Аналитические исследования в области поиска новых рациональных решений при обработке типовых деталей машин

Исследование связи конструктивных и технологических факторов с погрешностями размеров и формы основных деталей зубчатых передач

Источники погрешностей и проблема точности зубообработки колес зубчатых передач

В ходе выполнения зубообрабатывающих операций на зубчатых колесах

возникают погрешности обработки, вызывающие отклонения формы и размеров обработанных зубьев от теоретически заданных. Это приводит к нарушению постоянства передаточного отношения передачи (кинематической погрешности) и плавности ее работы, контакта зубьев в передаче (по длине и высоте зуба) и бокового зазора между ними.

Все перечисленное влияет на эксплуатационные качества зубчатых передач трансмиссий, вызывая преждевременный износ зубчатых колес и вредные шумы в передаче.

К основным источникам возникновения погрешностей следует отнести: физико-механические свойства материалов зубчатых колес; погрешности формы и размеров заготовок деталей, полученные на предыдущих операциях; погрешности изготовления и настройки станков, приспособлений и инструментов; погрешности базирования и закрепления обрабатываемого колеса и инструмента; силовые и температурные деформации упругой технологической системы станок- приспособление-инструмент-деталь; погрешность, обусловленная приближенным методом профилирования зубообрабатывающего инструмента; износ режущих элементов инструмента; погрешность измерения.

При выполнении зубообрабатывающих операций источники погрешностей проявляют случайный и систематический характер. Систематически действующие источники погрешностей могут быть постоянными и периодическими (функциональными).

Одна из главных задач технологии зубообработки - изучение источников погрешностей, возникающих в процессе выполнения технологического процесса изготовления зубчатых колес, с целью устранения или частичного уменьшения их действия до допустимых значений путем адаптивной оптимизации производства зубчатых передач.

Источники погрешностей зубообрабатывающих операций вызывают относительные дополнительные (избыточные) перемещения упругой технологической системы, которые приводят в процессе выполнения зубообрабатывающих операций к непрерывному изменению расстояния между производящей поверхностью режущего лезвия инструмента и идеальным (теоретически точным) зубчатым колесом.

Чтобы понять сущность этого вопроса, расположим идеальное зубчатое колесо в системе координат xyz так, чтобы ось его вращения совпала с ось z, а радиус, проходящий по межцентровому расстоянию между осями колеса и инструмента, совпадал с осью у. Тогда ось х также совпадет с радиусом идеального зубчатого колеса, но расположится перпендикулярно осям z и у. Направление вдоль оси z будем называть осевым, вдоль оси у - радиальным, а вдоль оси х - тангенциальным (рис. 10.1.).

Рис. 10.1. Система координат для рассмотрения избыточных перемещений упругой технологической системы в процессе обработки зубьев

Следовательно, избыточные перемещения упругой технологической системы происходят в результате избыточных относительных перемещений обрабатываемого колеса и инструмента вдоль каждой координатной оси системы xyz (осевое, радиальное и тангенциальное перемещение) и поворотов колеса вокруг этих осей.

Однако следует отметить, что источники погрешностей при выполнении зубообрабатывающих операций обычно имеют слабые связи с избыточными поворотами упругой технологической системы вокруг осей х и у. Поэтому с достаточной для практических расчетов точностью можно предположить, что избыточные перемещения упругой системы являются функцией избыточных относительных перемещений обрабатываемого колеса и инструмента в направлении трех координатных осей и поворота колеса только вокруг оси z• В свою очередь избыточные перемещения упругой системы приводят к приращению профиля (правого и левого) зуба колеса по линии действия, то есть линии, проходящей через точку взаимодействия зубьев, по которой происходит передача рабочего усилия. Значение приращения профиля зуба по линии действия указывает на относительные дополнительные перемещения сопряженных поверхностей зубьев колес при их работе в передаче, то есть на погрешность обработки зубьев, образующейся в ходе выполнения технологической операции. Эти погрешности необходимо изучать во взаимосвязи с нарушениями комплексных показателей точности зубчатого колеса, то есть кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев в передаче и боковых зазоров. Именно исследование комплексных погрешностей обработанного колеса имеет определяющее значение для оценки эксплуатационных качеств зубчатой передачи.

Следует заметить, что все погрешности необходимо исследовать в том виде, в каком они появляются в процессе обработки зубчатых колес и действуют при работе последних в зубчатой передаче (рис. 10.2.).

Рис. 10.2. Источники появления избыточных перемещений технологической системы в процессе обработки зубьев

С целью выявления, а следовательно, и устранения или уменьшения погрешности обработки зубьев, сначала устанавливают источники их появления и соответствующие им значения перемещений А/ упругой технологической системы в координатной системе xyz . Далее определяют закон изменения значения перемещения А/ и после установления связей находят суммарные перемещения упругой системы в координатах xyz.

На последнем этапе устанавливают связи между суммарными перемещениями упругой системы и показателями точности зубчатых колес по линии действия (рис. 10 3). Такой технологический анализ наиболее полно выявляет не только доминирующие, но и прочие факторы, влияющие на точность зубообработки, и способствуют устранению или уменьшению их действия с помощью адаптивного управления технологической операцией.