Введение к работе
Актуальность проблемі создания высокоточных устройств силс-передачи обусловлена повышением требований к условиям эксплуатации машин, необходимостью совмещения транспортных, технологических и контрольно-измерительных операций, настоятельной необходимостью уменьшения материалоемкости.
Потребность в таких устройствах объясняется тем, что неточность передачи осевых сил по линии действия и величине, возникающая вследствие погрешностей изготовлен!я>йшшх деформаций, ударов, геометрических несовервенств.приводит к уменьшению КПД,заклиниванию, искажению результатов измерения.
Известные прецизионные устройства силопередачи сложны, критичны к условиям эксплуатации либо имеют большие габариты, что увеличивает материалоемкость смежных узлов.
Анализ существующих устройств позволил выявить основное противоречие, связанное с их работой в машинах и приборах. Ш является противоречив между требуемыми высокой точностью (до 0,01%) и минимальными массо-габаритными показателями.
Преодоление зтого противоречия разработанным* в инженерной практике принципами и приемами конструирования механизмов и машин невозможно. Поэтому возникла необходимость в выполнении настоящей работы.
Данная работа, имеющая важное народнохозяйственное значение, выполнена в соответствии о республиканской (б.УССР) целевой комплексной научно-технической программой РН.2.002 "Повышение качества и экономии металла" ( "Металл") и хоздоговорными НИР, выполненными по заказам ведущих предприятий Украины и России.
Цель и задачи исследования. Цель исследования: разработать метод повышения точности и уменьшения материалоемкости силоце-редащих устройств и создать на его основе высокоточные : и малогабаритные узлы силопередачи, разработать метода расчета и проектирования созданных конструкций еллопередающих устройств, а также выполнить анализ напряженно-деформированного состояния их деталей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
I. Разработать метод повышения точности и уменьшения металлоемкости силопередающих устройств на основе эффекта дробления силопередающей цепи.
2. Предложить обобщенный'метод, позволяющий формализовать расчет точности силовведения в устройствах различной структут
3. Оцегать точность многозвенных узлов как функцию числа
силопередагащих деталей и других обобщенных показателей.
-
Изучить влияние трения, линейного и углового смещений опорных поверхностей деталей многозвенных устройств на ТОЧНОСТЬ силопередачи.
-
Провести теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния сферо- к цялиндроконтактных силопереда-ющих деталей, разработать метода их проектировочного и проверочноп расчетов.
-
Сравнить различные конструктивные исполнения разработанных многозвенных и извеотних узлов оилопередачи. Выбрать предпочтительные области их применения.
-
Провести экспериментальное исследование разработанных конструкций и их промышленную апробацию с целью оценки достоверности принятых допущений и определения точности силопередачи в эксплуатационных условиях.
НатФтая ножзна работы заключается в решении"актуальной проблемы в области машиноведения: создание нового класса силопередающих устройств - многозвенных узлов силопередачи (МУС), позволяющих существенно улучшить массогабаритные характеристики машин и механизмов, в частности, весоизмерительных устройств.
Новые научные результаты:
I.Предложен , теоретически обоснован и экспериментально подтвержден метод дробления оилопередадей цепи, дающий возможность создавать [МУС, обеспечивающие необходимую точность силовведе-ния при сравнительно небольшие габаритах.
2. Предложен расчетно-знаковыи метод, позволяющий дать единообразную оценку параметров силовзедения в многозвенных устройствах различной топологической структуры.
3. Разработана математическая модель МУС, применение ко- * торой позволило сделать вывод об уменьтаешш погрешности оиловве-дения при возрастании числа звеньев.
Дополнительная погрешность, вызванная трением качения и взаимным смещенеим звеньев ,практичс ски не зависит от числа -.сйлс передающих деталей а составляет 5...25 погрешности, обусловленной смещениями опорной поверхности входного звена.
4. Разработана методика проектировочного и проверочного
расчетов напряженно-де^ормированоого состояния еллопередащих
деталей со сферическими и цилиндрическими контактными поверхнос
тями.-
На защиту выносятся результаты исследований автора, вы-
4 "
олненных в течение двадцатилетшго периода:
I. Аналитическое и экспериментальное обоснование метода ,
дройления силопередающай цепи, математическая модель силопередаю-щей цепи и результаты сравнительной оценки параметров силовведе-ния.
2. Расчетно-знаковый метод теоретического исацдони МУС и результаты его применения для сравнения узлов различной топологической структуры и конструктивного исполнения.
-
Метод расчета напряженно-деформированного состояния о-ре-ро- и цшшндроконтактішх силоизморящих деталей в МУС растяжения и сжатия, учитывающий контактные напряжения и напряжения изгиба в случаях закритого и открытого стыков.
-
Оригинальные конструктивные решения МУС для измерительных опор сжатия и растяжения»
-
Представление железнодорожного состава как МУС, объяснение и теоретическая оценка зависимости результатов взвешивания вагона от вида тяги и направления движения по непрямолинейному рельсовому пути.
-
Результаты экспериментальных исследований и натурных испытаний МУС со сферо- и цилиндрокоятактшми силопередающимп деталями, а также устройств со сферо-коническими шарнирами.
Методы исследований включают в себя приемы матричной алгебры, предельного перехода ( при исследовании зЗДекта дробления си-лопередающей цепи), теории контактных напряжений и деформаций, пространственного изгиба -колец и другие метода строительной механики.
Полученные системы нелинейных и трансцендентных уравнений решены итерационными методами с помощью специально разработанных программ.
Экспериментальные исследования выполнены на стендах, содержащих узлы силопередачи с изменяющимся*, числом силопередающих деталей. Для измерения осевых сил применялись датчики с винтовыми тенэорезисторами и потенциометрическая компенсационная измерительная схема.
Достоверность полученных результатов оценена о помощью общепринятых теоретико-вероятностных критериев.
Практическая ценность работы заключается в том, что разрабо
танные метода (дробления, расчетно-знаковый, прочностного расче
та) использованы для создания высокоточных МУС ряда весоизмерите
льных устройств платформенного типа.
Создан новый класс силопередающих устройств - многозвенные ^ силопередачи.
Использование многозвенных устройств позволило уменьшить погрешность скловвденения в 1,5-2,0 раза и достичь точности взве-шиванич + 0,1^ от наибольшего предела (платформенные весы) либо уменьшить габариты и материалоемкость силопередащих устройств в 2,0-2,5 раза при сохранении исходной точности.
Предложены и опробованы способы коррекции профиля рельсового пути при взвешивании движущихся вагонов.
Реализация результатов исследования. На основе^выполненных исследований разработаны оригинальные конструкции МУС и способы взвешивания движущихся вагонов, защищенные пятью авторскими свидетельствами.
Результаты исследований и руководящий технический материал "Методика расчета и проектирования универсальных узлов си-лопередачи" переданы Одесскому ПО "Точмаш" и Челябинскому металлургическому комбинату.
С их помощью создана, изготовлена, представлена на государственные приемочные иопыташш и освоена сериивы* производством на ПО "Точмаш" гамма платформенных весов марок 4580 П, 4584 П, ВК 7030 с наибольшими пределами взвешивания (НПВ) соответственно 2...20; 20...300; 2...G00 тонн и допускаемой погрешностью *0,1 и ±0,2 % от ШШ. Эти устройства оборудованы узлами передачи осевых сил сжатая со сферо-контактными деталями.
Цилиндроконтактиые силопередахщие детали в опорах растяжения применена на платформенных весах для движущихся вагонов (Запорожский мет.комбинат), проката (Челябинский мет.комбинат) и в устройстве для тарировки расходомеров (Одесский политехнический университет).
Использование указанных устройств позволило уменьшить материалоемкость и габариты вагонных весов по сравнению с аналогичными устройствами на маятниковых подвесках.
Коррекция профиля рельсового пути позволила снизить погрешность взвешивания движущихся весов на 0,2...0,3^ (Лутанская и Старобешевская ГРЭС, комбинат "Звпорожсталь").
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на Всесоюзных научно-технических конференциях "Проблемы автоматизации процессов взвешивания и дозирования (г.Одесса, 1974, 1977,1981,1985 Г.Г.), 6-й конференции JMECO (1977 г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Одесского политехнического института (1975, 1978,1985 г.г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных 6
^абот, в том числе, одна монография и 5 авторских свидетельств.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом '^страниц машинописного текста, 64 иллюстрации, II таблиц, списка литературы (102 наименования) и 15 приложений.