Введение к работе
Актуальность темы. Проблема повышения качества приводной техники приобретает всё большую актуальность в связи с увеличением скоростей и нагруженности рабочих органов различных машин. Значительное распространение получил привод, в составе которого используются передачи зацеплением, в том числе и с перекрещивающимися осями валов червячного класса. Одной из особенностей указанных передач является повышенные требования к конструкционным и смазочным материалам из-за повышенного скольжения активных поверхностей звеньев пары трения. Обоснованный выбор сочетаний конструкционных и смазочных масел чрезвычайно важен как с технической, так и с экономической точек зрения.
Среди разновидностей передач червячного класса в последние годы расширяется применение в промышленности спироидных передач, отличающихся рядом благоприятных геометрических и кинематических особенностей.
Использование физического моделирования спироидного зацепления на стадии проектирования открывает новые возможности в оптимизации выбора сочетаний конструкционных и смазочных материалов с учетом назначения привода, а также при выполнении расчетов КПД, сил в зацеплении и ресурса по износу.
Таким образом, тема диссертационной работы является актуальной, поскольку продиктована необходимостью обеспечения надежности и долговечности приводов машин на основе спироидных передач.
Исследования в указанном направлении выполнены как составная часть плана научно-исследовательских работ кафедры «Подъемно-транспортные путевые, строительные и дорожные машины» Сибирского государственного университета путей сообщения.
Цель работы. Совершенствование методов расчета при проектировании приводов машин периодического действия со спироидными цилиндрическими передачами на основе результатов физического моделирования контакта в зацеплении.
Объект исследования: спироидная передача в силовых приводах транспортных и технологических машин.
Предмет исследования: антифрикционные свойства сочетаний конструкционных и смазочных материалов в зацеплении спироидной цилиндрической передачи с целью оптимизации расчетов на стадии проектирования.
Идея работы в использовании при проектировании приводов машин на основе спироидных передач экспериментальных зависимостей коэффициента трения от контактных напряжений и скоростей скольжения при изменяющихся температурах для различных сочетаний конструкционных и смазочных материалов.
Задачи исследований: Обосновать и выбрать метод исследований на модели антифрикционных свойств сочетаний конструкционных и смазочных материалов для спироидного зацепления.
-
Обосновать выбор параметров модели при применении метода физического моделирования. Разработать программу и методику исследований.
-
С помощью метода физического моделирования оценить качество трансмиссионных масел по их антифрикционным свойствам применительно к спироидному зацеплению.
-
Применить результаты исследований при проектировании реальных механизмов и приводов машин на основе спироидных цилиндрических передач.
Методы исследований. Решение перечисленных задач осуществлено на основе общих положений и методов теории передач зацеплением, теории трения и изнашивания, теории вероятности и математической статистики. Экспериментальные исследования проведены на специально созданном и модернизированном для этой цели стенде, оснащенном аттестованными и поверенными приборами.
Основные научные положения, защищаемые автором:
-
-
Особенности геометрических и кинематических параметров зацепления спироидных передач: многопарный линейный контакт зубьев в зацеплении, благоприятное расположение линий контакта относительно скорости скольжения, увеличенный приведенный радиус кривизны, большие передаточные числа в одной паре, стойкость к динамическим и ударным нагрузкам и др. создают предпосылки для эффективного использования в приводах машин для звеньев передачи менее дорогих и дефицитных материалов (безоловянистых бронз, латуней, сталей) при оптимальном выборе сортов трансмиссионных масел.
-
Физическое моделирование зацепления спироидных передач путем создания максимальной аналогии реального контакта звеньев спироидной передачи является эффективным средством оценки антифрикционных свойств конструкционных и смазочных материалов.
-
Контактные напряжения в зацеплении спироидной передачи могут быть выше в 1,3-1,5 раза в сравнении с червячной передачей без опасности возникновения схватывания и заедания контактирующих поверхностей звеньев пары.
-
С целью получения оптимальных конструкторских решений целесообразно при выполнении расчетов КПД, действующих в спироидном зацеплении сил и ресурса по износу передачи коэффициент трения в зацеплении определять методом физического моделирования.
Достоверность научных положений подтверждена достаточным объемом исследований на модели, имитирующей спироидное зацепление; применением современной аппаратуры, поверенных средств измерений и статистических методов обработки результатов.
Научная новизна заключается в следующем:
-
-
-
Обоснована целесообразность применения цилиндрической спироидной передачи в механизмах и приводах транспортно-технологических машин.
-
Предложено использование физического моделирования спироидного зацепления в качестве метода оценки антифрикционных свойств трансмиссионных масел и конструкционных материалов с учетом вязкости масел, скорости скольжения Us и контактных напряжений ан. Определены коэффициенты трения для сочетания конструкционных материалов сталь 40Х - бронза БрА9Ж4 для четырех современных трансмиссионных масел при изменении указанных параметров.
-
Доказана возможность увеличения допускаемых контактных напряжений в спироидном зацеплении в сравнении с червячной передачей при проектировании механизмов машин на основе спироидных передач.
-
В использовании экспериментальных значений коэффициентов трения в зацеплении спироидных передач при различных сочетаниях масел и материалов звеньев передачи на стадии проектирования силовых приводов машин.
Личный вклад автора состоит в модернизации экспериментального стенда, постановке и проведении экспериментов по определению коэффициентов трения в спироидном зацеплении при различных вязкостях масла, скоростях скольжения и контактных напряжениях; в обработке и анализе полученных экспериментальных данных; в разработке и внедрении технических разработок в промышленности.
Практическая ценность работы заключается в разработке методики моделирования и оборудования для оценки коэффициента трения в спироидном зацеплении; методических рекомеднаций, использующих базу полученных данных; в создании усовершенствованной конструкции механизма поворота грузозахватных кулачков устройства для перегрузки контейнеров.
Реализация работы в промышленности. Результаты работы использованы при проектировании и внедрении кабелесборочного механизма электропогрузчиков со спироидным редуктором, а также при модернизации спредера (грузозахватного устройства для крупнотоннажных контейнеров).
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах Сибирского государственного университета путей сообщения (г. Новосибирск, 2010-2012 г.г.) и Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (г.Омск, 2012г.), на Краевом научно-техническом семинаре «Методы оценки качества смазочных материалов» Сибирского федерального университета (г. Красноярск, 2011г.), на конференции с участием иностранных ученых в ИГД СО РАН «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (г. Новосибирск, 2010 г.), на международном научно-техническом конгрессе «Энергетика в глобальном мире» (г. Красноярск, 2010 г.), на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (г.Самара, 2011г.) и на III Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» Юргинский технологического института Томского политехнического университета (Юрга, 2012г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация содержит введение, пять глав, заключение, список литературы из 119 источников. Объем диссертации без приложений 176 страницы, включая 56 рисунков, 46 таблиц.
Похожие диссертации на Моделирование зацепления при проектировании приводов машин на основе спироидных передач
-
-
-
