Введение к работе
Актуальность темы. Силовые зубчатые трансмиссии на основе внешнего эвольвентного зацепления в рядовых трех- и многозвенном, одно- и многопоточном исполнениях практически исчерпали свои возможности по габаритно-массовым характеристикам, воспроизводимым передаточным отношениям и наїрузочной способности, и на современном уровне являются сдерживающим фактором повышения технического уровня, качества и ресурса современных машин. Одним из перспективных направлений создания высокопроизводительных и высокоэнерговооруженных машин нового поколения является внедрение в их структуру энерго-, ресурсосберегающих силовых зубчатых трансмиссий с выпукло-вогнутым контактом элементов зацеплений и многопоточной передачей энергии в рядовом и планетарном, одно- и многопоточных исполнениях, основой которых служит внутреннее эвольвентное зацепление. Они обладают повышенной нагрузочной способностью, большими возможностями по воспроизведению передаточных отношений, малыми межоссвыми расстояниями с возможностью передачи энергии в их пределах параллельными потоками, пониженными скоростями скольжения в зацеплениях и рядом других достоинств.
Однако, несмотря на достаточную изученность внутренних зацеплений в машиностроении по-прежнему наблюдается осторожное их внедрение в силовые зубчатые трансмиссии современных машин. Это объясняется сложностью их геометрического синтеза и малой областью существования решения задачи синтеза при использовании существующих на сегодняшний день систем расчета. При использовании внутренних зацеплений с малой разностью чисел зубьев решение задачи синтеза может вообще отсутствовать.
Кроме того, существующие системы расчета в ряде случаев не учитывают упругую деформацию зубьев и неточность изготовления зубчатых колес. Это приводит к тому, что спроектированные передачи внутренним зацеплением при передаче больших нагрузок могут оказаться неработоспособными.
Рекомендуемые действующим стандартом системы расчета не дают конструктору четких рекомендаций по выбору коэффициентов смещения. Поэтому конструктору приходиться получать параметры проектируемого зацепления методом последовательных приближений, что сопряжено с большими временными затратами, снижением достоверности расчетов и качества проектных работ.
Поэтому разработка системы расчета внутреннего эвольвентного зацепления, гарантирующей получение работоспособного зацепления с заданными показателями качества и соответствующего инструментария, несомненно, является актуальной задачей.
Цель работы. Расширение области применения внутренних эвольвент-ных зацеплений и улучшение,их показателей качества в ресурсо-, энергосберегающих силовых трансмиссиях за счет создания новой системы расчета.
Объект исследования. Объектом исследования являются внутренние эвольаентные зубчатые зацепления в структурах: трехзвенной и многозвенной рядовых передач; планетарных передач с одним внешним и одним внутренним зацеплениями, с одним внешним и двумя внутренними зацеплениями и особенно с двумя внутренними зацеплениями при малой разнице чисел зубьев зубчатых колес.
Задачи исследования.
J. Разработать на основе существующей теории эвольвентного зацепления новую систему расчета геометрии внутреннего эвольвентного зубчатого зацепления, в которой рабочее и станочное зацепления рассматриваются как единая многомерная система.
-
Изучить влияние коэффициентов смешения и радиальных зазоров во внутренних зацеплениях на геометрические показатели их качества и установить рациональные диапазоны их варьирования.
-
Изучить влияние упругой деформации зубьев колес передачи внутреннего зацепления и погрешностей их изготовления на величину допускаемого углового зазора по интерференции второго рода и скорректировать на этой основе дополнительные ограничения синтеза.
-
Разработать на основе предложенной новой системы расчета и скорректированных дополнительных ограничений синтеза методику синтеза внутреннего эвольвентного зацепления с четырьмя выходными параметрами.
-
Разработать программное обеспечение анализа и синтеза геометрии внутреннего эвольвентного зацепления при малой разнице чисел зубьев зубчатых колес в структуре планетарных передач с возможностью визуализации работы синтезированного зацепления.
Методы исследования. В теоретических исследованиях использованы методы теории эвольвентных зубчатых зацеплений и аналитической геометрии. Практическая часть работы базируется на постановке математических и графоаналитических экспериментов с помощью численных методов в специализированных современных программных продуктах MathCAD, Kompas 3D, Solid-works и ANSYS и на проведении испытаний опытных образцов приводной техники с выпукло-вогнутым контактом в зацеплениях на стендовом оборудовании предприятий ЗАО «Тулаэлектропривод» и ОАО «Тяжпромарматура».
Научные положения, выносимые на защиту
новая система расчета внутреннего эвольвентного зацепления, позволяющая расширить область существования решений задачи синтеза;
анализ влияния коэффициентов смещения зубчатых колес и инструмента, а также коэффициентов радиальных зазоров на геометрические показатели качества внутреннего эвольвентного зацепления;
скорректированные дополнительные ограничения синтеза, учитывающие упругую деформацию зубьев в силовых передачах, неточность изготовления зубчатых колес и условие пересопряжения зубьев в рабочем зацеплении;
методика синтеза внутренних эвольвентных зацеплений с выпукло-вогнутым контактом зубьев при малой разности чисел зубьев в структуре планетарных передач, разработанная на основе результатов выполненных теоретических исследований.
Научная новизна работы заключается в рассмотрении внутреннего эвольвентного зацепления как единой многомерной системы станочных и рабочего зацеплений, отличающейся учетом влияния радиальных зазоров, упругих деформаций зубьев и неточности изготовления зубчатых колес на геометрические показатели качества зацепления.
Практическая значимость работы состоит в расширении области применения передач с внутренним зацеплением и улучшении их качественных характеристик. Разработанные методика синтеза и программное обеспечение с возможностью визуализации результатов расчета позволяют повысить качество и снизить сроки выполнения проектных работ.
Результаты работы в виде серии программ синтеза, анализа и визуализации внутреннего зацепления были успешно использованы на ОАО «Тяжпромарматура» г. Алексин Тульская область, ЗАО «Тулаэлектропривод» г. Тула, ОАО «Стройтехника» г. Тула, ООО НТЦ «Инт-КЛАСС» г. Тула при проектировании приводов на базе планетарных передач с большими передаточными отношениями. Разработанные математическая модель и программное обеспечение по анализу, синтезу и визуализации зацеплений внедряются в учебный процесс кафедры ПМДМ ТулГУ по дисциплине «Теория механизмов и машил».
Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными данными, полученными путем проведения натурных испытаний на опытных образцах приводов на базе планетарных передач с двумя внутренним зацеплением при нагружении на стендовом оборудовании с наработкой требуемого ресурса (ЗАО «Тулаэлектропривод» и ОАО «Тяжпромарматура»), а также корректным математическим моделированием на основе положений теории, геометрии и профилирования внутренних эвольвентных зацеплений.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на: ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (2003 - 2006 гг.); IX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технология» (Томск, 2003 г.); Международной конференции АПИР-8 (Тула, 2004 г.), II международной научно-технической конференции "Проектирование инструментального и метрологического обеспечения и производство зубчатых передач" (Тула, 2005 г.); XVII Международной Интернет-конференции МИКМУС пробмаш (Москва, 2005 г.), Международной конференции по теории механизмов и механике машин (Краснодар, 2006 г.), НТС предприятий ОАО «Строй-техника», ЗАО «Тулаэлектропривод», ОАО «Тяжпромарматура» и др.
Публикации. Содержание работы опубликовано в 12 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 119 литературных источников и содержит 157 страниц машинописного текста, включая 92 рисунка, 4 таблицы, 110 формул, 7 приложений на 43 страницах.
Автор выражает благодарность заведующему кафедрой проф. Сидорову П.Г., коллективу кафедры «Проектирование механизмов и деталей машин», научному руководителю проф. Крюкову В.А. за помощь и консультации при выполнении данной работы.
