Введение к работе
Работа посвящена основам теории взаимного пространственного расположения элементов планетарных коробок передач трансмиссий транспортных, тяговых и других машин На практике теория выступает как метод определения взаимного пространственного расположения звеньев планетарных механизмов, механизмов муфт, порядка выходов на картер внешних звеньев ведущего, ведомого, звеньев, связанных с тормозами Применение этого метода позволит расширить возможности синтеза кинематических схем планетарных коробок передач в плане автоматизированного выбора планарных схем планетарных коробок передач, отсортированных по параметрам пространственного расположения элементов, из множества схем, недоступного для ручного исследования
Актуальность проблемы. Планетарные коробки передач (ПКП) находят широкое применение в трансмиссиях транспортных, тяговых и других машин Методы исследования кинематических схем (схем связей звеньев и механизмов) ПКП опубликованы в трудах Антонова А С , Вашеца А Д , Волкова Д П, Иванова А Н, Кирдяшева Ю Н, Крайнева А Ф , Красненькова В И, Крейнеса М А, Кристи М К, Кудрявцева В Н, Прокофьева В Н, Розовского М С , Сушкова Ю А, Харченко А П, Черенина В П, Шабанова К Д и др Отечественные авторы занимают в этой области техники одно из ведущих мест В большинстве работ уделено внимание синтезу кинематических схем ПКП Однако число работ, посвященных вопросу взаимного пространственного расположения элементов планетарных коробок передач невелико ввиду сложности математического описания объекта исследования Именно этот пункт синтеза кинематических схем, завершающийся построением их чертежей, создаёт глобальную проблему для полной автоматизации синтеза кинематических схем планетарных передач
Планарными называют такие схемы связей звеньев и механизмов, образы которых невозможно отразить на плоскости без взаимных пересечений Соответствующие передачи невозможно изготовить вследствие интерференции деталей Опыт работы показывает, что исследование планарности позволяет отбраковать большую часть схем ПКП в процессе их синтеза В этой связи отметим работу Сушкова Ю А, который на основе теоремы Понтрягина-Куратовского предложил эффективный графо-теоретический метод определения планарности, ограничен- Г
з /
ный результатом «да/нет» В работе Розовского М С впервые говорится о полноте решения задачи поиска планарных схем методом комбинаторного перебора Но вопрос о трассировке звеньев, то есть автоматизированного изображения схем ПКП, не ставится Рядом авторов предлагаются методы решения задачи трассировки звеньев, но неэффективным топографическим методом В этом направлении удовлетворительные результаты пока не достигнуты В настоящей работе показано, что теория взаимного пространственного расположения элементов ПКП, основанная на понятии структуры как самого широкого обобщения кинематических схем ПКП, приводящая к автоматизации всех этапов синтеза этих схем, в данное время еще не разработана
Цель работы - разработка основ теории взаимного пространственного расположения элементов планетарных передач, выступающей как метод их эффективного автоматизированного исследования при синтезе
Задачи исследования.
-
Разработка исходной теоретической основы формулирование ограничений, множества первичных допущений, в совокупности описывающих объект и предмет теории
-
Перебор неизоморфных структур ПКП как объект теории, которые
представляют как одноосные, так и многоосные ПКП,
содержат как трехзвенные, так и многозвенные механизмы,
представляют ПКП как с полным (по числу степеней свободы), так и произвольным числом механизмов муфт
-
Анализ и систематизация существующих методов определения взаимного пространственного расположения звеньев и механизмов планетарных передач, поиск наиболее эффективных и перспективных подходов к решению задачи
-
Разработка теоретических основ взаимного пространственного расположения элементов схем передач в соответствии со следующими подходами
разделение задач проверки планарности и трассировки звеньев,
обеспечение полноты решения за счет перебора всех вариантов взаимного расположения звеньев и механизмов в пространстве,
предварительное определение свойств структуры располагать в пространстве звенья и механизмы с сохранением результатов,
- подготовка исходных данных для трассировки звеньев на этапе проверки
планарности схем планетарных передач
-
Разработка основ теории детерминированной трассировки звеньев схемы планетарной передачи как составной части теории взаимного пространственного расположения ее элементов
-
В соответствии с расширением объекта исследования на многоосные планетарные передачи (п 2) требуется разработка способа представления данных передач посредством обобщенных структур, позволяющих производить анализ и синтез данных передач наравне с одноосными передачами
Достоверность результатов, представленных в диссертации, основывается
на корректных теоретических положениях, полученных с использованием современных достижений фундаментальных наук (теоретической механики, теории графов, вычислительной математики и пр),
на соответствии полученных результатов с результатами исследований других авторов
Научная новизна исследования заключается в следующем
-
Систематизированы известные методы исследования планетарных передач, в той или иной мере направленные на оценку взаимного пространственного расположения их элементов Оценены наиболее эффективные и перспективные подходы к решению задачи
-
Доказана необходимость разработки теории взаимного пространственного расположения элементов планетарных передач, основанной на теории графов и предполагающей графо-теоретическую трассировку звеньев
-
Предложен метод комбинаторного перебора неизоморфных структур планетарных передач Доказана полнота решения задачи поиска множества структур применительно к коробкам передач с тремя и четырьмя степенями свободы, построенных на трехзвенных и многозвенных механизмах
-
Впервые предложен графо-теоретический метод, повышающий эффективность исследования взаимного расположения в пространстве элементов структур ПКП за счет повторного использования результатов
-
Сформулирован необходимый признак планарности структур на основе
предложенной зависимости числа граней структуры от ее характеристик
-
Найдена связь пространственного расположения звеньев, механизмов и граней структуры планетарной передачи, необходимая для разработки графо-теоретического метода трассировки ее звеньев
-
Впервые описаны парные кинематические схемы ГЖП, позволяющие сократить трудоемкость трассировки множества схем ПКП в два раза
-
Найдены выражения кинематических и силовых характеристик схем производных планетарных передач параметрами исходной передачи, позволяющие целенаправленно получать схемы производных передач с заданными свойствами
-
Предложен метод синтеза схем многоосных планетарных передач, основанный на представлении их схем в виде композиции фрагментов нескольких дифференциальных передач, производных от одной исходной
Практическим результатом выполненного исследования является
-
На основе разработанной теории создан метод, позволяющий перебрать все практически используемые структуры коробок передач транспортных, тяговых и других машин, создать библиотеку их характеристик, расширенную на ПКП, содержащие до 9 звеньев (и муфт) в случае трехстепенных конструкций и до 10 звеньев (и муфт) в случае четырехстепенных конструкций
-
По результатам работы разработана программа синтеза кинематических схем ПКП, составленных из трехзвенных и многозвенных механизмов Схемы, полученные в результате синтеза, удовлетворяют заданным ограничениям, в том числе определяются все варианты их планарности Программа используется в научно-исследовательских работах ВНИИ Транспортного Машиностроения Акт внедрения прилагается
-
Разработана программа детерминированной трассировки кинематических схем одноосных коробок передач с получением парных схем ПКП
-
По тематике диссертации получены 6 авторских свидетельств на изобретения Часть из них внедряется в конструкторскую и производственную практику
Апробация работы Основные положения и материалы работы докладывались на научно-техническом семинаре в Ленинградском Доме науки и техники "Новое в проектировании и расчетах планетарных передач", г Ленинград, 1980, на Республиканской научно-технической конференции "НТ проблемы энергома-
шиностроения и пути их решения ", г Санкт-Петербург, СПбГТУ, 1992 , Научно-технической конференции "Фундаментальные исследования в технических университетах", г Санкт-Петербург, СПбГТУ, 16-17 июня 1997, на II Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера», г Казань, 13-15 июня 2001, на межвузовской научной конференции в рамках XXXI недели науки СПбГПУ, 2003, на совместном научно-техническом семинаре кафедры колесных и кафедры гусеничных машин МГТУ им Н Э Баумана, 2003г, на III международной конференции «Проблемы механики современных машин», ВСГТУ, Улан-Удэ, 2006г, на научно-технических семинарах кафедры колесных и гусеничных машин, СПбПТУ и кафедры ТММ, СПбПТУ, 2006г
Публикации по теме работы Основные теоретические и методические положения диссертации, практические результаты отражены в 33 публикациях, в том числе в монографии - Свойства структур планетарных коробок передач СПБ «Нестор», 2004 -206с По теме диссертации подготовлено 14 отчетов о научно-исследовательской работам, имеющим государственную регистрацию
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения Объём текста с рисунками - 175 с , таблицы - 27с , приложения - 36с Всего, вместе со списком литературы и оглавлением - 248с
На защиту выносятся:
1) Систематизация методов определения взаимного пространственного рас
положения звеньев и механизмов планетарных передач, оценка подходов к реше
нию данной задачи
-
Теоретические и практические результаты исследования множества структур планетарных коробок передач транспортных машин Метод составления множества структур, а также библиотека характеристик структур, не зависящих от технического задания на синтез коробок передач
-
Графо-теоретический структурный метод определения взаимного пространственного расположения элементов схем ПКП
-
Детерминированный метод трассировки звеньев кинематических схем
ПКП, позволяющий автоматизировать построение схем ПКП с учетом парных
схем, производить оценку схем по параметрам взаимного пространственного расположения, определять оптимальный порядок расположения механизмов
5) Метод расширения объекта исследования на многоосные передачи, позволяющий экстраполировать результаты анализа и синтеза исходной кинематической схемы ПКП на множество производных схем ГЖП, в том числе и многоосные, распределять в пространстве элементы многоосных ПКП
