KITERO TENGELYEK KÖZÖTT VÁLTOZÓ MOZGÁSÁTVITELT MEGVALÕSÍTÕ - EGYENESÉLÜ SZERSZÁMMAL LEFEJTHETŐ -- FOGAZOTT KEREKEK 'Kivonat LÉVAI IMRE* okl. gépészınérnöknek
a Tudományos Minősítő Bizottsághoz benyújtott és elfogad-ott kandidátusi értekezéséből Opponeınse-.k :
Fazakas Balázs, a műszaki tudomány-ok kandidátusa; Magyar József, a műszaki tudományok kan-di-dátuısa. Az értekezés megvédése-nek Bíráló Bizottsága: Varga József, a műszaki tu-dom.áinyo~k doktora, -eln-ök; Kozák Imre, a műszaki tudom-ány-ok Íka.n-d.i-d-átusa, titká.r;
Bosznay Ádám, a műszaki tudo-márnyok 1ka`n-didátusa; Czégi József, a műszaki tudományok kandidátusa; Jurek Aurél, a műszaki tudományok kandidátura; ifj. Sályi István, a műszaki tudományok kandidá`tusa; Ulbrich Sándor, a műszaki tudományok kan-di-dátusa; Vörös Imre, a műsza_.ki tudományok kandi-dátusa. Az értekezés beadásának időpontja: 1965. szeptember 25. Az értekezés rnegvédéséine-k időpontja.: 1966. május 25.
Két merev test kapcsolódása Két merev test egymáshoz viszonyított pillanatnyi mozgása legáltaláıııı.~;ıı.bb«an egy tengely körüli elforduláıs és -e 'tengely *irányában való elmozılııláfs. Ezek az egymáısutáni píllanatnyli csavart-engelyek egy álló koordiıı:'ıLa1`endrszerb»en, ahonnan a merev testek mozgását tszıemléljűk, egy egyeııı-s vonalú felületet alkotnak. Ezt. .a felü.1-etet álló axoidolcnak szokás nevv'/.ı`ıi. A mozgó merev testek mi`ndegyi~kéhez kföthetűn»k` egy-egy ko-ordinE'ıl.aılz-ıı(lszelıi`t. H.a az egymásutáni pillanatnyi csavartengelyek h-e-lyzotčıt ıı ııııw.;;`<'ı merev testeklhez kötött koordináltarendszerekb-en írjuk le, E-ıkkor is «=;',_yoıic-s vonalú f-e-lület-eket kap-unk. Az így nyert felületek-et mozgó (ı;xrzıizlzıIz"ıı(ıIc nevezzük. Az axoídok általában nem kiilfejthető vO+n.alf-clülı~l„ı~l< * l)ı`. I.ı'~\-'ni Imre :ı Nı-in'-;»ip:ıı`i Mílsmılci l«1_u_vulcın Gı"pO1ı.`ın(*1-' 'I`ıın.~av.ı'~l<ı`-ıı ıl«ıı~ı~ıı~ı ııııwnükl Išıııwııı rI~'~k:`ıniıı~1\*ı~11-`~a.
ıı ıõı-zi:-ııı f|ÍÍ
b`ikmozgás esetében az axoidok hengerek. A hengeralkotók m-erőleges silcıiııotszotıe a centrois v.agy pólusgörbe. Fogaskerekeknél la. két kerék forgása kapcsán előá.l_ló mozgó axoid»okat zı hajtás axoidjainak nevezzük. Adott 1 és 2 kitérő tengelyekt [te-ngelyszëög: Z Š sa/2; a tengelyek közsötıti legkisebb távolság: a] és 1212 = 011/(.82 = j°f(.;p1) adott áttéftelii függvény esetén a rel. mozgás pillanatnyi csavartengelye: cs az 1. ábra alapján a következőképpen határozható meg: A cs osavartengely *helyzetét megadó négy paraméter (al, az, 01, O-2) között fenáll: ai + a 2 = a 3 ( _ _ 7 ˇ 19
-
01"!-02 =
,
-().__
ai
valamint col 'Sin ol = cu; :sín 02
(2)
G1 091 cos ol = a2 (D2 cos of; .
G
M
“H-i
0
ši
Ez
}
(2) alapján írható
j
A .
is
~ n
,-42 : “J2 _; -sie 01 1
2
„EP
~-
-~-
_..{`)_..._i
zzz, z 55-5,
/2
0ˇ f
es
-ıı
(3)
_
_
wf
C111 Ctg 01 - az Ctg 02 . I
illeti
r
f
ı
I
ı
ı
`
_1~ı«ı=w„L,=__
/f
U _; _,-.ı
p _ co 12 ,
ahol
6
Z
._-| ;:\g _*-`
Ami za csavaras mert-elket (parameteret) __
Í
,
H/ z
".“
o` 1 \ Z.\
V, ,×.l./\\Vz
zífl-L.l,._.-ëz
cs
z
az
7zz= T/7 = “VZ-
f 1. abra
7:12 = al 0),, -sin 01 -1-az mg sin 02 , 6012 = (01 COFS 01 +032 COIS 02 -
Helyettesítés-ek, majd átalakitások után 10
(11 001
01 +~a2 C02 ASÍI1 02- É
(D1 OORS oi + mz; (Ios 02
(Il -{- (L2
Ctg o_1+~Ctg az
adódik. (3) f{igy»elfen1bev«éltelével pedig
*
P = 0118 02 = (12 178 01..
(4)
A csavarás paraméterét a 2. ábra al.apj án szerkeszteni is lehet. (1) és (3) alapján írható még sin 2 2
ig 0, = ~e-~~ il; -t-cos 2
1;
(õ)
s1nE'
goa
ez A, `
1,ft12+c0s2
valamint
al _. 1 l+Í12„°,°S_; 1 +2 im cos §+iÍ2 -tl 70
a
(6)
p
. ]
li* -
°=- .za Ő!
2. ábra
\ˇ Í
iff+r §×vL«
lűz-oli az ö-ssz.~ul`üg`g'ósu-l< a .l.<|iindu.lási adatokból nwgliiıl.ı'ıı`ıızzı'ılc ıı lııı|lı`ı.-1
axoidjaít. Fogaskerlek-ek esetében a gyártási axotdok (.a :szerszzínı (au .fı l«.«-ıı'-lzlı-nl. gyártás alatti kinematikai kapcsolatázból adódó k-erékaxoidok) vlh-ı`lı«~ııız~lı a kerekek hajtási axoidjaitól. Amig ta hajtás axoidjaí álttalában nvııı |ı|I'ı~,|l hető vonalfelületek (pl. egyköpenyű hiperboloíd), addig va keıiolcvk g_v:'ıı`|ı'ı:ıI axoidjai kifejtëhető vonalfelületek is lehetnek (pl. hengerek, kúpuk A.-ıl.lı.). A dolgozat .azzal az esettel foglalkozik, amikor fa nem kör alukı'ı lwıwvkek fogıazása egyenes élű szerszámmal történik. Ekkor, mivel a szı~ı`sv.ı'ııııaxoid sik, sa nem kör alakú kerekek gyártási .axofidjai kifejthető von:ıll`ı~lı'\letek. A rszámitáslokalt arra az -esetre vég-ezzük el, amıikıor a kerekek glyá.ı"t:'ısl axoidjai a kitérő tengelyek normál tran-szverzálisán kaposolódnak. Fogaskerekek kapcsolódása a kinematikai elv alapján Két felület kapcsol-ódásako-r a felületek érintkezési pontjaiban a rel. mozgás sebesség vektorainak a közös érintő síkokban kell feküdniük. A ka pcsolódási pontokban a felületek normálisai egy egyenesbe esik, mely morőleges a pontbeli rel. sebesség vektorrca, tehát nv=0.
(7)
Ha kifejezzük, hogy ez az összefüggés egy meghatározott C pontban áll fenn, akkor IICVC Z Ü .
A V12, w 13 vektorcsavar sebességi erőterében egy C ponthoz tartozó sebességi vektorra (VC) merőleges sikot a C pólusponthoz tartozó polá`rsiknak nevezzük és P-vel jelöljük. A polánsíkban a C pólusponton átmenő egyenesek összességét, sugársort nullrendszer-nek nevez;zü.k. A nullrendszor elemei a nullegyenesek. t A V12, (D12 rendszert helyettesítenii lehet egyenértékű rendszerekkel, pl. az wi és mi' vszıögsebestség vektorpárral (3. ábra). Ha e szögsebesség voktorpár egyikének pl. mi-nek hatásvonalát (pí) úgy vesszük fel, hogy illeszkodjék ta C póluspo-ntra (de nullegyenes nem lehet !), akkor a .szögsebessóg voktorpár másikának hatásvonala: pi' a C pólusponth«oz tartozó P polársíklızın fekszik. A pí és pi' egyeneseket konjugált polárisolcnalc nevezzük. A csavartér tulajdolnságıait felhasználhatjuk a fogaskerekek kapcsoló<`ló fogffelületek közös normálisait a hajtás relatív csavarjának' s<~bı~ssı'-;{l «~ı`öl;vı`ében az alkalmasan választott konjugált polárisok közös l.ı`uııs`/.v<~ı` '/fıliszıi között kell keresni. If!
Ü,
-.D
-Lu
(Ji:
V12
.*` -„J 2
Q
zl
.Í
\
`--Í
4:-'Tf
Of
k
..l"~_
0 L* . ___
cs
»Yu.
. .
I
Í,
\
|
pí”
A
/0,; ~-~-`_ ,Ja
->
\\
~`
z'
1
-..
'if
/ˇ
G1 -v`í>*
É\\ P;
ı
.`
I
l
'Z
`\ \l'\
\ - 02
I
6::
z
cs
/f
` . ->" ` \ 0 .il _
-
/”
e
.L,Í___,/
“f
F
*-
7
J/
T--..
-ı-ı-<
'
`
>--'
Ű2 '
->
cu;
4. abıa
.;~
|
~i_-'**}1'í
I
_|Llf~1E W. |_|
"`
if).
/'
.
||
_?
ő
F'1 \
/
1 \`
/
/
..,
:.12
2
--.
f
\ `\
/-
-___
\,
\
\ l
/
t/P' ,.-
LŐ,-'A
j
ZF; /\”/ ->
zzz ..
; .
A wf xx
„Z/I
,A " V1
40,2
Š0
wv \
V
„U2
'.
5
~b'I'
\„0?
/'
""`~-_.. R ,f `._
_.'I
2* 602
///02'
/
U12 ` “R
.ı,J
\
V12 ._
-ıı._
z/
" "`-H "` ~.__`
`-
ˇ
1
Í 1
_
, ,,
.-zz-..._
Q_.
_-,l-.- .. - „__ ,..
ı
3. ábra
'K
5l
P
/'
Ü
/ / / ;`\\_ \
É
5 Š.
1l
>\
l 2 1
-ıı
//f
b
:
_, /3,\r
_ I' Š
\"
-v
~\
j
6
`
. ,/ . 1
\ ~
f
P0
z'
'/ /
Š`č`-` \_;
,
`ë%
«`
F5 /
I
/,
l "
z`
' .__`
9 `~. Já/
\ `\_
.
"__` "__ı.`
-"_
\
V
“Ã
/R
'NMEIV L:
l l
5. ábra
4-72
1121;
.. Y
V A
l~`og2Eıskoı`-ı-kek k.apcsolódásáná.l előnyben r-észosítjük Eızıılml. :ı l<ıııı_|ıı;.z:'ı|l polárisokat, melyek függetlenek a pillanatnyi k.ap~csolósdás poınjııiıııılc lumı dinátáitól. Ezek a poláris tengelypáxrok ugyanis a .kapcsolódás ı-;;ı'~-_-ızf. |`ııly„ mata alatt állandóalk. Fogask-erekeknél e tengelyek egyikét rendszerint könnyü ıııiı-j zl ml zı r-ozní. Például .síkbeli lefejtő eljárással készitett kerekeknél a pi llnmı lııyl rel. forgástengely az, melyet a fogfelületi normálisok mindig mlı.~t..s`/A-ıu-lt Hasonl-óképpen forgástesrttel mart, köszörült kerekeknél ilyen a szzı-ı`sv.:'ıııı forgástengelye. Vannak felületek, melyeknél a megmu`nkálástól l`ügg«ı~tl<--1 nül is lehet ilyen tengelyt találni. Ha az egyik poláris tengely ismert, a másikat a hajtás rel. c.s.avaı`_iı'ııı keresztül meg lehet találni. A dolgozatban pi tengely (3. ábra) gyárftáskor a p;illalnatnyi r-el. forgástengely, :azaz a gyártási axoid egy alkotója. K-onjugált párjának megkeresését (121 ) a hajtás rel. csavarj án keresztül az ábra mutatja. A szerkesztés alapja az, hogy a csavar paramétere egyenértékű rendrszernf-Í~l ugyanaz, így . p=a1tgo2=a2tgo1=Xtg8.
(8)
Itt kell megjegyezni, hogy C pontot, mint ta kerekek gyártási axoidjainak közös pontját (4. ábra), a kitérő -te-ngelyek normál transzverzálisán egyelőre tetszés szerint vettük fel. Hasonlóan lehet megtalálni a 2. kerék poláris tengelypárj át is, amint a 4. ábra mutatja. Ezek a kinematikai viszonyok lehetőséget adnak, hogy az egyenes élű szerszámmal lefej tett fogfelületek kapcsolódásának tulajdonságait viszonylag egyszerűen vízsgálhazs-suk: Mindkét kerék síkbeli lef-ejtő eljárással készült, a 'hajtás pillanatnyi pólusa C pont (egyelőre tetszés szerint felvéve), ezért pi' és pl' közös polársíkban fekszik. Így a poláris tengelyek (pí, p{`, pl, pŠz`) közös transzverzálisai a P polánsíkban la C póluszponton átmenő nullegyenes-ek. Ha azt akarjuk, hogy a kerekek kapcsolódjanak, .akkor a P polársíkban fekvő nullO-gylenersek között kell keresni .a kapcsolódó felületek közös normálisait. Ez csak úgy lehetsé-ges, ha lefejtéskor a szerszámfog`felület (F0) merőleges zı P polársíkra (5. ábra). A nullegyenes-ek közül csak egy olyan sugár akadhat, mely mieről~egos :ı fogfelületre, ezért ilyen feltételek mellett csak pontszerű kapcsolódás lehet.
Nem köralakú kerekek gyártási axoidjai Az egyenes élű szerszám tulaj donságaiból ered, hogy a szerszámaxoicl sík (A0) is merőleges a polfársíkra, ugyanakkor illeszkedik C pontra. Ebből köve tkezík, hogy a szensz-ám löketiránya egybeesik a hajtás rel. csavarjı'ınak C pontfbelti sebesség vektorával (v@). Vagyis a kerekek C pontbcli svlı~ı~ss~ógeinek (V1, vg) P polársikba eső komponensei nullával -egyenlőok (fi. ."ı bra_).` 'D1 eos í = 'D2 cos /il. (Ü) Ml\7{`l Ü]
'Í TI (UI és 'Ü-_)_ Z T-3 (02, 'efzlérıt (9)'“eÍ« T ás alalfbla írva
-ÍÍIÍ
1:;
I,
, 1 cos 161
ahol /'í_1`-I-/if = S tengelyszög. ,di ill. ,őšz a C pont helyétől, azaz X-től függ. A P polársík helyét jelöli ki a hajtás tengelyeihez viszonyítva. Értéke
í = 5 ~` (8 " 01)7:
(11)
.
X ismeretében 8 (8)-tb-ól számítható. Az -eddigiekből annyit tudunk, hogy az A0 szerfszámaxoid sik a C póluspontra illeszkedik és merőleges a P polánsíkra. Azt még nem tudjuk, hogy az y tengellyel mekkora ,U0 szöget zár be. Ehhez foglalkozni kell a kifejthető vonalfelületek egyes tulajdonságaival. Már volt szó, hogy a szerszámaxokird .sik .lefejtéseként keletkező gyártási axoidok kifejthető vonalfelületek. Kifejthető vonalfelületeket matematikailag megadunk a felületen egy irányvonallal és az irányvonal pontjaiban az alkotók :irányv~ekt.orával. Az irányvonal síkglörbe, ha úgy választjuk meg, hogy az a C póluspontok geometriai helye legye-n za kerekekhez kötött koordinátarendszerben. E sikgörbét, illetve irányvonalat polárk-oordináltákban jellemezhetjük az fr rá-diusz`v1ekto`rral és a 19- pzolárszöggel. A rádiuszvekıtor és a görbe normálisa által bezárt szög (,a) között fennáll (7. ábra):
dr, = T1 tg ,al d 191
és
dfrz = T2 tg ,az d 192 .
(12)
Ebből tg H2 ˇ: Í-12 'rˇlˇ ' tg ,al r2
.
(13)
ui. dr, = dr? a te-ngelytávolság iállandósága miatt, valamint d 191/d 192 = 7212 . (10) és (13) összehasonlításából tg ,al cos ,őí _ --- , tš H2 cos ,őz
(
14 1 )
Bebizonyítható, ahhoz, hogy (14) teljesüljön, a szer-számaxoid sík normálisának (n°) a kitérő tengelyek normál transzverzálisával ,ug szöget kell bezárni (8. ábra), ahol 133 #1 Í j 'F8 H2 _ tg #0 _ cos í _ cos ,őë
»
(15)
(10) és (15) összefüggéseket nevezzük a gyártási axoidok kapcsolódási tételénelc. Ezek közül eddig csak a (10) összefüggés volt ismeretes, amikor is fi; és (if, egyben a fogferdeségi szögeket jelentette. (15) a nem kör alakú kerekek gyártási axoidjai kaposolódásának feltételéből volt levezethető. (15) azt jelenti, hogy a szerszámaxoid sík a kerekek írányvonalainak C pontbelí közös érintősílkja. 437-!-
4
Ez
'HI' r.
.J
.44 W.. Ár'-9:
,., X
. \«« /'lt
“Jax
If
'
:
Ű! .-Í/7,7
Z
C
-Q-
E
I
I
g
Iz \
L! vj/
e
1” `
K 2
'` I '
.
t.
`
z
62
_i
Í
*_
\\._\ /G2 X/,.
I C
Ü
\_
*
cs
6,,
rf
fr
/Š”
„J
I
llı
-
"" -us.
2 /
1
_
'Q ,/
äjy
/
z:gnêt
„-
c,
.P
l `
xfl %_0
_*
V2 Í
_/-
.z-' ""'.r,. í-f' ı
'J \
X2 l (Íz :Ű 2;
|NMExv. Lı
91
l
?~ -
«~»-
»Hz .
r
_/ C
6.abra
Í'
K
E' I ˇ
C2
*Q 51
,/t` fx
ıJl \`
//,
\
. rëxvu
r_. ,Í-y šë
.§
PP” /
/`\"
7 . ábra
cel*
Š `&
/ /
/
/
í
/
E
H0
ya
Í?
/
__-1
§z.\\_ Z
.C
\
////
fa
Eã \
l
_
O \\
y: /'fán
,I
/
-gb*\
1
ig/
ı\"'7*ägj'
.1;
LEEĂHE
x 1 8. ábra
\`_
ı `--__
SQ
Fogferdeségi szögek A szerszám löketiríánya és la kerekek tengelyeinek a szerszámaxoid sik-on ve tt merőleges vetületei által bezárt szögeket nevezzük fogferdeségi szögeknek. Az 5. ábrán a bi vektor és a z tengely által bezárt szög. Ha az 1 jelű kitérő tengely irrányvektorát el-gyel, a szerszámaxoid sík normálvekto.-rát no-val jelöljük, akkor t lıl = n°><(e1>
(16) sin /32 = cos ,U2 sin /9:3.,
Ismeretes, hogy ,ŐÍ1'+{9é= 2' tengelyszög. (16)-ból következik, hogy a fogferdeségi szögelc összege . l+
2 < E:
ha ,u1§0, ill. ,u2š0. Amennyiben ,U1 = ,hg = 0, vagyis ha az irányvonal kör, akkor
1
/31 +52 =/l1,+ÍlŠ: -Í-
A nem kör alakú kerekek tengelyei és a szerszámaxoid sík által bezárt szögek
1
Láttuk, hogy a szerszámaxoid sik -nem párhuzamos a kitérő tengelyekkel, azokkal szöget z.á:r be. Jelöljük az 1 kitérő tengellyel bezárt szöget öl-gyel, a 2 kitérő te-ngellyel be-zárt szöget (32-vel. Ezeket a szögek-et könynyen számithatjuk: sin öl = - el n” = sin ,uuzsin /ii, .
,
sin Őz = - ez n” = sin ,u„ sin /3; .
(17)
(17) kifejezés felírható úgy is, hogy Slfl öl =
.U1
l ,
Sjllfl Ő2 =
,tt-2
/))2 .
(13) ( 18) lcifejezi, hogy a nem kör alakú kerekek gyártási axoidjai - kitérő tengelyelc melletti lcapcsolódáskor -- általában nem lehetnek hengerek. Az eddig felírt kifejezésekben szereplő valamennyi szög pillanatnyi értéke függ a mi körülfordulási szögtől (901 = -- ~01 I). (16) 'és (18) megállapitásokból tehát következik, hogy a síkbeli nem lcör alakú kerekek előállitását eszközlő gépek nem használhatók: minden további nélkül a térbeli kapcsolódás nem kör alakú lcerelceinek lefejtésére.
z-1.76
Ezek a gépek kiegészitésre szorulnalc. Gondoslcodni kell olzyrın lz'.lı*gı".~ı.:.~lHl mfıchanizmusról, mely a gyártás folyamán mind a foigferdeségi (zl), *ııılııfl ıı szerszámaxoid sik dõlési szögét (Ő) meghatározott törvény szm`int millıı.tatja. Szempontok a gyártási axoidok tervezéséhez A kerekek geometriai tervezéséhez rendelkezésre állnak a kiind u lõ'ısl adatok: in = f(cp1) áttételi függvény, E tengelyszög és a tengely`t.ávol:sı'ıı.{: rı. A hajtás relatív csavarterének sebesség vektora a gyártási axoidzık kapcsolódó pontjában a C pontban `7(;'íÍ..Ú1><ı°-29
ahol
( 19) ˇ
'?`1+7`2 = G-
4
.
Ebből látszik, hogy az egyik kerék irányvonala pl. ri = r1(lô1) tetszés szerint felveh-ető. (Sífkbeli kapcsolódásnál ez nem áll, mert az axoidok ra nézve előírjuk a csúszás nélkül kapcsolódást: vg = 0, ezért itt T1 = r1(fz'),) kiadó-dik.) Ha .kiindulunk a gyártási axoidok kapcsolódási .alapté-telérből, akkor (10), (15), (16) ill. (18) figyelembevétel-ével -é=s ra kiindulási adatokból felirható az 1 kerék irányvonalának dífferenciálegyenlete: