МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
"Тихоокеанский государственный университет"
Научно-исследовательская работа
На тему:
Разработка объемной параметрической модели зубчатого звена
по натурному образцу
Руководитель: Долгачев М.В.
Выполнили студенты группы ОНГ(б-21)
Коряковцев Алексей Максимович
Цой Владислав Вячеслав
г. Хабаровск 2024
В современных экономических и политических условиях для многих отраслей и предприятий, использующих зарубежное оборудование, проблема обеспечения запасными частями для восстановления вышедших из строя машин и механизмов приобретает особое значение. Одним из возможных решений данной проблемы является организация производства оригинальных деталей на предприятиях региона в рамках политики импортозамещения.
ООО «Машинерис» обратилось в Высшую школу промышленного и регионального инжиниринга (ВШПРИ) с просьбой разработать модель зубчатого колеса, разрушенного в процессе эксплуатации, для восстановления работоспособности механизма иностранного производства. Предприятие представило образец разрушенного элемента зубчатой передачи, использовавшейся в приводе компрессора шведской фирмы.
Отсутствие документации, позволяющей восстановить геометрические параметры передачи и прочностные характеристики материала зубчатого колеса, создало значительные трудности. Было предположено, что зубчатое колесо могло быть изготовлено с параметрами, не соответствующими российским стандартам, что усложняло задачу восстановления. Проблема восстановления параметров передачи оказалась для предприятия нерешаемой.
В связи с этим была поставлена задача разработки документации, позволяющей изготовить зубчатое колесо, аналогичное представленному образцу.
Изучение геометрических параметров зубчатых колес играет важную роль при разработке передач. В данной работе рассматривается восстановление параметров исходной передачи, определение модулВ современных экономических и политических условиях для многих отраслей и предприятий, использующих зарубежное оборудование, проблема обеспечения запасными частями для восстановления вышедших из строя машин и механизмов приобретает особое значение. Одним из возможных решений данной проблемы является организация производства оригинальных деталей на предприятиях региона в рамках политики импортозамещения.
ООО «Машинерис» обратилось в Высшую школу промышленного и регионального инжиниринга (ВШПРИ) с просьбой разработать модель зубчатого колеса, разрушенного в процессе эксплуатации, для восстановления работоспособности механизма иностранного производства. Предприятие представило образец разрушенного элемента зубчатой передачи, использовавшейся в приводе компрессора шведской фирмы.
Отсутствие документации, позволяющей восстановить геометрические параметры передачи и прочностные характеристики материала зубчатого колеса, создало значительные трудности. Было предположено, что зубчатое колесо могло быть изготовлено с параметрами, не соответствующими российским стандартам, что усложняло задачу восстановления. Проблема восстановления параметров передачи оказалась для предприятия нерешаемой.
В связи с этим была поставлена задача разработки документации, позволяющей изготовить зубчатое колесо, аналогичное представленному образцу.я зубчатого колеса, подбор аналога передачи с использованием стандартного модуля (согласно ГОСТ 9563-80) и определение прочностных характеристик материала зубчатого колеса.
Зубчатый венец определяется следующими основными параметрами:
Число зубьев – (Z)
Нормальный модуль – (mn)
Исходный контур – (α)
Коэффициент смещения исходного контура – (x)
Угол наклона линии зуба (β)
Ширина зубчатого венца – (B)
Однозначно определить модуль точно, в предположении, что он может быть не стандартным, не представляется возможным. С целью повышения точности результата в работе рассматриваем несколько подходов к определению основных параметров.
Измерение шага по вершинам зубьев (Pa). Расчет шага по делительной окружности Pn.
Данный способ измерения шага наименее точный, но наиболее простой в реализации и дает предварительный результат.
Определено Pa = 11,97мм.
Рассчитываем P_n:
P_n=P_a z/(z+2)
P_n=11,97 ×〖40/(40+2)〗
Получаем P_n=11,4мм
Рассчитываем модуль:
m_n=P_n/π
m_n=11,4/π
Получаем m_n=3,63мм
Полученное значения модуля не соответствует Российским стандартам
Для подбора аналога передачи был проведен анализ зарубежных систем и стандартов, которые позволяют определить параметры зубчатых звеньев. Наиболее подходящей системой оказалась американская система AGMA 201.02, которая соответствует исходному контуру ГОСТ 13755-2015. Был подобран стандартный модуль =3,6286 мм, который также не соответствует российским стандартам.
Угол профиля исходного контура - α = 20º
Коэффициент высоты головки зуба - h_a^*=1,0 мм.
Коэффициент радиального зазора - С^*=0,25
Допускается применение модуля - m_n= 3,6286 мм. – не соответствует Российским стандартам.
В первом приближении предполагаем, что коэффициент смещения исходного контура X=0
Учитывая, что подбор параметров может быть произведен на основании замеров, выполненных с ограниченной точностью, возникает необходимость проверки полученных значений по всем элементам зубчатого колеса.
Имеющиеся средства измерения и контроля зубчатых колес, позволяющих измерять и контролировать:
Диаметр вершин зубчатого колеса (d_a)
Постоянную хорду зуба (S_c1)
Высоту до постоянной хорды (h_c1)
Длину общей нормали (W_1)
Контроль диаметра вершин:
d_a=m_n∙z+2∙m_n
Пологая m_n=3,6286 мм
ⅆ_a=3,6286×40+2×3,6286
получаем d_a=152,4мм.
Путем обмера получаем d_a=152,35мм.
С учетом того, что диаметр вершины обычно выполняется с допуском h12 (в минус)
Полученные значения модуля были проверены с использованием средств измерения и контроля. Контроль диаметра вершин зубчатого колеса показал значение da=152,35 мм, что соответствует стандартному модулю. Таким образом, предложенный аналог передачи с использованием стандартного модуля оказался более приемлемым для производства.
Контроль постоянной хорды:
Расчетная величина:
S_c1=(π/2 cos^2α+x_1× sin2α )m
Пологая X_1=0
s_(c_1 )=(π/2 cos^220+0_ × sin〖2×20 〗 )×3,6286
получаем S_c1=5,03 мм
Высота до постоянной хорды:
h_с1=0,5(d_a1-d_1-s_c1 tan〖α)〗
h_с1=0,5(152,4-152,35-5,03 tan〖20)〗
При тех же условиях получаем h_с1=2,713 мм.
По результатам измерения прибором ЗИМ-16
получаем S_c1=5,0 мм.
Контроль длины общей нормали:
Число зубьев в длине общей нормали:
Z_nr1=z_1/π (tan〖α_x1 〗/cos^2〖β_b 〗 -(2x_1 tanα)/z_1 -invα_t )+1/2
Z_nr1=40/π (tan20/cos^20 -(2×0×tan20)/40-invα_t )+1/2
При принятых значениях параметров получаем 〖 S〗_n1=4,94 мм.
Принимаем Z_n1= 5
Длина общей нормали:
W_1=[π(z_n1-0,5)+2_x1 tanα+z_1 invα_t ] m cosα
W_1=[π(5-0,5)+2_ tan20+40×invα_t ] 3,6286×cos20
По результатам расчета W_1=50,2566 мм.
При измерении с помощью нормалемера БВ-5045 и штангенциркуля получаем W_1=50,23
Таким образом, есть все основания полагать, что представленное зубчатое колесо может быть определено следующими параметрами:
Число зубьев – Z = 40.
Модуль назначенный – m_4=3,6286 мм.
Исходный контур – близок к ГОСТ 13755-61.
Коэффициент смещения исходного контура X = 0.
Для решение третьей задачи определяем прочностные характеристики материала зубатого колеса.
С целью определения свойств материала зубчатого колеса были проведены замеры твердости в различных точках колеса на твердомере ТР 5006-02. Результаты свидетельствуют, что колесо подвергнуто объемной закалке с твердостью около 60-62 HRC. Работы по определению структуры и состава материала продолжаются.
На основании принятых основных параметров в системе КОМПАС-3D была разработана модель зубчатого колеса и рассчитаны все параметры зубчатого венца
Таблица 1. Результаты расчета “КОМПАС – 3Д”
В результате выполнения поставленной задачи была разработана методика идентификации параметров зубчатых венцов на основе данных натурного образца. Благодаря сотрудничеству с различными подразделениями высшего учебного заведения удалось успешно решить задачи геометрии, технологии и материаловедения.
Как результат исследования были определены начальные геометрические параметры зубчатого колеса, изучены некоторые характеристики материала, выявлена возможность изготовления и разработана модель с полным набором геометрических параметров.
Продолжается работа по подбору аналога передачи с параметрами, соответствующими Российскому ГОСТ 13755-2015.