальном к ней на начальном цилиндре червяка диаметра d, при движении инструмента с подачей s под углом ω к оси вращения червяка, равном углу γ подъема его витков на начальном цилиндре.
ωл
ωп
ω
ω
u
ωл
ωп
ωл
ωп
Для аналога конволютого цилиндрического червяка ZN3 типа, у которого образующие профили режущих кромок лезвийных инструментов расположены в секущих плоскостях, нормальных к левой или к правой стороне профиля витка, соответственно, под углами подъема γ и γ на начальном цилиндре червяка диаметра d, а точки на левом и правом образующих профилях инструмента при движении на 1 шаг и на глубину витка червяка, образуют в его поперечном сечении свои удлиненные эвольвенты, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH3 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанных с ней образующих профилей лезвийных инструментов совмещены с профилем левой или правой боковых сторон витка червяка в сечении, нормальном к этим сторонам на начальном цилиндре диаметра d при движении с подачей s под левым ω или правым ω углами наклона к оси его вращения, равными левым γ и правым γ углам подъема витков на начальном цилиндре червяка.
i
Для аналога эвольвентного цилиндрического червяка ZI типа, у которого образующие профили режущих кромок лезвийных инструментов расположены в секущей плоскости, нормальной к левой и правой сторонам витка на расчетном диаметре d, а точки на образующих профилях инструментов при их движении на 1 шаг и на глубину витка червяка, образуют в его поперечном сечении эвольвенту, исполнение гиперболоидного червяка с точной формой эвольвенты затруднено за счет изменения его начального диаметра, поэтому признано нецелесообразным.
ω
ω
ω
u
ω
На фиг.2. показаны основные типы червяков, нарезанных абразивными инструментами, среди которых выделены цилиндрические червяки - аналоги, имеющие угол подъема винтовой линии γ, равный углу ω наклона винтовой линии к оси червяка на его начальном цилиндре диаметра d, и адекватные им гиперболоидные червяки, которые отличаются от цилиндрических тем, что ось их вращения наклонена к направлению подачи s образующих профиль червяка инструментов, под углом ω.
ω
ω
u
ω
ω
Для аналога цилиндрического червяка образованного конусом ZK1 типа, у которого образующий профиль дискового абразивного круга расположен в секущей плоскости, нормальной ко впадине витка на начальном цилиндре диаметра d, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH5 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанный с ним образующий профиль дискового абразивного круга совмещен с профилем впадины витка червяка в сечении, нормальном к ней на начальном цилиндре диаметра d, при движении с подачей s под углом ω к оси вращения червяка, равном углу γ подъема впадины витков червяка на его начальном цилиндре.
ω
ω
u
ω
ω
Для аналога цилиндрического червяка образованного конусом ZK2 типа, у которого образующая профиля концевого абразивного круга расположена в секущей плоскости, нормальной ко впадине витка на начальном цилиндре диаметра d, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH6 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанный с ним образующий профиль концевого абразивного круга совмещен с профилем впадины витка червяка в сечении, нормальном к ней на начальном цилиндре диаметра d, при движении с подачей s под углом ω к оси вращения червяка, равном углу γ подъема впадины витков червяка на его начальном цилиндре.
ωл
ωп
ω
ω
u
ωл
ωл
ωл
ωп
Для аналога цилиндрического червяка образованного конусом ZK3 типа, у которого образующий боковой профиль конического чашечного абразивного круга расположен в секущей плоскости, нормальной к левой или к правой сторонам витка, соответственно под левым γ иди правым γ углами подъема на начальном цилиндре d, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH7 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанные с ним образующие профили боковых сторон конических чашечных абразивных кругов совмещены с профилем витка червяка в сечении, нормальном к левой и правой сторонам витка на начальном цилиндре диаметра d при движении с подачей s под левым ω или правым ω углами наклона к оси вращения червяка, равным левым γ или правым γ углам подъема боковых сторон витков червяка на его начальном цилиндре.
ωл
ωп
ω
ω
u
ωл
ωл
ωл
ωп
Для аналога цилиндрического червяка образованного конусом ZK4 типа, у которого образующий торцовый профиль конического чашечного абразивного круга расположен в секущей плоскости, нормальной к левой или к правой сторонам витка, соответственно под левым γ иди правым γ углами подъема на начальном цилиндре d, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH8 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанные с ним образующие профили торцовых поверхностей конических чашечных абразивных кругов совмещены с профилем витка червяка в сечении, нормальном к левой и правой сторонам витка на начальном цилиндре диаметра d при движении с подачей s под левым ω или правым ω углами наклона к оси вращения червяка, равным левым γ или правым γ углам подъема боковых сторон витков червяка на его начальном цилиндре.
ω
ω
ω
u
ω
ω
Для аналога цилиндрического червяка образованного конусом ZK5 типа, у которого образующий профиль дискового абразивного круга расположен в секущей плоскости, нормальной к витку под углом подъема γ на начальном цилиндре диаметра d, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH9 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанный с ним образующий профиль дискового абразивного круга совмещен с профилем витка червяка в сечении, нормальном к витку, на начальном цилиндре диаметра d, при движении с подачей s под углом ω к оси вращения червяка, равном углу γ подъема витков червяка на его начальном цилиндре.
u
ω
ω
ω
u
ω
На фиг.3. показаны основные типы червяков, нарезанных торцовыми резцовыми головками и абразивными шлифовальными кругами радиуса R, среди которых выделены цилиндрические червяки - аналоги, имеющие угол подъема винтовой линии γ, равный углу ω наклона винтовой линии к оси червяка на его начальном цилиндре диаметра d, и гиперболоидные червяки, которые отличаются от цилиндрических тем, что ось их вращения наклонена к направлению подачи s образующих профиль червяка торцовых инструментов под углом ω.
ω
u
ω
ω
Для аналога цилиндрического червяка ZT3 типа, образованного торцовой резцовой головкой, у которой резцы установлены на периферии по нормали к плоскости ее вращения, а образующий профиль резцов совмещен с профилем витка червяка в сечении, нормальном к витку на начальном цилиндре червяка, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH10 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанный с ним образующий профиль резцов, установленных на периферии торцовой головки по нормали к плоскости ее вращения, совмещен с профилем витка червяка в сечении, нормальном к витку на его начальном цилиндре диаметра d при движении головки с подачей s под углом ω к оси вращения червяка, равном углу γ подъема витков на его начальном цилиндре.
ω
u
ω
ω
Для аналога цилиндрического червяка ZT4 типа, образованного торцовой резцовой головкой, у которой резцы установлены на периферии по нормали к плоскости ее вращения, а образующий профиль резцов совмещен с профилем впадины витка червяка в сечении, нормальном ко впадине витка на начальном цилиндре червяка, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH11 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанный с ним образующий профиль резцов, установленных на периферии торцовой головки по нормали к плоскости ее вращения, совмещен с профилем впадины витка червяка в сечении, нормальном к ней на начальном цилиндре диаметра d, при движении головки с подачей s под углом ω к оси вращения червяка, равном углу γ подъема впадины витков на его начальном цилиндре.
ωл
ωп
ω
u
ωл
ωп
ωл
ωп
Для аналога цилиндрического червяка ZT5 типа, образованного торцовой резцовой головкой, у которой резцы установлены на периферии по нормали к плоскости ее вращения, а образующие профили резцов совмещены с левым или правым профилем витка червяка в сечении, нормальном к ним, соответственно, под углами подъема γ и γ на его начальном цилиндре, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH12 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанные с ним образующие профили резцов, установленных на периферии торцовой головки по нормали к плоскости ее вращения, совмещены с профилем левой или правой боковых сторон витка червяка в сечении, нормальном к этим сторонам на начальном цилиндре диаметра d, при движении с подачей s под левым ω или правым γ углами наклона к оси его вращения, равными левым γ и правым γ углам подъема витков на начальном цилиндре червяка.
ω
u
ω
ω
Для аналога цилиндрического червяка ZT6 типа, образованного торцовым шлифовальным кругом, у которого производящее абразивное кольцо (тор), выполнено на периферии торцовой поверхности круга или головки по нормали к плоскости их вращения, а образующий профиль совмещен с профилем витка червяка в сечении, нормальном к его витку на начальном цилиндре червяка, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH13 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанный с ним образующий профиль абразивного кольца (тора), выполненного на периферии торцовой поверхности круга или головки по нормали к плоскости их вращения, совмещен с профилем витка червяка в сечении, нормальном к витку на его начальном цилиндре диаметра d при движении шлифовального круга с подачей s под углом ω к оси вращения червяка, равном углу γ подъема витков червяка на его начальном цилиндре.
ω
u
ω
ω
Для аналога цилиндрического червяка ZT7 типа, образованного торцовым шлифовальным кругом, у которого производящее абразивное кольцо (тор) выполнено на периферии торцовой поверхности круга или головки по нормали к плоскости их вращения, а образующий профиль совмещен с профилем впадины витка червяка в сечении, нормальном к его витку на начальном цилиндре червяка, возможно исполнение гиперболоидного червяка ZH14 типа, у которого профиль зубьев рейки и связанный с ним образующий профиль абразивного кольца (тора), установленного на периферии торцовой поверхности круга или головки по нормали к плоскости их вращения, совмещен с профилем впадины витка червяка в сечении, нормальном к витку на начальном цилиндре червяка диаметра d, при движении шлифовального круга с подачей s под углом ω к оси его вращения, равном углу γ подъема впадины витков червяка на его начальном цилиндре.
Способы обработки данных червяков представлены приведенными выше направлениями подачи инструмента, наклоном оси вращения гиперболоидного червяка и параметрами установки образующих поверхностей инструментов, формирующих, профиль витков червяка, или его впадин, или левой и правой боковых сторон витков, что обеспечивает новизну в решении изобретательских задач 1-го уровня сложности - применения известного в новых условиях.
ω
Пример конкретного исполнения гиперболоидных червяков возможен для любого из перечисленных выше типов, которые в конечном итоге сводятся к 3-м вариантам формирования профиля: 1) по витку, в котором его профиль искажается от головки к ножке, 2) по впадине,, в котором профиль искажается ножки к головке, 3), по боковым сторонам, в котором его профиль искажается от головки и ножки к выпуклости в середине витка, что считаем наилучшим вариантом по точности. При этом для однозаходного червяка модуля m=5 мм, с начальным диаметром d=70 мм, в цилиндрическом исполнении ZN3 типа, погрешности составят 5 Мкм, а в аналогичном гиперболоидном исполнении ZH3 типа, погрешности составят 1 Мкм, что облегчает варьирование профилем витка и образующего его инструмента.
Экономический эффект от внедрения предлагаемой заявки на полезную модель обеспечивается за счет лучших условий обработки профиля витка червяка и формирования профиля образующего его инструмента, которые облегчают получение профиля витка с наилучшими условиями формирования масляного клина, что обеспечивает повышение износостойкости и несущей способности червячных передач на 5-10%. Соответственно растет срок службы червячных пар и уменьшаются их габариты, что дает экономию на каждой из них, от 5 до 100 $, в зависимости от размеров червяков. При потребности в таких передачах от 1 до 10 тыс. штук в год, экономический эффект составит от 5000 до 1 млн. $.
Ведется подготовка к их внедрению на комбайновых заводах Украины.
Совокупность приведенных данных свидетельствует о целесообразности широкого применения предлагаемых червяков и способов их обработки.