Оценка параметров точности реальных червячных передач в составе приводов с установившимся движением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат технических наук Аккерман, Владимир Владимирович

• Аккерман, Владимир Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аккерман, Владимир Владимирович

Оглавление.

Введение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Проблемы эксплуатации особоточных приводов.

1.2. Обзор существующих исследований.

1.3. Выводы и постановка задач исследования.

2. Расчет точности червячных редукторов.

2.1. Расчёт точности одноступенчатого червячного редуктора.182.1.1. Расчётная схема.

2.1.2. Параметры расчетной схемы.

2.1.2.1. Жесткость червячного зацепления.

2.1.2.2: Жесткость подшипниковых опор.

2.1.2.3. Инерционные параметры;.

2.1.2.4. Диссипативные параметры.

2.1.2.5. Кинематическое возмущение.

2.1.2.6. Математическая модель червячной передачи.

2.1.3. Разработка инженерного метода расчета для одноступенчатых цилиндрических редукторов общемашиностроительного применения.

2.1.4. Влияние параметрических колебаний на величину кинематической погрешности.

2.1.4:1. Параметрические колебания в червячном зацеплении.

2.1.4.2. Параметрические колебания червяка и червячного колеса на подшипниковых опорах.

2.1.4.3. Вынужденные колебания.

2.1.5. Построение спектрограммы кинематической погрешности.

2.1.6. Разработка методики и результат расчёта одноступенчатой червячной передачи.

2.2. Многоступенчатый червячный редуктор.

-32.2.1. Расчётная схема.

2.2.2. Определение сил действующих на промежуточный вал.

2.2.3. Амплитуда параметрических колебаний.

2.2.3.1. Радиальная деформация.

2.2.3.2. Угловая деформация.

2.2.3.3. Осевые деформации.

2.2.4. Амплитуда вынужденных колебаний промежуточного вала.

2.2.5. Расчет текущего значения и спектральных составляющих кинематической погрешности многоступенчатых зубчатых передач.

2.3. Выводы.

3. Динамическая модель привода на основе червячного редуктора.

3.1. Расчетные параметры.

3.1.1. Моделирование кинематической погрешности.

3.1.2. Определение коэффициента крутильной жесткости редуктора:.

3.1.3. Моменты сил, воздействующие на привод.

3.2. Первый уровень детализации структуры привода.

3.2.1. Допущения, принятые при разработке модели.

3.2.2. Расчетная схема червячного редуктора.

3.2.3. Вывод системы уравнений.

3.2.4. Результаты анализа модели.

3.3. Второй уровень детализации структуры привода.

3.3.1. Анализ собственных частот привода.

3.3.2. Упрощенная модель червячного редуктора.

3.3.3. Результаты анализа модели.

ЗА. Третий уровень детализации структуры привода.

3.4.1. Допущения, принятые в расчетной схеме.

3.4.2. Расчетная схема.

3.4.3. Динамическая модель одномассовой системы.

3.4.4. Результаты анализа модели.

3.5. Выводы.

4. Экспериментальные исследования привода на основе червячного редуктора.

4.1. Общее описание экспериментальной установки.

4.2. Описание редуктора.

4.3. Описание средств моделирования.

4.4. Описание измерительной аппаратуры.

4.5. Погрешности измерений.

4.6. Программа анализа результатов эксперимента.

4.6.1. Требования к программе.

4.6.2. Структурное описание программы.

4.6.3. Операции, выполняемые блоком №1.

4.6.4. Операции, выполняемые блоком №3.

4.6.5. Операции, выполняемые блоком №2'.

4.7. Разработка экспериментальной методики« оценки кинематической погрешности червячного редуктора в сборе.

4.7.1. Уменьшение амплитуды паразитных колебаний.

4.7.2. Увеличение амплитуды искомого сигнала.

4:7.3. Преобразование линейных колебаний в угловые.

4.8. Результаты исследования червячного редуктора.

4.8.1. Определение собственных частот.

4.8.1.1. Собственная частота кронштейна А.

4.8.1.2. Собственная частота кронштейна Б.

4.8.1.3. Собственная частота мест крепления редуктора.

4.9. Выводы.

5. Нагруженность червячной передачи с учетом проявления кинематической погрешности и характеристик привода.

5.1. Расчет динамического момента сопротивления.

5.2. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка параметров точности реальных червячных передач в составе приводов с установившимся движением»

Точность - один из важнейших показателей качества машин, существенно влияющий на все критерии работоспособности их механизмов, а, следовательно, и на выходные показатели машин: быстроходность, энергетическую эффективность, материалоемкость, надежность и долговечность [70] . Кроме того, точность работы во многом определяет и потребительские свойства механизма, такие как его шумовая и вибрационная характеристики, влияя тем самым на конкурентоспособность реализуемого изделия:

Особенно важны требования к точности для специальных механизмов, где точность является выходным показателем, например, для систем наведения астрофизического назначения, робототехнических систем, оптической и оптико-электронной техники и др.

Зубчатые передачи, являясь в настоящее время самым распространенным видом передаточного устройства, в основном и определяют точностные характеристики механизмов.

Поэтому, при проектировании новой техники, кроме требований по обеспечению надежности работы привода на основе зубчатых передач, стоит весьма важный вопрос обеспечения его точностных характеристик. И если прочностные расчеты зубчатых передач в настоящее время имеют законченный вид и стандартизированы, то существующая нормативная база расчетов точности зубчатых передач и приводов в реальных условиях эксплуатации отсутствует.

Заключение диссертации по теме «Машиноведение, системы приводов и детали машин», Аккерман, Владимир Владимирович

6. ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ В ЦЕЛОМ

На основании проведенного исследования; можно; сделать следующие выводы:

1. Проанализирован процесс образования кинематической погрешности и ее спектральных составляющих для червячных передач, в реальных установившихся условиях эксплуатации. Показано, что параметрические колебания элементов червячной передачи вносят значительный,' вклад в величину кинематической погрешности передачи,- в то же время для редукторов: общемашиностроительного применения сочетание конструктивных и эксплуатационных параметров таково, что возникновение параметрических резонансов в червячных передачах практически невозможно. Установлено, что для червячных передач общемашиностроительного применения .увеличение крутящего момента вызывает, в основном увеличение гармонических составляющих кинематической погрешности,* проявляющихся на частотах вращения валов передачи, а увеличение частоты вращения приводит к увеличению гармонических составляющих погрешности, проявляющихся на зубцовых частотах.

2. На основе учета условий взаимодействия погрешностей всех червячных пар редуктора, разработаны метод расчета текущего значения и; спектральных составляющих кинематической погрешности: многоступенчатых передач в реальных условиях эксплуатации. Адекватность разработанных математических моделей подтверждена экспериментально.

3: Показано, что кинематическая погрешность, являясь неотъемлемым качеством, червячной передачи, при работе ее в * составе привода является; источником; появления крутильных колебаний рабочего органа механизма относительно своего равномерного вращения или поворота^ что обусловливает существование ошибки углового положения:

4: Показано^ что крутильные колебания рабочего органа, в свою очередь, вызывают появление дополнительной; не учитываемой существующим прочностным расчетом, нагрузки на зубчатую передачу, а также являются источником вибрации всего механизма и динамических нагрузок на его опоры. На резонансных режимах работы механизма дополнительная нагрузка на передачу может превышать номинальную. Поэтому при выборе типа зубчатой передачи в конкретный и при ее прочностном расчете, необходимо учитывать кроме режимов внешнего нагружения особенности образования кинематической погрешности конкретной передачи, упруго-диссипативные свойства передачи и привода в целом, инерционные и эксплуатационные параметры привода.

5. На основе метода измерения виброускорения разработан метод экспериментальной оценки точности работы привода.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аккерман, Владимир Владимирович, 2004 год

1. Азар, Кросли. Экспериментальное исследование явления удара в зацеплении прямозубой цилиндрической передачи // Детали машин:

2. Экспресс-информ. ВИНИТИ; 1976.-N 13.- С.10-15.

3. J 3. Айрапетов Э.Л:, Иоффе Р.Л., Косарев О.И. Возбуждение колебаний в прямозубых передачах ( Часть 1. Теоретические исследования) // Передачи и трансмиссии. Ассоциация; инженеров механических трансмиссий (Ижевск -М.).- 1994.-N1.-С. 5-14:

4. J 4. Айрапетов Э.Л., Иоффе Р.Л., Косарев О.И. Возбуждение колебаний в прямозубых передачах ( Часть 2. Экспериментальные исследования) // Передачи и трансмиссии. Ассоциация инженеров механических трансмиссий (Ижевск М.). - 1994.- N2. - С. 4-11.

5. Аккерман В.В. Динамическая модель следящего привода на основе червячного редуктора // Межвузовский сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов. — Омск: СибАДИ, 20041 ВыпЛ , ч.Г.-стр. 25-31.

6. Аккерман В.В. Точность перемещения рабочего органа с приводом на; основе зубчатой передачи в режиме слежения // Динамика машин и рабочих; процессов: Сб. докладов всероссийской конференции.-Челябинск: Изд-во ЮурГУ. 2002. стр. 13-15

7. Биргер В.А, Мавлютов P.P. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986. 560 с.vj 16. Борисов Д.С.,Фролов К.В. О параметрических явлениях в зубчатых передачах // Колебание и устойчивость машин.-М:,1968.С.114-118.

8. Вейц В.Л. Динамика: машинных агрегатов. Л.: Машиностроение. - 1969. - 368 с.

9. Виталов М.И. Моделирование кинематической погрешности-эвольвентных цилиндрических зубчатых колес // Вестник машиностроения. -1997.-N7.-С. 3-8.

10. Возникновение параметрических колебаний в прямозубых передачах / Э.Л. Айрапетов, В.И. Апархов, Н.А. Евсикова Н.А. и др. // Прогрессивные зубчатые передачи: Докл. межд. симпозиума. Ижевск, 1994: С. 19-25.

11. Вульфсон Н.И., Коловский М.З. Нелинейные задачи динамики машин. Л.: Машиностроение. - 1968. - 282 с.

12. Генкин М.Д., Айрапетов Э.Л. Вибрации механизмов с зубчатыми передачами. М.: Наука. - 1978. - 127 с.

13. V 28: Давыдов И.Ш. Проблема подавления параметрического возбуждения колебаний в прямозубом зацеплении // Известия вузов. Машиностроение.-1975.-N 8:- С. 21-25.

14. Давьщов И.Ш. Теоретическое исследование параметрических колебаний одноступенчатой прямозубой передачи с упругими опорами: Дисс. канд. техн. наук. (05.02.18) М., 1967. - 180 с.

15. Ичимару К.,Хирано Ф. Динамика высокоскоростных цилиндрических зубчатых передач // Конструирование и технология машиностроения. 1974 -Т.96, N 3.- С. 410-419.

16. V 40. Кане М.М. Выбор рациональной точности цилиндрических зубчатых колес на различных операциях обработки // Вестник машиностроения. 1996. -N8.-C. 3-8.

17. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение. 1967. - 359 с. ч/ 47. Кудрявцев Л. А. Экспериментальные исследования угловых колебаний и шума прямозубой передачи // Вопросы геометрии и динамики зубчатых передач.-М., 1964:-С.56-61.

18. Лившиц Г.А. Требования ГОСТ 1643-72 и расчет динамики зубчатого привода// Стандарты и качество. 1974.- N7.- С.91-96.

19. Марков Н.Н., Артемов И.И. Проявление кинематической погрешности зубчатых колес под действием; нагрузок и .скоростей вращения // Вестник машиностроения. 1986. - N3. - С.21-24

20. Маслов Г.С. Расчеты> колебаний валов: Справочник. Mi: Машиностроение, 1980. 151 с.

21. Пановко Я.Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем.-М.: Физматгиз, 1960. 193 с.

22. Пановко Я.Г. Основы прикладной теорию упругих колебаний;.- М.: Машиностроение, 1967. 316 с.

23. Потемкин B.F. Система инженерных и научных расчетов Matlab 5.x: -В 2-х т. Том 1. Ml: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999 - 366 с.

24. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов Matlab 5.x: -В 2-х т. Том 2.-М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999 304 с.

25. Рагульскис К.Н. Вибрация подшипников. Вильнюс: Минтис, 1974. - 220 с.

26. Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1989.- 496 с.

27. Ривин Е.И. Динамика привода; станков: М.: Машиностроение. -1969. - 204 с.

28. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчет деталей машин на< прочность: Руководство и справочное пособие. -М:: Машиностроение, 1975.-488с.

29. Тайц Б.А. Погрешности изготовления зубчатых колес. Взаимозаменяемость и? технические измерения в машиностроении: Сб.-М.:Машгиз, 1955.- 146 с.

30. Тарабарин В.Б., Артамонов П.И., Дюляев В.М. Экспериментальное исследование привода с ВЗП // Труды МВТУ:- 1976. N227 вып. 7. - С.23-27.

31. Терских В.П. Крутильные колебания валопровода силовых установок. Исследование и методы расчета. Л;, Судостроение, 1970.- 353 с.I

32. V77. Тимофеев Б.П. Характеристики распределения погрешностей передаточного отношения пары зубчатых колес и простого ряда //Известия вузов. Машиностроение 1985. - N2. - С.20-26.

33. У78. Тимофеев Б.П.,Дундин Н.И. Влияние параметров» и погрешностей инструмента на погрешность профиля нарезаемого колеса // Известия вузов. Машиностроение. 1985. - N8. - С.43-48:

34. Тимофеев Б.П.,Дундин Н.И. Характеристики распределения погрешностей зубчатых колес приборов7/ Известия вузов. Машиностроение. 1988; - N4. - С.42-46.

35. Тимофеев Г.А. Разработка методов расчета и проектирования волновых зубчатых передач для приводов; следящих систем: Дисс. . докт.техн.наук. (05.02.18). М:, 1997. - 352 с.

36. Фаворин М.В. Моменты инерции тел. Ml, Машиностроение, 1970.' - 312 с.

37. Файнгауз В.М. Измерение коэффициентов демпфирования подшипников качения// Известия вузов. Машиностроение 1968,- N 12. - С.43-48.

38. Фридрих Г, Линке Р, Пагель, Г. Динамические нагрузки в зубчатом зацеплении одноступенчатой цилиндрической передачи //Детали- машин: Экспресс информация ВИНИТИ: 1974.- N 41. - С.11-17.

39. Шалобаев Е.В. Выбор и стандартизация геометро-кинематических и точностных параметров приборных зубчатых передач: Дисс. . канд. техн.наук в форме научн. доклада (05.02.18, 05.11.14).СПб., 1998: 25 с.

40. Шелофаст В.В. Определение упругих перемещений контакта; тел качения с дорожками,качения // Труды,МВТУ. 1978. - N 278 Исследования и расчет деталей машин; - С.141-152.

41. Штриплинг Л.О:, Аккерман В.В., Хромых A.G. К критике существующей нормативной документации по расчету точности зубчатых передач // Прикладные, задачи механики: Сб.науч.тр. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003 .-стр. 167-171

42. Штриплинг Л;0., Андриенко Л.А. Расчет кинематической погрешности цилиндрической' зубчатой, передачи// Известия вузов. Машиностроение.-1998.->Т 1-3.- С.43-51.

43. Шувалов С.А., Андриенко Л.А. Подшипниковые узлы механических приводов в системе автоматизированного проектирования // Известия вузов. Машиностроение. 1997. - N 1-3. - С.34-39.

44. Rettig H., Gerber H., Innere Anregung und Verzahnungs dempfung bei Stirnradgetrieben // Antrierstegnic. 1987.- N 3.- S.89-95. V 99. Zeman V. Dynamika zatizeni celnich ozubenych prevodi// Strojerenstvi. -1973.- N 2.- S.65-73.