17. AZ ÁLLANDÓ EMELKEDÉSŰ CSAVAR- FELÜLETEK GYÁRTÁSGEOMETRIÁJA [40] Az ívelt profilú hengeres csigahajtások gyártásának fejlesztése

Hasonló dokumentumok
Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

Denavit-Hartenberg konvenció alkalmazása térbeli 3DoF nyílt kinematikai láncú hengerkoordinátás és gömbi koordinátás robotra

Infobionika ROBOTIKA. X. Előadás. Robot manipulátorok II. Direkt és inverz kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

A kör és ellipszis csavarmozgása során keletkező felületekről

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Robotika. Kinematika. Magyar Attila

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

6. Fogazatok megmunkálása határozott élgeometriájú szerszámokkal. 6.1 Alapfogalmak

Csuklós mechanizmus tervezése és analízise

Példa: Tartó lehajlásfüggvényének meghatározása végeselemes módszer segítségével

EGY ABLAK - GEOMETRIAI PROBLÉMA

A csavart oszlop előállításáról

25 i, = i, z 1. (x y) + 2i xy 6.1

8. előadás. Kúpszeletek

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

x = cos αx sin αy y = sin αx + cos αy 2. Mi a X/Y/Z tengely körüli forgatás transzformációs mátrixa 3D-ben?

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

FIATAL MŰSZAKIAK TUDOMÁNYOS ÜLÉSSZAKA

2014/2015. tavaszi félév

Koordinátarendszerek

2.1. A fogaskerekek csoportosítása, a fogaskerékhajtások alapfogalmai, az evolvens foggörbe tulajdonságai.

Segédlet: Főfeszültségek meghatározása Mohr-féle feszültségi körök alkalmazásával

Analitikus térgeometria

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Példa keresztmetszet másodrendű nyomatékainak számítására

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

13. HENGERES FOGAZATOK BEFEJEZŐ MEGMUN- KÁLÁSA HATÁROZOTT ÉLGEOMETRIÁJÚ SZERSZÁMOKKAL

Példa: Normálfeszültség eloszlása síkgörbe rúd esetén

Egyenletek, egyenlőtlenségek VII.

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

t, u v. u v t A kúpra írt csavarvonalról I. rész

A MONGE ELMÉLET ELEMZÉSE ÉS MÉRNÖKI ALKALMAZÁSA THE MONGE THEOREM ANALYSIS AND ITS ENGINEERING APPLICATION

Függvények Megoldások

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Koordináta geometria III.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Koordináta-geometria

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

10. Koordinátageometria

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

5. házi feladat. AB, CD kitér élpárra történ tükrözések: Az ered transzformáció: mivel az origó xpont, így nincs szükség homogénkoordinátás

Henger és kúp metsződő tengelyekkel

5. előadás. Skaláris szorzás

FOGASKERÉKGYÁRTÁS FOGASKEREKEK FOGASKERÉKGYÁRTÁS FOGASKERÉKGYÁRTÁS FOGASKERÉKGYÁRTÁS FOGASKERÉKGYÁRTÁS. Dr. Szmejkál Attila Ozsváth Péter

Tárgy. Forgóasztal. Lézer. Kamera 3D REKONSTRUKCIÓ LÉZERES LETAPOGATÁSSAL

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

A hordófelület síkmetszeteiről

Vektorgeometria (2) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Kettős integrál Hármas integrál. Többes integrálok. Sáfár Orsolya május 13.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

A gradiens törésmutatójú közeg I.

Koordinátageometria Megoldások

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

A lengőfűrészelésről

16. CSIGA ÉS CSIGAKEREKEK MEGMUNKÁLÁSA

Kerék gördüléséről. A feladat

A LECSÚSZÓ KÖR ÁBRÁZOLÓ GEOMETRIÁJA. Írta: Hajdu Endre

2011. tavaszi félév. Élgeometria. Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

Lineáris algebra mérnököknek

Példa: Tartó lehajlásfüggvényének meghatározása a Rayleigh Ritz-féle módszer segítségével

Matematikai geodéziai számítások 10.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Egyenes és sík. Wettl Ferenc szeptember 29. Wettl Ferenc () Egyenes és sík szeptember / 15

06A Furatok megmunkálása

Abszolútértékes és gyökös kifejezések Megoldások

MATEMATIKA HETI 5 ÓRA

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR KINEMATIKAI HAJTÓPÁROK GYÁRTÁSGEOMETRIÁJÁNAK FEJLESZTÉSE PHD ÉRTEKEZÉS

GBN304G Alkalmazott kartográfia II. gyakorlat

Oktatási Hivatal. 1 pont. A feltételek alapján felírhatók az. összevonás után az. 1 pont

Az egyenes és a sík analitikus geometriája

FIATAL MŰSZAKIAK TUDOMÁNYOS ÜLÉSSZAKA

06a Furatok megmunkálása

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

egyenletrendszert. Az egyenlő együtthatók módszerét alkalmazhatjuk. sin 2 x = 1 és cosy = 0.

Járműszerkezeti anyagok és megmunkálások II / II. félév ÉLGEOMETRIA. Dr. Szmejkál Attila Ozsváth Péter

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Q

a) A logaritmus értelmezése alapján: x 8 0 ( x 2 2 vagy x 2 2) (1 pont) Egy szorzat értéke pontosan akkor 0, ha valamelyik szorzótényező 0.

TARTALOMJEGYZÉK AZ ALKALMAZOTT JELÖLÉSEK JEGYZÉKE... BEVEZETÉS...

Szélsőérték feladatok megoldása

Térbeli transzformációk, a tér leképezése síkra

Észrevételek a forgásfelületek síkmetszeteivel kapcsolatban. Bevezetés

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Abszolútértékes és Gyökös kifejezések

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

1 2. Az anyagi pont kinematikája

A brachistochron probléma megoldása

8. Fogazatok befejező megmunkálása határozott élgeometriájú szerszámokkal

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

Matematika (mesterképzés)

Ellipszis átszelése. 1. ábra

Területszámítás Ívhossz számítás Térfogat számítás Felszínszámítás. Integrálszámítás 4. Filip Ferdinánd

Átírás:

7. AZ ÁLLANDÓ EMELKEDÉSŰ CSAVAR- FELÜLETEK GYÁRTÁSGEOMETRIÁJA [4] 7.. Az ívelt profilú hengeres csigahajtások gyártásának fejlesztése A szerző korábban a DIGÉP-ben konstruktőrként dolgozott és az általa végzett vizsgálatok [4, 56] egyértelműen megmutatták, hogy technikai adottságaink, valamint a csigahajtások jellemzőinek összevetése alapján a hengeres csigahajtások között az ívelt profilú csigahajtást célszerű tovább fejleszteni, ill. gyártani, pl. a dróthuzó gépek számára [4] [67].

E fejezetben, a tengelymetszetben körív profilú csigahajtás előállítása lesz érintve, amelynek egzakt gyártását a [4, 49, 57] munkáiban közölte a szerző. A gyártást a rendelkezésünkre álló KM-5 típusú Mátrix licence alapján a Csepel Művek Szerszámgépgyárában gyártott gépen oldottuk meg. A gépen lévő korongszabályozási lehetőségek miatt, valamint a csiga ellenőrzésének egyszerűsítésére - az eredetileg normálmetszetben lévő körív profilt - a csiga tengelymetszetébe helyeztük át [4].

A körív alkotó tengelymetszetben való elhelyezésének lehetőségét Krivenko. I. Sz. is felvetette [9]. Megfontolásai szerint ugyanis a csiga üzemelési viszonyai ez esetben lennének optimálisak. Az egzakt módon való gyártás megoldatlansága miatt azonban (szerinte az ilyen csigát csak esztergán lehet legyártani) e típusú csiga helyett ún. "ekvivalens" csigát gyártott. Ezen hajtópárnál bizonyos mértékű alakhiba mellett történik a gyártás, amelynek a fenti csiga megközelítése a célja.

A főmetszetben elhelyezett geometriai méreteket és a gyártandó csiga profilját az 7.. ábra szemlélteti, az x y z álló koordináta-rendszerben. A gyártásra javasolt körív profilú csiga profilját a főmetszetben a - - ρ ax és K méretek határozzák meg, ahol: - ρ ax : a fog ívelésének sugara, - K: a csigaorsó tengelyvonalától a köríves alkotó középpontjáig terjedő távolság. - A szerszám profileltolás tényezője,8 x,5

A tengelymetszetben körív profilú csiga alkalmazási célszerűségét az alábbiak is alátámasztják: a kapcsolódás méretét jellemző egyenletek (csiga csavarfelületeinek egyenlete), a kerék fogfelületeinek, az érintkezési görbéknek, a csiga profilalkotójának egyenlete, a kerék fogainak hasonló összefüggései, stb., egyszerűbbek. A vizsgálatok [4] azt mutatták, hogy a legjobb eredményt szilárdsági és üzemeltetési minőség szempontjából abban az esetben kapjuk, ha az alkotó ellipszis vagy kör. Ugyanakkor az egyszerűsítés céljából a körprofilnak további előnyei vannak. A gyártás során a csiga és a lefejtő maró ellenőrzése lényegesen egyszerűbb, a szerszámok profiljai könnyebben előállíthatóak.

Meg kell jegyezni, hogy a többi ívelt profilú csigahajtás hasonló összefüggései lényegesen terjedelmesebbek.

7.. ábra A tengelymetszetben körív alkotóval rendelkező csiga profilja és geometriai jellemzői

7... A főmetszetben körív alkotójú csavarfelület elemzése, egyenlete A hengeres csavarfelületet egy a főmetszetben (axiális metszet) elhelyezett ρ ax sugarú körrel képezzük. A körívet a z tengely körül elforgatjuk, közben az állandó p emelkedési paraméternek megfelelően tengelyirányban elmozdítjuk (7.. ábra). A z elmozdulás, ϑ szögelfordulás és p emelkedési paraméter közötti kapcsolat: ) z = p ϑ (7.)

azaz p nem más, mint az egységnyi ϑ ) szögelfordulásnak ( radián) megfelelő tengelyirányú elmozdulás. Az alkotó körív pontjai a leképzés folyamán egy körülfordulás alatt azonos p z emelkedésű csavarvonalakat írnak le, ez a csavarfelület emelkedése is egyben: p z = π p (7.)

A p értéke ennek megfelelően: p = p z π = d tgγ = m z, (7.3) ahol: p z = p x z = m π z a menetemelkedés γ : a csiga osztóhengeri emelkedési szöge z : a csigafogak száma

A csavarfelület, - amely axiális metszetében körív alkotóval rendelkezik - esztergapadon is legyártható (azaz leképezhető). A leképzéshez, szükséges paraméterek, illetve geometriai jelek a 7.. ábrában láthatók.

7.. ábra A tengelymetszetben körívalkotóval rendelkező csiga profilja, a felület származtatásának vázlata [53]

Az ηo ζ síkban fekszik a szerszám homloklapja, azaz a kés forgácsoló éle, amely ρ ax sugarú körívvel van meghatározva. A csavarfelület egyik oldalát a mozgásban lévő kés az - él szakaszával készíti. Mivel megmunkáláskor az - forgácsolóél a csavarfelület alkotója, amely csavarmozgást végez, a készítendő csigához, mint munkadarabhoz viszonyítva, ezért az K F (x F, y F, z F ) koordináta-rendszer origója (O F pont) a munkadarab tengelyvonala mentén folyamatosan haladó mozgást végez, az KSZ (ξ, η, ζ) koordináta-rendszerhez képest.

A p paraméternek pozitív vagy negatív előjele lehet annak megfelelően, hogy jobb vagy bal sodrású a csavarmozgás, illetve jobb vagy bal emelkedésű a csavarfelület. A koordináta transzformáció felhasználásával az K F (x F, y F, z F ) és a K SZ (ξ, η, ζ) rendszerek között a 7.. és 7.3. ábra alapján az összefüggések felírhatók.

7.3. ábra A csiga testéhez kötött KF (xf, yf, zf) forgó és az KSZ (ξ, η, ζ) szerszámhoz kötött koordináta-rendszerek kapcsolata

A fogfelületek vizsgálatánál a kinematikai módszert alkalmaztuk. A kinematikai módszernél szükséges koordináta transzformációnál homogén koordinátákkal dolgozunk [9]. Ez azért szükséges, mert a transzformációban szereplő koordináta-rendszerek kezdőpontja nem esik egybe. A transzformáció tehát nem tiszta forgatásból, hanem a koordinátarendszerek megfelelő kezdőpont áthelyezéséből is áll (csavarmozgás). Fentiek szerint a K SZ (ξ, η, ζ) rendszerből a K F (x F, y F, z F ) rendszerbe való áttérés (a transzformáció) mátrixa a 7.3. ábra alapján:

M F, sz = cosϑ sin ϑ sin ϑ cosϑ p ϑ (7.4) ahol ϑ a munkadarab elfordulási szöge megmunkáláskor meghatározza a kés forgácsoló él η, O, ζ és x F, y F, z F síkjának egymáshoz viszonyított helyzetét (eltolódását).

Miután a profil alkotója az η,o,ζ síkon fekszik (tengelymetszetben) a profilalkotó egyenlete a 7.4. ábra alapján egyszerűen felírható. A profilalkotón elhelyezkedő bármelyik pont: M M j b, η, η M M,, + ρ ρ ax ax ( K η) ( K η) jobb fogoldalon bal fogoldalon (7.5) koordinátáival meghatározható.

7.4. ábra A főmetszeti alkotó meghatározása

A transzformáció: r r F = MF,sz rsz (7.6) ahol: r sz : a K sz szerszám koordináta rendszerben felírt szerszámél vagy vezérgörbe egyenlete (körív profilú csiga esetén a 7.5 képlet szerint).

A kijelölt művelet elvégzése után a csiga fogfelületének egyenletrendszerét felírhatjuk: r F = M F,sz r sz = cosϑ sin ϑ sin ϑ cosϑ p ϑ ρ ax η (K t sz η) (7.7) Ezzel a csiga jobboldali csavarfelületének paraméteres egyenletrendszerét megkapjuk a forgó koordináta rendszerben. Az egyenletek felírásánál figyelembe véve a 7.3. ábra szerinti ϑ forgásértelmét, - amely ez esetben negatív - kapjuk:

= = + = = = = = = = = profil bal t t η) (K ρ p z cos η y sin η x jobb profil t t η) (K ρ p z cos η y sin η x sz F ax F F F sz F ax F F F ϑ ϑ ϑ ϑ ϑ ϑ (7.8)

A csigatesthez kötött K F koordináta rendszerből az S álló koordináta rendszerbe való transzformáció mátrixa: a 7.5. ábra alapján. 7.5. ábra Az alkalmazott K álló K F forgó és K SZ szerszám koordinátarendszerek közötti kapcsolat

M,F = cosϕ sin ϕ sin ϕ cosϕ p ϕ (7.9) A transzformáció: r r M,F rf = (7.)

A behelyettesítések elvégzése után: cosϕ sin ϕ η sin ϑ r sin ϕ cosϕ η cosϑ = p ϕ p ϑ ρ ( K η) ax (7.) ahol ϕ a K F és K koordináta-rendszerek közötti elfordulási szög értéke, (pϕ =z a csigaorsó ϕ szögre való elforduláskor a csavarvonal felület tengelyirány elmozdulási nagysága).

A műveletek elvégzésével megkapjuk a csigaorsó jobboldali csavarfelületének egyenletrendszerét az álló koordináta rendszerben: x y z = η sin ϑ cos ϕ = η cos ϑ cos ϕ = p η cos ϑ sin ϕ = η sin η sin ϑ sin ϕ = η cos ( ϑ + ϕ ) ( ϑ + ϕ ) ( ) ( ) ϑ + ϕ ρ K η ax (7.

Ha az álló koordináta rendszert a csigatesten úgy toljuk el, hogy az x O y sík a fog szimmetria síkja legyen, a z koordinátához hozzá kell adnunk a szükséges z ax eltolási értéket, amivel a (7.) egyenlet módosul. Ezen kívül bevezetjük a ϑ+ϕ = Θ jelölést.(7.6. ábra) x y z = η sinθ; = η cosθ; = p Θ ρ ax (K η) + z ax.. (7.3)

7.6. ábra A csiga és csigakerék kapcsolódási tartománya, az η és Θ paraméterek kapcsolata

A csavarfelületet elegendő a csigának a csigakerék teste felőli részen vizsgálni, amely a x O z sík alatt helyezkedik el és a kapcsolódási tartományban található (7.6. ábra). A csigaorsó ezen szakaszának ponthalmaza az alábbi értékek között van: 9 Θ 7 r l η r f ahol r fl a csigaorsó fejhengerének sugara és r ll a csigaorsó lábhengerének sugara.

A z ax értékét a Θ = 8, z = Sa / és a 7.4. ábra alapján ζ értékének a (7.3) egyenletrendszer harmadik egyenletébe való helyettesítéssel nyerjük: ζ = ρ ax ( K η) = ρ cosδ ax ax (7.4) z z ax ax = = ahol: S S a a p π ρ p π + ρ cosδ cosδ ax ax ax ax jobb oldali menetprofil bal oldali menetprofil (7.5) S: az osztóhengeren mérhető fogszélesség a az; axiális metszetben, δ ax : pedig az osztóköri profilszög az axiális metszetben.

A (7.3) és (7.4) meghatározzák a csavarmenet jobb oldali profilgörbéjét a K (x,y,z ) álló koordinátarendszerben. A baloldali profilgörbe az O y tengelyhez viszonyítva szimmetrikusan helyezkedik el. Ezért 8 -os átfordítás után (a felfogó csúcsok között) azonos kinematikai elrendezés mellett munkálhatjuk meg a másik fogoldalt.

A fenti egyenleteket fel tudjuk használni a szerszám profiljának kiszámításánál (pl. maró stb.) ellenőrző idomszerek készítéséhez, a kapcsolódás vizsgálatához stb. A 7.. ábra szerinti, az axiális metszetben körívprofilú csigaorsó alkalmazási célszerűségét az alábbiak támasztják alá: a kapcsolódás méretét jellemző egyenletek (csiga csavarfelületeinek egyenlete) a kerék csavar felületeinek egyenlete, az érintkezési görbék egyenlete, a csigaorsó profilalkotójának egyenlete, a kerék fogainak hasonló összefüggései, valamint a fogvastagságának összefüggései, stb. egyszerűbbek, ezért a méretek könnyebben számíthatók és szilárdságilag is könnyebben méretezhető a hajtás.

A csigaorsó és a megmunkálásánál szükséges, a marók ellenőrzésére alkalmazható idomszerek profilja, valamint a csigaorsó megmunkálására alkalmazott kések profiljai egyszerű összefüggésekkel meghatározhatók és egyszerűen gyárthatók. Megjegyezzük, hogy a többi típusú ívelt profilú csavarmeneteknél az előbbiekben levezetett összefüggések nagyon bonyolultak, terjedelmesek.

7... A csiga befejező megmunkálásának elemzése, egzakt megoldása A csigák menetvágása esztergán nem okoz profiltorzulást, de köszörülésnél profiltorzulás lép fel, különösen nagy emelkedésű csigáknál, ha a szerszám nincs megfelelően profilozva (lefejtve). Ez a torzulás növekszik a korong átmérőjének növekedésével. A profiltorzulás mibenléte az alábbi szemlélet alapján belátható. A csigaköszörülés felfogható úgy, mintha a megmunkálást köszörűkorong helyett több, végtelen nagy számú ütőkéssel végeznénk. Helyes profilt csak egyedül a normálmetszetben dolgozó kés adna.

A kés azonban begördül a normálsíkba, és a síkból kigördülve elhagyja a menetszelvényt, ekkor a kés fej- és lábrésze behatol a csavarfelületbe, tehát a felület károsodik. Ebből következik, hogy a normálmetszetben szükséges menetprofil hiányos lesz, vagyis a normálmetszetben torz csavarfelületet kapunk, amely maga után vonja a főmetszet torzulását is. Az így megmunkált csiga tehát geometriailag nem helyes. Feladatunk a korong profilját úgy meghatározni, hogy a csigafelület axiális metszetben ne szenvedjen torzulást, és mindig a kívánt, illetve előírt profilú legyen.

Ehhez a korong azon részeit, amelyek a teljes menetszelvényből a hiányzó részeket forgácsolják le, el kell távolítanunk. Ha rendelkeznénk egy olyan profilú gyémánt csigával, mint amilyet köszörülni szeretnénk, a korong profilozása egyszerűen elvégezhető lenne. Ekkor lemorzsolnánk a korong azon részeit, amelyek a hiányzó profilt hozzák létre. Miután ilyen szerszámunk nincs, és az ilyen gyémánt csiga előállítása költséges, nem is lenne célszerű ennek előállítása. E módszer helyettesítésére szolgál a szerző által tervezett és javasolt új korongszabályozó (lefejtő) berendezés.

A készülék lényege, hogy az adott csigának - amelyet köszörülni akarunk - az alkotó kör sugarát (ρ ax ) a meghatározott helyzetekbe tudjuk hozni, és le tudjuk gördíteni a köszörűkorong előtt. A korongot γ közepes emelkedési szöggel bedöntjük, a korongszabályozó készüléket (a lefejtő berendezést) pedig a főorsó tengelyvonalában (csiga tengelye) helyezzük el (7.7. és 7.8. ábra). Különösen nagy menetemelkedés esetén, az alámetszés elkerülése miatt nagyobb (γ>γ ) szög beállítása lehet indokolt.

A köszörűkorong I-I tengelye és a csiga III-III tengelye közötti távolság az ismert adatokkal (7.8. ábra) az alábbiak szerint számítható: A sz = K + r sz - h sz (7.6) A gyémántcsúcsot egyenes pályán mozgató mechanizmus alkalmazásával, az egyenes alkotójú csigák köszörüléséhez is a köszörűkorong ugyanezen elven alkalmazható.

7.7. ábra A köszörűkorong bedöntése γ osztóhengeri emelkedési szöggel [49]

7.8. ábra A lefejtő-szabályzó készülék (Dudás féle) működésének elve [49]

7.9. ábra A lefejtő-szabályozó készülék működési ábrája [49]

7.. ábra A korong lefejtő szabályozásának elve [49]

7.. ábra A korongprofilozó berendezés munkahelyzetben (δa megmunkálása)

7..3. A csiga befejező megmunkálásának - köszörűkorong profil gyártásgeometriai kérdései 7..3.. Köszörűkorong szerszámfelület egyenletrendszere A csavarfelületnek köszörűkoronggal való kialakítását úgy tekintjük, mint a csigának a csigakerékkel való kapcsolódását, amikor azok tengelyei által bezárt szög azonos a korong γo bedöntési szögével.

Ezen feltétel mellett határozzuk meg a karakterisztikának, illetve a köszörűkorongnak, mint burkolt felületnek az egyenletét. A kapcsolódásban résztvevő oldalfelületeknek mozgásátadáskor folytonos, kölcsönös érintkezésben kell lenniük. Mivel az ilyen felületeket a viszonylagos mozgásban egy független paraméter határozza meg, így egyparaméteres felületsereg burkolt felületének meghatározási módszerét kell vizsgálnunk. A fogfelületek vizsgálatához hasonlóan az itt szükséges koordináta transzformációknál is homogén koordinátákkal dolgozunk.

Ismert a csiga felületének kétparaméteres (η, ϑ) egyenlete (7.7) az K F (x F, y F, z F ) forgó koordinátarendszerben valamint a csiga és köszörűkorong mozgása az álló K (x, y, z ) koordináta rendszerhez viszonyítva. Ehhez a csiga felületseregének egyenletét az K F forgó koordináta rendszerből az K F (x F,y F,z F ) korong koordináta-rendszerbe transzformáljuk, ahol a csigafelületnek felületseregét kapjuk a ϕ szögelfordulási paraméter függvényében. Felírjuk a fogfelületek (csiga - köszörűkorong) kapcsolódásának feltételi egyenletét.

A fogfelületek kapcsolódásának feltételi egyenlete és a felületsereg egyenleteinek együttes megoldása adja a karakterisztikát, illetve a burkolt korong egyenleteit. Úgy kell meghatároznunk a -es tag fogprofilját, mint az -es tag fogprofiljának burkoló görbéjét a viszonylagos mozgásban. A karakterisztika z tengely körüli megforgatásával a köszörűkorong felületét kapjuk.

Az l-es tagnak - a csigának - a felülete (7.7), ismeretében határozzuk meg a felületet, amelyet közvetlen mozgásleképzéssel a tagon ki kell alakítani ahhoz, hogy az egymással folytonosan vonal menti érintkezésben lévő A és A felületek segítségével a mozgás átadása az. tagról a. tagra, az d ϕ ω () i = = = () d ϕ ω állandó (7.7) törvényszerűség szerint menjen végbe.

A kitérő tengelyű hajtás vizsgálatához legalább 3 koordináta - rendszert kell felvenni (7.. ábra), ez esetben 4 koordináta - rendszert alkalmazunk:

7.. ábra Koordinátarendszerek kapcsolata a köszörülés vizsgálatánál

Alkalmazott koordináta rendszerek (minden esetben jobbsodrásúak): K F koordináta-rendszer: a csigatesthez kötött koordináta-rendszer, ebben határozzuk meg a csavarfelület η és ϑ paraméteres egyenletét. K koordináta-rendszer: az állványhoz kötött álló koordináta-rendszer, melynek z tengelye egybeesik a csigatest z F, tengelyével. K koordináta - rendszer: az állványhoz kötött álló koordináta-rendszer, melynek z tengelye egybeesik a korong z F tengelyével. K F koordináta-rendszer: a köszörűkoronghoz kötött koordináta-rendszer, melynek z F tengelye γ szöget zár be a csigatest z F tengelyével.

Az -es taghoz kötött koordináta-rendszer kezdőpontja alaphelyzetben (t= időpontban) egybeesik az K álló koordináta-rendszer kezdőpontjával. A -es tag tengelyéhez kötött K álló koordináta-rendszernek az K álló rendszerhez viszonyított relatív helyzetét az r O O a = = y = állandó (7.8) vektorral lehet megadni.

Az elemek forgástengelye z, illetve a z tengely, amely körül az egyes tagok ω ( ) ( ) [ ] = ω = s z (7.9) felvétele esetén ω ( ) = ω ( ) = i ω ( ) [ s ] z (7.) szögsebességgel forognak, és a t=t = időpillanatban ϕ =, illetve ϕ = helyzetet foglalnak el.

Mivel adott a burkolt A csigafelületet leíró r F = r F ( η; ϑ) (7.) kétparaméteres vektor - skalár függvény az K F koordináta-rendszerben, úgy a homogén koordináták bevezetésével ugyanazon felületi pont helyvektorai az egyes koordináta- rendszerekben a megfelelő transzformációs mátrixok segítségével írhatók fel: r r M,F F = (7.)

ahol: r r M,F F r F = (7.3) = M F,F r M,F a forgó K F és álló K koordináta-rendszerek F közötti transzformáció mátrixa, M,F =M, M,F a forgó K F és a köszörűkorong K koordináta rendszere közötti transzformáció (7.4) mátrixa, álló M F,F =M F, M, M,F a forgó K F és a forgó K F koordináta-rendszer közötti transzformáció mátrixa, r r r, r, r F ugyanazon pont helyvektora az K,K illetve a K F koordináta-rendszerben.

Az alábbiakban meghatározzuk a transzformációs mátrixokat. A koordináta-rendszerek közötti elsődleges kapcsolatokat az alábbi relációkban értelmezzük: K F K ; K K F K K ; K K K F K ; K K F K F -K koordináta-rendszerek közötti kapcsolat a 7.3. ábra alapján értelmezhető.

7.3. ábra K F és K koordináta-rendszerek kapcsolata

ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ = p cos sin sin cos M,F (7.5) ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ = p cos sin sin cos M F, (7.6) K -K koordináta-rendszerek közötti kapcsolat a 7.4. ábra alapján értelmezhető.

7.4. ábra K és K koordináta-rendszerek kapcsolata

γ =γ jelölést alkalmazzuk az egyszerűbb íráskép kedvéért: M, = cosγ sinγ sin cos γ γ a (7.7) M, = cosγ sinγ sinγ cosγ a (7.8) K -K F koordináta-rendszerek közötti kapcsolat a 7.5. ábra alapján értelmezhető.

7.5. ábra Az K és K F koordináta-rendszerek kapcsolata

M F, = cos ϕ sin ϕ sin ϕ cos ϕ (7.9) M,F = cos ϕ sin ϕ sin ϕ cos ϕ (7.3) A (7.4) összefüggés kiszámításához az M F, mátrixot felhasználva határozzuk meg M F,F mátrix szorzatot. M F,F =M F, M, M,F = M F, M,F (7.3)

7.6. ábra Az K F és K F Koordinátarendszerek kapcsolata

M F,F Behelyettesítve az ismert mátrixokat: cosϕ sinϕ = sinϕ cosϕ cosγ cosϕ sinϕ sinϕ sinγcosϕ cosγc sinϕ cosϕ cosϕ sinγsinϕ Az adott A felület leíró r = r ( η, ϑ) F F r r sinγ cosγ p ϕ sinγ a p ϕ cosγ kétparaméteres vektor-skalár függvény az K F koordináta-rendszerből az K F koordináta-rendszerbe a következőképpen transzformálható át a már ismert tagok felhasználásával: r ) ϕ F = = M ) i ϕ F,F r F (7.33) (7.3)

A kapcsolódó tagok fogfelületein, mint egymást kölcsönösen burkoló felületeken lévő érintkezési vonal, a kapcsolódás I. törvényét kifejező: r r ( ) r r ( ) r r ( ) n v = n v = n v = F F F F kapcsolódási egyenlet, és a fogfelületet leíró vektorskalár függvény egyidejű megoldásával határozható meg. A kapcsolódási egyenlet felírásához mindenekelőtt az egyes tagok viszonylagos sebességi állapotának az ismerete szükséges. (7.34)

Köszörülésnél a csiga a koronghoz képest csavarmozgást végez. A kiindulási feltételnek megfelelően az A felület egyenlete; r = r η ϑ F F (, ) (7.35) r r d dt dm r F = v r r ( ) ( ) F,F F = M F,F rf = F dt r (7.36) A K F rendszer K rendszerhez viszonyított sebességének a meghatározásához az idő szerint differenciálva a (7.33) függvényt, amely a K F rendszernek a K F rendszerhez viszonyított mozgását adja meg:

mivel r helyvektor (7.7) szerint az időtől független. r F Figyelembe véve a viszonylagos mozgás K F és K F rendszerben felírt sebességvektorai között fennálló: r v ( ) ( ) F = M F,F r v F összefüggést az K F rendszerben a relatív sebesség vektorra a r v ( ) F = M F,F kifejezés adódik. dm dt F,F r F (7.37) (7.38)

Az M F,lF transzformációs mátrix elemeit az idő szerint differenciáljuk, és vezessük be a ϕ =(ω ())t összefüggést amelyből ω ()= felvétel esetén ϕ =t, és ϕ =i t, akkor a következő mátrixot kapjuk (3.4.). A (3.4) mátrixot a (3.38) összefüggés alapján K F rendszerébe transzformáljuk, ahol a mátrix szorzatot a P d dt = MF,F M F,F összefüggés alapján számíthatjuk. (7.39)

P M = M M M Ehhez az F,F F,,,F mátrix szorzatot is meg kell határozni. + i cosγ = i sinγ sinϕ i ( + i cosγ) sinγ cosϕ sinγ sinϕ sinγ cosϕ i i (7.4) i a cosγ cosϕ + + i p ϕ sinγ sinϕ i a cosγosγϕ + + i p ϕ sinγ cosϕ i a sinγ + p

Az érintkezési vonal meghatározásához az K F rendszerben az r n x y z ( ) = ( η, ϑ) ( η, ϑ) ( ) η, ϑ F F F F r v F = x = y = z F F F (7.4) egyenleteket kell felhasználni. A ϕ mozgás-paraméter rögzített értéke esetén lehetőség van valamelyik paraméter kifejezésére, és így az adott ϕ értékhez tartozó egy-paraméteres vektorskalár függvény, az. érintkezési vonal egyenletének felírására.

Amennyiben - és jelen esetben ez áll fenn - a kapcsolódási egyenletből rögzített ϕ érték mellett a felületi paraméterek közötti függvénykapcsolat explicit formában nem állítható elő, úgy a felületi paraméterek egyikének a valóságos fogfelülethez tartozó értelmezési tartományon belül különböző értéket adva a (7.4) egyenletből lehet kiszámítani a másik paraméter értékeit. Felhasználva a ϕ = áll. értékeknek megfelelő felületi értékpárokat a (7.4) egyenletből meghatározhatók az érintkezési vonal koordinátái mind a csiga r csavarfelületén ( F ), mind pedig a szerszám felületén r ). (r F

r n r r F F = r v r F F = M = ; (η; ϑ); r. F,F (7.43) Az tag (csiga) felületseregének burkolófelületeként kialakuló tag (köszörűkorong) felületének egyenlete az K F rendszerben ezek után az r F = M F,F kifejezéssel adhatók meg. r F (7.44)

7.. Az ívelt profilú csigával kapcsolódó csigakerék megmunkáló szerszámának a vizsgálata A csiga gyártásához alkalmazott szerszám alakja és a megmunkálás során elfoglalt helyzete meghatározza a csiga fogazatának geometriai alakját, ugyanakkor a csiga geometriája határozza meg azt a szerszámot, amellyel a csigakereket megmunkáljuk. Ebből következik, hogy amíg a csiga fogazatát eőállító szerszám egyetemes lehet - és általában ezt is alkalmazzák - addig a csigakerék fogazatát egyedi, különleges szerszámmal kell megmunkálni.

A csiga és a csigakerék érintkező felületei egymást kölcsönösen burkolják, ezért a kereket simításkor olyan szerszámmal kell megmunkálni, illetve lefejteni, amely a csigával azonos geometriával rendelkezik. Egyedi és kis-sorozat gyártásnál ütőkéssel, míg sorozatgyártás esetén lefejtő csigamaróval munkáljuk meg a csigakerekeket. Megkönnyíti a csigakeréknek ütőkéssel való gyártását és erősen csökkenti az osztáshibáknak a futás pontosságára való befolyását, ha a z /z fogszám viszony nem egész szám.

Egész számú z/z viszony lehetővé teszi azt, hogy a csiga osztáshibái mellett is a bejáratás az összes fogoldalak kapcsolódásáig megtörténjen, azonban a gyártáshoz feltétlen indokolt a csigakeréknek lefejtőmaróval történő előállítása. Mivel a csigát köszörüljük, így a csigakerék gyártásához szükséges szerszám (ütőkés, vagy csigamaró) direkt módon készülhet, azaz a csigával azonos módon munkálható meg (3.46-3.47 ábrák). Az így köszörült ütőkés profilja azonos a csiga hernyójának normál metszeti profiljával, és a leképezett fogfelületek egymás konjugáltjai lesznek. Vigyázni kell arra, hogy a csiga és ütőkés (élszalag megmunkálás) köszörülése axiális előtolással (oldalfogás-vétellel) történhet.

7... A csigakerék lefejtő-szerszámának profil egyenlete Az ütőkés vagy maró homloklapja a csiga normál metszetének felel meg. Így profiljának egyenlete a csiga paraméteres egyenletéből a normál síkkal való metszéssel meghatározható. A normál sík értelmezését az álló koordináta - rendszerben a 7.7. ábra szemlélteti.

7.7. ábra A normálsík értelmezése

A szerszámélre az alábbi egyenleteket kapjuk: y z n n = η cosθ n ηn sin Θ = sin γ o (7.45)

7... Az ütőkés hagyományos kialakítása Az ütőkést ugyanazon a gépen köszörüljük, mint a csigát oly módon, hogy a csiga helyére fogjuk be az ütőkés tüskét, melybe előzőleg beszereltük az edzett elősimított élszalagú ütőkést, majd megköszörüljük annak oldalfelületét. (8.3. ábra, 8.4. ábra) A fogoldalak megköszörülése után néhány tized mm élszalagot kell biztosítani. A kés utánélezése annak homloksíkjában történik anélkül, hogy a tüskéből kiszerelnénk. A kés az újraélezések után is ugyanazt a fogprofilt alakítja ki, az élszalag teljes elhasználódásáig. (8.5. ábra)

Ha egyenes hátramunkálást alkalmazunk - és legtöbbször a gyakorlatban ezt alkalmazzák - tehát élszalagot nem hagyunk, akkor elméletileg pontos csigakerék profilt a szerszámnak csak az első újraélezéséig kapunk. A hagyományos ütőkést a 7.8. ábra szemlélteti.

7.8. ábra Hagyományos ütőkés kialakítása

7..3. A hengeres csigakerék lefejtő maró vagy csavar homlokfelületű ütőkés számítása, kialakítása A csigakerék fogazatát a csiga fogazata határozza meg, mivel az érintkező fogfelületek egymást kölcsönösen burkoló felületek. A csigakerék fogazatát simításkor olyan szerszámmal kell megmunkálni, melynek forgácsoló élei egy helyettesítő csiga fogfelületén helyezkednek el. Ez a helyettesítő csiga hasonló ahhoz a valós csigához, amellyel a megmunkált kerék kapcsolódni fog. Közös geometriai tengelyeik vannak, d azonosak és egyoldali fogfelületeik megfelelő axiális eltolásra egybeesnek.

A helyettesítő csiga fejkör átmérője és fogvastagsága azonban nagyobb, mint a valós csigáé. (7.9. ábra). A megmunkálásnál, tehát a helyettesítő csiga és kerék kapcsolódásánál a tengelytáv azonos kell, hogy legyen a hajtómű tengelytávolságával, tehát azzal, ami megfelel a megmunkált csigakerék és saját valós konjugált csigája kapcsolódásának. A simító csigakerék lefejtő maró éleinek olyan helyettesítő csiga fogfelületén kell elhelyezkedniük, amely azonos annak a valós csigának a fogfelületével, amelyekkel a megmunkált kerék kapcsolódni fog (3.4. ábra).

A csigamarót megtestesítő helyettesítő csiga csavarmenetének vastagsága, a fejhenger és a lábhenger átmérője különbözik a valós csiga ugyanezen méreteitől. A simító csigakerék maró d osztóhenger átmérője azonos kell, hogy legyen a csiga osztóhenger átmérőjével. (8.6. ábra) Mivel az oldalforgácsoló él a hátramunkált oldalfelület (O h ) és a homlokfelület (H) metszésvonala (V), a hátramunkálást és a homlokfelületek megmunkálási technológiáját úgy kell megvalósítani, hogy az így kapott él rajta legyen a helyettesítő csiga fogfelületén (J, B), ami azonos a valós csiga fogfelületével.

A V forgácsoló élt tehát három felület: az R j, ill. RB hátramunkált oldalfelület, a H homlokfelület, a J ill. B a helyettesítő csiga fogfelületének metszéséből kell megkapni.

7.9. ábra a) A csigamaró forgácsoló élei és a helyettesítő csiga felületei b) A csiga, csigakerék és lefejtő maró alapprofilja

7..4. A maró csavar homlokfelületének meghatározása A maró homlokfelülete célszerűen egy zárt archimedesi csavarfelület, amely mentén történik a szerszám újraélezése. Származtatása: a csavar tengelyére merőleges félegyenes a p h homlokfelületi csavarparaméterének megfelelő haladó mozgást végez, miközben forog. Jobbemelkedésű (maró) esetén a homlokfelület bal emelkedésű, ahol: γ oh o = 9 γ o

7.. ábra A csavar homlokfelület származtatása és kapcsolata a hátfelülettel [44]

A homlokfelület egyenlete a 7.. ábra alapján: x y z h h h = η sin ( ϑ + ϕ = η cos( ϑ + ϕ = p h sin ( ϑ + ϕ oh oh oh ); ); ); (7.46) x y z h h h = η sin = η cos ρ = p ( ϑ + ϕ ) ρ ax ax (K (K ρ ax η) η) (K + + p p h η) p p h ( ϑ + ϕ ) ϑ ( ϑ + ϕ ) ϑ + z p ax h z p z p ax h ax h (7.47)

A hátfelület egyenlete: x y z hr hr hr = η' sin( ϑ + ϕ ); = η' cos( ϑ + ϕ ); = p' ( ϑ + ϕ ) hr hr hr ρ ax (K η) + z ax ; (7.48) Behelyettesítve az (7.48) egyenletbe a hátramunkált feület egyenlete a következő: x y z hr hr hr p = η' sin( ' p = = η' cos( p' ( p p' p p' Θ) Θ); Θ); ρ ax (K η) + z ax (7.49)

7.. ábra Csavar homlokfelületű ütőkés [44] A tervezett ívelt profilú csigakerék lefejtő marót a 6.3. ábra mutatja.