Механическая передача

       Для окончательного подтверждения возможности  внедрения указанного варианта передач  Новикова в редукторах  РЦД в 1965 году в лаборатории СКТБ были проведены  многочисленные испытания редукторов РЦД-350Н при переменном режиме работы, соответствующем среднему режиму «С» с предельно-пиковым кратковременно действующим моментом, превышающим в 3,2 раза нагрузку непрерывного режима, и на изломную прочность зубьев колес с нагрузкой, в 1,7 раза превышающей нагрузку непрерывного режима работы. 

       Проведенные испытания редукторов РЦЦ-350Н показали, что зубчатые передачи Новикова с  исходным контуром «Урал-2Н» с нормализованными колесами с твердостью НВ180.. .210 передают нагрузки, равные нагрузкам зубчатых передач с эвольвентным зацеплением с термоулучшенными колесами с твердостью зубьев НВ230.. .260 как при постоянных, так и при переменных режимах работы. При переменных режимах работы передачи Новикова передают нагрузки в 1,3.. .1,4 раза выше, чем при постоянных режимах работы.

       Предельно-пиковый  момент не вызывает разрушений рабочих  поверхностей зубьев колес с НВ180.. .210, а, наоборот, повышает их долговечность в результате появления на них наклепа.

       На  основании проведенных испытаний  зубчатые передачи Новикова с исходным контуром «Урал-2Н» с нормализованными колесами с твердостью зубьев НВ180. ..210 и с вал-шестернями с твердостью зубьев НВ270.. .300 были внедрены в редукторах РЦД-250, РЦД-350 и РЦД-400 в конце 1965 года. Указанные редукторы были рекомендованы также для эксплуатации в грузоподъемных кранах в механизмах подъема и передвижения.

       Внедрение зубчатых передач Новикова с нормализованными колесами с НВ180.. .210 позволили заводу повысить производительность труда  на зубообработке колес в Фраза по сравнению с зубообработкой эвольвентных колес с НВ230.. .260, избежать дополнительных затрат на ввод новых термических мощностей и довести выпуск редукторов РЦД-250, РЦД-350 и РЦД-400 в 1968 году до 180 тыс. штук в год Это позволило снизить себестоимость редукторов РЦД до такого уровня, что цены их стали в несколько раз ниже цен редукторов-аналогов западных фирм.

       Высокая экономичность редукторов РЦД с  зубчатыми передачами Новикова и низкая их цена предопределяли многие годы их востребованность отечественной промышленностью и зарубежными предприятиями 49 стран мира. Указанные редукторы выпускаются заводом и в настоящее время. После внедрения передач Новикова в редукторах РЦД с «нетвердыми» колёсами завод заключил договор с НИИ механики и прикладной математики Ростовского госуниверситета на проведение исследований нагрузочной способности нитроцементованных с твердостью зубьев HRC₃ 55.. .58 передач Новикова с исходным контуром РГУ-5, разработанным заведующим лабораторией зубчатых передач к.т.н. В.И. Короткиным.

       В течение 1978-1984 годов на заводе были проведены многочисленные испытания твердых зубчатых передач Новикова с указанным исходным контуром, которые показали, что их нагрузочная способность в 1,3 -1,5 раза выше аналогичных эвольвентных передач, а в термоулучшенном варианте (НВ 230...260) передачи Новикова не уступают эвольвентным передачам-аналогам с твердостью зубьев HRC, 56…58.

       В 1985 году зубчатые передачи Новикова с исходным контуром РГУ-5 в термоулучшенном варианте с твердостью зубьев НВ230.. .260 были внедрены в тихоходных ступенях редукторов 1Ц2У-250 и 1ЦЗУ-250.

       Результаты  многолетних исследований термоулучшенных (нетвердых) и нитроцементованных (твердых) зубчатых передач Новикова с различными исходными контурами, проведенные на Ижевском редукторном заводе, были использованы В.И. Короткиным для создания методики и программы paсчета передач Новикова, которые применялись и применяются в настоящее время при создании не только редукторов общемашиностроительного применения, но и редукторов для приводов станков-качалок для добычи нефти, выпускаемых заводом.

       В 1994 году на заводе были созданы для  приводов станков-качалок редукторы цилиндрические трехступенчатые с передачами Новикова с исходным контуром РГУ-5 типа ЦЗНК-450 и ЦЗНК-500, а в 2004г., более совершенные peдукторы цилиндрические трехступенчатые шевронные ЦЗН11М50иЦЗНШ-560.

       В 1987 были начаты работы по созданию редукторов с нитроцементованными с твердостью зубьев HRC 56...58 с передачами Новикова с исходным контуром РГУ-5. В этом же году заводом была изготовлена первая промышленная партия редукторов 1Ц2У-160 в количестве 600 штук с нитроцементованными парами Новикова с исходным контуром РГУ-5, которые эксплуатируются до настоящего времени на ряде предприятий России.

       В 1990 году на заводе была создана перспективная конструкция цилиндрических двухступенчатых редукторов серии 6Ц2 с нитроцементованными зубчатыми парами Новикова с исходным контуром РГУ-5, которые по техническим параметрам были на уровне лучших мировых образцов. Опытные образцы этой серии - редукторы 6Ц2-200 - экспонировались в 1990 году на промышленной выставке в Югославии.

        В 1988 – 1991 годах по договору с Курганским машиностроительным институтом завод проводил научно-исследовательскую работу по шевингованию зубчатых передач Новикова с контуром РГУ-5 редукторов 6Ц2-200 , . К сожалению, из-за известных событий 1991 году заводу не удалось завершить ОКР и НИР, связанные с редукторами серии 6Ц2.

       В 2006 году на заводе возобновлены работы по подготовке к изготовлению опытных  образцов редукторов из серии 6Ц2 и их испытанию. Многолетний опыт проектирования и серийного производства редукторов с передачами Новикова на Ижевском редукторном заводе, положительные результаты их эксплуатации во многих отраслях промышленности с постоянными, переменными и знакопеременными нагрузками, постоянная их востребованность предприятиями России и других стран говорят о том что ошибочно делать вывод что зацепление Новикова полностью себя исчерпало и область рационального применения передач Новикова весьма узка и быстро сокращается.

       Это подтверждается тем, что за последние  годы на заводе разработаны и выпускаются  серийно с зубчатыми передачами Новикова с исходным контуром РГУ-5 специального применения моторедукторы  одноступенчатые МЦ-125, двухступенчатые МЦ-200 и МЦ-250; редукторы одноступенчатые Ц-125, двухступенчатые Ц2-200 и Ц2-250, приводы типа ПНВ для глубинных насосов с редукторами цилиндрическими двухступенчатыми Ц2-200. Освоено изготовление мой тор-редукторов МЦ2С-100Н, выпускавшихся ранее Киевским редукторным заводом. 

       Глава 3. Геометрия и контактная прочность зацепления

       М.Л. Новикова.

       М.Л. Новиковым  разработана теория точечного  зацепления, в основном варианте которого при полной приработке до линейчатого  контакта, линия контакта Lk лежит в торцевой плоскости, а в сечении, перпендикулярном к середине Lk, Rnp контактирующих зубьев достигает необычайно больших величин. Точная формула для Rnp такой передачи была получена Н.И. Колчиным и имеет вид: где:

         - приведенный радиус кривизны центроид зубчатых колес,

         a_t - угол давления в торцевой плоскости

       Получившая  всеобщее распространение формула: где:

       an - угол давления (в нормальном сечении) для зубчатых передач, полученных методом обкатки, с головками зубьев основной рейки описанными дугой окружности с центром на делительной прямой, впервые доложена автором в 1959 году на конференции в ЛКВВИА им. А.Ф. Можайского и несколько позже опубликована В.Н. Кудрявцевым.

       Эта формула дает достаточно точные результаты лишь для передач с отсутствием коэффициентов смещения х исходного контура и размещением центра дуги головки зуба исходного контура на делительной прямой (ха=0).

       В общем же случае для определения  главных приведенных радиусов кривизны в точке контакта необходимо применение общих зависимостей дифференциальной геометрии. В частности, смещение центра дуги головки зуба с делительной прямой (ха>0) усредняет контактные свойства зацеплений Новикова и эвольвентного, что следует иметь в виду при создании исходного контура (при ха → ∞ профиль зуба стремится к прямой и зацепление к эвольвентному).

       Несмотря  на малую длину линии контакта Lk, произведение Lk Rnp, оказывается значительно больше такового для зубчатых передач с эвольвентным зацеплением. В В.Н. Кудрявцев писал, что при изменении контура зуба ведущему к увеличению угла между направлением зубьев и линией контакта, приведенный радиус кривизны в плоскости перпендикулярной к этой линии растет, достигая максимума при расположении линии контакта поперек зубьев.

       При этом максимума достигает не только Rnp, но и произведение Lk Rnp т.е., что в случае правомерности упомянутой формулы Герца, контактная прочность зацепления Новикова должна быть наивысшей из всех возможных зацеплений.

       Однако  уже к концу 50-х годов стало  очевидным, что произведение Lk* Rnp, являющееся общепринятым и объективным критерием контактной прочности эвольвентного зацепления, совершено не приемлемо для зацепления Новикова. Контактные напряжения в «сухом» статическом контакте определяются нормальной силой, функцией зазора и особой матрицей податливости - функцией не только механических свойств материала зубьев, но и формы контактирующих зубьев.

       В задачах Герца (для линейчатого - цилиндрического и точечного - эллиптического контакта) используется сравнительно простая функция зазора и единая матрица податливости для упругого полупространства.

       Упрощенно эти два случая применимости формулы  Герца для линейчатого контакта к эвольвентному зацеплению и  неприменимости к зацеплению Новикова можно свести к следующему.

       В первом случае мы имеем плоскую площадку контакта, в первом приближении, постоянной ширины (определяемой в полюсе зацепления) и многократно превосходящей эту ширину длины, что позволяет сводить задачу к плоской; во втором случае даже «спрямляя» дуговую линию контакта «уплощая» площадку контакта и усредняя Rnp вдоль Lk до значения в середине Lk мы получим площадку контакта протяженность (длина) которой в направлении вдоль Rnp значительно превосходит Lk; ну, а без перечисленных допущений и точечном характере нагрузки все многократно усложняется. Автор не раз показывал абсурдность применения указанной формулы Герца для зацепления Новикова на примере семейства передач, имеющих постоянную ширину зубчатого венца и осевой коэффициент перекрытия и угол наклона, изме-няющийся от конечной величины до нуля.

При этом из формулы следует, что изменяется от конечной величины до нуля и m. Для рассматриваемого семейства передач где постоянная для данного семейства передач С равна при β→0 L_KR_np→∞ и, следовательно, к бесконечности должна бы, стремиться нормальная сила, допускаемая контактной прочностью.

       Ну  и что? Не в этом ли видит Г.А. Журавлев одну из причин бесперспективности применения зубчатых передач Новикова? Да, контактная прочность передач Новикова растет не так быстро, как произведение L_KR_np, но растет и именно высокие значения R_np обеспечивают им устойчивое преимущество по контактной прочности, что подтверждено многочисленными экспериментами различных организаций и лиц.

       Автор имеет опыт экспериментальных исследований и внедрения в промышленность зубчатых передач Новикова с начала 1960 года, а за последние 15 лет руководимая им редукторная фирма 000 «СПИН» г. Орел поставила на металлургические предприятия России более 600 редукторов с зацеплением Новикова, каждый массой от 500 до 6500кг, которые успешно эксплуатируются в тяжелых условиях, неизменно показывая, лучшие результаты ранее эксплуатировавшихся на их месте редукторов с эвольвентным зацеплением.

       К началу 1960 года лишь немногие авторы продолжали использовать в качестве основы для определения контактной прочности зубчатых передач Новикова формулу Герца для линейного контакта. Большинство же отказавшись от этой формулы, перешло на эмпирические зависимости, смешанные или использование формулы Герца для эллиптического контакта.

       Последнее, по мнению Г.А. Журавлева также не сулит теоретических преимуществ зацеплению Новикова, т.к., начальные нормальные контактные напряжения в зацеплении Новикова при применении существующих исходных контуров существенно выше, чем в эвольвентном. Остановимся на этом поподробнее. Рассмотрим контактную задачу цилиндрических зубчатых передач Новикова и эвольвентной на примере: aw = 200мм, m = 5мм, Z1 = 17, Z2 = 60, Р=15°44', bw = 70мм., момент на зубчатом колесе 2670 Н.м.

       Для зацепления Новикова с исходным контуром по ГОСТ 15023-76, используя формулу Герца для эллиптического контакта найден он=948 МПа.

       Однако  формула Герца была получена с  использованием матрицы податливости Буссинеска для упругого полупространства, а форма реальных контактирующих зубьев сильно отличается от полупространства и их податливость (особенно зуба, контактирующего головкой) значительно выше, что приводит к увеличению размеров площадки контакта и снижению контактных напряжений.