Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Обеспечение промышленной и бытовой техники надежным и долговечным приводом является важной и актуальной задачей машиностроения.
Одним из аспектов повышения долговечности зубчатого ремня как наименее долговечного элемента зубчатоременной передачи (ЗРП) является методический, предложенный в виде усовершенствованной методики выбора и расчета основных конструктивных и эксплуатационных параметров Передачи, обеспечивающих ее повышенную надежность и долговечность'.
Использование результатов комплекса проведенных теоретических и экспериментальных исследований ЗРП на стадии ее проектного расчета позволяет создавать привод с повышенным ресурсом безотказной работы .и выработать рекомендации по рациональной конструкции и выбору материалов проектируемого зубчатого ремня в зависимости от условий его работы.
Решение сформулированной в работе задачи позволяет повысить качество и конкурентоспособность продукции отечественного машиностроения, что становится особенно актуальным в связи с ее выходом на мировой рынок, а также получить экономический эффект ввиду отказа от потребления импортных аналогов зубчатоременных передач.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Настоящая работа выполнена в соответствии с: Республиканской научно-технической программой "Создать и освоить в производстве высокоэффективные межотраслевого применения комплексы средств механизации и автоматизации технологических процессов на 1991-1995гг." ("Армированные приводные ремни повышенной надёжности и долговечности" ГБ-93-26, 1993-1995гг.); Государственной научно-технической программой "Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий, оборудования и машин для объектов городского хозяйства на 199б-2000гг." ("Разработать динамические модели вязко-упругих связей фрикционно-зубчатых зацеплений, обосновать критерии их оптимизации и выполнить компьютерный синтез их конструкций" ГБ-96-03/2, 1996г.); Межвузовской программой "Разработка научных основ создания прогрессивных технологических процессов, оборудования и инструмента для машиностроительного производства РБ на 1997-2000гг." ("Исследовать физические процессы в граничных слоях многослойных эластомерных материалоа механических гибких связей " ГБ-97-79,1997с; "Разработка и исследование принципов формирования новых типов передач из неметаллических материалов" ГБ-97-100, 1997-2000г г.), а также в рамках хозяйственных договоров: "Разработка технологии и изготовление зубчатых ремней к импортному оборудованиго" (х/д №2007; СП "Сопотэкс", г.Могилев); "Изготовление приводных зубчатых ремней повышен-
ной долговечности к технологическому оборудованию" (х/д №434; Белорусский металлургический завод, г.Жлобин); "Производство зубчатых ремней повышенной долговечности к машинам РУ-23А" (х/д №266; АО "Волжское хим-волокно", Г.В.ОЛЖСКИЙ, Волгоградская обл.); "Производство приводных зубчатых ремней повышенной надежности и долговечности для кухонной техники" (х/д №77; Брестский электромеханический-завод, г.Брест).
Цель и задачи исследований. Целью работы являлась разработка и создание уточненных методов выбора эксплуатационных параметров ЗРП, обеспечивающих повышение ее надежности и долговечности.
В соответствии с изложенным были поставлены следующие основные задачи исследований:
исследовать влияние геометрических параметров ремня и шкива на кинематику входной траектории зубьев;
провести теоретические и экспериментальные исследования нагруженности зубьев дуги обхвата с учетом нагружения зуба ремня при входе его в зацепление и пересопряжения зубьев;
разработать методику расчета величины коррекции шага зубьев шкива, обеспечивающую заданные значения неравномерности нагружения зубьев и уровень долговечности ремня;
провести теоретические и экспериментальные исследования долговечности зубчатых ремней с учётом основных факторов, сопровождающих работу передачи;
на базе проведенного комплекса исследований разработать методику проектного расчёта зубчатоременных передач.
Научная новизна полученных результатов/Для изучении кинематики зацепления зубчатого ремня со шкивом впервые применена классическая схема матричных преобразований координат, опирающаяся на реальную геометрию зубьев, получены уточненные зависимости для определения размеров зон не-полнопрофильного зацепления и скорости взаимного скольжения зубьев.
На базе разработанной динамической модели силового взаимодействия зубьев в зацеплении с учетом способности передачи части окружного усилия зубьями, находящимися в пределах зон неполнопрофильного зацепления, впервые получена система дифференциальных уравнений, адекватно описывающая распределение нагрузки на дуге обхвата ЗРП.
Для прогнозирования долговечности зубчатых ремней впервые использована кинетическая теория механической усталости и вероятностные методы расчета ресурса. Впервые для зубчатых ремней различных конструкций и технологий изготовления построены кинетические диаграммы усталости (кривые ' Велера) и определены параметры характеристик сопротивления усталости.
Получены уточненные зависимости для выбора величины допустимого окружного усилия и расчета коррекции шага зубьев шкива, являющихся важнейшими эксплуатационными параметрами передачи и обеспечивающими заданный уровень долговечности ремней.
Предложена усовершенствованная методика расчета долговечности ЗР по критериям усталостного разрушения зубьев и их износа.
Практическая значимость полученных результатов. Применение предложенной усовершенствованной методики выбора и расчёта рациональных эксплуатационных параметров ЗРП при ее проектировании и промышленной эксплуатации позволит создавать передачи повышенной несущей способности и долговечности, а поэтому имеет важное народнохозяйственное практическое значение для создания высоконадежных машин.
Разработанная методика прошла экспериментальную проверку в ходе ресурсных испытаний ЗР, а также использована при проектировании ЗРП повышенной долговечности для сложнобытовой техники, выпускаемой на Брестском электромеханическом заводе.
Результаты диссертационной работы использованы при выполнении ряда госбюджетных работ и хозяйственных договоров, а также могут быть использованы в учебном процессе, в научно-исследовательских и проектных организациях министерств и ведомств, занимающихся вопросами проектирования, серийного производства и промышленной эксплуатации ЗРП.
Экономическая значимость полученных результатов. Внедрение ЗРП повышенной несущей способности и долговечности в отечественной промышленной и бытовой технике позволит повысить качество и конкурентоспособность выпускаемой продукции, получить на этой основе экономический эффект и в ряде случаев отказаться от потребления импортных аналогов.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
зависимости, определяющие размеры зон пересопряжения зубьев и скорости их относительного скольжения в зацеплении;
выражения для расчета нагруженности зубьев с учетом их пересопряжения в зонах неполнопрофильного зацепления и изменяющегося значения коэффициента перекрытия по мере поворота шкива;
методика определения распределения нагрузки в зацеплении на базе многоэлементной динамической модели с учетом как квазистатических, так и динамических механических свойств элементов конструкции ремня;
выражения для прогнозирования долговечности зубчатого ремня по критериям износа зубьев и усталостного разрушения зубьев и корда;
методика и средства определения значений характеристик сопротивления усталости элементов конструкции ремня (кинетические диаграммы усталости) на
базе кинетической теории механической усталости и вероятностных методов
расчета ресурса;
- методика расчета и выбора рациональных эксплуатационных параметров
ЗубчаТОГО реМИЯ С ЦеЛЬЮ ПОВЫШенИЯ ЄГО Несущей способности И ДОЛГОВЄЧНО;
сти.
Личный вклад соискателя состоит в разработке положений, указанных в научной новизне и практической значимости полученных результатов.
Апробация результатов диссертации. Основные положения н результаты
работы докладывались и обсуждались на: 2- й Республиканской научно-
технической конференции "Современные материалы, оборудование и техноло
гии упрочнения и восстановления деталей машин" (Иовополоцк, 1995); Меж-,
дународной Шучно-технической конференции "Качество и долговечность зуб
чатых передач и редукторов" (Харьков, 1995); 5th International Symposium of
"Creep and coupled processes" (Bialystok, 1995); Международной научно-
технической конференции "Моделировагше интеллектуальных процессов про
ектирования ироизводства"(Минск, 1996); Меладуиародной научно-технической
конференции "Современные проблемы машнноведешт" (Гомель, 1996); 3- й
Республиканской научно-техшиеской конференции "Современные материалы,
оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин" (Но-
вополоцк, 1997); 1- й Международной научно-техшіческой конференции "Бес
ступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование" (Кали
нинград, 1997); Международной научно-техшгческой конференции "Надеж
ность и безопасность технических систем" (Минск, 1997); 52- Й Международ
ной научно-технической конференции БГПА "Технические ВУЗы - Республи
ке" (Минск, 1997). ' '
Опубликованность результатов. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ. Из них: 2 статьи в научно-технических журналах; 4 депонированные рукописи; 11 тезисов докладов отечественных и международных конференций и симпозиумов; 2 заключительных отчета о НИР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 143 наименований, приложений. Полный объем диссертации составляет 209 страниц, в том числе, включает: 85 рисунков (61 страница); 10 таблиц (3 страницы); список использованных источников (11 страниц); приложения (27 страниц).