Геометрична модель формоутворення зубців і управління кінематичними показниками циліндричних передач - Автореферат

Задачі дослідження: вибір апарата керування кривою, що описує профіль твірної поверхні за допомогою вузлових точок характеристичної ламаної і його аналітичний аналіз; аналіз твірної поверхні рейкового типу з керованим профілем; аналіз верстатного зачеплення твірної поверхні й зубчастих коліс; визначення ГКП синтезованих передач, отриманих за узагальненою геометричною моделлю твірної поверхні; розробка компютерних моделей реальних передач із використанням інтерактивного компютерного аналізу ГКП; впровадження наукових результатів. Методи дослідження: класичні методи математичного аналізу при розвязанні рівнянь, що моделюють зачеплення; методи диференціальної геометрії та теорії поверхонь при виведенні аналітичних залежностей критеріїв працездатності передач; загальні методи теорії передач зачепленням при моделюванні верстатних і робочих зачеплень; сучасні методи компютерних досліджень при визначенні критеріїв працездатності передач зачепленням. Наукова новизна одержаних результатів: вперше отримано узагальнену геометричну модель апроксимаційного профілювання зубців нарізного інструменту і коліс як існуючих, так і нових зубчастих передач і на її основі розроблено програмне забезпечення інтерактивного компютерного аналізу геометро-кінематичних показників циліндричних прямозубих передач, що дозволяє здійснювати їх візуальний динамічний синтез. Враховуючи те, що робочі ділянки зубців шестерні і колеса є огинаючими до твірної поверхні, було виконано аналіз існуючих вихідних контурів - всі відомі контури твірної поверхні (як стандартизовані, так і не стандартизовані) можна поділити на дві групи до першої віднести такі, у яких робоча (активна) частина обкреслена ділянкою лінії сталої кривини, а до другої - змінної кривини. Можливість обєднання класичного (евольвентного) і неевольвентного характеру контакту зубців; використання інших кривих, які можуть бути покладені в основу вихідного контуру твірної поверхні - ставить нові завдання в дослідженнях.Дисертація присвячена рішенню актуальної науково-практичної задачі, яка полягає у розробці узагальненої геометричної моделі апроксимаційного профілювання зубців нарізного інструменту і коліс як існуючих, так і нових зубчастих передач. Це дозволяє на першому етапі проектування прискорити процес дослідження існуючих та створення нових зубчастих коліс із врахуванням їхніх експлуатаційних вимог, отримувати компютерні моделі та креслення, проектувати різноманітний зубонарізальний інструмент на основі синтезованої твірної поверхні. В дисертації вперше отримано загальне аналітичне представлення вихідних контурів і поверхонь зубців коліс, нарізного інструмента, а також похідних від нього виразів ГКП циліндричних зубчастих передач на основі апроксимації стандартних і нових профілів кривими Безє третього порядку, що становить теоретичну значимість дисертації. На основі отриманих загальних геометричних моделей в дисертації розроблено програмний комплекс «СИНТЕЗ», використання якого у діалоговому режимі автоматизує процеси проектування зубчастих коліс і нарізного інструмента. Програмний комплекс «СИНТЕЗ» визначається мінімальністю стандартизованих вхідних даних про передачу, що проектується, у сукупності з координатами керуючих точок, від яких залежать вирази геометричних моделей і ГКП передачі.

Дисертація присвячена рішенню актуальної науково-практичної задачі, яка полягає у розробці узагальненої геометричної моделі апроксимаційного профілювання зубців нарізного інструменту і коліс як існуючих, так і нових зубчастих передач. Це дозволяє на першому етапі проектування прискорити процес дослідження існуючих та створення нових зубчастих коліс із врахуванням їхніх експлуатаційних вимог, отримувати компютерні моделі та креслення, проектувати різноманітний зубонарізальний інструмент на основі синтезованої твірної поверхні.

Висновки та результати роботи сформульовані в наступних положеннях: 1. В дисертації вперше отримано загальне аналітичне представлення вихідних контурів і поверхонь зубців коліс, нарізного інструмента, а також похідних від нього виразів ГКП циліндричних зубчастих передач на основі апроксимації стандартних і нових профілів кривими Безє третього порядку, що становить теоретичну значимість дисертації.

2. На основі отриманих загальних геометричних моделей в дисертації розроблено програмний комплекс «СИНТЕЗ», використання якого у діалоговому режимі автоматизує процеси проектування зубчастих коліс і нарізного інструмента. Програмний комплекс «СИНТЕЗ» визначається мінімальністю стандартизованих вхідних даних про передачу, що проектується, у сукупності з координатами керуючих точок, від яких залежать вирази геометричних моделей і ГКП передачі.

3. Складовою комплексу «СИНТЕЗ» є компютерно-графічні моделі елементів передач і нарізного інструмента, що забезпечує візуалізацію процесу проектування від первинних моделей до випуску проектної графічної документації. Графіки ГКП, що змінюються зі зміною координат керуючих точок, дозволяють надати бажаного значення тому чи іншому ГКП.

4. Розроблений інтерфейс комплексу «СИНТЕЗ» з системами ANSYS, NASTRAN та іншими, дозволяє застосувати новітні компютерні технології при дослідженні, проектуванні і виготовленні зубчастих передач.

5. Програмний комплекс «СИНТЕЗ» рекомендовано використовувати у двох напрямках: - для існуючих передач зі стандартизованим профілем зубця і зберіганням існуючої технології виготовлення: апроксимується з наперед поданою точністю кривими Безє третього порядку стандартний профіль і визначаються автоматично ГКП;

- для нових передач із застосуванням нових нетрадиційних методів виготовлення, заснованих на високих інтегрованих технологіях (генеративні технології); досягнення бажаного значення певного ГКП модифікацією профіля в рамках припустимих проектних рішень.

6. Достовірність отриманих в роботі результатів забезпечується порівняльним аналізом з моделями, отриманими відомими способами, наочністю компютерно-графічних зображень, практичним проектуванням в ХК «Луганськтепловоз», ДП ВО «Луганський верстатобудівний завод» для проектування циліндричних зубчастих передач приводів і трансмісій, а також зубонарізного інструменту; на кафедрі «Металорізальні верстати та інструменти» для використання в навчальному процесі.

Публікації за темою дисертації та особливий внесок автора у роботах опублікованих у співавторстві

1. Бочарова И.А. Интерактивное управление геометрией зубьев зубчатых колес / И.А.Бочарова // Системні технології: регіональний міжвузівський збірник наукових праць. - 2006. - випуск 2 (43). - С.41-47.

2. Бочарова І.А. Зведена кривина - важливий показник у керованому синтезі зубчастих зачеплень / І.А.Бочарова, І.А.Скідан // Прикладна геометрія та інженерна графіка: праці / Таврійська державна агротехнічна академія. - 2006. - Вип.4, т.30. - С.65-71.

Здобувачем програмно реалізовано можливість здійснювати інтерактивний аналіз зведеної кривини контактуючих поверхонь зубців у напрямку, перпендикулярному лінії контакту в процесі зміни форми твірної поверхні за допомогою керуючих елементів.

3. Бочарова И.А. Анализ и улучшение геометро-кинематических показателей цилиндрических зубчатых передач / И.А.Бочарова // Вісник Національного Технічного університету «ХПІ»: збірник наукових праць. Тематичний випуск «Проблеми механічного приводу». - 2006. - №22. - С. 60-65.

4. Бочарова И.А. Алгоритм и программа для интерактивного синтеза цилиндрических зубчатых передач / И.А.Бочарова // Геометричне та компютерне моделювання. - 2007. - Вип.16. - С. 133-140.

5. Бочарова И.А. Повышение эффективности процесса синтеза сопряженных поверхностей зубчатых колес / И.А.Бочарова // Геометричне та компютерне моделювання. - 2007. - Вип.17. - С. 182-189.

6. Бочарова И.А. Управляемый синтез зубчатых передач со скрещивающимися осями / И.А.Бочарова, В.А.Витренко, Б.С.Воронцов, И.А.Кириченко // Машиностроение и техносфера XXI века // Сборник трудов международной научно-технической конференции в г.Севастополе 13-18 сентября 2004 г. В 4-х томах. - Донецк: ДОННТУ, 2004. - Т.1. - С. 87-90.

Автору належить компютерна побудова синтезованих евольвентних циліндричних зубчастих коліс і інструментів.

7. Бочарова И.А. Компьютерное управление геометрией зубьев зубчатых колес и зуборезных инструментов / И.А.Бочарова, Б.С.Воронцов // Збірник наукових праць Київського національного університету технологій та дизайну (спецвипуск): Міжвідомчий науково-технічний збірник: доповіді другої кримської науково-практичної конференції. - К.: ДОП КНУТД, 2005. - С.184-189.

Здобувачем запропоновано алгоритм та методику інтерактивного аналізу та синтезу зубчастих передач і нарізного інструмента, побудова тривимірних моделей.