Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Эксцентриковый подшипник качения в составе механического привода цикловых машин Меснянкин Марк Вадимович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Меснянкин Марк Вадимович. Эксцентриковый подшипник качения в составе механического привода цикловых машин: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.02.02 / Меснянкин Марк Вадимович;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет»], 2018

Введение к работе

Актуальность. Одним из приоритетных направлений научных исследований в машиноведении является обеспечение работоспособности механических приводов различных видов машин. Создаваемые и проектируемые цикловые машины, с весьма сложными законами движения рабочих органов, должны обеспечивать выполнение заданных функций с требуемыми параметрами используя особые конструкторские решения.

Одним из таких решений является применение исполнительного звена рабочего органа механического привода машины, созданного на базе эксцентрикового подшипника качения (ЭПК), у которого в качестве промежуточных тел используется шарики или ролики с различными диаметрами, находящиеся в постоянном контакте с дорожками качения. Достоинством ЭПК является возможность реализовать в одном цикле редукцию скорости и преобразование движения от входного к выходному звену. Использование ЭПК в механических приводах различных цикловых машин позволяет упростить их конструкцию за счёт уменьшения количества нетехнологических деталей и использования гладкого входного вала, а также при минимальном числе подвижных звеньев обеспечить функциональные характеристики и возможность реализации задаваемого закона движения выходного звена, что повышает эффективность выполняемых машинами операций.

Для большинства существующих схем эксцентриковых подшипников и механизмов нет методики, позволяющей однозначно определять номинальные размеры геометрических параметров их звеньев, а различными авторами предлагается выполнять подбор размеров тел качения разного диаметра, используя метод их селективной подборки. Нет исследований влияния величины эксцентриситета на основные кинематические, силовые и прочностные параметры.

Таким образом, создание методики расчёта для обеспечения работоспособности при проектировании с определением геометрических размеров, применительно к различным кинематическим схемам и значений силовых параметров эксцентрикового подшипника качения, является актуальной задачей.

Объект исследований. Эксцентриковый подшипник с телами качения разного диаметра в составе механического привода цикловых машин.

Идея исследований. Разработка методик расчёта геометрических, кинематических и силовых параметров эксцентрикового подшипника качения для механического привода рабочих органов цикловых машин.

Цель работы. Обеспечение работоспособности эксцентрикового подшипника качения в составе механического привода цикловых машин.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Проведён анализ существующих конструкций эксцентриковых подшипников и механизмов, а также методов их расчёта применительно к механическим приводам машин.

  1. Выполнен анализ и обоснование построения кинематических схем ЭПК, с определением взаимозависимостей его геометрических, кинематических и силовых характеристик для обеспечения работоспособности.

  2. Разработана математическая модель кинематики ЭПК.

  3. Определена нагрузочная способность и коэффициент полезного действия ЭПК.

  4. Созданы опытные образцы ЭПК и проведен эксперимент по определению его работоспособности в составе механического привода различных цикловых машин.

Методы исследования основаны на положениях дифференциальной геометрии, теории матриц, теории механизмов и машин, деталей машин, теории эксперимента и обработки результатов, с использованием компьютерного моделирования, аналитических и численных методов анализа, а также пакетов прикладных (CAD и CAM) программ для ПК.

Научная новизна:

  1. Разработан алгоритм и решена задача метрического синтеза для возможных схем исполнения эксцентрикового подшипника качения.

  2. Разработана математическая модель кинематики ЭПК, применимая для всех возможных схем его исполнения, позволяющая решать задачи кинематического анализа.

  3. Получены зависимости, определяющие распределение внешней нагрузки по телам качения ЭПК и их количество в области нагружения.

  4. Получена зависимость для определения величины предельной внешней нагрузки на эксцентриковый подшипник качения, исходя из геометрических размеров и условия контактной прочности тела качения минимального радиуса.

  5. Экспериментально доказана работоспособность эксцентрикового подшипника качения, спроектированного на основе проведённых исследований.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Аналитические зависимости по расчёту геометрических размеров звеньев для всех возможных схем построения ЭПК с алгоритмом определения общего количества тел качения.

  2. Математическая модель кинематики эксцентрикового подшипника качения для определения координат положения и скоростей подвижных точек.

  3. Закон движения выходного звена ЭПК и зависимости для определения передаточного отношения.

  4. Зависимости, определяющие распределение внешней нагрузки по телам качения и их количество в областях нагружения.

  5. Зависимости, определяющие величину предельной внешней нагрузки на ЭПК и коэффициент полезного действия подшипника.

  6. Результаты экспериментальных исследований по определению КПД, с подтверждением работоспособности при использовании ЭПК в механическом приводе различных цикловых машин.

Теоретическая значимость работы заключается в получении и установлении

зависимостей, определяющих взаимосвязи геометрических, кинематических и силовых параметров для всех возможных схем исполнения ЭПК с телами качения различных диаметров.

Практическая значимость. Получены зависимости для обоснования выбора кинематических схем и установлены закономерности, позволяющие проектировать ЭПК с требуемыми функциональными параметрами и обеспечением его работоспособности в составе механического привода.

Разработано программное обеспечение, позволяющее провести расчёт геометрии, кинематики и силовых взаимодействий между элементами конструкции эксцентрикового подшипника качения при проектировании.

Достоверность результатов подтверждается корректностью постановки задач
и обеспечивается использованием апробированных современных методов вычислений;
обоснованным применением методов и общепринятых допущений классических положений
деталей машин и родственных областей наук; проверкой достоверности полученных
зависимостей условиям их вырождения в существующие классические зависимости;
подтверждается согласованием результатов теоретических исследований

с экспериментальными данными; подтверждается работоспособностью образцов ЭПК в механическом приводе различных цикловых машин и устройств, что подтверждается актами использования результатов научных исследований.

Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует научной специальности 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин. Из формулы научной специальности 05.02.02: «…наука, изучающая объекты машиностроения и процессы, влияющие на техническое состояние этих объектов; разрабатывающая теорию, методы расчётов систем приводов, узлов и деталей машин независимо от их отраслевой принадлежности и назначения с целью совершенствования существующих и создания новых машин и механизмов высокой производительности, надежности, технологичности, обладающих конкурентоспособностью…». Области исследований: теория и методы проектирования машин и механизмов, систем приводов, узлов и деталей машин; методы исследования объектов машиностроения, в том числе на основе компьютерного моделирования; повышение точности и достоверности расчетов объектов машиностроения; испытания и изготовления объектов машиностроения.

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались
и обсуждались на: Всероссийской НПК с международным участием «Достижения науки
и техники – развитию сибирских регионов» (г. Красноярск); V Всероссийской НТК
конференции «Политранспортные системы» (г. Красноярск, 2007); VII и VIII Всероссийской
НТК с международным участием «Механики 21 веку» (г. Братск, 2008 и 2009); VI VII, VIII, IX
и Х Всероссийской с международным участием НТК «Молодежь и наука» и «Проспект
свободный» (г. Красноряск, 2010-2016); V международной НТК «Проблемы механики

современных машин» (г.Улан-Удэ, 2012); Международной НПК «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2012» (г. Одесса, 2012); IV Международной НПК «Наука и образование» (г. Мюнхен, Германия, 2013); а также на НТС ФГАОУ ВО СФУ по специальности 05.02.02 (г. Красноярск, 20012018).

Публикации. Основные положения опубликованы в монографии; 30 научных работах из которых 10 в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ; 1 патенте на изобретение и 1 свидетельстве о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Реализация результатов исследований. По результатам исследований разработаны методики, алгоритм и пакет прикладных программ для определения геометрических, кинематических и силовых параметров ЭПК. Теоретические положения диссертации и результаты исследований используются в учебном процессе ФГАО ВО СФУ при изучении курса «Прикладная механика», а также были использованы студентами и магистрами различных специальностей ПИ и ИНиГ СФУ при выполнении ими НИР и дипломных работ. Для АО «Информационные спутниковые системы» им. академика М. Ф. Решетнёва разработан технический проект на инженерный образец устройства типа «гексапод», создаваемого на базе ЭПК, в приводе позиционирования по 6-ти степеням свободы подвижной платформы для антенны космического аппарата связи. Результаты научных исследований использованы при разработке насадки для операции шлифования; в производственной деятельности предприятий Красноярского края: «ООО БРИЗ-Центр» в приводе механического демаркатора разметки с асфальтобетонных поверхностей; ГПКК «Большемуртинское ДРСУ» в вибраторе инерционного грохота дробильно-сортировочного комплекса; ГПКК «Лесосибирск-Автодор» при модернизации электрического смесителя, что подтверждается соответствующими актами.

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования и решению всех вопросов, касающихся основных положений, выносимых на защиту. Представленные в диссертации результаты получены лично автором и при его непосредственном участии в работах. Более 50% результатов исследований в совместных публикациях принадлежат автору.

Автор выражает признательность научному руководителю д.т.н., профессору Сильченко П.Н., сотрудникам кафедры «Прикладная механика» ПИ СФУ, д.ф-мат.н., проф. Еркаеву Н.В., за неоценимые консультации, содействие и помощь в становлении, обсуждении и окончательном оформлении диссертационной работы.

Объём и структура диссертации. Материалы диссертационной работы представлены на 173 страницах машинописного текста и состоят из введения, 5 разделов, 70 рисунков, 7 таблиц и списка использованных источников из 194 наименований, условных обозначений и приложений.