Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований 9
1.1. Обзор и анализ машин и оборудования для завинчивания винтовых анкеров в грунт 9
1.2. Обзор применения винтовых анкеров в строительстве и строительных машинах 27
1.3. Обзор и анализ конструкций винтовых анкеров 37
1.4. Обзор и анализ исследований процессов взаимодействия винтовых анкеров с грунтом 47
1.5. Выводы по главе. Цель и задачи исследований 66
2. Оптимизация параметров винтовых анкеров 69
2.1. Теоретические исследования процессов взаимодействия винтового анкера с грунтом 70
2.1.1. Определение сопротивлений завинчиванию винтового анкера в грунт 72
2.1.2. Обоснование условий завинчивания винтового анкера в грунт 96
2.1.3. Определение предельной выдергивающей силы при осевом нагружении анкера 106
2.2. Методика определения оптимальных параметров винтовых анкеров... 110
2.2.1. Целевая функция оптимального проектирования винтовых анкеров 110
2.2.2. Анализ ограничений и выбор варьируемых параметров 112
2.2.3. Выбор метода оптимизации 119
2.2.4. Алгоритм определения оптимальных параметров винтовых анкеров 120
2.3. Выводы по главе 129
3. Обоснование оптимальных параметров редуктора привода вращения машин для завинчивания винтовых анкеров в грунт 131
3.1. Обоснование выбора типа редуктора привода вращения 131
3.2. Выбор критериев оптимальности и метода оптимизации многоступенчатого планетарного редуктора 134
3.3. Анализ варьируемых параметров и ограничений, налагаемых на их конфигурации 139
3.4. Алгоритм определения оптимальных параметров многоступенчатого планетарного редуктора привода вращения 150
3.5. Выводы по главе 161
4. Экспериментальные исследования взаимодействия винтового анкера с грунтом 163
4.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 163
4.2. Оборудование и методика экспериментальных исследований 163
4.3. Результаты экспериментальных исследований 169
4.4. Выводы по главе 178
Заключение 179
Библиографический список 181
- Обзор и анализ конструкций винтовых анкеров
- Обоснование условий завинчивания винтового анкера в грунт
- Выбор критериев оптимальности и метода оптимизации многоступенчатого планетарного редуктора
- Оборудование и методика экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Винтовые анкеры в последние годы находят широкое применение для закрепления оттяжек опор линий электропередачи и радиомачт, закрепления грунтовых откосов, подпорных стенок, а также для монтажных работ и для стабилизации строительных машин на время выполнения технологических операций. Общим недостатком, сдерживающим расширение области применения винтовых анкеров, являются большие крутящие моменты завинчивания их в грунт, а следовательно, высокая энергоемкость процессов завинчивания.
Также можно отметить отсутствие отечественных малогабаритных машин малой и средней мощности, использование которых целесообразно для завинчивания небольших винтовых анкеров, а также для работ в стесненных условиях. Эффективным решением данной проблемы является оснащение базовых машин легким и малогабаритным навесным оборудованием для завинчивания анкеров. Кроме того, современные строительные машины могут быть оснащены оборудованием для экспресс-анализа несущей способности винтовых анкеров сразу после погружения.
Поскольку винтовые анкеры имеют сравнительно низкие скорости завинчивания в грунт, механизмы завинчивания требуют применения редукторов с очень большими передаточными отношениями. При этом к навесным механизмам завинчивания предъявляются требования малых габаритов и массы при высоком коэффициенте полезного действия. В этом случае весьма эффективным решением является применение многоступенчатых планетарных редукторов, но при проектировании таких редукторов возникает многовариантная задача выбора числа ступеней, распределения общего передаточного отношения между ступенями и выбора параметров каждой ступени с учетом указанных выше критериев, которая может быть наилучшим образом решена только методами многокритериальной оптимизации.
В связи с вышесказанным актуальными являются задачи исследования на оптимальность параметров винтовых анкеров и редукторов приводов вращения, направленные на снижение энергоемкости процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт.
Цель работы - снижение энергоемкости процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт за счет оптимизации параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения.
Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:
-
Провести анализ существующих машин и оборудования для завинчивания винтовых анкеров в грунт.
-
Разработать математические модели процессов взаимодействия винтовых анкеров с грунтом.
-
Провести экспериментальные исследования процессов взаимодействия винтовых анкеров с грунтом и оценку адекватности полученных математических моделей.
-
Разработать математическую модель оптимизации винтовых анкеров, методику и алгоритм определения оптимальных параметров винтовых анкеров по критерию минимальной энергоемкости завинчивания их в грунт.
-
Разработать методику и алгоритм определения оптимальных параметров редуктора привода вращения по критериям максимального коэффициента полезного действия и минимальных массы и габаритных размеров.
Объект исследования - технологическая система «рабочее оборудование машины - винтовой анкер - грунт».
Предмет исследования - процессы взаимодействия элементов данной системы при завинчивании и выдергивании винтового анкера.
Методы исследования. Задачи диссертационного исследования решены на основе методов математического моделирования процесса завинчивания винтового анкера в грунт с использованием научных положений теоретической механики, теории эвольвент- ного зубчатого зацепления, теории планетарных зубчатых передач, дифференциальной геометрии и механики грунтов, теории оптимизации, а также математической статистики при обработке экспериментальных данных.
Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается корректностью допущений, принимаемых при разработке расчетных схем и математических моделей, применением современных апробированных методов исследования, численным анализом полученных результатов с использованием ЭВМ и программных продуктов для выполнения расчетов и обработки результатов экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью результатов теоретического и экспериментального исследований.
На защиту выносятся следующие основные научные положения, формирующие научную новизну работы:
-
-
Математическая модель процесса взаимодействия винтового анкера с грунтом при завинчивании, включающая аналитические зависимости для определения крутящего момента завинчивания винтового анкера в грунт, осевых сил реакции грунта, осевой силы пригруза, отличающиеся более полным учетом всех геометрических параметров винтового анкера и стандартных физико-механических характеристик грунта.
-
Аналитическая зависимость для определения предельной выдергивающей силы при осевом нагружении винтового анкера, впервые полученная теоретическим путем с учетом стандартных физико-механических характеристик грунта.
-
Алгоритм определения оптимальных параметров винтовых анкеров по критерию минимальной энергоемкости завинчивания их в грунт с применением модифицированного метода Хука-Дживса, отличающийся тем, что процедура исследования построена как составной циклический процесс с различным для каждого параметра шагом, который включает в себя поэтапную одномерную оптимизацию целевой функции в направлении возможных изменений варьируемых параметров; при этом во избежание разрыва целевой функции проверку ограничений предложено выполнять в отдельных подпрограммах.
-
Алгоритм определения оптимальных параметров редуктора привода вращения по критериям максимального коэффициента полезного действия и минимальных массы и габаритных размеров с применением принципа Парето и модифицированного метода целевого программирования для сужения области возможных решений, отличающийся тем, что позволяет для планетарных передач типа 2k-h с одновенцовым сателлитом определять оптимальные величины коэффициентов смещения зубчатых колес, а также включает в себя процедуру выбора оптимального числа ступеней редуктора и оптимального распределения общего передаточного отношения по отдельным ступеням.
Практическая значимость работы заключается в разработке методик определения оптимальных параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения, позволяющих уменьшить энергоемкость процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт, и в определении теоретическим способом предельной выдергивающей силы при осевом нагружении винтового анкера.
Реализация результатов работы. На ЗАО "Научно-производственная фирма «Авангард-Ф»", г. Саратов, внедрена методика определения оптимальных параметров винтовых анкеров из условия минимальной энергоемкости завинчивания их в грунт. Результаты диссертационной работы используются также в учебном процессе при изучении дисциплины «Строительные и дорожные машины», в курсовом проектировании при подготовке инженеров по специальности «Наземные транспортно-технологические средства».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ в 2010-2012 гг.; на II Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии, системы автоматизированного проектирования и автоматизация» (Саратов, 2010); на научно- практической конференции молодых ученых (Балаково, 2011); на XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2011); на III Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии, автоматизация, системы автоматизированного проектирования промышленных систем и строительных объектов» (Саратов, 2011); на V международной научно- практической Интернет-конференции «Молодежь. Наука. Инновации» (Пенза, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них 7 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 156 наименований, приложений. Общий объём диссертации составляет 206 страниц, в том числе 81 рисунок и 11 таблиц.
Обзор и анализ конструкций винтовых анкеров
Механизм МВ-85 представляет собой редуктор с большим передаточным отношением и приводом от гидромотора и обеспечивает при погружении анкера/сваи максимальный крутящий момент 85 кН-м; номинальная скорость вращения составляет 10 об/мин. На выходном вале механизма установлен «патрон» для фиксации винтовой сваи (анкера) и обеспечения ее свободного перемещения в процессе погружения, что повышает производительность установки УБМ-85 и позволяет использовать дозированный пригруз на стадии внедрения сваи/анкера в грунт в начале погружения. Управление механизмом вращения МВ-85 осуществляется с рабочего места оператора. Имеется возможность установки МВ-85 на другие виды кранов, экскаваторов и манипуляторов. Масса механизма составляет 1500 кг [61].
При строительстве газопроводов применяют более маневренные и универсальные установки типа ВАГ (вращатель анкерный гидравлический), которые обеспечивают погружение винтовых анкеров на вылете 3...5 м. Первая установка данного типа - ВАГ-101 - была создана как навесное оборудование для серийного гусеничного трактора Т-108М. Она состояла из поворотной колонны, стрелы (вылет 5,5 м) и гидравлического вращателя, развивающего крутящий момент до 10 кНм при скорости 8 об/мин. Глубина завинчивания анкера составляла 4 м. Масса установки с трактором - 17 т.
Несмотря на то, что стрела с вращателем могла поворачиваться на угол до 90, такая конструкция машины (с расположением стрелы вращателя в задней части трактора) не полностью отвечала условиям сооружения газопроводов. Более удобными в эксплуатации являются установки с боковым расположением рабочего органа (как у трубоукладчика), например, ВАГ-201 (на базе экскаватора Э-304В) и ВАГ-202 (на базе трубоукладчика Т-1530В). При той же глубине завинчивания анкеров (4 м) они развивают крутящий момент 20 кН-м на скорости вращения 7,5 об/мин. Более современная установка ВАГ-206 имеет увеличенный вылет стрелы (8 м от края гусеницы) и обеспечивает крутящий момент 20 кН-м при скорости 10 об/мин. Однако масса установки составляет 25 т [47].
На основе комплексной программы индустриализации закрепления опор высоковольтных ЛЭП, в НИЛ «Севзапэнергосетьпроект» велись работы по созданию установок для завинчивания свай и анкеров, особенностью конструкции которых являлась возможность завинчивания их в грунт без дополнительного осевого пригруза (кроме собственного веса сваи или анкера с ключом). При создании установок типа УЗА удалось значительно упростить и облегчить конфигурацию машины за счет исключения из состава рабочего органа сложного и громоздкого механизма осевой подачи [4].
В НИЛ конструкций электросетевого строительства СЗЭСП и на базе мастерских Латвийского ОКП в 1982-1983 гг. был создан для треста «Севзапэлек-тросетьстрой» опытный образец установки для завинчивания анкеров (и свай) — УЗА-1(рис. 1.7).
В качестве базовой машины принят трелевочный трактор ТДТ-55А, с которого снято погрузочное устройство, а вместо него смонтировано оборудование для завинчивания анкеров (свай). Рабочее оборудование представляет собой гидрокабестан, неподвижно смонтированный на специальной раме, которая шарнирно крепится к платформе трактора и стреле. Подъем и опускание стрелы осуществляется с помощью двух гидроцилиндров. Управление рабочим органом машины осуществляется с одного пульта, расположенного на левом крыле трактора.
Максимальный крутящий момент, развиваемый установкой - 50 кНм. Причем гидравлический привод кабестана обеспечивает бесступенчатое регулирование частоты вращения анкера/сваи. Допускается завинчивание анкеров и свай с диаметром винтовой лопасти 300...850 мм с наклоном до 40 от вертикали на глубину до 6 м. Масса рабочего оборудования составляет 1,5 т.
УЗА-1 обладает высокой проходимостью и маневренностью в условиях бездорожья. Простота и надежность конструкции рабочего органа УЗА-1 облегчают его эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт, особенно в условиях Крайнего Севера.
К недостаткам установки можно отнести следующее. В рабочем положении стрела фиксируется с помощью двух талрепов, что, однако, увеличивает затраты времени. Установка не имеет выносных опор; устойчивость установки при завинчивании анкера обеспечивается упором бульдозерного отвала в грунт, что осложняет точную установку машины, особенно в случаях погружения анкеров в лидерную скважину [4]. С учетом опыта, накопленного при создании и эксплуатации УЗА-1, в 1984-1985 гг. той же организацией была разработана и создана вторая модификация установки УЗА-2 (рис. 1.8).
Обоснование условий завинчивания винтового анкера в грунт
Анализ существующих работ в этой области показывает, что в основном они были направлены на изучение взаимодействия с грунтом винтовых анкеров в процессе работы в сооружении, т.е. на определение влияния на их несущую способность различных факторов. Значительный вклад в изучение вопросов, связанных с методами расчета несущей способности винтовых анкеров, внесли: В.Д. Абезгауз, Л.Я. Богорад, В.Н. Железков, М.Д. Иродов, Ю.Н. Левицкий, Л.Г. Мариупольский и др.
Меньшую долю составляют экспериментальные и теоретические работы, связанные с исследованием влияния различных факторов на сопротивления погружению винтовых анкеров в грунт. Здесь следует отметить работы В.Н. Же-лезкова, Б.Ю. Калиновича, В.Т. Коломейцева, Д.А. Лозового, И.Г. Мартюченко, В.А. Пенчука.
Несмотря на достаточно широкую известность конструкций и рабочих органов, содержащих винтовые лопасти, таких как винтовые якоря и анкеры, винтовые сваи, винтовые наконечники и многочисленные исследования в области взаимодействия рабочих органов с грунтом в процессе завинчивания, до настоящего времени остается нерешенным вопрос теоретического определения момента завинчивания их в пластичный грунт с учетом геометрических параметров винтового анкера и физико-механических свойств грунта. В большинстве работ [4; 23; 24; 36; 39] приводятся эмпирические зависимости для определения крутящего момента завинчивания винтовых анкеров, свай, рабочих органов в грунт.
Согласно экспериментальным исследованиям [37], силы трения грунта о ствол сваи во время её вращения при завинчивании приблизительно в 2 раза меньше, чем при работе её в сооружении под нагрузкой. Поэтому значения напряжений трения Тгр принимались равными 0,6 от приведенных в справочных таблицах и предназначенных для определения допускаемой нагрузки на основание нормативных сопротивлений/, грунта основания на боковой поверхности свай [38, табл. 15].
С учетом этого и после замены обозначения Н - Lp и перемножения и округления коэффициентов формула (1.1) была представлена в виде [23]: MK=d2Lp-fH+k-a-D. (1.2)
Экспериментальные исследования с винтовыми анкерами и сваями мелкого заложения, проведенные институтом «Энергосетьпроект», показали, то формула в виде (1.1) или (1.2) для большинства случаев дает завышение результата в несколько раз, так как она рассчитана для определения крутящего момента при завинчивании свай на значительную глубину [4]. На практике же винтовые сваи и, тем более, анкеры редко погружаются глубже 10 м. Значения коэффициента сопротивления к для основных видов водонасыщенных грунтов были уточнены [4]. Кроме того, в формулу (1.1) был введен поправочный коэффициент т, принимаемый: для глинистых грунтов - 0,6; для песчаных грунтов -0,45; для галечных грунтов - 0,35. Формула для определения величины крутящего момента представлена В.Н. Железковым [4] в виде: MK=l,6d2Lp-xrp+m-k-a-D. (1.3) Данная формула наиболее часто используется на практике ввиду своей простоты, однако в ней не учитывается угол конусности наконечника ствола винтового анкера, имеющий большое влияние на сопротивление завинчиванию сваи. Кроме того, не учтена переменность ширины заходной части винтовой лопасти и её толщина. Коэффициенты сопротивления к определены для некоторых конкретных грунтовых условий; при этом не выявлена зависимость коэффициента к от основных физико-механических свойств грунтов, что делает затруднительным использование формулы в общем случае.
Анализ приведенных зависимостей и анализ условий проведения экспериментальных работ, проведенный в [7], показывает, что вышеуказанные организации и отдельные исследователи проводили завинчивание свай при различных условиях: с разным значением осевого усилия пригруза и с использованием в каждом конкретном эксперименте различных конструкций винтовых анкеров и свай, а также машин и механизмов собственного изготовления.
Зависимости (1.1) и (1.6) уточнялись при экспериментальных погружениях свай кабестанами, когда осевое усилие пригруза создавалось весом сваи и кабестана, иногда канатными оттяжками. Формула (1.3) проверялась при погружении винтовых свай особой конструкции вообще без дополнительного осевого пригруза. Формула (1.4) проверялась при экспериментальных работах с установкой МЗС-13, которая создавала осевое усилие пригруза сваи порядка 60 кН. Зависимость (1.5) уточнялась при многочисленных погружениях винтовых якорей установкой МЗЯ, которая имела блок принудительной осевой подачи анкера за один оборот на величину шага лопасти.
Выбор критериев оптимальности и метода оптимизации многоступенчатого планетарного редуктора
Подставив в уравнение (2.3) выражения (2.40), (2.61), (2.71), (2.103) для соответствующих составляющих осевых реакций грунта, можно определить величину удельного давления рв грунта, необходимую для расчета момента сопротивления М\ на верхней поверхности винтовой лопасти анкера.
После этого по формуле (2.4), предварительно воспользовавшись формулами (2.36) (или (2.37)), (2.59), (2.70) и (2.102) для расчета всех составляющих, можно определить общий крутящий момент М, необходимый на завинчивание винтового анкера в грунт.
Таким образом, получены теоретические зависимости, позволяющие определить крутящий момент, необходимый на завинчивание винтового анкера в грунт, а при необходимости и общую осевую силу сопротивления, возникающую при завинчивании анкера, с учетом всех геометрических параметров винтового анкера и всех основных физико-механических свойств грунта.
Численный анализ полученных теоретических зависимостей показал, что в общем случае при прочих равных условиях крутящий момент М сопротивления завинчиванию анкера в грунт нелинейно зависит от шага t винтовой лопасти и коэффициента / трения анкера о грунт, однако нелинейность выражена очень слабо. Зависимость крутящего момента М завинчивания от угла 2ак конусности наконечника ствола близка к параболической: при увеличении угла 2ак до некоторого значения 2акопт момент убывает; при дальнейшем увеличении 2ак момент М увеличивается. В зависимости от геометрических параметров анкера и характеристик грунта величина 2акопт варьируется в диапазоне 40...60. При прочих равных условиях зависимость момента М от диаметра лопасти D близка к линейной, а от диаметра d ствола - к квадратичной. Зависимость момента М от угла 2ал конусности заходной части винтовой лопасти и от количества пц витков (в диапазоне пц = 1.. .3) несущей части лопасти выражена очень слабо. В заключение следует отметить, что полученные выводы согласуются с эмпирическими зависимостями (1.1) - (1.3), полученными ранее другими исследователями.
Завинчивание винтовых анкеров (и свай) в грунт осуществляется при помощи специального рабочего оборудования машин, развивающего требуемый крутящий момент (в некоторых конструкциях и осевую силу пригруза). При этом чтобы сохранить структуру грунта, машина должна обеспечивать равномерное завинчивание анкера с постоянным шагом, равным геометрическому шагу винтовой лопасти, т.к. нарушение структуры грунта винтовой лопастью приводит к значительному снижению несущей способности винтовой анкера, тем более что анкер работает на выдергивание.
При завинчивании анкера в грунт возникает значительная осевая сила сопротивления внедрению конусного наконечника его ствола, вследствие чего может произойти разрушение грунта по граничной поверхности, охватывающей кромку винтовой лопасти, и анкер начнет буксовать в грунте, а в предельном случае - провернётся на месте. Более других подвержены провертыванию многолопастные винтовые анкеры с малым шагом витков лопасти в грунтах, которые обладают значительным сопротивлением сдвигу относительно поверхности лопасти [4]. Чаще всего данную проблему решают путем приложения к анкеру дополнительной осевой силы пригруза. Однако, при чрезмерной осевой пригрузке возможно так называемое «проскальзывание» анкера в грунте (в предельном случае - погружение без вращения, а фактически погружение с ша 97 гом, значительно большим геометрического шага винтовой лопасти), что также приводит к существенному нарушению структуры грунта.
Выполнение данных условий зависит от конструкции и параметров винтовых анкеров, а также машин и оборудования, осуществляющих завинчивание их в грунт. Поэтому при проектировании винтовых анкеров и механизмов завинчивания следует производить проверочные расчеты на отсутствие буксования и «проскальзывания» анкеров в грунте. Для этого необходимо получить расчетные зависимости, позволяющие определить минимально необходимую и максимально допустимую величины осевой силы пригруза, требуемого для завинчивания анкера в грунт с известными физико-механическими свойствами.
На начальной фазе погружения винтового анкера осевая сила пригруза необходима для преодоления осевых сил сопротивления внедрению конусного наконечника и режущей кромки винтовой лопасти анкера в грунт (рис. 2.8), т.к. винтовая лопасть ещё недостаточно защемлена грунтом и не создает тягового усилия. Пренебрегая осевым сопротивлением от трения поверхностей лопасти и ствола о грунт, получим условие выбора минимально необходимой осевой силы пригруза:
Оборудование и методика экспериментальных исследований
Компоненты (3.1) векторной целевой функции (3.2) оптимального проектирования многоступенчатого планетарного редуктора привода вращения однозначно определяется числом ступ его ступеней и параметрами каждой отдельной ступени. Причем из всех параметров планетарной зубчатой передачи можно выделить основные расчетные параметры: - передаточное отношение отдельной ступени (ubafl)i; - число сателлитов в каждой ступени (&га,)(; - числа зубьев (za)„ (zg)j и (z ,), колес ступени; - коэффициенты смещения зубчатых колес (xa)i, (xg)i и (ХЬ)І колес; - модуль т, зубчатых колес. Через данные параметры могут быть найдены все остальные параметры зубчатой передачи 2k-h типа А [125]. Поэтому задача проектирования редуктора заключается в определении оптимальных значений указанных параметров, при которых целевая функция (3.2) будет минимальна на множестве X возможных решений.
Для формирования области возможных решений необходимо рассматривать различные варианты редукторов, отличающихся числом степеней и разбивкой требуемого передаточного отношения по отдельным ступеням. Для одноступенчатых передач типа А рациональный диапазон передаточных отношений и ah составляет 2,7...8. Выход за эти пределы в случае силовых приводов связан с риском получения передач с завышенными диаметральными габаритами. Но если последнее положение не вредит конструкции, что может иметь место при проектировании многоступенчатых передач, то может оказаться целесообразным значительно отойти от рекомендованных пределов [125]. На основе данных рекомендаций для тихоходной планетарной ступени редуктора максимальное значение передаточного отношения разумно ограничить 8. Для остальных ступеней передаточные отношения не должны превышать 20, что связано с ограничением числа зубьев неподвижного центрального колеса.
При проектировании планетарных зубчатых передач необходимо также учитывать ряд специфических условий, налагающих ограничения на конфигурации их параметров - условия соосности, сборки и соседства [125].
Основным условием существования планетарной передачи является условие соосности, которое для планетарных передач 2k-h типа А в общем случае
Таким образом, данное условие определяет выбор не только чисел зубьев za, zg, zb колес, но и коэффициентов смещения Ха, Xg, Хь-Введем обозначение:
Это позволяет, задавшись числом зубьев za центральной шестерни и значением параметра tc, определить числа зубьев остальных колес ступени. При определении чисел зубьев необходимо учитывать, что число зубьев za центральной шестерни, как правило, варьируется в пределах от 9 до 30, а максимально допустимое число зубьев гь колеса с внутренними зубьями обычно ограничивается 200 [125]. При расчете чисел зубьев по (3.15) и (3.16) неизбежно округление, поэтому параметр tc потребуется уточнить по формуле (3.14).
Число сателлитов ksat следует принимать по возможности большим, т.к. это способствует снижению габаритов передачи и увеличению её долговечности [149]. Однако на практике число сателлитов редко превышает 6, что связано с повышенными требованиями к точности изготовления и монтажа передачи и значительным усложнением задачи выравнивания нагрузки между сателлитами при большем их количестве [125].
При числе сателлитов ksat 1 необходима проверка передачи по условию сборки, обеспечивающему возможность сборки передачи с равными углами между всеми сателлитами, которое для передач 2k-h типа Л записывается в виде [125]:
Помимо указанных специальных ограничений, присущих планетарным передачам, необходимо учитывать ограничения, выполнение которые требуется при проектировании любых зубчатых зацеплений. К ним относятся [153]: - ограничение по контактной прочности зубьев; - ограничение по изгибной прочности зубьев; - условие отсутствия интерференции профилей зубьев во внешнем и внутреннем зацеплениях зубчатой передачи (т.е. отсутствие заклинивания зубьев); - условия отсутствия подрезания, срезания и заострения зубьев в станочных зацеплениях (т.е. при нарезании колес); - равенство радиальных зазоров в каждом зацеплении; - ограничение по минимальному значению коэффициента перекрытия в зацеплениях. Ограничение по контактной прочности активных поверхностей зубьев записывается в виде [125; 154]: SF - коэффициент запаса прочности, выбираемый в зависимости от стабильности свойств материала и технологии и ответственности конструкции; для стальных зубчатых колес из поковок и проката SF =1.4...2.2, в среднем принимают SF = 1.7; YR - коэффициент, учитывающий шероховатость переходной поверхности; при зубофрезеровании с Rz = 40 мкм YR = l; при полировании YR = 1.05... 1.2 (большие значения при улучшении и закалке ТВЧ); Yx - коэффициент размеров (масштабный фактор); по предложениям ИСО для объемно-термообработанных сталей Yx =1.03-0.006 m (0.85 YX 1), для поверхностно закаленных и азотированных сталей Yx =1.05 -0.005 т (0.8 Г 1); коэффициент, учитывающий чувствительность материала к концентрации напряжений и градиент напряжений, определяемый в зависимости от модуля: 75 = 1.082 - 0.172 lgm.
Похожие диссертации на Обоснование оптимальных параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения
-
