СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХПАРНОЙ ГИТАРЫ СТАНКА С ПЕРЕМЕННЫМИ МЕЖОСЕВЫМИ РАССТОЯНИЯМИ
METHOD OF MAKING DOUBLE-PAIR QUADRANT WITH VARIABLE INTERAXLE DISTANCE

Изобретение относится к станкостроению, конкретно к двухпарным станочным гитарам с переменными межосевыми расстояниями, содержащим наборы сменных зубчатых колес и используемым во внутренних кинематических цепях станков различного назначения (токарных, зубофрезерных, зубодолбежных и др.).
Характеристиками гитар являются: количество сменных зубчатых колес в наборе (комплекте) гитары; числа зубьев каждого из колес набора гитары; количество реализуемых гитарой передаточных отношений; обеспечиваемая точность настройки гитары, определяемая отклонением реализуемого гитарой передаточного отношения от требуемого технологическим процессом изготовления на станке конкретного изделия.
Интегральными показателями качества гитары являются отношение общего количества реализуемых передаточных отношений к количеству зубчатых колес набора гитары (ИПК1) и к величине интервала значений передаточных отношений (ИПК2).
Известен способ изготовления двухпарных станочных гитар с переменными межосевыми расстояниями, содержащих наборы сменных зубчатых колес, предусматривающий выбор либо «минимальных» комплектов сменных колес с определенными числами зубьев в зависимости от области применения [М.И. Петрик, В.А. Шишков. Таблицы для подбора зубчатых колес. Изд. 3-е. М.: Машиностроение, 1973, 528 с. - см. табл. 2 на с. 15], либо «нормальных» комплектов сменных зубчатых колес с определенными числами зубьев в зависимости от групп станков [Чернов Н.Н. Металлорежущие станки: Учебник для техникумов по специальности «Обработка металлов резанием».-4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 416 с., см. табл. 5.1 на с. 105].
Недостатком известного решения является то, что гитары, изготовленные указанным способом, имеют завышенное количество сменных колес в наборе и пониженные значения интегральных показателей качества.
Известен способ изготовления двухпарных станочных гитар с переменными межосевыми расстояниями, содержащих наборы сменных зубчатых колес, числа зубьев которых назначаются по условию обеспечения заданных значений передаточных отношений [Вереина Л.И. Зависимость точности кинематической настройки станков от состава набора сменных зубчатых колес // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2013. - №10. - С. 15-19].
Недостатком данного способа является то, что качество изготовленных таким образом гитар повышается в ограниченной области диапазона реализуемых передаточных отношений, а именно в области назначенного значения передаточного отношения, требуемого для изготовления конкретных изделий на конкретных станках.
Известен также способ изготовления двухпарных станочных гитар с переменными межосевыми расстояниями, содержащих наборы сменных основных и дополнительных зубчатых колес, причем числа зубьев основных колес образуют либо ряд возрастающих чисел с регулярным шагом в пять зубьев («пятковый» набор), либо ряд возрастающих чисел, кратных двум («четный» набор), либо ряд возрастающих четных и нечетных чисел («смешанный» набор) [Ванин В.А. Основы станковедения. Лаб. работы / сост.: В.А. Ванин, В.Х. Фидаров, В.К. Лучкин. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. - 40 с.].
Указанный способ является наиболее близким к заявляемому способу.
Недостатком известного решения является то, что известный способ не определяет условия выбора чисел зубьев дополнительных колес набора гитары, а изготовленные этим способом гитары имеют пониженные значения интегральных показателей качества.
Цель изобретения - повышение показателей качества двухпарной станочной гитары с переменными межосевыми расстояниями, содержащей набор сменных зубчатых колес.
Технический результат изобретения - увеличение количества реализуемых двухпарной гитарой передаточных отношений при сохранении количества сменных зубчатых колес в наборе гитары.
Предлагаемый способ изготовления двухпарной гитары станка с переменными межосевыми расстояниями, содержащей набор сменных зубчатых колес, включающий выбор числа зубьев упомянутых зубчатых колес, отличающийся тем, что числа зубьев сменных зубчатых колес набора гитары выбирают из ряда, построенного по степени участия каждого из колес в формировании массива реализуемых гитарой передаточных отношений для каждого колеса набора, полученного с использованием общего количества сменных зубчатых колес в наборе гитары и выбора ряда возможных значений чисел зубьев колес гитары с учетом условия кинематических ограничений на значение передаточного отношения для одной пары зубчатых колес и из условия конструктивных ограничений сочетания чисел зубьев четырех колес «а», «b», «с» и «d» гитары: a+b=c+(15…25); c+d=b+(15…25), где: где «а» и «b» - числа зубьев колес первой пары колес гитары, а «с» и «d» - числа зубьев колес второй пары колес гитары.
Предлагаемый способ в общем случае реализуется следующим образом:
- назначают количество К сменных зубчатых колес в наборе гитары;
- назначают ряд возможных значений чисел зубьев сменных колес гитары, причем в качестве границ ряда используются минимальное и максимальное значения чисел зубьев колес известного набора с количеством колес, равным К;
min
max
min
max
- назначают условие кинематических ограничений на значение передаточного отношения U для одной пары зубчатых колес с числами зубьев из заданного интервала: U≤U≤U, где U и U - минимальное и максимальное значения по известным нормативам;
- назначают условия конструктивных ограничений (известное условие сцепляемости колес) для сочетания чисел зубьев четырех колес «а», «b», «с» и «d» гитары: а+b=с+(15…25); с+d=b+(15…25), где: «а» и «b» - числа зубьев колес первой пары колес гитары, а «с» и «d» - числа зубьев колес второй пары колес гитары;
- назначают условие обеспечения минимальных радиальных габаритов комплекта колес гитары: М=a+(b+c)/2+d, где М - минимальное значение для возможных сочетаний чисел зубьев колес, дающих одинаковые значения передаточных отношений;
- определяют полный массив реализуемых значений передаточных отношений (всех возможных значений, включая повторяющиеся) гитары с набором из всех возможных колес при соблюдении условий кинематических и конструктивных ограничений;
- исключают из полного массива повторяющиеся значения передаточных отношений (для каждого из значений), оставляя одно из них, определенное сочетанием чисел зубьев колес, удовлетворяющим условию обеспечения минимальных радиальных габаритов комплекта колес гитары;
- формируют рабочий массив значений передаточных отношений гитары без повторяющихся значений в порядке возрастания значения передаточного отношения и с сохранением соответствующего ему сочетания значений чисел зубьев колес;
- определяют с использованием рабочего массива значений передаточных отношений для каждого колеса набора количество передаточных отношений, в реализации которых данное колесо участвует, и строят ряд чисел зубьев колес по степени участия их в формировании массива значений передаточных отношений - ряд влияния (в порядке убывания количества передаточных отношений, в реализации которых участвует колесо);
- выбирают из ряда влияния участок с количеством элементов (значений чисел зубьев), равным количеству «К» колес в наборе гитары, начиная с первого элемента ряда влияния;
- определяют характеристики двухпарной гитары станка, содержащей набор сменных зубчатых колес из выбранного участка ряда влияния.
Реализация способа показана далее на конкретных примерах улучшения характеристик известных гитар цепей подач станков. В связи с большой трудоемкостью производимых в процессе поиска чисел зубьев сменных колес расчетов последние осуществлены с использованием специального программного средства [Св.-во гос. рег. прогр. для ЭВМ №2015611785, Российская Федерация. Программа «Гитара станка двухпарная - электронная таблица настроек» / А.П. Фот (RU), А.В. Мочалин (RU); правообладатель - федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет». - №20146622785; дата регистр, в Реестре программ для ЭВМ 06.02.2015 г. - Опубл. 20.03.2015 г. - http://www1.fips.ru/fips_serv1/fips_servlet (дата обращения 25.03.2015 г.)].
Реализация способа показана на примере совершенствования гитары-аналога [Вереина Л.И. Зависимость точности кинематической настройки станков от состава набора сменных зубчатых колес // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2013. - №10. - С. 15-19], содержащей набор из 50 колес (числа зубьев колес: 44; 45; 48; 50; 52; 54; 56; 60; 64; 65; 66; 67; 70; 71; 72; 73; 78; 79; 80; 81; 83; 84; 89; 90; 94; 97; 100; 102; 104; 105; 106; 108; 110; 111; 112; 114; 115; 116; 118; 119; 120; 122; 123; 124; 125; 126; 128; 129; 130; 132) и позволяющей реализовать 628479 значений передаточных отношений в интервале от 0,1154 до 7,8909 при значениях интегральных показателей качества ИПК1=12569,6 и ИПК2=80828,1. Расчет произведен при ограничениях: кинематические - 0,2≤U≤2,828; конструктивные - а+b=с+15; c+d=b+15; габаритные - М=a+(b+c)/2+d.
Определение чисел зубьев колес набора двухпарной гитары, изготовленной по предлагаемому способу:
- назначают количество сменных зубчатых колес в наборе гитары К=50 (как в наборе известной гитары);
44
132
- назначают ряд возможных значений чисел зубьев колес гитары, причем в качестве границ используются минимальное и максимальное значения чисел зубьев колес набора известной гитары с количеством колес, равным К (выделены в ряду жирно и подчеркнуты): ; 45; 46; 47; 48; 49; 50; 51; 52; 53; 54; 55; 56; 57; 58; 59; 60; 61; 62; 63; 64; 65; 66; 67; 68; 69; 70; 71; 72; 73; 74; 75; 76; 77; 78; 79; 80; 81; 82; 83; 84; 85; 86; 87; 88; 89; 90; 91; 92; 93; 94; 95; 96; 97; 98; 99; 100; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111; 112; 113; 114; 115; 116; 117; 118; 119; 120; 121; 122; 123; 124; 125; 126; 127; 128; 129; 130; 131; ;
- назначают условие кинематических ограничений на значение передаточного отношения U для одной пары зубчатых колес с числами зубьев из заданного интервала: 0,2≤U≤2,828 (как в наборе известной гитары);
- назначают условия конструктивных ограничений (условие сцепляемости колес) для сочетания чисел зубьев четырех колес «а», «b», «с» и «d» гитары: a+b=с+15, c+d=b+15 (как в наборе известной гитары);
- назначают условие обеспечения минимальных радиальных габаритов комплекта колес гитары: a+(b+c)/2+d=М (как в наборе известной гитары);
- определяют полный массив реализуемых значений передаточных отношений (всех возможных значений, включая повторяющиеся) гитары с набором из всех возможных колес при соблюдении условий кинематических и конструктивных ограничений;
- исключают из полного массива повторяющиеся значения передаточных отношений (для каждого из значений), оставляя одно из них, определенное сочетанием чисел зубьев колес, удовлетворяющим условию обеспечения минимальных радиальных габаритов комплекта колес гитары;
- формируют рабочий массив значений передаточных отношений гитары без повторяющихся значений в порядке возрастания значения передаточного отношения и с сохранением соответствующего ему сочетания значений чисел зубьев колес;
- определяют с использованием рабочего массива значений передаточных отношений для каждого колеса набора количество передаточных отношений, в реализации которых данное колесо участвует, и строят ряд чисел зубьев колес по степени участия их в формировании массива значений передаточных отношений - ряд влияния (в порядке убывания количества передаточных отношений, в реализации
определении 335771 значения передаточного отношения, последнее колесо ряда с числом зубьев 60 участвует в определении 52896 значений передаточного отношения);
- выбирают из ряда влияния участок с количеством элементов (значений чисел зубьев), равным количеству К=50 колес в наборе гитары, начиная с первого элемента ряда влияния (в ряду влияния участок ранее выделен жирно и подчеркнут): 97; 101; 89; 103; 83; 107; 79; 109; 113; 73; 71; 67; 127; 131; 47; 53; 121; 111; 86; 82; 61; 49; 46; 118; 59; 119; 91; 122; 123; 93; 125; 129; 116; 74; 68; 44; 58; 45; 95; 106; 94; 115; 114; 62; 112; 52; 51; 117; 57; 77;
- определяют характеристики двухпарной гитары станка, содержащей полученный набор сменных колес: реализуемое количество значений передаточных отношений - 1182595 в интервале значений от 0,1172 до 7,9145; интегральные показатели качества набора: ИПК1=23651,9; ИГЖ2=151667,2.
Предлагаемым способом усовершенствованы три известных гитары, изготовленные по способам-аналогам, и три гитары, изготовленные по способу-прототипу. Результаты представлены в итоговой таблице, где характеристики гитар, изготовленных по предлагаемому способу, выделены жирным шрифтом (в таблице обозначено: И - известные гитары; П - гитары, изготовленные по предлагаемому способу).
Сравнение характеристик шести известных и шести новых двухпарных гитар, приведенных в таблице, подтверждает существенное повышение интегральных показателей качества (в среднем для всех гитар: ИПК1 примерно в 2,8 раза и ИПК2 примерно в 2,9 раза). Расчеты подтверждают также возможность сокращения количества колес в наборах гитар по сравнению с использованными (при сохранении характеристик известных гитар): в аналогах с 30-ю и 50-ю колесами - на 6 и 7 колес соответственно, в прототипах с 26-ю, 27-ю и 36-ю колесами - на 3, 2 и 3 колеса соответственно.
По сравнению с прототипом заявляемый способ изготовления двухпарной гитары станка, содержащей набор сменных зубчатых колес, обеспечивает технический результат, который может быть получен при реализации изобретения - увеличение количества реализуемых гитарой передаточных отношений при сохранении количества сменных зубчатых колес в наборе гитары (в наборе из 26 колес - примерно на 238%, в наборе из 27 колес - на 235%, в наборе из 36 колес - на 50%).