Введение к работе
Актуальность работы. Современное развитие отраслей промышленности, в которых широко используются зубчатые муфты, выдвигает более высокие требования к надежности, нагрузочной и компенсирующей способности муфт. Для решения этой задачи необходима разработка новых методов анализа и синтеза зубчатых муфт, особенно тяжелонагруженных муфт с повышенными углами перекоса соединяемых валов. Это позволит улучшить технико-экономические показатели и расширить область применения зубчатых муфт, используя их вместо карданных соединений валов, в частности в шпинделях трансмиссий привода валков прокатных станов. Решение этой проблемы для прокатного производства на современном этапе является особенно актуальным, так как позволит повысить надежность прокатных станов и качество выпускаемого проката.
Известно, что увеличение углов перекоса соединяемых валов в шарнирах зубчатых муфт существующих конструкций приводит к резкому снижению их нагрузочной способности и надежности, поэтому их применение ограничено углами перекоса обоймы относительно втулки, не превышающими Г.
В связи с этим возникает важная для практики проблема повышения допустимых углов перекоса в зубчатом зацеплении муфт при необходимом уровне их нагрузочной способности и надежности. Существующие методы анализа и синтеза зацепления зубчатых муфт не позволяют решать эту проблему, поэтому настоящая диссертация посвящена созданию методов анализа и синтеза зацепления и на их базе совершенствованию конструкций зубчатых муфт и шпинделей прокатных станов, обеспечивающих увеличение нагрузочной способности муфт и шпинделей при повышенных углах перекоса соединяемых валов.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов анализа и синтеза зубчатого зацепления муфт, позволяющих с требуемой точностью определять конструктивные параметры зубьев обоймы и втулки, уточнение методики расчета нагрузки на зубья по окружности зацепления и на их базе - создание и внедрение новых конструкций зубчатых муфт и шпинделей прокатных станов повышенной нагрузочной способности.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
Разработка метода пространственного анализа зубчатого зацепления муфт, основанного на использовании цилиндрических и плоских сечений зацепления, позволяющего с высокой точностью определять координаты точек боковых поверхностей зубьев без использования и решения сложных систем уравнений.
Синтез продольного профиля бочкообразных зубьев втулки, обеспечивающий увеличение числа зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, при перекосе обоймы относительно втулки.
Синтез поперечного профиля прямолинейных зубьев обоймы, исключающий выход пятна контакта зубьев втулки на кромки зубьев обоймы при их относительном перекосе.
Определение боковых зазоров между зу(рьями-е-учетам „различных режимов
эксплуатации зубчатых муфт. j ос-"ацкоиа.тьн**")
' J J4- БИБЛИОТЕКА |
Разработка методики определения текущих радиусов поперечных и продольных сечений зубьев в точках контакта, обеспечивающей повышение точности решения задачи Герца при расчете зубьев на контактную прочность.
Определение нагрузки на зубья по окружности зацепления и оценка нагрузочной способности зубчатых муфт в зависимости от угла перекоса обоймы относительно втулки.
Проведение сравнительных стендовых экспериментальных исследований зубчатых муфт с новым и существующим профилем зубьев.
На основе опыта эксплуатации, анализа существующих конструкций и разработанных методов синтеза зубчатого зацепления создание новых конструкций зубчатых шпинделей прокатных станов повышенной нагрузочной способности.
Научная новизна.
1. Разработан метод анализа зубчатого зацепления муфт с различным продольным и поперечным профилем зубьев.
2. Разработаны методы синтеза продольного профиля бочкообразных зубьев
втулки и поперечного профиля прямолинейных зубьев обоймы,
обеспечивающие:
увеличение числа зубьев, одновременно находящихся в зацеплении;
увеличение зоны контакта зубьев по длине боковой поверхности зубьев втулки;
исключение выхода пятна контакта на кромки зубьев обоймы.
-
Разработана методика расчета боковых зазоров между зубьями для различных условий эксплуатации зубчатых муфт.
-
Уточнены методы расчета нагрузки на зубья, контактной прочности зубьев и оценки нагрузочной способности зубчатых муфт.
-
Создано программное обеспечение, реализующее разработанные методы анализа и синтеза.
-
На базе разработанных методов анализа и синтеза зацепления зубчатых муфт созданы новые конструкции зубчатых муфт и шпинделей для широкополосных и сортовых станов повышенной нагрузочной способности.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовали аналитические методы анализа зубчатого зацепления, теорию численного решения систем алгебраических уравнений, линейной алгебры, объектно-ориентированное программирование в современных программных комплексах Microsoft Office, Mathcad, Autocad и экспериментальные исследования.
Достоверность результатов подтверждена экспериментальными
исследованиями и практическими результатами использования разработанных методов анализа, синтеза зацепления и определения его нагрузочной способности при проектировании и эксплуатации зубчатых муфт шпинделей прокатных станов.
Практическая ценность работы. В результате проведенных исследований разработаны методы определения конструктивных параметров зубчатого зацепления и нагрузочной способности зубчатых муфт. На базе этих методов усовершенствованы конструкции зубчатых муфт и зубчатых шпинделей прокатных
5 станов, работающих при различных углах перекоса относительно прокатного валка и передаваемых крутящих моментах. Методы позволяют повысить надежность и нагрузочную способность шпинделей, а также расширить область применения зубчатых шпинделей путем их использования вместо шпинделей карданного типа. Реализация и внедрение результатов работы.
-
Разработанные методы анализа и синтеза используются при расчетах конструктивных параметров и проектировании зубчатых муфт и шпинделей на Электростальском заводе тяжелого машиностроения, Новокраматорском машиностроительном заводе (Украина), Южно Уральском машиностроительном заводе, заводах тяжелого машиностроения в г. Клуж и г. Яссы (Румыния).
-
На основании разработанных методов созданы новые конструкции зубчатых муфт и усовершенствованные конструкции зубчатых шпинделей. Шпиндели внедрены на чистовых клетях широкополосных станов 1700 и 2000 горячей прокатки ОАО «Северсталь» (г. Череповец).
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены:
- на заседании кафедры «Теория механизмов и машин» МГОУ (г. Москва, 2002).
— на Южно Уральском машиностроительном заводе (г. Орск, 2003).
- на конференции «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении
ПТ-2003» (г. Нижний Новгород, 2003).
на Пятом Международном конгрессе прокатчиков (г. Череповец, 2003).
на Электростальском заводе тяжелого машиностроения (г. Электросталь, 2004).
- на заседании кафедры «Теория механизмов и машин» МПУ им. Н.Э. Баумана
(г. Москва, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка использованной литературы и приложения. Текстовая часть работы изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 8 таблиц, список литературы из 90 наименований.
