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.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.