Лого Сделано у нас
78

Рязанские ученые разработали технологию изготовления зубчатых передач нового поколения

 © rv-ryazan.ru

В 2008 году на одном из предприятий «Северстали» заработали несколько пар арочных шестеренок. Этот компонент служит в механизме упаковочной машины на ответственном участке уже более 10 лет и нареканий у инженеров не вызывает, хотя до того там была шевронная передача, которая не выдерживала больше четырех лет. Таким образом, «рязанская шестеренка» превосходит конкурентов более чем в два раза по эксплуатационной выносливости.

При этом Рязанский политех — единственный в мире, где не только получилось изготовить такую передачу, но и разработать экономически выгодную технологию, а заодно поставить производство арочных шестеренок на поток малыми партиями.

Началось все еще в 2004 году, с работ под руководством профессора Ремира Борисовича Марголита. Через два года появился первый опытный образец.

Сам принцип зубьев шестеренки в виде арки и все его преимущества были известны ученым-механикам давно. Но никто и никогда до самого недавнего времени не мог создать эту технологию в металле. Главной проблемой было спроектировать фрезерующую головку станка таким образом, чтобы можно было на шайбе, будущей шестеренке, нарезать ровные одинаковые изогнутые зацепы. Их также можно представить и в виде канавок. Так вот, в экспериментальных целях, конечно, их делали и раньше, но очень дорогим, непроизводительным способом, только чтобы просто создать хоть как-то и проверить справедливость теоретических выкладок. До практического применения, то есть до серийного производства, дело не дошло. Технологию почти забыли как неперспективную. Хотя данный тип зубчатых передач есть во всех учебниках для инженеров, но описывается как гипотетический.

Особенность арочной передачи в том, что именно форма арки наиболее предпочтительна для силовых нагрузок. И, как выяснилось, еще и очень устойчива к истиранию. Это очень хорошо описано теоретически, а теперь, наконец, впервые в истории механики еще и практически испытано.

Технология нарезания канавок и, соответственно, формирования зубьев очень сложная, и создавать ее пришлось долго. В результате производительность труда при производстве этого компонента удалось увеличить в десятки раз. В институте действует исследовательский фрезерный центр «Челленджер», в распоряжении которого есть четырехкоординатный станок. Благодаря работе ученых-исследователей, преподавателей кафедры, студентов и профессора Марголита, который и начал тему, удалось совершить ряд прорывов.

Удалось добиться того, что фрезерование производится по уже закаленной стали, так что дополнительная термообработка не требуется. Точность изготовления на станке составляет около одного микрона, и этого удается добиться за один проход фрезы. А при помощи специального механизма для притирки и абразивной пасты, можно повысить точность еще больше. В результате шестеренки получаются практически бесшумными. За счет идеального соответствия приработанных пар, они очень медленно изнашиваются. Собственно, полный выход из строя пары арочных колес пока не зарегистрирован.

Самое большое колесо, которое сделали в институте, имело диаметр 110 сантиметров, а самое маленькое — 4,5 см. Так что технология легко масштабируется. Такие арочные колеса можно даже изготавливать для часов, но только потребуется доработать метод производства для миниатюрных размеров.

Арочные шестеренки имеют широкие перспективы применения. Это и механические узлы с особо высокими нагрузками, и пассажирский транспорт, где очень важно отсутствие шума, и устройства, частый ремонт которых нежелателен. По стоимости арочные зубчатые колеса теперь уже не отличаются от стандартных комплектов косозубых передач, которые есть повсеместно. Ученые не стали останавливаться только на стали и экспериментируют с шестернями из полиэтилена и копролона. Прочные полимеры используются в современных двигателях автомобилей, и их надежность можно — а значит, нужно — увеличить.

Рязанская промышленность в ближайшее время готова подхватить и производство, и использование разработок, в частности завод «Тяжпрессмаш». У них очень высокие нагрузки на зубчатые передачи в прессовом оборудовании и в ковочных молотах. На опытной эксплуатации там задействованы около 10 пар арочных колес. Был проект внедрить новую технологию в поездах Московского метрополитена, но там пока в них не нуждаются, поскольку решили пойти по пути улучшения звукоизоляции самих вагонов. Однако все может измениться в ближайшее время.

Дальнейшим развитием станет еще большее уменьшение шероховатости зубьев передачи, чтобы выйти на предел возможностей арочной концепции. Еще идет работа по увеличению скорости фрезерования, чтобы как можно больше снизить себестоимость.Что же касается патентования, то ученые считают, что это не слишком корректный подход, когда речь идет о постоянно развивающейся технологии производства, в которой очень многое в ближайшее время изменится. Коллектив кафедры и студенты стараются довести технологию до максимально возможных характеристик, до совершенства, и конкурентов в мире у них фактически нет.

  • 12
    Нет аватара RadioDOT
    13.12.1909:25:46

    Надеюсь, юридически всё достаточно защищено, чтобы любимые партнёры очередной раз ничего не спёрли…

    • 1
      DKerr DKerr
      13.12.1909:37:31

      Юридическая защита требует подробного описания защищаемого, так что это палка о двух концах. Я так понял они пока пошли другим путем. Будем надеяться они знают что делают

      Отредактировано: DKerr~09:38 13.12.19
      • 4
        Нет аватара RadioDOT
        13.12.1911:23:21

        ну если никаких публикаций не будет и никто из сотрудников не сольёт, то да, раз повторить не могут, то и патент не нужен. Тема-то очень и очень денежная, учитывая резкое уменьшение износа при применении именно пластиковых пар. Это, не побоюсь, миллиарды енотов экономии даже в масштабах одной отрасли (авто): экономия на материалах и технологических операциях получается просто космическая. Почти как лекарство от трения    

      • 1
        Нет аватара GenOfDrag
        13.12.1911:58:16

        Рецепт Коки тоже запатентован, однако по сей день сокрыт для общественности)

        Даже, если раскроют, пусть делают, но платят проценты создателям для внедрения новых технологий. Доп. источник денег не повредит)

        Отредактировано: GenOfDrag~11:59 13.12.19
    • 0
      Нет аватара абрамыч
      13.12.1910:20:31

      Америкоский паент надо ,если тема серьезная.Стоит от 20 000 баксов.

      • 4
        shigorin shigorin
        13.12.1917:29:53

        Нахрен не надо. Достаточно публикации (без ноу-хау) и пусть страдают санкционники.

  • 5
    Кот Стальной Кот Стальной
    13.12.1912:15:14

    Такая зубчатая передача отлично пойдет в качестве тяговой передачи для локомотивов. Там сейчас в большинстве случаев применяется двусторонняя косозубая (электровозы) или односторонняя прямозубая (тепловозы) передача.

    • 5
      Denis Grabov
      13.12.1914:38:08

      Наверное и для планетарных передач авиадвигагателей очень важно. Там ведь миниатюрность еще важнее веса, чтобы лобовое сопротивление уменьшить.

  • 10
    Zveruga Zveruga
    13.12.1912:39:38

    Вот это моя специальность. Сам рассчитывал зубчатые передачи в универе и технологию их производства.

    Классная разработка. Очень денежная.

    • 1
      Denis Grabov
      13.12.1914:40:47

      Zveruga, а пластмассовые шестерни мо, наверное, изготовлять прессованием, а не фрезерованием?

      • 4
        Zveruga Zveruga
        13.12.1915:44:36

        А прессформу под них чем изготавливать? 3D принтером и наждачкой?

        Отредактировано: Zveruga~15:46 13.12.19
        • 2
          Kolyda Kolyda
          13.12.1916:22:33

          А прессформу под них чем изготавливать? 3D принтером и наждачкой?

          А зачем прессформу? Сами шестерни и изготовлять на 3D принтере. Хочешь из пластмассы, хочешь из металла методом лазерного спекания.

          • 1
            Zveruga Zveruga
            13.12.1919:58:46

            Понадобится обработка. Шероховатость будет слишком большая из-за текучести пластмассы.

        • 2
          Denis Grabov
          13.12.1917:40:33

          Фрезерованием. Трехмерная печать вряд ли так точна, как фреза или еще электроэрозия.

          • 1
            Zveruga Zveruga
            13.12.1920:00:32

            Пластик загорится.

            • 0
              Denis Grabov
              14.12.1920:21:55

              Нет, фрезерованием и эрозией делать формы из металла.

              • 0
                Zveruga Zveruga
                15.12.1911:14:43

                А, ну дак пластиковые детали всегда выдавливанием или литьём делают. Вот только пластик это не так серьёзно как металл.

                В том и суть, что они придумали как имеющимися инструментами выточить или саму металлическую шестерню или пресс форму под пластиковую. Кривизна поверхностей такая, что сделать быстро нужные зубы не получается. Они придумали как это сделать быстро (считай дёшево).

                Отредактировано: Zveruga~11:18 15.12.19
                • 0
                  Denis Grabov
                  15.12.1914:13:52

                  Ааа, т. е. арочные зубцы выдавливанием уже давно умели?

                  Zveruga, а вот вы разбираетесь в шнеках? А то спросить хочу кое-что.

                  Отредактировано: Denis Grabov~14:15 15.12.19
                  • 0
                    Zveruga Zveruga
                    15.12.1915:14:23

                    Причём здесь арочные, если речь идёт про вообще пластиковые детали? Литьё позволяет сделать деталь любой формы, но она не будет соответствовать прочности. Выдавливанием можно избавиться от пузырей, но так получатся только симметричные детали.

                    Я вижу вы решили докопаться и проверить мои знания? Зачем вы так живёте?

                    Отредактировано: Zveruga~15:16 15.12.19
                    • 0
                      Denis Grabov
                      15.12.1915:32:37

                      Почему я докапываюсь? Я увидел про арочную форму зубца, про то что она идеальная и увидел вас, который в этом разбирается. Вот я и интересуюсь для себя.

                      Еще было написано, что такая передача в учебниках проходит как гипотетическая. Я сделал вывод, что и из пластмассы не делали. Вот я и стал расспрашивать.

                      А про шнеки хотел спросить потому что придумал бесступенчатую передачу на основе шнека. Сам я -химик, но интересуюсь всякими механизмами, хобби у меня такое.

                      Отредактировано: Denis Grabov~15:35 15.12.19
                      • 0
                        Zveruga Zveruga
                        15.12.1915:58:38

                        Чтобы сделать подобную из пластмассы, то нужно делать литьё. Литьё имеет ограничение связанное с пузырями, но его можно обойти вакуумом и вибрацией. Но появляется другая и основная проблема, как сделать форму под литьё такой кривизны?

                        Уже сам метод литья это дорого, так как под детали придётся делать уничтожаемые при использовании формы. Это дорого и по времени и по материалам.

                        А что у вас за шнек такой? Или спрошу по другому, почему вы стали его придумывать, чем не устраивал старый?    

                        • 0
                          Denis Grabov
                          17.12.1916:31:53

                          Придумывать я стал не шнек, бесступенчатую передачу. Читал, что у гидродинамических и электрических не очень большой кпд, не больше 80 процентов, да и громоздкие они. А вариаторы на трении не могут передавать большие мощности, т.к. их нельзя погрузить в жидкосиь для охлаждения. Есть, вроде, цепи со звеньями на шкивах переменного диаметра, но я не уверен, что там зацепление формой, а не трением.

                          А червяк мой вот какой.

                          Представьте два граничных случая. Первый. Обычный черяк, четвре захода, максильно допустимая крутизна резьбы, но чтобы еще не заклинивало.

                          Второй случай. Четыре полоски перпендикулярно к оси червяка, т. е. четыре захода с нулевой крутизной. Теперь представьте, что первый и второй случаи в начале и конце червяка, между ними крутизна плавно меняется. Если надо изменить передаточное число, то червяк передвигают относительно зубчатого колеса. Можно даже сделать резьбу с для противоложного вращения шестерни.

                          Один червяк нужно будет сделать фрезерованием, а потом уже этим чевяком выдавливать резьбу на болванках обкатываниванием. Потом уже покрывать нитридом, закалять поливать и т. д.

                          Интересно ваше мнение.

                          Спасибо.

                          Отредактировано: Denis Grabov~16:33 17.12.19
  • 0
    Нет аватара sewa1965
    13.12.1916:48:49

    Это разновидность шевронного зацепления. благодаря станкам с чпу их стало дёшево изготавливать .

    и почему …- фрезерование производится по уже закаленной стали, так что дополнительная термообработка не требуется??? а не закалённую точить сначала?

    Отредактировано: sewa1965~17:01 13.12.19
  • 0
    Дмитрий Жуков Дмитрий Жуков
    13.12.1918:24:58

    Хм. Патенту 6 лет:

    Your text to link here…

    Арочная зубчатая передача и способ ее изготовления

    Авторы патента:

    Сидоренко А.К.

    Лобанов Н.А.

    • 0
      DKerr DKerr
      13.12.1921:59:42

      Где-нибудь хотя бы мелкосерийное производство налажено по этому патенту? Я так понимаю это только теория, дорогая в изготовлении, а здесь люди конкретно производят по цене обычной зубчатой передачи

  • 0
    Нет аватара Lyudov
    13.12.1921:18:10

    Такие штуки в металле уже давно делали, так что это не «впервые в истории механики»

    • 0
      DKerr DKerr
      13.12.1922:00:47

      Там и написано, что делали, но в производство нигде не запускали в связи с дороговизной изготовления

  • 0
    Please Please Me Please Please Me
    13.12.1922:21:42

    Сомнительно все это.Задам вопросы,может кто ответит

    Биение шпинделя станка в пределах микрона-норма.А допуск на точность изготовление

    реж.инструмента(фрезы)-что,отсутствует?Мы же должны уложиться в тот самый микрон!Кто нам изготовит идеальный инструмент без отклонений?Чудеса просто!

    Что за чудо материал,инструмент из которого режет закаленную сталь?К тому-же ответственные шестерни перед закалкой цементируются(термопроцесс насыщения поверхностного слоя углеродом),что еще значительно повышает твердость

    В общем,сомнительно все это-я имею ввиду заявленные параметры точности и технологию изготовления

    Отредактировано: Please Please Me~22:40 13.12.19
    • 0
      DKerr DKerr
      13.12.1922:51:18

      Полагаю ответив на все Ваши вопросы разработчики бы как раз слили Вам свое ноу-хау ))

      • 0
        Please Please Me Please Please Me
        13.12.1923:03:28

        Что ж,прийдется поверить в гениальность этих разработчиков,ну, а заодно и в Деда Мороза,с наступающим Вас!   

    • 0
      Denis Grabov
      14.12.1920:28:10

      Так они, может, фрезеруют нагрубо, а точная обработка полированием, как для линз. Там неточности должны быть не больше 1/20 длины волны, т. е. 80 нм. Фрезеруют, наверное, закаленный металл, а потом покрывают нитридом или цементитом и только потом обрабатывают.

  • 0
    Руспатриот Руспатриот
    13.12.1923:50:36

    Рязанские учёные лучше британских!

    Отредактировано: Ruspatriot~23:54 13.12.19
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,