priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2024-67-10-878-886pribor-57Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРИБОРОВDESIGN AND PRODUCTION TECHNOLOGY OF INSTRUMENTSИспользование полимерных композиционных материалов в цилиндрических зубчатых передачахUse of Polymer Composite Materials in Spur GearМедунецкийВ. М.MedunetskyV. M.

Виктор Михайлович Медунецкий — д-р техн. наук, профессор; факультет систем управления и робототехники; профессор

Санкт-Петербург

Victor M. Medunetsky — Dr. Sci., Professor; Faculty of Control Systems and Robotics; Professor

St. Petersburg

victor.medunetskiy@itmo.ruАбрамчукМ. В.AbramchukM. V.

Михаил Владимирович Абрамчук — канд. техн. наук; факультет систем управления и робототехники; доцент

Санкт-Петербург

Mikhail V. Abramchuk — PhD; Faculty of Control Systems and Robotics; Associate Professor

St. Petersburg

abramchukmv@itmo.ruПерепелкинаС. Ю.PerepelkinaS. Yu.

Светлана Юрьевна Перепелкина — канд. техн. наук; Высшая школа автоматизации и робототехники; доцентСанкт-Петербург

Svetlana Yu. Perepelkina — PhD; Higher School of Automation and Robotics; Associate Professor

St. Petersburg

Svetlana.yu.perepelkina@gmail.comЦветковаМ. Х.TsvetkovaM. H.

Мадина Хасановна Цветкова — канд. техн. наук; факультет систем управления и робототехники; доцент

Санкт-Петербург

Madina H. Tsvetkova — PhD; Faculty of Control Systems and Robotics; Associate Professor

St. Petersburg

madinatcvetkova@itmo.ruЛовлинС. Ю.LovlinS. Yu.

Сергей Юрьевич Ловлин — канд. техн. наук; факультет систем управления и робототехники; доцент

Санкт-Петербург

 

Sergei Yu. Lovlin — PhD; Faculty of Control Systems and Robotics; Associate Professor

St. Petersburg

seri-l@yandex.ruУниверситет ИТМОITMO UniversityСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University2024251120246710878886Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/57

Проанализированы особенности применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) в конструкциях цилиндрических зубчатых передач. Рассмотрены различные виды композиционных материалов, их свойства, варианты наполнителей и базы данных полимерных композитов. Описаны характеристики ПКМ, используемых в зубчатых звеньях цилиндрических передач, включая зубчатые колеса с несимметричными профилями зубьев, а также оболочковые формообразующие матрицы для изготовления их из ПКМ. Также рассмотрены вопросы обеспечения точности зубчатых передач из ПКМ и предложены методы оценки их уровня качества, включая вероятностный метод расчета точности. Приведены примеры изготовления нестандартных зубчатых передач из полимерных композиционных материалов.

The use of polymer composite materials (PCM) in the designs of spur gears is discussed. Various types of composite materials, their properties, options for fillers and databases of polymer composites are analyzed. The characteristics of PCM for gear links of spur gears, including gears with asymmetric profiles, as well as shell forming matrices for their manufacture from PCM, are described. The issues of ensuring the PCM gears precision are also considered and methods for assessing their quality level are proposed, including a probabilistic method for accuracy calculating. Examples of manufacturing non-standard gears from PCM are presented.

полимерные композиционные материалызубчатые колесаоболочковые формообразующие матрицыточность зубчатых передачpolymer composite materialsgearsshell forming matricesprecision of gearsReferencesGhosh R., Ghosh S., Srivastava T., Barman R. N. Design and Manufacturing of Laminated Spring: A New Approach Based On Composites // Intern. Journ. of Engineering and Technology. 2017. Vol. 9, N 2. P. 438–451. DOI: 10.21817/ijet/2017/v9i2/170902285.Ghosh R., Ghosh S., Srivastava T., Barman R.N. International Journal of Engineering and Technology, 2017, no. 2(9), pp. 438–451, DOI: 10.21817/ijet/2017/v9i2/170902285.Chatterjee S., Gupta K. A comparative analysis on two gear tooth materials for low speed and high torque transmission // Advances in Modelling and Analysis C. 2018. Vol. 73, N 3. P. 79–83. DOI: 10.18280/ama_c.730301.Chatterjee S., Gupta K. Advances in Modelling and Analysis C, 2018, no. 3(73), pp. 79–83, DOI: 10.18280/ama_c.730301.Pawar P. B., Abhay A. U. Analysis of Composite Material Spur Gear under Static Loading Condition // Materials Today: Proc. 2015. Vol. 2, N 4-5. P. 2968–2974. DOI: 10.1016/j.matpr.2015.07.278.Pawar P.B., Abhay A.U. Materials Today, 2015, no. 4-5(2), pp. 2968–2974, DOI: 10.1016/j.matpr.2015.07.278.Thirugnanam A., Sathish J., Rakesh L. Contact analysis of spur gear using composite material (NYLO CAST) // Middle-East Journal of Scientific Research. 2014. N 20(8). P. 966–968. DOI: 10.5829/idosi.mejsr.2014.20.08.114144.Thirugnanam A., Sathish J., Rakesh L. Middle-East Journal of Scientific Research, 2014, no. 20(8), pp. 966–968, DOI: 10.5829/idosi.mejsr.2014.20.08.114144.Mao K., Greenwood D., Ramakrishnan R., Goodship V., Shrouti C., Chetwynd D., Langlois P. The wear resistance improvement of fibre reinforced polymer composite gears // Wear. 2019. N 426. P. 1033–1039. DOI: 10.1016/j.wear.2018.12.043.Mao K., Greenwood D., Ramakrishnan R., Goodship V., Shrouti C., Chetwynd D., Langlois P. Wear, 2019, no. 426, pp. 1033–1039, DOI: 10.1016/j.wear.2018.12.043.Catera P. G., Mundo D., Gagliardi F., Treviso A. A comparative analysis of adhesive bonding and interference fitting as joining technologies for hybrid metal-composite gear manufacturing // Intern. Journ. on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM). 2020. P. 1–16. DOI: 10.1007/s12008-020-00647-y.Catera P.G., Mundo D., Gagliardi F., Treviso A. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 2020, рр. 1–16, DOI: 10.1007/s12008-020-00647-y.Catera P. G., Mundo D., Treviso A., Gagliardi F., Visrolia A. On the design and simulation of hybrid metal-composite gears // Applied Composite Materials. 2019. N 26(3). P. 817–833. DOI: 10.1007/s10443-018-9753-6.Catera P.G., Mundo D., Treviso A., Gagliardi F., Visrolia A. Applied Composite Materials, 2019, no. 26(3), pp. 817–833, DOI: 10.1007/s10443-018-9753-6.Gauntt S. M., Campbell R. L. Characterization of a Hybrid (Steel-Composite) Gear with Various Composite Materials and Layups // AIAA Scitech 2019 Forum. 2019. P. 0146. DOI: 10.2514/6.2019-0146.Gauntt S.M., Campbell R.L. AIAA Scitech 2019 Forum, 2019, рр. 0146, DOI: 10.2514/6.2019-0146.Singh A. K., Yadav S., Singh P. K. A Comparative Study for Transmission Efficiency of ABS, POM, and HDPE Spur Gears // Advances in Engineering Design. 2019. P. 269–277. DOI: 10.1007/978-981-13-6469-3_24.Singh A.K., Yadav S., Singh P.K. Advances in Engineering Design, 2019, рр. 269–277, DOI: 10.1007/978-981-136469-3_24.Что такое полимерный композиционный материал [Электронный ресурс]: <https://vec-v.ru/chto-takoe-polimernyy-kompozit>.https://vec-v.ru/chto-takoe-polimernyy-kompozit. (in Russ.)Total Materia. The most extensive database of materials in the world [Электронный ресурс]: <https://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=Home&LN=RU>.Total Materia, https://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=Home&LN=RU.Material Data Center. Data on materials and their applications [Электронный ресурс]: <https://www.materialdatacenter.com/mb>.Material Data Center, https://www.materialdatacenter.com/mb.База полимерных материалов [Электронный ресурс]: <https://plastinfo.ru/polyglobe>.https://plastinfo.ru/polyglobe. (in Russ.)Кряжев Ю. А., Андреев М. В., Шитюк А. А. Формирование базы данных полимерных композитов // Инновации в машиностроении: сб. тр. IX Междунар. науч.-практ. конф. 2018. С. 491–497.Kryazhev Yu.A., Andreev M.V., Shityuk A.A. Innovatsii v mashinostroyenii (Innovations in Mechanical Engineering), Collection of works of the IX Intern. Scientific and Practical Conf., 2018, рр. 491–497. (in Russ.)González-Henríquez C. M., Sarabia-Vallejos M. A., Rodriguez-Hernandez J. Polymers for additive manufacturing and 4D-printing: Materials, methodologies, and biomedical applications // Progress in Polymer Science. 2019. Vol. 94. P. 57–116. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2019.03.001.González-Henríquez C.M., Sarabia-Vallejos M.A., Rodriguez-Hernandez J. Progress in Polymer Science, 2019, vol. 94, рр. 57–116, DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2019.03.001.Goh G. D., Yap Y .L., Tan H. K. J., Sing S. L., Goh G. L., & Yeong W. Y. Process–structure–properties in polymer additive manufacturing via material extrusion: A review // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2020. N 45(2). P. 113–133. DOI: 10.1080/10408436.2018.1549977.Goh G.D., Yap Y.L., Tan H.K.J., Sing S.L., Goh G.L., & Yeong W.Y. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 2020, no. 45(2), pp. 113–133, DOI: 10.1080/10408436.2018.1549977.Structure and Properties of Additive Manufactured Polymer Components / Ed. by K. Friedrich, R. Walter. Woodhead Publishing, 2020. 458 р. DOI: 10.1016/C2018-0-03664-6.Friedrich K., Walter R., eds., Structure and Properties of Additive Manufactured Polymer Components, Woodhead Publishing, 2020, 458 р., DOI: 10.1016/C2018-0-03664-6.Directory of polymers. Polymer materials: products, equipment, technologies [Электронный ресурс]: <http://www.polymerbranch.com/catalogp.html>.Directory of polymers, http://www.polymerbranch.com/catalogp.html.Karapetyan A. N., Scharr G. The choice of polymeric materials in the design of gear wheels // Proc. of the NAS RA and SEUA: Technical Sciences. 2007. N 60(2). P. 266–271.Karapetyan A.N., Scharr G. Proceedings of the NAS RA and SEUA: Technical Sciences, 2007, no. 2(60), pp. 266–271.Старжинский В. Е., Шалобаев Е. В., Шилько С. В. Элементы привода приборов: расчет, конструирование, технологии. Минск: Белорусская наука, 2012. 769 с.Starzhinsky V.E., Shalobaev E.V., Shilko S.V. Elementy privoda priborov: raschet, konstruirovaniye, tekhnologii (Elements of Device Drives: Calculation, Design, Technologies), Minsk, 2012, 769 р. (in Russ.)Старжинский В. Е., Шалобаев Е. В., Шилько С. В. Технология производства зубчатых колес из термопластичных полимерных материалов (обзор) // Полимерные материалы и технологии. 2018. Т. 4, № 2. С. 6–31.Starzhinsky V.E., Shil’ko S.V., Shalobaev E.V. Polimernyye materialy i tekhnologii, 2018, no. 2(4), pp. 6–31. (in Russ.)Старжинский В. Е., Шалобаев Е. В. Проектирование прессформ для точных пластмассовых колес с использованием технологии быстрого прототипирования // Прогрессивные технологии в машиностроении и приборостроении. 2005. С. 28–29.Starzhinsky V.E., Shalobaev E.V. Progressivnyye tekhnologii v mashinostroyenii priborostroyenii (Progressive Technologies in Mechanical Engineering and Instrument Making), 2005, рр. 28–29. (in Russ.)Виткалова И. А., Торлова А. С., Пикалов Е. С. Технологии получения и свойства фенолформальдегидных смол и композиций на их основе // Науч. обозр. Техн. науки. 2017. № 2. С. 15–28.Vitkalova I.A., Torlova A.S., Pikalov E.S. Nauchnoye obozreniye. Tekhnicheskiye nauki, 2017, no. 2, pp. 15–28. (in Russ.)Абрамчук М. В. Совершенствование расчетов параметров точности зубчатых колес, зубчатых передач и многозвенных зубчатых механизмов: Дис. ... канд. техн. наук. СПб, 2014. 183 с.Abramchuk M.V. Sovershenstvovanie raschetov parametrov tochnosti zubchatykh koles, zubchatykh peredach i mnogozvennykh zubchatykh mekhanizmov (Improvement of Calculations of Precision Gears, Gears and Gear MultiLink Mechanisms), Candidate’s thesis, St. Petersburg, 2014, 183 р. (in Russ.)Абрамчук М. В. Расчет параметров точности эвольвентных цилиндрических зубчатых передач // Изв. вузов. Приборостроение. 2018. Т. 61, № 2. С. 118–122.Abramchuk M.V. Journal of Instrument Engineering, 2018, no. 2(61), pp. 118–122. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.