Работы в области зацепления Новикова несвоевременны!

Б.П. Тимофеев, д.т.н., проф.

Борис Павлович Тимофеев – доктор технических наук, профессор кафедры мехатроники Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, заслуженный работник высшей школы, известный российский специалист по вопросам точности зубчатых передач.

Прежде всего, выскажу свое мнение по основному вопросу, которым задается Г.А. Журавлев: нужно ли продолжать применять редукторы с зацеплением Новикова или следует от них отказаться. А может быть, их следует усовершенствовать? Я считаю, что от применения редукторов с зацеплением Новикова следует отказаться.

Во-первых, это зацепление не нашло широкого применения на Западе. Я не думаю, что зацепление Новикова не используется за рубежом только потому, что оно изобретено в России. Многие отечественные изобретения были забыты на Родине, но прекрасно внедрялись за границей. На Западе люди более рациональны, более прагматичны, чем в России. Кроме того, там это зацепление именуется зацеплением Вильгабера-Новикова, и пока что никто не смог доказать обратное. Патент на свое изобретение Вильдгабер получил в 1927 году, то есть на 28 лет раньше Новикова! А значит, условий для проверки качества этого зацепления у западных специалистов было гораздо больше, чем у их российских коллег. И если оно до сих пор практически не применяется на Западе, вряд ли его использование вообще рационально.

Во-вторых, необходимо учитывать современные условия развития российского редукторостроения. И в первую очередь тот факт, что дальнейшие исследования зацепления Новикова потребуют вложения огромных средств, причем без какой-либо уверенности получения в будущем положительных результатов.

В советское время, когда зацепление Новикова считалось новым (первоначально оно было еще и засекречено), находилась масса “охотников” исследовать его за государственный счет. Но с приходом перестройки государственное финансирование данных исследований прекратилось, вместе с тем изменился и сам подход к их проведению. И надо прямо сказать, что если за время, прошедшее с 1955 года, когда Новиков предложил свое зацепление, мы ничего в данной области не добились, то если и сможем чего-нибудь добиться, то не скоро и в результате вложения огромных средств. Средства нужно вложить и в развитие теории, и, особенно, в экспериментальные работы. Только результаты этих работ смогут подтвердить или опровергнуть положение об эффективности зацепления Новикова.

Вспомним, что последняя конференция по зацеплению Новикова проходила в конце восьмидесятых годов прошлого века в Лиелупе в Доме Науки Академии Наук СССР, одновременно с проходившим в Риге мероприятием с интересным названием “Похороны коммунизма”. Хотя тогда, на этой конференции, не прозвучало ни одного слова в пользу того, что исследования передач с зацеплением Новикова надо прекратить. Трудно сказать, насколько объективными были представленные на ней данные об испытаниях этих передач, – ведь объективно было невыгодно представлять отрицательные данные, так как никто бы не финансировал дальнейшие исследования.

Я согласен с Г.А. Журавлевым в том, что вопрос о причинах, по которым зацепление Новикова не получило широкого распространения в России и за рубежом, – вопрос назревший, и надо высказаться по этому поводу откровенно и по существу, чтобы не вводить никого в заблуждение. Особенно важно следующее: до настоящего времени зацепление Новикова было эффективно только для колес с невысокой твердостью поверхностей зубьев. А мы сейчас почти повсеместно от этого отказались. Производства цементированных закаленных колес с зацеплением Новикова, как такового, и не было.

Развитие основных работ в данной области относится к пятидесятым годам прошлого века, когда еще широко применялись передачи с твердостью поверхностей зубьев порядка 30-40 единиц по Роквеллу. Сейчас, когда повсеместно применяется зацепление цементованных, азотированных колес, и, кроме того, очень развиты твердосплавные покрытия, полученные результаты, конечно, никого не устраивают.

Возникает вопрос: можно ли получить на практике высокоточные передачи Новикова с высокой твердостью поверхностей зубьев или малочувствительные к погрешностям изготовления и монтажа, аналогичные по свойствам современным эвольвентным передачам? Попытки получить такие передачи проводились. Но это были лишь отдельные попытки, до конкретных результатов было еще очень и очень далеко.

Рассматривался и такой вариант: сделать зацепление кое-как, в надежде на то, что в будущем оно приработается. Но сейчас этот вопрос совершенно снят “с повестки дня”, так как известно, что прирабатывается только зацепление низкой твердости.

Важно отметить и то, что вопросы, связанные с точностью зацепления Новикова, до сих пор не разработаны, и поэтому в смысле постановки данного вопроса я полностью согласен с Г.А. Журавлевым.

Однако, что касается непосредственно самой его статьи, она, на мой взгляд, написана недостаточно доказательно для широкой аудитории. Имеющиеся теоретические положения – очень краткие, рисунки – невразумительные. По-моему, только специалисты, причем очень немногие, полностью поймут теоретическую часть данной статьи. Узкому кругу специалистов (даже очень узкому) покажется, что теоретические положения, будем говорить прямо, недостаточно обоснованы. И к этому вопросу, я считаю, стоит вернуться еще не раз. Но общие выводы, я думаю, достаточно всем понятны. Как и то, что “продвинуть” это зацепление можно только ценой огромных инвестиций и достаточно длительного времени. Это совершенно точный факт. Настоящее положение теоретической мысли и результаты проведенных экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что в обозримом будущем без вложения огромных средств, без больших работ применять редукторы с зацеплением Новикова нерационально.

Еще раз сошлюсь на высказывание В.Н. Кудрявцева о том, что передачи, составленные из колес нормализованных или термоулучшенных, по металлоемкости в 4-7 раз превышают аналогичные по нагрузочной способности высокоточные эвольвентные передачи с высокой твердостью поверхностей зубьев (HRC_Э приблизительно равно 60). Вообще, борьба с эвольвентными передачами совершенно бесперспективна. Благодаря свойствам эвольвенты (хорошо всем известным, и, кстати говоря, прекрасно отмеченным в трудах И.А. Болотовского и его учеников) эвольвентные передачи будут применяться еще, очевидно, неограниченно долго. Инструмент очерчен по прямой. Что может быть проще? Ничего абсолютно. Однако здесь есть еще один аспект, заключающийся в том, что когда передача достаточно точная, и, кроме того, погрешности изготовления, монтажа и деформации под нагрузкой невелики, ничего не может сравниться с передачей сопряженной. Когда же погрешности изготовления и особенно монтажа, а также деформации под нагрузкой значительны, надо переходить на передачи приближенные, или как сейчас их стало модно называть – адаптивные передачи. Это совершенно особая статья, особая вещь, и этим передачам были также посвящены отдельные конференции. Например, симпозиум в Кургане, который Макс Львович Ерихов назвал “Теория и геометрия реальных передач с зацеплением”, то есть передач с учетом погрешностей и деформаций.

Вообще, все передачи следует, пожалуй, разделить на два класса: на сопряженные передачи (к ним относятся в первую очередь эвольвентные передачи) и приближенные, или адаптивные передачи. Последние имеют место в том случае, когда не удается добиться соответствующей точности или когда определенные параметры передачи меняются в ходе эксплуатации – меняются, скажем, межосевое расстояние и угол между осями колес, и так далее. И, исходя из такого разделения на классы, следует определять приоритетные направления предстоящих исследований.

В обозримом будущем нет смысла вкладывать средства в разработку и испытание передач с зацеплением Новикова. По-моему, у нас еще очень большие проблемы в расчетах передач вообще, в том числе эвольвентных, и пока что следует вкладывать финансы в разработку теории и в экспериментальную проверку тех передач, которые широко распространены на Западе и очень мало – в России. К ним следует отнести, в первую очередь, передачи цикла, волновые передачи и прецессирующие передачи. Последние сулят большую выгоду ввиду возможности осуществления высокого передаточного отношения с помощью очень ограниченного числа зубчатых колес. России в современных условиях стоит идти таким путем: сначала, все-таки, догонять Запад, а уже потом разрабатывать что-то свое, новое.

Кстати говоря, в период расцвета советской науки о передачах, а это, мне кажется, 60-е – 70-е годы прошлого века, было предложено огромное количество новых зацеплений. Но большинство из них не получило широкого распространения. Кроме того, вспомним, что мы очень много занимались счетно-решающими устройствами. Например, что, как не счетно-решающие устройства, – зубчатые передачи с некруглыми колесами? Это ведь получение определенной функции на выходе при равномерном вращении ведущего колеса и вращении по некоторым законам ведомого колеса. И где-то передачи с некруглыми колесами до сих пор еще очень важны в разработке. Но сейчас мы можем получить практически любую функцию с помощью электромеханических и электронных устройств, которые развиваются значительно быстрее, чем счетно-решающие. Нельзя сказать, что этот путь абсолютный, но, несомненно, то, что мир движется в направлении мехатроники, то есть в направлении применения смешанных устройств: механических, электромеханических и электронных; устройств, в которых механика органично сплавлена с электронным управлением. Я думаю, что на этом пути нас ждут наибольшие достижения.