Введение к работе
Актуальность проблемы, объектом исследования в представленной работе является зацепление винтовых деталей ролико-винтовой планетарной передачи (РВПЩ. Передача относится к классу винтовых механизмов с несоосным взаимным расположением, винтовых поверхностей и их одновременным вращением (или планетарным движением) во время работы. За рубежом РВПП выпускаются серийно с 60 годов. В нашей стране серийно не выпускаются, что. в какой-то мере, можно объяснить отсутствием надежных методик их расчета и проектирования.
Впервые особенности конструкции и кинематика передачи были рассмотрены в 1970 г. Л.В.Марголиным. В дальнейшем методы расчета основных конструктивных размеров РВПП разрабатывали Д. Н. Решетов, Л.В.Марголин. Д.В. Бушенин, В.В. Козырев, В. В. Морозов, В. И. Паню-хин, В.Г.Беляев, Б.Б.Гоголев, В.В.Шелофаст, Г.А.Борисенко и др.
Из-за сложности расчета нагрузок в зацеплениях и соединениях поиск рациональной конструкции механизма осуществляется опытным путем. Но-без предварительного, на стадии проектирования, расчета нагруженности зацеплений выбор рациональной геометрш оказывается чрезвычайно сложной задачей, требующей проведения дорогостоящих экспериментов на "пробных" механизмах. Поэтому стоит вопрос о разработке уточненного метода расчета на прочность и жесткость элементов и соединений планетарного РВ-механизма, который позволил бы сократить число проб или вовсе от них отказаться.
Резервом повышения эксплуатационных показателей РВПП является возможность снижения ее чувствительности к погрешностям взаимного положения винтовых деталей локализацией контакта как по высоте витка, так и по длине ролика-сателлита. Однако, для РВПП нет методик расчета, позволяющих реализовать преимущества локализованного контакта в полной мере. Общепринятый подход к анализу зацепления винтовых деталей не позволяет детально оценить влияние погрешностей изготовления и монтажа, а так же упругих деформаций элементов передачи на плотность контакта боковых поверхностей винтов. В конечном итоге это приводит к неточности расчета статической нагру-женности винтового механизма и не позволяет корректно перейти і решению задач, связанных с динамикой и износом.
:..Работа выполнена на кафедре "Теория механизмов и машин" Мое ковского Государственного технического университета имени Н.Э.Бау мана в соответствии с планом госбюджетной работы МГТУ им. Н.Э.Бау
мана N3-04 (1993-1996 гг.). Диссертация способствует и направлена на решение Общероссийской научно-технической программы "Волновые механические системы и приводы специального назначения" на 1991-1995 гг., утвержденной ГКНТ РФ и президиумом АН РФ.
Цель работы - теоретическое обоснование методов рационального проектирования зацеплений винтовых деталей РВПП; разработка компьютерной методики нелокального синтеза геометрических параметров ролико-винтовой планетарной передачи с локализованным как по высоте витков, так и по длине ролика контактом, позволяющей максимально реализовать потенциальные возможности передачи по контактной прочности или контактной выносливости. Разрабатываемая методика должна учитывать: погрешности изготовления и сборки элементов передачи; закон распределения нагрузки по виткам ролика-сателлита, отражающий влияние особенностей процессов формообразования витков на положение точек их касания и плотность прилегания контактирующих поверхностей.
Автор защищает: нелокальный метод синтеза геометрических параметров звеньев РВПП, позволяющий определить форму их активных поверхностей из условия минимума контактных напряжений на наиболее нагруженном витке; методику расчета статической нагруженности зацеплений с учетом реальных зазоров'между витками по длине ролика, контактных и изгибно-сдвиговых деформаций витков; математические и компьютерные модели геометрического и упругого контакта гштовых поверхностей РВПП; способ модификации винтовой линии витков ролика с целью локализации нагруженного контакта по длине ролика..
Методи исследования. При построении моделей процесса формообразования главных поверхностей звеньев РВПП и исследовании геометрических характеристик контакта использовался математический аппарат теории зацеплений, дополненный методами, разработанными автором. Для решения задачи о статической нагруженности зацепления применялись методы теории упругости. При синтезе геометрических параметров передачи использовались численные методы оптимизации на овражных функциях.
Степень обоснованности научных положений. Достоверность полученных в диссертации результатов обусловлена корректным использованием фундаментальных положений математики, . механики и теории зубчатых зацеплений, а так же положительным опытом внедрения результатов работы. 2
Иаичная новизна. В теории винтовых передач разработан метод синтеза зацеплений по контактной прочности в ролико-винтовых передачах, направленный на повышение несущей способности и ресурса передач; теория зубчатых зацеплений (ТЗЗ) дополнена методом расчета главных и главных приведенных кривизн сложно параметризованных поверхностей: предложен способ декомпозиции обратной задачи ТЗЗ; для ролико-винтовой планетарной передачи разработан метод расчета распределения нагрузки по виткам резьбовых деталей; предложен способ модификации винтовой линии витков ролика для локализации контакта по его длине; разработан альтернативный матричному аппарат преобразования и дифференцирования координат на основе символического описания последовательности преобразований.
Практическая значимость. Разработан программный комплекс для решения задач расчета нагруженности и синтеза зацеплений винтовых деталей РВПП; построена обобщенная аналитическая модель станочного -зацепления, охватывающая большое, число вариантов формообразования винтовых поверхностей; создан программный комплекс ЛЕНТА, выполняющий процесс преобразования и дифференцирования координат численно на основе символического описания последовательности преобразований; предложен способ локализации контакта по длине ролика путем модификации винтовой линии его витков; выполнен анализ влияния геометрических параметров передачи на характер распределения нагрузка в контакте. Проведенные исследования ориентированы на непосредственное использование полученных результатов в практике проектирования РВП-передач.
Реализация поличенныг результатов. Разработанные модели и программы использовались в практике проектирования РВП-передач при оценке их нагрузочной способности, сопоставительном анализе и выборе оптимальной геометрии на АО "Аэроэлектрик"; программный комплекс ЛЕНТА и компьютерная модель станочного зацепления наряду с исследованиями, выполненными в диссертации, использовались в нескольких научно-исследовательских- работах.
Апробация работы. Результата работы отражены в трех научно-технических отчетах о НИР. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на Пятом межгосударственном симпозиуме "Теория реальных передач зацеплением" (Курган, 1993 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка и внедрение САПР и АСТПД в машиностроении" (Ижевск, 1990 г. );-на Международном на-
3!'
учном симпозиуме "Развитие геометрической теории зубчатых зацеплений" (Ижевск, 1993 г.); на научно-технической конференции "165 лет МГТУ им.Н.Э.Баумана" (Москва, 1995 г.); на Международной конференции "Теория и практика зубчатых передач" (Ижевск, 1996г.).
Пибликаици. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах.
Ctnpwcmupa и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения, содержит 117 страниц машинописного текста. 41 иллюстраций. 7 таблиц. Список использованной литературы включает 139 наименований литературных источников.