АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Петтик Ю.В., Царенко С.Н. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина)
ОПУБЛИКОВАНО: Современные металлорежущие системы машиностроения/ Материалы 3-й Всеукраинской студенческой конференции. Выпуск 4-й - Донецк: ДонГТУ, 2002. С. 119-124.

Бурное развитие информационных технологий откладывает свой отпечаток на развитие человечества, всех аспектов его жизнедеятельности. Прикладное использование этих технологий - автоматизация проектирования, заменяющая монотонный, рутинный труд конструктора, находит повсеместное использование в подготовке и организации промышленного производства.

"Проводники" информационных технологий - всевозможные аппаратные средства (ПЭВМ, периферийные устройства, сетевой коммуникационное оборудование и линии связи) имеются практически во всех организациях, фирмах, конторах, включая естественно проектные подразделения, конструк-торские и технологические бюро и отделы.

В связи с этим работа конструктора кардинально изменилась. Использование проектировщиком кульмана при выполнении чертежей отходит в прошлое, а использование при расчетах логарифмической линейки или оформление расчетов и пояснительной записки на пишущей машинке становится пережитком прошлого.

Проектные организации, осуществляющие проектирование без систем автоматизированного проектирования (САПР) или слабом их использовании, их оказываются на грани банкротства из-за значительного времени проекти-рования, больших материальных затрат и низкого качества проектов. Так, например, уже в 60-х годах при строительстве АвтоВАЗа вся рабочая документация представленная фирмой "FIAT" была выполнена с использованием машинной графики.

В настоящее время при подготовке специалистов по машиностроительным специальностям большое внимание уделяется вопросам изучения автоматизации проектирования. Выпускники вузов, не владеющие знаниями и умениями работать в САПР, не могут считаться полноценными специалистами.

В последний год в странах СНГ остро встал вопрос об авторском праве на многочисленное программное обеспечение, причем борьба ведется с несанкционированным - "пиратским" использования последнего. Нужно отметить, что стоимость лицензионного программного обеспечения весьма высока, и не всегда имеется нужная для пользователя программа, а покупать пакет программ накладно. Поэтому, самостоятельная разработка того или иного программного обеспечения для решения конкретной задачи часто является не только обучающей, но чаще производственной и экономической задачей. Проще говоря ? легче бывает написать программное обеспечение самому при определенных навыках в программировании, чем купить его у "фирмачей" или их дилеров.

При подготовке специалистов в области машиностроения студенты на 3-4-х курсах изучают общие дисциплины в области САПР и при изучении специальных курсов более подробно рассматривают конкретные методы и программы проектирования, в том числе проектирование приводов металлорежущего оборудования.

Одной из самых распространенных передач приводов станков являются зубчатые передачи. При кажущейся простоте построения алгоритмов расчета зубчатых зацеплений при проектировании приводов станков есть свои особенности их расчета.

В данной работе предлагается описание программы "ZubKol", разработанной на кафедре "Металлорежущие станки и инструменты" ДонНТУ, используемой в учебном процессе.

Зубчатые колеса являются основным видом передач в приводах металлорежущих станков. От их габаритов и качества выполнения во многом зависят технико-эксплуатационные характеристики всего станка.

Установленно, что основными причинами выхода из строя зубчатых передач станков являются усталость поверхностных слоев зубьев, их износ, смятие торцов зубьев переключающихся шестерен и реже поломка зубьев от усталости или перегрузок.

При проектировании зубчатых передач их расчет ведется в основном теми же методами, которые применяются в курсе "Детали машин". Однако, при расчете зубчатых передач станков модуль определяется не только исходя из прочности зуба на изгиб, но и из усталости поверхностных слоев.

В коробках скоростей металлорежущих станков размер шестерен в большинстве случаев определяется контактными напряжениями, т.е. усталостью поверхностных слоев. Специфика расчетов заключается в том, что число зубьев Z известно из кинематического расчета. Поэтому определяется модуль , а не межцентровое расстояние [2]. Полученные значения модуля округляются до стандартных значений, принятых в станкостроении: m = 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16 (мм).

Алгоритм расчета по контактным и изгибным напряжениям реализуемый программой "ZubKol" представлен на рис. 1. При разработке программы использовали средства визуального программирования Delphi 5, что позволяет использовать интерактивный диалог при вводе и редактировании исходных данных. Это заметно упрощает и ускоряет процесс обучения пользованием программой по сравнению с существующими версиями аналогичных программ, реализованных в среде Pascal, при использовании которых, как правило, возникают дополнительные сложности при работе с программой в среде Windows. При этом затруднения возникают не у разработчиков, а у других пользователей, которые не знают особенностей организации алгоритма и работы программы.

Разработанная программа использует несколько оконных интерфейсов. При запуске программы открывается главное окно (рис. 2). В главном окне представлены: краткие рекомендации по расчету, вверху панель инструментов: "", которая предоставляет доступ к стандартным и специальным функциям, в нижней части формы окно текстового редактора для вывода результатов расчета.

Новый расчет осуществляется при нажатии кнопки "", которая открывает диалоговое окно для введения исходных данных (рис. 3). Основными исходными данными являются крутящий момент на валу шестерни (Н·м), частота вращения шестерни (мин-1) и числа зубьев колеса и шестерни. Дополнительные данные вводятся по умолчанию. После ввода и редактирования исходных данных происходит непосредственный расчет и при необходимости можно произвести корректировку исходных данных (изменить степень точности зубчатой передачи, изменить тип передачи, марку материала и вид его термообработки).

После нажатия на кнопку "" ввод исходных данных продолжается в следующем окне (рис. 4 ), в котором предлагается выбрать основные конструктивные и динамические характеристики привода и передачи.

После ввода всех данных программа производит расчет и выводит результаты в окне текстового редактора на главной форме (рис. 2). В процессе расчета некоторые исходные данные могут быть приняты по умолчанию, например марка материала и вид термообработки.

Рисунок 3 - Диалоговое окно ввода исходных данных

Рисунок 4 - Дополнительное окно исходных данных

При предъявлении особых требований к приводу, например жесткие требования по массе или габаритам можно изменить марку материала и вид термообработки, нажав кнопку "", после чего откроется окно (рис. 5). В окне можно выбрать соответствующую марку стали и вид термообработки. После корректировки данных сразу же происходит перерасчет и результаты обновляются в главном окне программы.

В станкостроении в основном используются зубчатые колеса с модулем

Рисунок 5 - Окно изменения марки стали и вида термообработки

mЈ4 мм. При проектировании зубчатых передач студенты, как правило не за-нимаются оптимизацией параметров зубчатых передач, в силу трудоемкости расчетов. Разработанная программа позволяет без особых сложностей производить пересчеты и оптимизировать привод, изменяя исходные данные, включая марки сталей и виды их термической обработки.

Особенность использования разработанной программы, обусловлена тем, что она имеет наглядный интерфейс, простоту пользования и планируется быть доступной для любого пользователя использующего ЭПВМ, подключенную в факультетскую сеть.

Данная программа используется в учебном процессе при изучении ряда дисциплин таких как: "Основы автоматизированного проектирования", "Металлообрабатывающее оборудование", а также при выполнении курсового и дипломного проектирования.

Список литературы: 1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учебн. для вузов. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. -360 с. 2. Детали и механизмы металлорежущих станков: В 2-х т., Под ред. Д.Н. Решетова.- М.: Машиностроение, 1972.