Интегрированная технология изготовления зубчатых колес из волокнистых полимерных композиционных материалов

Abstract

Зубчасті передачі є невід'ємною частиною багатьох механізмів і машин. Поява нових композиційних матеріалів дає поштовх збільшенню навантажувальної здатності зубчастих передач і зниженню їх маси. Метою цієї роботи є розробка інтегрованої технології виготовлення зубчастих коліс (ЗК) із застосуванням волокнистих полімерних композиційних матеріалів (ВПКМ). Аналіз літератури виявив тільки окремі розрізнені дослідження в цій області, які присвячені розробці способів підвищення працездатності ЗК. Технологічна спадковість при виготовленні зубчастих коліс з ВПКМ значно сильніше і тому вплив етапів технологічного процесу має бути обов'язково прийнято до уваги при його проектуванні. Це дозволить при оптимізації схеми укладки армуючих волокон врахувати не тільки необхідність забезпечення їх орієнтації в напрямку найбільших навантажень, але і мінімізувати їх пошкодження при подальшій обробці різанням у разі отримання коліс високого ступеня точності. У роботі показано, що навантажувальна здатність ЗК, виконаних з вуглепластика, знаходиться на рівні навантажувальної здатності ЗК з інших неметалічних матеріалів, проте тільки у вуглепластикових ЗК є великий резерв підвищення навантажувальної здатності за рахунок оптимізації схеми уклади волокон і технології їх виготовлення, який ще не вичерпаний.

Зубчатые передачи являются неотъемлемой частью многих механизмов и машин. Появление новых композиционных материалов дает толчок увеличению нагрузочной способности зубчатых передач и снижению их массы. Целью настоящей работы является разработка интегрированной технологии изготовления зубчатых колес (ЗК) с применением волокнистых полимерных композиционных материалов (ВПКМ). Анализ литературы выявил только отдельные разрозненные исследования в этой области, посвященные разработке способов повышения работоспособности ЗК. Технологическая наследственность при изготовлении зубчатых колес из ВПКМ значительно сильнее и поэтому влияние этапов технологического процесса должно быть обязательно принято во внимание при его проектировании. Это позволит при оптимизации схемы укладки армирующих волокон учесть не только необходимость обеспечения их ориентации в направлении наибольших нагрузок, но и минимизировать их повреждения при последующей обработке резанием в случае получения колес высокой степени точности. В работе показано, что нагрузочная способность ЗК, выполненных из углепластика, находится на уровне нагрузочной способности ЗК из других неметаллических материалов, однако только у углепластиковых ЗК есть большой резерв повышения нагрузочной способности за счет оптимизации схем уклады волокон и технологии изготовления, который еще не исчерпан.

Gears are an integral part of many mechanisms and machines. The advent of new composite materials gives rise to an increase in load capacity of gears and in reduction their weight. The aim of this work is to develop an integrated manufacturing technology of gears using fiber reinforced plastic composite (FRP). Literature review identified only some scattered research in this area, dedicated to the development of ways to increase the load capacity of the gears. Technological heredity in the manufacture of FRP gears is much stronger and therefore the influence of manufacturing steps must necessarily be taken into account in design of manufacturing plan. This allows optimization of fiber reinforcement scheme including as orientation in the direction of the greatest loads as minimize damage during subsequent machining of high accuracy gears. It is shown that the load capacity of the carbon FRP gears is at the level of the load capacity of gears made from other non-metallic materials, but only for CFRP gears has a large reserve for increase of the load capacity by optimizing the schemes of fiber reinforcement and manufacturing technology, which has not yet been achieved.