138 / 397
Механики XXI веку. №16 2017 г.
138
Эвольвентные колеса за период почти двухвековой эксплуатации доказали свое
преимущество перед другими видами зубчатых зацеплений. Они технологичны, так как
получить эвольвентный профиль можно движением обката, как инструментальной рейки, так
и другого зубчатого колеса. Эвольвентные зубчатые передачи терпимы к колебаниям
межосевых расстояний, перекосам осей. Существенным недостатком, ограничивающим их
несущую способность, является малая площадь контакта между зубьями, что побуждает к
поиску путей решения этой проблемы.
Колеса с круговым зубом продолжают естественное совершенствование эвольвентных
зубчатых передач, занимая свое место в ряду: прямозубые, косозубые, шевронные. По всем
параметрам - массогабаритным характеристикам, плавности работы, несущей способности,
передаваемому крутящему моменту, износостойкости они превосходят в редукторах любых
машин как прямозубые, косозубые или шевронные колеса. Круговая форма зубьев повышает
их прочность и жесткость, способствуя повышению плавности работы, снижению уровня
шума передач под нагрузкой, увеличению долговечности их работы. Практическое подтвер-
ждение ожидаемых преимуществ можно наблюдать в переходе на круговые зубья в кониче-
ских зубчатых передачах.
Исследованием колес c круговым зубом занимались, начиная с середины прошлого
века, коллективы исследователей в России и за рубежом. Ряд вопросов, характеризующих
зацепление с круговой формой зубьев и методы его изготовления, рассмотрены в работах [1-
3]. Круговые зубья доказали свое превосходство над прямолинейными в конических переда-
чах, что отражено в работах ряда отечественных ученых. Подобного эффекта можно ожидать
и в передачах цилиндрических колес с круговыми зубьями.
Несмотря на выявленные преимущества и многочисленные исследования, цилиндри-
ческие колеса с круговым зубом до последнего времени в реальных конструкциях машин ис-
пользовались ограничено. Это можно объяснить как ошибочностью некоторых подходов в
создании конструкции колес с круговым зубом, так и отсутствием технологии, обеспечи-
вающей высокую производительность изготовления и точность.
Явно ошибочным является нарезание выпуклых и вогнутых сторон зуба одной инст-
рументальной головкой. Выпуклые и вогнутые стороны зубьев приобретут разные радиусы,
и попытка сопрягать в передаче такие колеса обречена на неудачу.
Большинство исследователей предлагают нарезать круговые зубья цилиндрических
колес инструментами, имеющими в качестве исходного контура трапецеидальный профиль с
углом, равным углу зацепления колеса [2], [4, 5]. В этом случае эвольвента с заданным углом
исходного контура образуется только в среднем сечении венца. Во всех прочих сечениях
профиль будет отличаться от заданного в сторону уменьшения угла зацепления. Такая пере-
дача приобретает дополнительный недостаток: при осевом смещении одного колеса относи-
тельно другого не только уменьшается ее несущая способность, но и плавность работы, так
как у колес начинают сопрягаться участки профилей с разными углами зацепления.
В работах [4], [6, 7] предложено нарезать рабочие поверхности зубьев и участки впа-
дины между зубьями цилиндрической пальцевой фрезой малого диаметра на многокоорди-
натных станках с ЧПУ. С использованием программного комплекса T-Flex созданы парамет-
рические трехмерные модели расчета траектории движения центра сферического концевого
участка фрезы. Были подготовлены управляющие программы для пятикоординатного станка
с ЧПУ.
Основные недостатки использованной технологии - чрезвычайно низкая производи-
тельность, так как формирование впадины между зубьями производится движением подачи
режущего инструмента, а не главным движением резания. Способ зубонарезания колес паль-
цевой фрезой небольшого диаметра в силу своей малой производительности не имеет пер-
спектив для промышленного изготовления зубчатых колес с круговым зубом.
В работе [8] предложено использовать многорезцовый обкатный инструмент с нуле-
вым углом профиля, в котором в качестве зубьев применяются прорезные резцы фирмы
Sandvik Coromant [9]. Инструмент позволяет нарезать круговые зубья цилиндрических колес