Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБПШ. Потребность в эффективных механических приводах, обладающих высокой нагрузочной способностью при небольшой материалоемкости, привела к распространению многопо-точкых планетарных передач, в том числе с одним вкешпим и двумя внутренними зацеплениями сателлита (ЗК по классификации профессора В.Н. Кудрявцева). Однако наличие большого числа подшипников сателлитов и нетехнологичного водила делает эти механизмы дорогостоящими и не позволяет расширить область их применения. В связи с этим актуальной является задача создания и последовав кия новых видов передач - технологичных, надежных, имеющих хорошие массо-габаритные показатели и небольшую стойкость на еди-. кипу" мощности. К таким передачам, относятся предлояекяыо автором диссертации многосателлитные механизмы о коаксиальным расположением центрачышх колес.
Использование в планетарных передачах нетрадиционного внутреннего зацепления позволяет упростить и удешевить ИХ, Б связи с чем возникает потребность в синтезе такого зацепления, исходя из требований обеспечения необходимой прочности и кинематической точности, в разработке методов расчета зубьев колес и перемычек с нетрадиционным профилем на прочность и дефоркатпвность, а также в установлении законов распределения нагрузок и напряжений в зацеплениях и зубьях колес. '
СВЯЗЬ РАБОТЫ С КРУПНЫМИ НАУЧНЫМИ 11ГС1ТАМШЁ1. Работа выполнялась в рамках Государственной инновационной программ "Прогрессивные зубчатые передачи" (программа Госкомвуза РФ, проект 185/4), а также меддукародной научно-технической программы , "Приводы нового Еоколеяия".
ЦЕЛЬ РАБОТЫ; улучшение технико-экокомичэских показателей механических приводов путем создания эффективных нетрадиционных планетарных передач,-, разработки теоретических основ ах. проокти-рования и обядх принципов конструирования.
теоретическое обоснование и разработка рациональных конструкций нетрадиционных планетарных передач, их систематизация я анализ; -.-;',.-.
решение задач геометрического синтеза внутреннего плоского
приближенного зацепления сателлита;
исслодованио изгибного напряженного состояния элементов нетрадиционного внутреннего зацепления при характерных для коаксиальных передач условиях нагружения;
создание аналитических методов определения контактной и изгибной нодатливостей элементов зацепления рассматриваемых передач с целью оценки их влияния на характер распределения напряжений и нагрузок;
разработка аналитических методов определения коэффициентов неравномерности распределения напряжений и нагрузок в зубьях и сопряжениях разработанных передач;
определение на базе выполненных исследований рекомендуемых диапазонов значений конструкционных параметров нетрадиционных планетарных механизмов и создание инженерных методов их проектирования;
разработка методов и технических средств экспериментальных исследований для оценки степени точности основных теоретических положений.диссертации и основных эксплуатационных показателей передач;
создание изделий на базе нетрадиционной коаксиальной планетарной передачи и освоение их серийного производства.
теоретические на основе теории упругости и теории зубчатых зацеплений о использованием аналитических и численных методов решения систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений, дифференциальных и интегральных уравнений, в том числе мэтодов. наискорейшего спуска, операционного исчисления и преобразованиях Лапласа;
экспериментальные с использованием современных средств измерения механических и электрических' величин, примененных при выполнении макетных испытаний (при определении неравномерности распределения нагрузки и напряжений, податливости и изгибной прочности элементов передач), а также разработанных экспериментальных установок, примененных при натурных и эксплуатационных испытаниях изделий (определенно ооновных показателей работоспособности передач).
НАУЧНАЯ НОВИЗНА,. Разработаны теоретическио основы синтеза конструкций и проектирования новых, эффективных и перспективных мкогопоточных планетарных передач, которыэ содержат ряд
новых подходов к решению задач раочета и рационального выбора конструкционных параметров зубчз.тых механизмов:
разработаны и обобщены конструкции нетрадиционных многопоточных планотаршх передач типа ЗК с коаксиальным расположеииэм центральных колес (конотрукцяи защищены 18 авторскими свидетельствами на изобретения);
создана современная методика комплексного решения задач синтеза внутреннего приближенного зацепления сателлита нетрадиционной передачи в сочетании с синтезом сопряженного его зацепления при различных требованиях к кинематической,точности и нз-гибной прочности (расчет последней осущост&чялся по . предложенное усовершенствованному инженерному методу);
разработана математическая модель контактного иапряаешо-деформированного состояния зубьев, основанная на уравношш апериодического изменения напряжений и интеграчьном уравнанки связи напряжений и перемещений, с помощью которой получены аналитические зависимости дія определения контактной податливости зацепления и сопрягаемых таї цилиндричоокой формы м влияния на иве начального неприлегания, величины погонной нагрузки и длины зубьев;
«а базо гипотезы об апериодическом характера затухания напряжений в зоне.деформации усовершенствована и упрощены аналитические зависимости для определения податливости зуба, обусловленной деформативностьа места его заделки в обод колеса;
. - составлены интегральные уравнения типа Вольтерра, связывающие начальное неприлогаяие и составляющие оуїлмарной деформации зуба колеса, на база которых получены аналитические зависимости для определэния коэффициентов неравномерносга распределения нагрузки и напряжений изгиба по длине зуба, учитываккша ого геометрию и параметры колоса и зацепления;
- - разработан метод комплексного решения задачи о распределении нагрузки по венцам сателлита нетрадиционной шіанотарной передачи и соответствующего егду закона распределения нагруяки по длине оси;
-г созданы новые методики н сродства экспериментальных исследований контактной податливости зубьев п неравномерности распределения нагрузки и напряжений изгиба по их длине.
ІІРШІІЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Использование разработанных конструкций нетрадиционных планетарных передач я методов их . расчета
-6 - '
позволяв» упростить и удешевить привод машины или механизма, повыоить уровень его производственной технологичности.
На базо уравнений-синтеза внутреннего приближенного зацепления оателлита построены графики' и выработаны рекомендации, позволяющие определить рациональные конструкционные параметры и осуществить расчет инструмента для нарезания колеса, профили зубьев которого очерчены по кривой, отличной от обычной эвольвенты. Такое внутреннее зацепление можно использовать в планетарной передачо любого типа, что позволяет на 15$ - 20$ снизить ее радиальный размер и, соответственно, материалоемкость и изготовить колесо с внутренними зубьями технолоигчкшл методом зубофрезеро-вания.
Созданный инженерный метод расчета зубьев колао о нетрадиционным профилем на изгабную прочность позволяет оперативно и о достаточно высокой степенью точности осуществить проектирование передачи.
Разработанная методика определения податливости зубьев ко-лоо и ооотаЕленные по результатам выполненных исследований таблица могут быть реализованы при расчете зацеплений и передачи в целом на деформативность и при определении коэффициентов неравномерности распределения нагрузки и напряжений.
. Использование в инженерной практика методов определения ко-е$фициентов неравномерности дает возмошюоть уточнить расчет зацеплений на прочность. Причем полученные зависимости приемлемы как для планетарных (иооледуемого вида и традиционных), так в рялгшх передач.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработанные конструкции и методы проектирования планетарных передач использованы в Сарат-пульском КБ злектроизделий в Киевском КБ "Луч", что позволило создать рациональные приводы исполнительных механизмов.
На Сарапульоком машиностроительном заводе осуществлена подготовка серийного производства буксирувдах устройотв, выполненных на базе нетрадиционной планетарной передачи типа ЗК.
Разработанные метода проектирования нетрадиционных передач внедрены в НЩ "Передающие конструкции" при создании конкурент-носпособных приводов экспортного исполнения.
Результаты выполненных исследований используются в учебном процессе в Ижевском Государственном техническом университете.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЯ НА ЗАЩИТУ. На защиту выносятся следующие положения диоовртадга:
разработанные конструкция нетрадиционных коаксиальннх планетарных передач типа ЗК;
теоретические основы выбора рационального исходного контура зубьев колеса и метод комплексного решения задачи синтеза внутреннего приближенного зацепления сателлита в сочетании о синтезом теоретически безупречного зацепления при различных требованиях к кинематической точности и прочности;
инженерный метод расчета зубьев колеоа о нетрадиционным профилем на изгибную прочность;
расчетные зависимости податливости зубьев и'перемычек колз-са, имеющих нетрадиционный профиль; -
- метод опрэделенвд контактной податливости зубчатого зацеп-
. лания и сопрягаемых тол цилиндрической фермы; "
метод расчета коэффициентов неравномерности распределения нагрузки и напряжении изгиба по длине зуба сателлита (колеса);
формулы определения характера распределения напряжений изгиба по длина собственно зуба и погонной нагрузка по длине перемычки нетрадициоішого колеса передачи;
метод комплексного решения задачи о распределении нагрузки по венцам сататаита и длине его оси;
- методики и средства экспериментальных исследований;
-.практические рекомендации по рациональному проектирозанлю нетрадиционных планетарных передач типа ЗК.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ,'Основные положения диссертации докладава-дыоь на - следующих научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах: 2 - я .республиканская конференция молодых ученых, Ижевск, J.98I; областной научно-технический семинар "Прогрессивные технологические методы механообработка и сборки", Пенза, IS82; республиканская научно-техническая конференция ''Обеспечение надежности и долговечности зубчатых передач ка стадии проектирования л изготовления", Харьков, 1988; республиканская научно-техническая конференция "Опыт отраслей машиностроения а научные достижения - производству тракторов и сельхозмашин", Харькоз, 1989; региональная научно-технзчеокая конференция "Развитие перспективных тиноз' зубчатых передач", Свердловск,- 1990; научно—тах-' гагческая конференция "Уч«ш« ЇТЖ - производству", Ижевск, 1992;
5-й межгосударственный симпозиум "Теория реальных передач зацеп
лением", Курган, 1993; международный симпозиум "Развитие геомет
рической теории зубчатых зацеплений", Ижевск, 1993; научно-тех-
ническач конференция "Учение ИжГТУ - производству",Ижевск, 1994;
Головной Совет инновационной программы "Прогрессивные зубчатые
передачи", Ижевск, Ї995. ~
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 58 работ, в том числе 22 авторских свидетельства на изобретения.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения,
семи глав, заключения, списка литературы (196 наименований) и
приложения (акта о внедрении результатов исследований в лроиз- .
водство), изложенных на 343 страницах, включающих 73 страницы
рисунков, 15 - таблиц. <"