Введение к работе
Актуальность работы. Из всего разнообразия требований, предъявляемых к приводам машин, в первую очередь, необходимо выделить следующие: снижение габаритов, повышение коэффициента полезного действия (КПД), возможность автоматизации управления, улучшение комфортабельности. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют планетарные коробки передач (ПКП), известные своими преимуществами перед коробками передач с рядовыми зубчатыми механизмами.
При проектировании ПКП наиболее важным и ответственным этапом считается решение проблемы синтеза их схем. При этом возникает необходимость анализа довольно большого количества их различных вариантов. Наиболее эффективно решить эту задачу можно при использовании ЭВМ. Однако недостатки, которыми обладают существующие методы синтеза и анализа ПКП, - их сложность и трудноформализуемость, отсутствие достаточно простых и наглядных математических моделей для описания их структуры — в значительной степени затрудняют процесс автоматизации проектирования ПКП, в частности, следующих его этапов:
-
структурного синтеза, связанного с определением различных вариантов и выбором рациональных структур *ггханизмов, отвечающих определенным требованиям;
-
выбора кинематической схемы механизма по рациональным конструктивным признакам на основе построения всех возможных вариантов кинематических схем.
В связи с этим разработка системы автоматизированного структурного синтеза ПКП на основе соответствующего математического и программного обеспечения является актуальной задачей, способствующей повышению эффективности и качества проектирования при создании зубчатых планетарных механизмов (ПМ).
Работа выполнялась в рамках проведения НИР по гранту для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования, находящихся в ведении Федерального агентства по образованию, по теме «Разработка методики структурного синтеза планетарных коробок передач по заданному ряду передаточных отношений» (шифр: А04 — 3.18 - 814), а также при поддержке стипендии Президента Республики Башкортостан. (2003-2004 учебный год).
Цель диссертационной работы — повышение производительности проектирования двухрядных ПКП с одновенцовыми сателлитами и
эффективности использования их кинематических возможностей путем разработки математического и программного обеспечений для выполнения структурного синтеза и анализа.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработка нового подхода к синтезу ПКП с одновенцовыми сателлитами и создание основ для его реализации.
-
Разработка математической модели для описания структуры ПМ.
-
Разработка и апробирование комплексной методики структурного синтеза двухрядных ПКП, обеспечивающих получение заданного ряда передаточных отношений в пределах определенной погрешности.
-
Создание алгоритма и реализация его в компьютерной программе, предпазначешюй для выполнения кинематического анализа планетарных механизмов с одновенцовыми сателлитами, и позволяющей на этапе их проектирования сократить время и объем ручного труда на проработку различных вариантов.
-
Разработка математического и соответствующего алгоритмического обеспечения для определения КПД ПМ.
Объектом исследования настоящей работы являются двухрядные ПМ с одновенцовыми сателлитами.
Методы исследований
Для выявления структуры двухрядных ПКП с одновенцовыми сателлитами, позволяющих реализовать заданный ряд передаточных отношений в пределах некоторой погрешности, использованы методы теории графов. Определение кинематических параметров проектируемой ПКП выполнено путем построения области ее существования, для чего использовано программное обеспечение, разработанное в Delphi 7.0.
Для реализации методики кинематического анализа ПМ использованы метод обращенного движения (принцип Виллиса), а также формулы Крамера, предназначенные для решения систем линейных уравнений.
Для определения КПД планетарных механизмов использована методика, предложеігаая Крейнесом М.А., и методы теории графов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Предложен новый подход к структурному синтезу ПКП с одновенцовыми сателлитами, основанный на рассмотрении ПКП как некоторого сочетания механизмов с одной степенью подвижности, которые могут быть получены на различных передачах ПКП после включения соответствующих элементов управления.
-
Разработано математическое обеспечение для реализации нового подхода к структурному синтезу двухрядных ПКП с одновенцовыми сателлитами:
а) создана методика, позволяющая выявить структуру проектируемой
ПКП, которая заключается в построении ее математической модели в
виде мультиграфа и последующем анализе элементов матрицы
связности последнего;
б) предложен подход для определения кинематических параметров
проектируемой ПКП путем построения области ее существования.
3. Разработаны методики анализа ПМ, приемлемые для выполнения расчетов
на этапе проектирования ПМ различного назначения:
а) методика кинематического анализа рассматриваемых механизмов с
использованием методов теории матриц;
б) методика определения КПД ПМ с использованием их структурных
моделей в виде графов.
4. Разработана система автоматизированного структурного синтеза
двухрядных ПКП, позволяющая получить заданный ряд передаточных
отношений в пределах определенной погрешности.
Практическая ценность работы заключается в разработке программного обеспечения, предназначенного для использования на ранних стадиях проектирования ПМ с целью автоматизации наиболее трудоемких его этапов:
- для выполнения структурного синтеза двухрядных ПКП с одновенцовыми
сателлитами;
— для выполнения кинематического анализа и предварительной оценки КПД
ПМ.
Применение разработанного программного обеспечения дает возможность сократить объем ручного труда и время на проработку различных вариантов.
Обоснованность и достоверность выдвинутых автором положений, выводов и полученных результатов подтверждается использованием известных положений фундаментальных наук, сходимостью с результатами исследований других авторов, а также практикой проектирования реальных ПМ с одновенцовыми сателлитами различного назначения.
Реализация работы. Результаты работы используются при проектировании планетарных редукторов для электромеханических приводов, изготавливаемых на ОАО «Редуктор» (г. Ижевск) и при разработке опытных образцов транспортных машин высокой проходимости на ОАО МК «Витязь» (г. Ишимбай), а также внедрены в учебный процесс УГАТУ.
На защиту выносится:
-
Методическое и программное обеспечение кинематического анализа ПМ.
-
Математическое и алгоритмическое обеспечение определения КПД ПМ.
-
Комплексная методика структурного синтеза двухрядных ПКП с одновенцовыми сателлитами, позволяющая получить заданный ряд передаточных отношений в пределах определенной погрешности.
-
Программное обеспечение системы автоматизированного структурного синтеза двухрядных ПКП.
-
Примеры реализации результатов работы при проектировании ПМ с одновенцовыми сателлитами различного назначения.
Апробация работы. Основные положения докладывались на научных семинарах кафедры «Основы конструирования механизмов и машин» УГАТУ (2002 г., 2004 г.), а также на следующих конференциях:
Всероссийской молодежной НТК «Проблемы современного энергомашиностроения» (г. Уфа, 2004 г.);
Международной молодежной НТК «ХХГХ Гагаринские чтения» (г. Москва, 2003 г.);
НТК с международным участием «Теория и практика зубчатых передач» (г. Ижевск, 2004 г.);
Международном научно-практическом симпозиуме «Славянтрибо — 6. Интегрированное научно-техническое обеспечение качества трибообъектов, их производства и эксплуатации» (г. Рыбинск, 2004 г.);
Международной молодежной научной конференции «XII Туполевские чтения» (г. Казань, 2004 г.);
Второй Международной НТК «Проектирование, технологическая подготовка и производство зубчатых передач» (г. Тула, 2005 г.);
Российской НТК «Мавлютовские чтения» (г. Уфа, 2006 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, получено 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 105 источников, 1 приложения и включает 60 рисунков и 15 таблиц. Основная часть диссертации изложена на 162 страницах машинописного текста.
