Введение к работе
Актуальность проблемы. Для ведущих отраслей современной промышленности является приоритетным создание высокотехнологичного оборудования, в состав которого входят новые машины и механизмы, способные обеспечивать высокую технологию, сочетающие в себе как надежность, точность, так и экономичность, обладающие улучшенными кинематическими и динамическими свойствами.
К таким механизмам относятся и механизмы автоматического действия, обладающие свойством адаптации к изменяющимся условиям работы, способные к самоорганизованнному поведению исключительно механическими средствами. В качестве средств адаптации в настоящей работе выбрано автоматическое управление жесткостью звеньев и соединений привода.
Представленная работа выполнена в соответствии с планами НИР кафедры теории механизмов и машин Омского государственного технического университета по проблеме г/б НИР № Ф 01 ЕНЗ МО РФ «Вопросы динамики и синтеза техногенных сред» за 2002-2006 г.г. при поддержке гранта РФФИ №06-08-00881.
Цель диссертационной работы: Научное обоснование и развитие принципа конструирования механических систем наделением их свойством адаптации простыми конструкторскими средствами. Разработка технических решений механических передач с адаптивными свойствами.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
Создание упругостатической модели зубчатой передачи с автоматически изменяемой изгибной жесткостью зубьев.
Оценка напряженно - деформированного состояния материала зубчатой передачи с адаптивными свойствами.
Определение закона управления жесткостью и его техническая реализация, представление результатов при помощи пакета прикладных про-
грамм MSC/NASTRAN for Windows в качестве визуального процесса передачи силового потока.
Создание технического решения энергетически совершенной фрикционной передачи с двухсторонним симметричным автоуправляемым натягом.
Создание динамической модели механического привода с адаптивными свойствами, содержащего упругие элементы с переменной жесткостью.
Получение практических результатов, создание на уровне патентов новых технических решений механических передач с адаптивными свойствами.
Методы исследования: создание математических моделей преобразования движения, силового потока и динамического поведения основано на приложениях аналитической механики и теории механизмов и машин в областях кинематики, кинетостатики, динамики механических систем; для исследования напряженно — деформированного состояния использован метод конечных элементов.
Научная новизна:
Показана эффективность принципа конструирования механических систем наделением их на стадии проектирования свойством адаптации к первичным, силовым, температурным ошибкам, к режимам эксплуатации.
Разработана и представлена упругостатическая модель зубчатой передачи с автонзменяемой изгибной жесткостью зубьев в зависимости от переменного внешнего нагружения, исследованы условия устойчивого поведения механической системы модифицированной конструкции.
Создано и представлено техническое решение энергетически совершенной фрикционной передачи с двухсторонним автоизменяемым симметричным натягом.
.Уточнена динамическая модель механического привода вариаторного
типа, содержащего упругие элементы с переменной жесткостью.
Практическая ценность работы. Предложено простое средство адаптации механических передач. Разработаны на уровне патентов и авторских свидетельств оригинальные схемы механических передач с адаптивными свойствами. Создана методика определения закона управления жесткостью встроенных в привод функциональных компенсаторов и средств, обеспечивающих это управление.
Реализация работы. Получен патент на изобретение по техническому решению зубчатой передачи с автоматическим управлением изгибной жесткостью зубьев; получены два патента на полезные модели по техническим решениям планетарного фрикционного редуктора и автоматического фрикционного вариатора. Разработаны программные средства на базе прикладных программ MSN/NASTRAN, предназначенные для конечно-элементного анализа модифицированной зубчатой передачи, для расчета изменения угловой и изгибной жесткостей модифицированного зубчатого колеса, наделенного свойством адаптации к переменному силовому потоку. Реализована математическая модель на базе пакета программ MathCAD 11 для динамического исследования и синтеза механических приводов с автовариатором.
Апробация работы. Основные результаты работы неоднократно докладывались и обсуждались на кафедре теории механизмов и машин ОмГТУ; на межкафедральном семинаре ОмГТУ по проблемам прикладной механики; на международной научной конференции ОмГТУ "Динамика систем, механизмов и машин" в 2002 и 2004 г.
Публикации. По направлению исследования опубликовано 14 работ, из них 6 патентов, непосредственно по теме диссертации 9 публикаций, из них 3 патента на изобретения и полезные модели.
Положения, выносимые на защиту. 1. Доказательство эффективности принципа конструирования механических систем наделением их свойством адаптации. 2. Упругостатические, динамические модели механических передач. 3. Схемные решения механических передач с автоуправляемой жестко-
стью элементов конструкции. 4. Закон управления жесткостью и принципы его реализации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех разделов основного текста, заключения, выводов, списка использованных источников, включающего 154 наименования. Диссертация содержит 170 страниц основного текста, 90 рисунков и поясняющих схем. Общий объем работы 185 страниц.
