Механическая передача

       С учетом этого расчетные напряжения снижаются (по нашим оценкам) до сн=870 МПа.

       Автор, для возможности использования  при расчете зубчатых передач  Новикова обширных данных по допускаемым контактным напряжениям для эвольвентных передач, предложил, определять для σ_н в эллиптическом контакте зацепления Новикова такие эквивалентные им напряжения σ_нэ, при которых передача Новикова с нормальными контактными напряжениями σ_н по опасности контактного разрушения эквивалента эвольвентной с нормальными контактными напряжениями σ_нэ. 

Где: а и b - большая и малая полуоси эллипса площадки контакта.

Условие контактной прочности передачи Новикова

σ_нэ ≤ σ_нр

где σ_нэ определенные для зацепления Новикова, а σ_нр определенные для эвольвентной передачи, допускаемые контактные напряжения.

       С учетом этого максимальным нормальным контактным напряжением ан=870 МПа (определенным с учетом изгибно-сдвиговых деформаций зубьев) соответствуют анэ=748 МПа.

       В той же передаче с эвольвентным зацеплением  при расчете по ГОСТ 21354-87 он=747МПа 

       Для эвольвентной передачи полученный уровень  контактных напряжений

       

предельно низкий, т.к. получен в предположении  отсутствия ошибок изготовления, несимметричных деформаций деталей передачи, кручения вал-шестерен и пр. В передачах же Новикова при тех же допущениях это лишь начальный уровень, начиная с которого приработка непрерывно понижает σ_нэ и повышает прочность.

       Так при приработке до снижения разности ∆р* относительных радиусов ножки  зуба исходного контура p*f и головки - р*а, с 0,14 (как в рассматриваемом примере) до 0,1 (а это, заметим, начальный уровень для передач с m=10мм) σ_нэ снижаются до 618 МПа, а контактная прочность повышается по сравнению с таковой эвольвентной передачи в 1,77 раза; приработка же до ∆р*=0,07 снижает σ_нэ до 505 МПа и повышает прочность в 3,24 раза. Достигаемый в каждом отдельном случае уровень повышения контактной прочности зависит от многих конкретных факторов, а приведенный здесь пример расчета, показывает реальность уровней повышения, указываемых в различных источниках.

       Заметим, что в MP 221-86 дифференцированный учет в расчете на контактную прочность влияния изгибно-сдвиговых деформаций зубьев и формы эллиптической площадки контакта заменили введением условных повышенных пределов контактной прочности (например, для цементации ан£1тЬ=32,9 HRCэ в сравнении с σ_нlimb=23 HRCэ для эвольвентных передач). Эти повышенные пределы контактной прочности следует сравнивать с ан определенными по формуле Герца для эллиптического контакта (без учета изгибно-сдвиговых деформаций).

       3.1 Изломная прочность.

       Локальный характер контакта обуславливает, что  изгиб воспринимает лишь часть длины  зуба, что явилось причиной прогнозов  о низкой изломной прочности передач  с зацеплением Новикова. Однако более  выгодная форма зубьев зацепления Новикова, более сильное, чем в эвольвентных передачах снижение напряжений изгиба σF за счет большего угла давления an и, как следствие, большего радиального усилия Ft, воспринимаемого меньшей длиной зуба, чем окружное Ft делают такую оценку неоднозначной.

       По проведённым исследованиям, равную изломную прочность имеют передачи Новикова, и эвольвентные (при равных условиях) при углах β=20°-25°: при меньших углах прочнее эвольвентные, при больших - передачи Новикова. В своей практике автор при β<20° увеличивает модули в передачах Новикова в 1,2-1,5 раза по сравнению с эвольвентными, что благодаря более низким потерям на трение в них не создает проблем.

       Достаточно  надежный расчет номинальных напряжений изгиба σF, можно вести по МР221-86 для передач с исходными контурами, охваченными этими MP. Автором в MP для ряда исходных контуров математическими методами теории упругости определены коэффициенты формы зуба УVE.

       3.2 Об эволюции исходного контура зацепления М. Л. Новикова.

       В своей докторской диссертации, защищенной в 1954г., М.Л.Новиков разработал новый принцип образования зацеплений и предположил для цилиндрических передач простейший вариант ОЛЗ - однолинейчатого зацепления. Р.В.Федякин в своей кандидатской диссертации предложил уже вариант ДЛЗ.

       

       В 1957 году на отзыв М.Л.Новикову были представлены независимо разработанные нами чертежи цилиндрической передачи ДЛЗ с впервые предложенными для контроля общими нормалями. И в последующем мы активно выступали с популяризацией и доказательствами преимуществ передач ДЛЗ перед ОЛЗ. Затем к активной пропаганде ДЛЗ подключился Ю.Ф. Коуба (исходные контуры УРАЛ-1 и УРАЛ-2.) После чего передачи ДЛЗ стали вытеснять ОЛЗ и вскоре стали основным вариантом. В исходном контуре ДЛЗ выпуклая головка зуба сопрягалась с вогнутой ножкой участком прямой (ГОСТ 15023-67).

       В результате при отображении основной рейки ДЛЗ на зубчатое колесо головка зуба колеса сопрягалась с ножкой участком эвольвенты.

       При начальном касании между эвольвентными  участками шестерни и колеса существует малый зазор, однако при упругой деформации зон эллиптического контакта и приработке эвольвентные участки вступали в контакт, что приводило, учитывая большую контактную жесткость эвольвентного зацепления,        к концентрации на этом участке нагрузки и контактных напряжений и быстрому их выкрашиванию. Появилось понятие о низкой контактной прочности околополюсной зоны и о желательности исключения ее из контакта. Здесь, в основном, наметились два пути.

       Л.П. Мишенко и Е.Г. Росливкер предложили надежное исключение этой зоны из контакта за счет ступенчатого увеличения толщины зуба ниже околополюсной зоны, что одновременно и повышало изломную прочность зубьев, увеличивая толщину их ножки за счет головки. Так же было предложено увеличение зазора в этой зоне за счет замены прямолинейного участка, соединяющего головку и ножку, вогнутым. Однако появился и третий вариант: этот соединительный участок прямой резко увеличили по длине и увеличили его профильный угол, превратив в дополнительный контактный участок. Так появилось «смешанное зацепление» предложенное и осуществленное В.Г. Тетерятченко на Николаевском Южно-турбинном заводе, о котором вскоре забыли.

       Контактная  жесткость узкой площадки эвольвентного  участка значительно выше таковой  на эллиптических площадках головки и ножки. Вследствие этого, при загруженности зубьев с нулевым начальным зазорам по всем зонам, контактные напряжения будут, быстро расти на эвольвентном участке, а участки на головке и ножке зуба с эллиптическим контактом будут недогружены.

       Конечно, при высокой точности изготовления и постоянной нагрузке  можно  предусмотреть на эвольвентном участке определенный зазор, но в этом случае область применения пришлось бы ограничить передачами высокой точности, с постоянной загруженностью и отсутствием износа. Кроме того, производственникам известно, что обеспечение контакта по двум линиям зацепления ДЛЗ представляет собой определенную технологическую сложность, которая еще, усугубится с введением третьей контактной зоны. Известно, что определенные недостатки свойственны как зацеплению Новикова, так и эвольвентному - в смешанном же зацеплении они будут суммироваться. Так что «Богу богово, а кесарю кесарево».

       

       3,3. Гидродинамика и прирабатываемость.

       

       По  мнению Г.А. Журавлева сложившиеся  представления о хорошей гидродинамике зацепления, обеспечиваемой большим R_np и хорошей прирабатываемостью несовместимы. По нашему же мнению здесь нет никакого противоречия. Большая толщина масляной пленки в зацеплении Новикова и более высокий к.п.д. были получены в экспериментах Г.В. Куликова и других работах и нет оснований им не доверять. Как же и за счет чего происходит тогда приработка?

       Контакт реальных тел начинается с нулевой  площади контакта, которая определяется частным от деления нормальной силы сжимающей тела на минимальный предел смятия одного из них. Таким образом, всякий реальный контакт начинается с пластической деформации, а при относительном касательном перемещении тел сопровождается пластическим течением материала поверхности, В рассматриваемом выше примере величина суммарного износа б зубчатых колес (истиранием и пластическим течением) с исходного ∆р*=0,14 до достижения ∆р*=0,10 и относительной (к модулю) малой полуосью эллиптического контакта b*=0,215 составляет δ=0,0003*m, что при m=5мм даёт δ=0,0015мм = 1,5мкм. При приработке до ∆р*=0,07 - δ =2,6мкм.

       Принимаем во внимание, что при зубофрезеровке шероховатость Ra=3,2, а полная высота гребешков шероховатости R2 ≈ 4Ra=13мкм. Таким образом, для хорошей приработки достаточен суммарный износ в 5 раз меньший высоты гребешков начальной шероховатости! Вот в чем причина хорошей прирабатываемости Простое визуальное наблюдение показывает, что приработанная контактная поверхность зуба в зацеплении Новикова нагартована и глянцевая, что свидетельствует о пластическом характере приработки.

       После такой приработки образуются благоприятные  условия для смазки, что обеспечивает в эксплуатации высокую изностойкость.

       Вот так и совмещается хорошая  прирабатываемость, хорошая гидродинамика и высокая изностойкость.

       3.4. Причины, сдерживающие более широкое внедрение.

       Утверждать, что все обстоит хорошо, с внедрением зубчатых передач Новикова и нет никаких трудностей, конечно, нельзя.

       Принимая во внимание масштабы его применения в отечественном редукторостроении правильнее трактовать, как достаточно широкое внедрение, несмотря на то, что технологический уровень производства зубчатых колес с зацеплением Новикова остался, мягко говоря, на том же уровне, что и 50 лет назад при его рождении, а учитывая всеобщий крайний износ оборудования, откатился назад.

       Вот в чем главная причина, сдерживающая более широкое внедрение.

       Начнем  с обрабатывающего инструмента. Точность профиля червячных фрез -основного зуборезного инструмента (производства цилиндрических зубчатых колес HRCэ<350) обеспечивается точностью профилирования шлифовального круга при их затыловании. Так вот профиль шлифовального круга образуется при помощи накатника, что не может сравниваться с правкой алмазом.

       Роликом-накатником правился шлифовальный круг и, в известных  нам случаях, при зубошлифовке. Автор  лично применял такую технологию зубошлифования цементированных зубчатых колес на Калужском турбинном заводе в 1961 г. и лично наблюдал массовые прижоги на шлифованных поверхностях зубьев. Еще хуже с контрольным инструментом: что можно используется из арсенала контроля эвольвентного зацепления и универсальный меритель.

       Актуальной  задачей и на сегодня остается:

       - создание станков с алмазной правкой шлифовальных кругов при затыловании червячных фрез и зубошлифовке;

       - обновление станочного парка;

       - создание оборудования для комплексного контроля зуборезного инструмента и всех параметров зубчатых колес.

       

       При решении перечисленных задач  и произойдет резкое расширение внедрения зубчатых передач с зацеплением Новикова. 
 
 
 
 
 
 
 

       ЗАКЛЮЧЕНИЕ

       Прогноз высокий контактной прочности зубчатых передач Новикова, основанной на очень больших главных приведенных радиусах кривизны в точке контакта, не является ошибочным.

       Начальная (без приработки) контактная прочность, рассчитанная по формуле Герца для эллиптического контакта, учет увеличения полученной площади контакта и снижения контактных напряжений за счет дополнительной (по отклонению к упругому полупространству) податливости зубьев, вызванной их изгибно-сдвиговыми деформациями, а также учет влияния формы эллиптической площадки контакта на величину эффективных напряжений, оказывается близкой к контактной прочности передач с эвольвентным зацеплением.

       Последующая приработка, снижающая относительную  разность ∆р* радиусов ножки и головки контактных зубьев в 1,5-2 раза, повышающая начальную прочность в 2-3 раза, достигается при износе контактирующих поверхностей всего лишь на долю высоты гребешков шероховатостей, что легко обеспечивается начальной пластической деформацией.

       Необходимая для реализации высокой контактной прочности изломная прочность может быть достигнута увеличением модуля в 1,2-1,5 раза по сравнению с эвольвентными передачами.

       Быстрая и хорошая прирабатываемость, повышающая чистоту контактных поверхностей зубьев, в сочетании с их малыми приведенными кривизнами и специфической кинематикой, создает благоприятные условия для смазки (смещая режим к гидродинамическому) и, соответственно, снижает износ.

       Таким образом, мрачная пиар - картина, нарисованного  Г.А. Журавлевым, тупика в развитии зубчатых передач с зацеплением Новикова, вызванного ошибками в оценке их физических основ, совершенно не соответствует действительности, а вызвана, очевидно, ошибочным представлением Г.А. Журавлева о физических основах зубчатых передач с зацеплением Новикова.