Революція в редукторобудуванні
Відкриттям ученого з Національного університету кораблебудування зацікавилися фахівці з більшості розвинених країн світу.
Основою для розрахунків у сучасному редукторобудуванні є, здавалося б, непорушна класична теорія контактної міцності пружно стиснутих тіл Герца з початковим лінійним або точковим дотиком цих тіл. У разі початкової лінійної взаємодії тіл теорія Герца цілком і повністю застосовується для розрахунків традиційних евольвентних зубчастих передач із лінійним контактом зубців. А от за точкового дотику тіл теорія Герца не може бути застосована для розрахунків, наприклад, гіперболоїдних зубчастих, конічних зубчастих передач зі спіральними зубцями й, нарешті, передач Новикова через те, що одержувані в процесі розрахунків контактні напруги дуже великі й за своєю величиною «зашкалюють» за межі здорового глузду. Проте українському дослідникові Олексію Попову вдалося по-новому підійти до проблеми.
За 130 років після створення теорії Герца техніка пішла далеко вперед, у зв’язку із чим зросли й вимоги до техніко-економічних показників зубчастих передач (підвищення навантажувальної здатності по контактних напругах і по напругах вигину; зниження масогабаритних показників; поліпшення віброакустичних характеристик). При цьому традиційні зубчасті передачі з лінійним контактом зубців уже не завжди могли задовольняти пред’явлені до них вимоги, тому протягом минулого століття виникли нові види зачеплення й нові форми зубців: зачеплення Новикова; зачеплення з арковими, еволютними, енкаїтними зубцями, які, втім, так і залишилися на узбіччі сучасного редукторобудування.
Слід зауважити, що згадані зубчасті передачі створювалися на противагу традиційним евольвентним зубчастим передачам лише з лінійним зачепленням. Ідея про створення евольвентних зубчастих передач із точковим контактом зубців фактично ніким не висувалася й не розглядалася, бо на її шляху непереборною перешкодою стояла класична теорія Герца, що доводить неможливість одержання в зубчастих передачах із точковим дотиком зубців величин контактних напруг нижче, ніж при лінійній взаємодії зубців.
Випробувано й доведено
Професор Олексій Попов з Національного університету кораблебудування ім. адмірала Макарова (м. Миколаїв) поставив під сумнів усталену думку про неможливість підвищення навантажувальної здатності по контактних напругах зубчастих передач із точковим зачепленням зубців. Він уперше довів і показав унікальність точкового зачеплення евольвентних зубців на основі розробленої ним нової теорії контактної міцності. Уперше у світовій практиці ним виконані рішення контактних завдань не тільки в лінійній постановці, а й з урахуванням нелінійності між пружними деформаціями зубців і напругами, які при цьому виникають.
На підставі нової теорії встановлено, що точковий контакт зубців фактично за всіма показниками кращий, ніж лінійний (висока навантажувальна здатність по контактних напругах і по напругах вигину; істотне зменшення вагогабаритних показників зубчастих передач; стабілізація форми плями контакту й запобігання кромкового контакту зубців і т.д.). Показано, що за рахунок нелінійності між пружними деформаціями й напругами навантажувальна здатність зубчастих передач по контактних напругах при точковій взаємодії зубців вище в 1,414 раза. Величини ж контактних напруг, що допускаються при точковому зачепленні зубців, в 1,5—2 раза вище в порівнянні з лінійним. Професор Попов розробив зубчасті передачі з просторовою точковою дво-, три-, чотирипарною системою зачеплення зубців, які характеризуються рівнем зниження вібрації й шуму на 10—25 дб.
Для підтвердження нової теорії контактної міцності пружно стиснутих тіл з початковим точковим контактом спочатку були проведені експериментальні дослідження в статиці на моделях, що імітують умови точкової взаємодії зубців, які підтвердили розрахункові дані. Потім на ДП НВКГ «Зоря»-«Машпроект» (м. Миколаїв) виготовили І ступінь двоступінчастого штатного редуктора із точковим зачепленням зубців замість лінійного. При цьому осьові розміри зубчастих коліс були зменшені в 1,75 раза.
Дослідний редуктор після 128 мільйонів числа циклів навантаження, що відповідає ДСТ, показав якнайкращі експлуатаційні якості. Навантажувальна здатність дослідного редуктора по контактних напругах була вище штатного редуктора в 2,36 раза без урахування нелінійності й у три рази вище з урахуванням нелінійності, а по напругах вигину — більше в 1,7 раза. І, нарешті, розрахунковим шляхом установлено, що дослідний редуктор мав приблизно на 12 децибелів менший рівень вібрації й шуму в порівнянні зі штатним редуктором. Зараз дослідний редуктор експлуатується в системі двигуна, а його наробіток становить приблизно 500 мільйонів циклів.
Є пророк у своїй батьківщині
Як звичайно буває, нове й прогресивне дуже важко торує собі шлях. Багато фахівців не вірили розрахункам Олексія Павловича. Хоча позиції супротивників точкового зачеплення остаточно зломлені, але вони не заспокоїлися. Деякі дійшли до заяв: «Ви завдаєте шкоди світовому редукторобудуванню».
І хоча «Хомів невірних» чимало, творчі фахівці в галузі сучасного редукторобудування, незважаючи на вигадану суперечність із загальновизнаними постулатами, побачили в роботах Попова ідеї, що істотно міняють світосприйняття, і визнали нову теорію. Так, наприклад, провідний спеціаліст в галузі зубчастих передач, генеральний директор НВЦ «Редуктори й приводи» (Росія), головний редактор однойменного журналу Валерій Парубець одразу підтримав миколаївського вченого, назвавши його монографію «унікальною і такою, що дає відповіді на те, у якому напрямку слід розвивати редукторну науку й практику».
Інша монографія — про контактну міцність зубчастих механізмів — видана накладом лише 30 екземплярів, викликала непідробний інтерес фахівців: її знають в Китаї, Канаді, Німеччині, надійшов на неї запит з Англії.
У світову скарбницю Україна внесла вагомий відсоток науково-технічних відкриттів. Але одна справа дати, а інша — використовувати ці відкриття або сприяти їхньому визнанню й впровадженню у світову практику. Сьогодні з 1000 патентів, зареєстрованих в Україні, до стадії впровадження у виробництво доходять лише 6. У Фінляндії, наприклад, у середньому реалізується 30% патентів, в економічно розвинених країнах до виробничих процесів залучаються 80% учених, в Україні — 0,2%. Наведені факти свідчать, що інтелектуальні ресурси України величезні і їхнє використання повною мірою повинне стати першорядним завданням державної важливості.
Наше видання готове надати можливість висловитися на сторінках газети всім зацікавленим у порушеній темі сторонам.
Олексій Попов
Народився в 1938 році в Тамбові (Росія). Після закінчення Миколаївського кораблебудівного інституту в 1964 році протягом десяти років працював інженером-конструктором у відділі міцності союзного проектного бюро «Машпроект». Бувши учнем науково-конструкторської школи С.Д. Колосова, брав безпосередню участь у створенні унікальних корабельних редукторів.
У 1971 році закінчив аспірантуру в Інституті машинознавства АН СРСР (м. Москва) і успішно захистив кандидатську дисертацію. У 1972-му запрошений у МКІ на викладацьку роботу. 1988-го захистив докторську дисертацію і здобув вчене звання професора. Автор 425 наукових праць.
За 12 років роботи над своєю теорією професор Попов одержав 100 патентів України, ще 7 перебувають у стадії розгляду. Число його винаходів з урахуванням авторських свідоцтв радянського періоду досягає 157.
Професор О.П.Попов уперше встановив раніше невідому властивість пружно стиснутих зубців із початковим (до навантаження) дотиком у точці, яка полягає в тому, що за певних величин радіусів кривизни тіл у двох взаємно перпендикулярних площинах і знайденому співвідношенні між ними точкова взаємодія зубців у процесі навантажения характеризується значеннями контактних напруг, які за своєю величиною істотно менше напруг за лінійного дотику зубців.
Сукупно це означає, що виконані теоретичні й експериментальні дослідження на прикладі дослідного редуктора із просторовою точковою системою зачеплення зубців не мають аналогів у світовій практиці. А відкриття професора О.П.Попова є революційним проривом в галузі сучасного машинобудування.
