Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из направлений уменьшения стоимости, упрощения конструкции, снижения металлоёмкости машин является использование элементов, совмещающих в себе несколько функций.
В машиностроении широко распространены механизмы, преобразующие вращательное движение в возвратно-поступательное или в возвратно-вращательное. Как правило, они используются в сочетании с редуктором. Обычно это рычажные механизмы, содержащие кривошип или эксцентрик, совмещённые с зубчатой или ремённой передачей. Совершенствование таких конструкций может быть достигнуто путём применения одного механизма, соединяющего в себе функции преобразователя и редуктора.
Подобную задачу решают зубчато-рычажные механизмы, но они сложны и громоздки. Более простое конструктивное решение - это фрикционные эксцентриковые подшипники. Однако они имеют серьёзные недостатки: износ сепаратора, ограниченная величина эксцентриситета, обусловленная коэффициентом трения, непостоянство передаточного отношения.
Указанные недостатки эксцентрикового подшипника могут быть устранены заменой фрикционных связей тел качения и колец зубчатыми зацеплениями. Такой механизм будем называть зубчатый эксцентриковый подшипник (ЗЭП). Подобный подшипник до настоящего времени не получил распространения в машиностроении и не был предметом научного изучения. В силу сказанного исследование структурных, геометрических, кинематических и силовых характеристик этого механизма является актуальной задачей, решение которой позволит существенно упростить конструкцию и удешевить изготовление приводов многих машин, а также расширить их кинематические и функциональные возможности.
Цель работы - улучшение кинематических и нагрузочных характеристик эксцентриковых подшипников и изучение технических возможностей механизмов, построенных на их базе. Задачи исследования:
сравнить возможные варианты реализации центроидной пары;
исследовать закономерности строения и выполнить синтез рациональных структур ЗЭП;
исследовать геометрические условия существования ЗЭП;
решить задачу кинематического анализа и изучить кинематические возможности рычажных механизмов, построенных на основе ЗЭП;
решить задачу силового анализа ЗЭП;
исследовать нагруженность элементов ЗЭП и выявить рациональные параметрические соотношения;
произвести экспериментальную проверку работоспособности ЗЭП;
определить области возможного применения механизмов, выполненных на базе ЗЭП.
Объект исследования. Зубчатый эксцентриковый подшипник и механизмы, построенные на его базе.
Предмет исследования. Геометро-кинематические и нагрузочные характеристики зубчатых эксцентриковых подшипников и механизмов, построенных на их базе.
Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов.
Синтез структур ЗЭП производился с использованием комбинаторных методов перечисления графов. В работе использовались аналитические методы кинематического исследования зубчато-рычажных механизмов, классические методы силового анализа рычажных механизмов.
Расчёты и решение систем уравнений, полученных в результате исследования, осуществлены с помощью системы компьютерной математики MATH-CAD.
Достоверность и обоснованность теоретических положений работы подтверждается изготовлением и испытанием работоспособных образцов зубчатых эксцентриковых подшипников.
На защиту выносятся:
Методы и результаты структурного синтеза ЗЭП.
Расчётные зависимости геометрических условий существования и методика геометрического расчета ЗЭП.
3. Результаты анализа кинематических возможностей рычажных меха
низмов, построенных на базе ЗЭП.
4. Методика и результаты силового расчёта ЗЭП.
Научная новизна работы:
впервые поставлена задача и выполнено комплексное исследование зубчатых эксцентриковых подшипников;
изучены закономерности строения зубчатой замкнутой системы тел качения (ЗЗСТК), разработана методика структурного синтеза кинематических цепей ЗЭП;
выведены геометрические условия существования ЗЭП, отличные от аналогичных условий для соосных планетарных передач;
найден простой и эффективный способ модификации закона движения ведомого звена рычажного механизма по принципу сложения двух гармоник;
сформулирована теорема о полюсе заменяющего механизма, с использованием которой решена задача силового анализа ЗЭП.
Практическая ценность:
разработан ряд новых конструкций ЗЭП и передаточных механизмов, построенных на их базе;
разработана методика инженерного геометрического расчёта ЗЭП;
разработана методика кинематического расчета рычажных механизмов, построенных на базе ЗЭП;
разработана методика силового расчёта ЗЭП и выявлены рациональные параметрические соотношения элементов ЗЭП.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы обсуждались на научных семинарах кафедры «Детали машин» Курганского государственного университета, на 19-ой Международной Интернет-ориентированной конференции молодых учёных
и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС пробмаш 2007) (Москва, Институт машиноведения РАН им. А.А. Благонравова - 2007 г.), на Всероссийской научно-технической конференции с участием зарубежных представителей «Машиноведение и детали машин» (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана - 2008 г.), на научно-технической конференции с участием зарубежных представителей «Теория и практика зубчатых передач и редукторостроения» (Ижевск, ИжГТУ-2008г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 2 статьи в издании, рекомендуемом ВАК РФ. Подано 13 заявок на изобретения и полезные модели. По состоянию на октябрь 2008 г. на 6 из них получены патенты, на 6 положительные решения.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы (79 наименований) и приложения. Общее количество страниц в диссертационной работе 140, в том числе 62 рисунка и 10 таблиц.
