Введение к работе
Актуальность работы. Одной из основных задач машиностроения является повыяение надежности, ресурса, качества и эффективности создаваемых ма«ш и механизмов. Речение данной задачи невозмпіно без изучения динамики в проектируемых устройствах и конструкциях. В настоящее время практически во всех отраслях каииностроения иирокое распространение имеют зубчатые соединения. Высокая несущая способность, надеаность, технологичность, легкость сборки обеспечили им преимущество перед другими видами соединений элементов узлов механизмов в горном деле , приборостроении, станкостроении , производстве редукторов общего назначения и других областях.
В связи с развитием средств автоматики и робототехники в настоящее время больное распространение находят ыелкомодулыше эвольвентные зубчатые передачи (ЗП).Для ответственных мелкомо-дулышх зубчатых передач имеют существенное значение как экспериментальные, так и но, ильные методы подтверидения ресурса. Создание и использование указанных методов немыслима без всестороннего изучения физических процессов,сопровогдающих функционирование зубчатых передач такого класса.
В настоящее время вопросам автоматизированного проектирования зубчатых передач на основе моделирования динамических процессов уделяется больиое внимание в работах как отечественных ученых: Э.Л.нирапетова, Ф.Я.Балицкого. М.Д.Генкина, В.йЛольдфарба.В.К.Гринкевича, "Б.Ф.Казниренко. И.С.Кузьмина, н.Оетрусевича, В.Н.Пивоварова, п.К.Раяикова, В.Н.Рачека. И.К.Сидоренко, В.В.Скакуна, (1.Г.Соколовой, В.Г.Стеблецова, К.В.Явленского, так и зарубежных: й.нзара, Д.Бентли. В.Гринву-да, К.Дяонсона, А.Кнута. Д.Кроссли, Д.Хартинга, О.йоркера и др. Практика эксплуатации устройств, использупщих прецизионные зубчатые передачи, их экспериментальные исследования показывают необходимость использования методов расчета с единений, основанных на физической сущности явлений, происходящих в соединениях во время передичи или нагрузки с учетом всех его
- 2 -свойств. При этом основная роль здесь отводится использовании ЗВИ, системам автоматизированного проектирования на основе методов моделирования динамических процессов, имеющим несомненное преимущество перед методами ускоренных ресурсных испытаний проектируемых механических систем.
Анализ динамических, процессов ЗП показал, что спектр колебания ЗП носит сложный полигармонический характер, определяемый как свободными, так и вынужденными колебаниями системы. Возбуждение колебаний обусловлено проявлением как периодических изменений жесткости зубьев по фазе зацепления, так и погрешностями изготовления и монтажа колес, а кроме того и иумо-выми компонентами, проявляющимися по мере наработки.В связи с этим при проектировании редукторов возникает необходимость обеспечения адекватности модели реальному механизму. Поэтому, разработка модели с учетом виброактивности механизмов с ЗП на стадии проектирования должна предусматривать проведение работ по оценке, уточнении и определению численного значения величин жесткостей, коэффициентов демпфирования и возмуцапцих сил для динамических моделей многомассовых механических упругих систем. Используемые в настоящее время методы проектирования редукторов ЗП не учитывают в полной мере особенности динамических свойств ыеханизмов.что не позволяет как правило,адекватно описывать поведение объекта.Традиционные способы оценки динамических' характеристик имелт ограниченные Функциональные возможности: не учитывает нелинейный характер механических систем, а также полигарыонический характер колебания системы,т.е.наличие в спектре вынужденных колебаний, обусловленных погрешностями изготоеления и монтажа колеси поэтому обладаит низкой точностью. Исходя из этого актуальной задачей в настоящее время является задача создания математической модели, позволяющей путем учета особенностей колебаний механичегких систем проводить эффективное автоматизированное проектирование реальных обьектов.
Целью работы является создание автоматизированной системы моделирования прецизионных зубчатых механизмов (ЗМ) на основе оценивания их динамических свойств в рамках единства математического, информационного и программного обеспечений САПР еле-
- з -дящих приводов.
Методы исследования.Реиение задачи моделирования прецизионных ЗМ осуществлялось с использованием методог. теории автоматического регулирования,регрессионного анализа,имитационного моделирования и численного реяения дифференциальных уравне ний.
Научная новизна. К основным теоретическим результатам, полученным в работе , относятся:
модель Функционирования редукторов зубчатых механизмов для мелкомодульных передач .позволяющая путем учета динамических параметров обьекта (моментов инерции,зесткости,демпфирования) адекватно описывать поведение обьекта.
алгоритми оценки и настройки параметров имитационных моделей редукторов зубчатых механизмов, учитывающие особенности обьекта как колебательной системы.
архитектура самонастраивающейся системи моделирования редукторов зубчатых механизмов на основе оценивания их динамических свойств.
Практическая ценность работы заключается в создании программно-аппаратного коь..ілекса для автоматизированного моделирования прецизионных зубчатых механизмов.
Комплекс включает в себя частотный спектроан^лизатор, работающий в реальном маситабе времени, персональную ЭВМ IBM PC/ AT,а такїе набор пакетов прикладних программ, реализованных на языке Паскаль, осуществляющих:
диалоговый ввод и расчет параметров редуктора и его элементов,
диалоговую подсистему организации модельного эксперимента,
диалоговую подсистему оценки и настройки динамических параметров редуктора, в том числе яееткости,моментов инерции, демпфирования.
Объем разработанного программного обеспечения составил более 2500 операторов.
Разработана методика использования програму..^-аппаратного комплекса при автоматизированном моделировании прецизионных редукторов зубчатых механизмов на основе оценивания их динами-
- 4 -ческих свойств, позволившая на порядок сократить время эксперимента при обеспечении требуемого качества функционирования объекта.
Реализация научно-технических результатов. Разработанные автоматизированные средства моделирования прецизионных редукто ров зубчатых передач использовались при проектировании следя-чего привода в контуре управления антенной радиолокационной станции на одном из промывпенных предприятий. Использование предложенного подхода позволило обеспечить высокув точность управления антенной в пределах 30 при заданном ресурсе функционирования силовой части привода в 30 - 50 тысяч часов.
Разработанные автоматизированные средства моделирования внедрены в практику работы двух промышленных предприятий.
Экономический эффект от внедрения результатов работы в промышленность составил 15,5 тысяч рублей на одно изделие.
Автор защищает:-динамическую модель функционирования прецизионных редукторов зубчатых механизмов, адекватно описывающую поведение объекта.
алгоритмы оценки и настройки параметров динамических моделей редукторов зубчатых механизмов.
самонастраивающуюся систему моделирования редукторов на основе оценивания их динамических свойств.
программно-аппаратный комплекс для автоматизированного моделирования механических приборных устройств.
методику использования предложенного подхода в САПР прецизионных редукторов зубчатых механизмов для мелкомодульных передач.
Обоснованность и достоверность научных положений,выводов и рекомендаций подтверждается: корректным использованием математического аппарата,совпадением результатов моделирования с результатами экспериментальных исследований,положительным эффектом от гипдрсчия предложенних средств автоматизированного моделирования в практику работы двух промышленных предприятий.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и были одобрены на:
- II Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов
"Контроль, управление и автоматизация в современном произволе-
- 5 -тве"(Минск,1990)
- XIU Всесоюзной симпозиуме "Логическое управление г использованном ЗВН"(Москва.Ші).
Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре научные работы из них три печатные.Все основные результаты.составляющие содержание диссертации, получены автором самостоятельно.
Объем и структура работы.Диссертация состоит из введения, 4 глав,заключения и списка использованной литературы из 51 наименований. Она содержит 133 страницы,33 рисунка.
