Разработка методов и средств повышения эффективности передач с промежуточными телами качения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат технических наук Ефременков, Егор Алексеевич

• Ефременков, Егор Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ефременков, Егор Алексеевич

Введение.

Список сокращений, принятых в тексте.

1. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СУЩЕСТВУЮЩИХ ПЕРЕДАЧ ПО ОСНОВНЫМ ТЕХНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ.

1.1. Выбор и обоснование критериев сравнения существующих передач по основным техническим характеристикам.

1.2. Сравнительный анализ передач с промежуточными телами качения по критериям эффективности.

1.3. Выводы.

2. СИНТЕЗ ПЕРЕДАЧИ С РАЗГРУЖЕННЫМ СЕПАРАТОРОМ ПО КИНЕМАТИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ.

2.1. Разработка кинематической схемы передачи с разгруженным сепаратором.

2.2. Описание геометрии и кинематический анализ передачи с разгруженным сепаратором.

2.3. Кинематический анализ передачи с разгруженным сепаратором.

2.4. Опгамгоапщ 11ЕРС по скоростям проскальзывания в зацепление.

2.5. Прогнозирование параметров, обеспечивающих работоспособность ПЕРС, на ранних стадиях проектирования.

2.6. Выводы.

3. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИЛОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕРС.

3.1. Разработка методики расчета усилий в зацеплении ПЕРС.

3.2. Определение внутренних напряжений и площади сечения профильного колеса.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов и средств повышения эффективности передач с промежуточными телами качения»

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Применяемость механических передач обусловлена функционированием их во многих современных механических и электромеханических устройствах. Выбор той или иной механической передачи с такими техническими характеристиками, как передаточное число, коэффициент полезного действия, передаваемая мощность, габаритные размеры, во многом определяет потребительские свойства всего изделия.

В настоящее время все более широкое применение находят передачи с промежуточными телами качения (ПТК), как наиболее перспективные с точки зрения обеспечения необходимых технических характеристик. Механизмы с этими передачами используются при производстве транспортных средств, водоподготовке, в робототехнике, космической, горно-шахтной, нефтегазовой, теплоэнергетической, пищевой промышленности. Эти передачи обеспечивают высокую нагрузочную способность, увеличение крутящего момента и передаточного числа при уменьшении габаритов, продолжительный срок службы, плавность и бесшумность работы. Однако известные передачи не лишены недостатков: нагрев передачи под нагрузкой до температуры 80 - 120°С, вызванный наличием в зацеплении трения скольжения, приводит к износу несущих деталей и снижению КПД. Так коэффициент полезного действия одной ступени передачи с промежуточными телами качения составляет 0,75 - 0,86, что увеличивает энергопотребление всего механизма в целом.

В устройствах с повышенными требованиями к КПД, габаритным размерам, массе и энергопотреблению (в мобильных системах, переносных устройствах и космической технике) существующие конструкции передач с ПТК не удовлетворяют предъявляемым требованиям. Для устранения этих недостатков необходимо создать новые типы компактных передач с уменьшенным трением скольжения в зацеплении, а также развиать и 5 совершенствовать существующие с целью повышения эффективности их функционирования.

Решению этих задач посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов, но, несмотря на это, практически отсутствуют теоретические основы и практические рекомендации по проектированию передач с улучшенными техническими характеристиками. Поэтому решение проблемы, объединяющей вопросы синтеза профильных колес, геометрических, силовых и прочностных расчетов, конструирования передаточных механизмов на базе новой передачи с промежуточными телами качения является весьма актуальным.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Создание и проектирование передачи с промежуточными телами качения, заключенными между двумя колесами с циклоидальными профилями для повышения эффективности передач с ПТК за счет замены трения скольжения в зацеплении трением качения.

В соответствии с целью работы сформулированы следующие основные задачи исследования: сравнительный анализ существующих схем передач с промежуточными телами качения (их достоинства и недостатки); создание новой передачи с промежуточными телами качения, заключенными между двумя колесами с циклоидальными профилями (далее передача с разгруженным сепаратором); разработка геометрии зацепления, определение закономерности движения центров тел качения между профильными колесами и получение уравнений циклоидальных профилей колес; расчет и исследование кинематики передачи с разгруженным сепаратором; определение и исследование силовых параметров передачи с разгруженным сепаратором; 6 подтверждение выполненных расчетов на модели и экспериментальном образце редуктора на базе передачи с разгруженным сепаратором. разработка методики проектирования передач с разгруженным сепаратором.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Общая методика исследований базируется на положениях теории зубчатого зацепления, теории механизмов и машин, теории упругости, математического моделирования, численных методах и методах системного анализа. Достоверность результатов проверялась экспериментально в лабораторных, производственных условиях и моделированием на ЭВМ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Создана передача с промежуточными телами качения, заключенными между двумях колесами с циклоидальными профилями.

2. Впервые определен закон движения центров тел качения между двумя профильными колесами и выведены уравнения циклоидальных профилей колес.

3. Впервые получена универсальная аналитическая зависимость определения числа циклоидальных профилей колес от передаточного отношения для дифференциальной схемы передачи с разгруженным сепаратором.

4. Разработан алгоритм оптимизации кинематических характеристик передачи с разгруженным сепаратором.

5. Разработана методика проектирования механизмов на базе передач с разгруженным сепаратором.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

1. Применение разработанной передачи позволяет улучшить эффективность передач с промежуточными телами качения.

2. Применение математической модели и программ автоматизированного расчета позволяет на ранних стадиях проектирования 7 спрогнозировать схему работоспособной передачи, обеспечивающую минимальные габаритные размеры при максимальной передаваемой мощности, а также сократить время проектирования передачи с разгруженным сепаратором.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы были использованы в организации ФГУП «НИИ Технотрон» при создании привода поворота спутниковой антенны и привода перемешивателя бурового раствора. Силовой расчет передачи с разгруженным сепаратором для перемешивателя бурового раствора производился по программе автоматизированного расчета передачи, что позволило сократить время проектирования механизма в целом. Полученные материалы были использованы при выполнении дипломных работ студентами кафедры «Компьютеризация машиностроения» машиностроительного факультета Томского политехнического университета. Материал по передачам введен в курс лекций «Оборудование автоматизированного производства».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на российско-корейской международной конференции KORUS 2001 г. Томск 2001г.; V всероссийской конференции «Современные технологии в машиностроении» г. Пенза 2002г.; региональной конференции г. Юрга 2001г.; научно-практических конференциях в г. Томске -«Современные техника и технологии» в 1998, 1999, 2000, 2001, 2002гг. Материалы диссертационной работы полностью доложены и обсуждены на научных семинарах кафедр «Теоретическая и прикладная механика», «Компьютеризация машиностроения», объединенном научном экспертном семинаре кафедр «Компьютеризация машиностроения», «Теоретическая и прикладная механика», «Точного приборостроения» и «Автоматизация и роботизация в машиностроении» Томского политехнического университета.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликовано 17 статей. 8

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, изложенных на 126 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 2 таблицы, список литературы из 45 наименований.

Заключение диссертации по теме «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры», Ефременков, Егор Алексеевич

Основные результаты исследований заключаются в следующем:

1. Найдены пути повышения эффективности передач с промежуточными телами качения и создана передача с разгруженным сепаратором, в которой уменьшено трение в зацеплении.

2. Выведены уравнения циклоидальных профилей колес из условия нахождения между ними промежуточных тел качения.

3. Определены кинематические зависимости передачи с разгруженным сепаратором и выведена аналитическая зависимость числа профилей колес в дифференциальной схеме передачи от передаточного отношения.

4. Проведены исследования оптимизации передачи с разгруженным сепаратором по скоростям проскальзывания в зацеплении и даны рекомендации по проектированию передачи с учетом скоростей проскальзывания: при отношении радиуса производящей окружности (г2) к числу тел качения (Zuj) меньше, либо равно 2,5, проскальзывание существует на всем угле зацепления; при отношении г2/Zm > 2,5, на угле зацепления возникает момент, когда тело качения обкатывается по профилю без скольжения;

118 при увеличении числа тел качения, при прочих равных входных параметрах, среднее значение скорости проскальзывания уменьшается, поэтому с целью оптимизации передачи по скорости скольжения целесообразно использовать как можно большее количество промежуточных тел (на сколько позволяют габаритные размеры передачи и всего механизма).

5. Разработаны и сформулированы условия работоспособности передачи с разгруженным сепаратором через исходные параметры передачи: f

180° г (ryx-Sin

1К Z, условие соседства тел качения;

Гтк)" условие неналожения профилей колес.

6. Разработана методика силового расчета передачи с разгруженным сепаратором с применением ПЭВМ, что позволило сократить время проектирования механизма. Методика была использована при разработке и проектировании привода перемешивателя бурового раствора мощностью 30 кВт.

7. На основе разработанного математического обеспечения созданы программные модули комплексной системы расчета передачи с разгруженным сепаратором: модуль расчета координат профилей колес для изготовления их на оборудовании с числовым программным управлением; модуль кинематического расчета передачи; модуль определения исходных параметров, обеспечивающих работоспособность передачи; модуль силового расчета передачи.

8. На основе результатов выполненных исследований разработан экспериментальный образец привода поворота наземной спутниковой антенны и проведены его испытания, дающие основание говорить о правильности и достоверности результатов исследований.

120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой завершенный этап научной работы, разработанные автором теоретические положения, которые в совокупности можно назвать методикой проектирования передач с разгруженным сепаратором, внедрение ее в различных областях техники внесет значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса и позволит создать новые конкурентоспособные машины, обладающие большей эффективностью и имеющие спрос на рынке.

В конце каждой главы представлены основные результаты исследований. Приведем ряд выводов, имеющих общее значение.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ефременков, Егор Алексеевич, 2002 год

1. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1995. С. 560.

2. Ан И-Кан, Беляев А.Е. Синтез планетарных передач применительно к роторным гидромашинам. Новоуральск: НПИ МИФИ, 2001. С. 92.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя: в 3-х томах. Tl. М.: Машиностроение, 1979. С. 728.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя: в 3-х томах. Т2. М.: Машиностроение, 1979. С. 610.

5. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя: в 3-х томах. ТЗ. М.: Машиностроение, 1979. С. 480.

6. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1988. С. 640.

7. Беляев А.Е. Механические передачи с промежуточными телами повышенной точности и долговечности. Томск: ТПИ, 1986 С. 60.

8. Громыко П.Н. Способы минимизации механических потерь в зацеплении при создании новых видов механических передач. // Трение и износ. 1995. 16, N3. С. 568 -573.

9. Гусак А.А. Высшая математика. Т 1. Минск: ТерраСистем, 2001. С. 544.

10. Данко П.Е., Попов А.Г., Кожевникова Т.Я. Высшая математика в упражнениях и задачах. Ч. 1. М.: Высшая школа, 1999. С. 304.

11. Детали машин. Справочник материалов по расчету и конструированию. Под ред. Ачеркана Н.С. Кн. 1. М.: МАШГИЗ, 1953. С. 656.

12. Допуски и посадки /В.Д. Мягков, М.А. Палей, А.Б. Романов, В.А. Брагинский. Л.: Машиностроение, 1982. 41. С. 543.121

13. Ефременков Е.А. Исследование работоспособности передачи с промежуточными телами качения. Труды V областной научно-практической конференции. Современные техника и технологии. Томск, 1999г. С. 237-238.

14. Ефременков Е.А., Боголюбова М.Н.; Численное моделирование структурных схем редукторов с промежуточными телами качения. VI международная научно-практическая конференция молодых ученых СТТ 2000. Томск, 2000 г. С. 224-225.

15. Ефременков Е.А., А.К. Мартынов. Анализ передачи с промежуточными телами качения. Городская научно-техническая конференция по приборостроению. Томск, 2001 г. С. 64-65.

16. Ефременков Е.А., Родионова У.В. Оптимизация проектирования передач с ПТК. Городская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых научных сотрудников по приборостроению. Томск, 2001 г. С. 66.

17. Ефременков Е.А. Определение скоростей проскальзывания в зацеплении передачи с промежуточными телами качения. Труды научно-практической конференции. Юрга, 2001 г. С. 144-149.

18. Ефременков Е.А. Исследование изменения скоростей скольжения в новой передаче с промежуточными телами качения. Изд. ТГУ Сб. Аппаратно- программные средства автоматизации технологический процессов. Томск, 2001 г. С. 194-201

19. Ефременков Е.А., А.К. Мартынов. Разработка механической передачи с разгруженным сепаратором. V Всероссийская научно122практическая конференция «Современные технологии в машиностроении». Пенза 2002. С. 132-135.

20. Ефременков Е.А., Н.В. Захаркин, С.А. Килин. Автоматизация определения усилий в зацеплении передачи с разгруженным сепаратором. VIII международная научно практическая конференция, ССТ 2002. Т1. Томск. С. 216-218.

21. Ефременков Е.А., А.В. Скориков. Расчет контактных напряжений в передаче с разгруженным сепаратором. VIII международная научно практическая конференция. ССТ 2002, Т1. С. 183-185.

22. Ефременков Е.А., А.К. Мартынов. Определение передаточного отношения и числа зубьев передачи с разгруженным сепаратором. VIII международная научно практическая конференция. ССТ 2002, Т1, г. Томск. С. 187-189.

23. Заявка на изобретение №99127942/28(029438) Ефременков Е.А., Ан И-Кан, Панкратов Э.И.

24. Карманов В.Г. Математическое программирование. М.: Наука. 1986. С. 480.

25. Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи. М.: М/с, 1966. С. 308.

26. Мальцев П.Т., Корняков О.Г. Кинематический синтез типовых планетарных механизмов. Учебно-методические указания для студентов очного и заочного обучения всех факультетов. Томск: ТПИ, 1991. С. 34.

27. Машнев М.М., Красковский Е.Я., Лебедев П.А. Теория механизмов и машин и детали машин. Л.: Машиностроение, 1980. С. 512.

28. Моисеев Н.И., Иванилов Ю.П., Столяров Е.М. Методы оптимизации. М.: Наука. 1978. С. 298.

29. Отчет о НИР. Разработка редуктора повышенной точности и долговечности на базе передач с промежуточными телами. УДК 621.833.1. Инв. номер гос. гегистрации № 0187.0034075. 1987. С. 38.

30. Панкратов Э.Н. Передача с промежуточными звеньями. Патент №2029167.123

31. Панкратов Э.Н. Проектирование механических систем автоматизированных комплексов для механообрабатывающего производства. Практикум лидера-проектировщика. Томск: ТГУ, 1998. С. 296.

32. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения. Справочник. М.: Машиностроение, 1992. С. 608.

33. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Основы системного анализа: Учебное пособие 2-е изд. Доп. Томск: изд-во НТЛ. 1997. С.

34. Планетарные передачи. Справочник. Под ред. В.Н. Кудрявцева и Ю.Н. Кирдяшева. Л.: Машиностроение, 1977. С. 536.

35. Проспект фирмы CYCLO Getriebebau

36. Соловьев А.И. Коэффициент полезного действия механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1966. С. 180.

37. Тищенко О.Ф. Элементы приборных устройств. Курсовое проектирование. Часть 1. М.: Высшая школа, 1978. С. 328.

38. Тищенко О.Ф. Элементы приборных устройств. Курсовое проектирование. Часть 2. М.: Высшая школа, 1978. С. 328.

39. Устюгов И.И. Детали машин. М.: Высшая школа, 1981. С. 400.

40. Яковлев А.Ф., Лобастов В.К. Определение контактной податливости высших пар зацеплений планетарных циклоидальных редукторов и гидромоторов./7 Вестник машиностроения. 1996. № 9. С. 3 -7.124

41. Bachmann Otto Getriebe mit einem konstanten I Jbersetzun gsverhaltnis, vorzugsweise ins langsame, das als Ubertragungselement zylindrische Rollen aufweist. Patent DE № OS 4107477.

42. Distin Jr., Robert G., Shafer E., James E. Epicyclic transmission having free rolling roller driving elements. Patent US № 4584904.

43. Egor Ephremenkov, Anatoly Martynov CALCULATION of SPEEDS of a SLIPPAGE In a LINKAGE of TRANSMISSION With INTERMEDIATE BODIES of a ROLLING. KORUS 2001, Tomsk 2001.

44. УТВЕРЖДАЮ: Директор ФГУП "НТШ Технотрон", / к.т.н. Панкратов Э.Н.2002г.2002г./ /

45. Зам. директора по коммерции и экономике1. Главный конструктор1. Карасев Р.Н.1. Экономист1. Южакова В В.