автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Кинематический синтез многосвязных коробок передач

На правах рукописи

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ МНОГОСВЯЗНЫХ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ

05 02 18 - Теория механизмов и машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ИЖЕВСК-2007

003059454

Работа выполнена на кафедре теоретической механики и теории механизмов и машин ГОУ «Оренбургский государственный университет»

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Муллабаев Адунис Абдуллинович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Плеханов Федор Иванович кандидат технических наук, профессор Боровиков Юрий Алексеевич

Ведущая организация

ОАО «Оренбургский станкозавод»

Защита состоится « 29 » мая 2007 г в

ч на заседании

диссертационного совета Д 212 065 01 Ижевского государственного технического университета Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу 426069, г Ижевск, ул Студенческая, дом 7, ИжГТУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета

Автореферат разослан « 27 » апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 212 065 01

доктор технических наук, профессор

Осетров В Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы В современном машиностроении очень широко используются различные механизмы для передачи рабочим органам изменяемых частот вращения и вращающих моментов Такие механизмы, в частности, применяются в металлорежущих станках в виде коробок подач и скоростей Универсальные металлорежущие станки имеют сложные и дорогостоящие коробки скоростей и подач Применение многоскоростных двигателей в кинематических цепях станков не исключает применение коробок Поэтому вопрос удешевления коробок и улучшение их кинематических характеристик является актуальным

Известно, что на радиальные габариты коробок влияет разбивка общего передаточного отношения по группам передач между валами Разбивка общего передаточного отношения отражается на структурной сетке коробки Известно, что чем более веерообразна сетка, тем меньшими радиальными габаритами обладает коробка На осевые габариты коробки большое влияние оказывает наличие связанных шестерен (связанными шестернями называют шестерни, участвующие в двух или более передачах)

Применение связанных шестерен уменьшает количество используемых шестерен в коробке и, в значительной мере, может уменьшить ее строительную длину Известно, что при применении одной связанной шестерни число шестерен в коробке уменьшается на единицу и осевой габарит коробки уменьшается на ширину одной шестерни по сравнению с классической коробкой Классической коробкой назовем коробку без связанных шестерен При применении двух связанных шестерен число шестерен уменьшается на две и строительная длина может быть сокращена на четыре ширины шестерни

В литературе широко освещены вопросы построения равномерных и неравномерных структурных сеток, вопросы применения одной и двух связанных шестерен с целью уменьшения габаритов коробок при

обеспечении «чистого» геометрического ряда частот вращения без выпадения и совпадения ступеней

Применение трех связанных шестерен дает наиболее ощутимый результат по сокращению строительной длины Однако в известной литературе говорится, что при применении трех связанных шестерен невозможно получить чистый геометрический ряд частот вращения

В связи с этим, вопрос о возможности строительства коробок с тремя связанными шестернями при необходимости получения чистого геометрического ряда частот вращения является также актуальным

Цель работы - повышение равнопрочности конструкций трехваловых двухсвязных коробок передач, а также создание нового класса коробок на основе связанных шестерен с соблюдением геометрического ряда частот вращения без выпадений на выходном валу

Задачи исследования, обусловленные целью работы

- разработать методику построения двухсвязных равнопрочных коробок скоростей и подач,

- разработать методики синтеза коробок передач с тремя и более связанными шестернями,

- разработать методики оптимизации построения структурных сеток многосвязных коробок,

- разработать оптимальные многосвязные коробки с цилиндрокони-ческими передачами,

- разработать оптимальные двойные механизмы Нортона Объектом исследования являются коробки перемены передач, а его

предметом - структурно-кинематический синтез коробок

Методы исследования - методы математического анализа, теории множеств, комбинаторика

Научная новизна работы заключается в следующем

- создана методика проектирования двухсвязных равнопрочных коробок передач,

- разработана методика построения оптимальных структурных сеток для многосвязных коробок передач с одинаковыми межосевыми расстояниями,

- разработана методика построения оптимальных структурных сеток для многосвязных коробок с цилиндроконическими передачами,

- решена задача минимизации строительной длины многосвязных коробок с цилиндроконическими передачами и созданы двойные механизмы Нортона

- предложен класс многосвязных коробок передач с одинаковыми межосевыми расстояниями с малым числом шестерен, меньшими радиальными и осевыми габаритами по сравнению с классическими коробками,

- предложен класс многосвязных коробок передач с цилиндроконическими передачами с особо малыми числами шестерен,

- предложен класс многосвязных двойных механизмов Нортона с особо малыми осевыми габаритами

Реализация результатов работы.

Результаты работы использованы на ОАО «Оренбургский станкозавод» и в учебном процессе на кафедрах ТМ и ТММ, ДМ и ПМ, МСК ГОУ Оренбургского государственного университета

Практическая ценность работы

- синтезирована, не имеющая аналогов, трехсвязная коробка скоростей на 16 ступеней, обеспечивающая «чистый» геометрический ряд частот вращения,

- разработана гамма кинематических схем и структурных сеток многосвязных цилиндрических коробок передач с одинаковыми межосевыми расстояниями,

- разработана гамма кинематических схем и структурных сеток цилиндроконических коробок передач и двойных механизмов Нортона,

На защиту выносятся следующие положения:

- дальнейшее развитие теории синтеза двухсвязных коробок передач,

- методика синтеза коробок передач с тремя и более связанными шестернями,

- методика построения оптимальных многосвязных коробок с цилиндроконическими передачами и двойного механизма Нортона

Апробация работы. Основные вопросы работы представлялись на Третьей международной научно-технической конференции «Концепция развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальной экономики» (Оренбург, 1997 г), на Пятой Российской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (Оренбург 2002 г), на научно-технических семинарах кафедр ТРП, ТММ и ТМ ИжГТУ (Ижевск, 2006 г), а также на кафедре ТМ и ТММ ГОУ «Оренбургский государственный университет»

Публикации. Основные результаты работы отражены в пособии «Многосвязные коробки передач», предназначенном для работников проектных организаций, студентов и аспирантов По теме диссертационной работы опубликовано 6 работ, в том числе 2 работы в журнале из перечня изданий, рекомендованных ВАК РФ

Диссертация включает введение, пять разделов, заключение, список использованных источников из 102 наименований, изложена на 149 страницах, включая 19 таблиц, 47 рисунков

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, показана научная новизна и практическая ценность, приведена краткая аннотация работы

В первой главе приведен анализ существующих подходов к созданию станочных коробок Приведена разработанная классификация механизмов со связанными шестернями, в соответствии с которой все коробки со связанными шестернями разделены на две группы группа 1 - коробки со связанными шестернями на промежуточном валу и группа 2 - коробки со связанными шестернями на узловом валу

Вопросами минимизации габаритов коробок и их удешевления занимались Н С Ачеркан, В В Бушуев, А Л Воронов, Б И Гурьев, И А Гребенкин, Б Г Заверняев, Э В Курис, Р В Попов, М В Щеглов, Н В Игнатьев, М Е Казанцев, А А Муллабаев, Germar R, Riedel W, и многие другие

Во многих работах в той или иной степени освещены вопросы уменьшения габаритов коробок за счет построения структурных сеток как равномерных, так и неравномерных, а также вопросы применения одно-, двух- и многосвязанных шестерен, вопрос создания равнопрочных коробок с одной связанной шестерней

Двухсвязные механизмы освещены в литературе достаточно хорошо Особенный интерес представляют работы А А Муллабаева, в которых решены вопросы создания равнопрочных односвязных коробок, методики построения равномерных и неравномерных структурных сеток и подсчета общего количества кинематических вариантов структурных сеток, методики подсчета вариантов связывания, методики минимизации радиальных габаритов двухсвязных коробок без применения смещения инструмента при нарезании зубьев

Гораздо меньше информации о применении трех- и более связных коробок Результаты исследования в этой области в известной литературе вообще не встречаются В отдельных источниках говорится лишь о том, что при применении трех связанных шестерен невозможно построить коробку с «чистым» геометрическим рядом частот вращения без совпадения и выпадения ступеней Вопросы оптимального проектирования многосвязных цилиндроконических передач и многосвязных механизмов Нортона не нашли освещения в известной литературе

Кроме того, нигде не рассматривается вопрос создания равнопрочной двухсвязной коробки

Во второй главе приводится дальнейшее развитие теории двухсвязных коробок, а именно, создание методик построения двухсвязных коробок передач и коробок подач с учетом контактной прочности зубьев, то есть равнопрочных коробок В данной разработке используются принципы, заложенные в работе А А Муллабаева по проектированию равнопрочных односвязных коробок

Для построения коробки нужно иметь определенные ограничения ее параметров - зависимости, определяющие общее передаточное отношение, диапазон регулирования, связь между передаточными отношениями и т п Для построения двухсвязной равнопрочной коробки в вышеперечисленные зависимости необходимо добавить две дополнительные зависимости

Эти зависимости, кроме значений чисел клеток на структурной сетке, должны содержать три параметра

1) отношение значений межосевых расстояний - у,

2) одно из 1-х значений передаточных отношений «м» первой группы передач и/,

3) одно из _]-х значений передаточных отношений «и» второй группы передач и"

Предлагаемые нами дополнительные зависимости имеют вид

^ ^(|/,7+1) и," 1 Б» и{'+1

(»{ (рт +1) и[' 7" '

где у - отношение значений межосевых расстояний первой и второй группы передач,

и Б" - суммарные числа зубьев шестерен в первой и второй группах передач соответственно, и{ - меньшее передаточное отношение из двух для связанных передач первой группы,

и{! - большее передаточное отношение из двух для связанных передач второй группы,

(р - знаменатель геометрической прогрессии требуемого ряда частот

вращения выходного вала коробки, т, п - числа клеток между концами лучей изображающих связанные передачи первой и второй групп соответственно (на структурной сетке)

Одно из ограничений на коробку (по условию контактной прочности передач) получим, используя известную формулу для определения межосевого расстояния прямозубой зубчатой передачи

, . 310 1 Т2 103

а =(„ +1)3 , -

V „ ) ¥ьа

где и - передаточное число передачи в рассматриваемой группе равное Ми„„п (здесь итт - расчетное передаточное отношение в группе передач),

fcr]„-допускаемое значение контактного напряжения, МПа, Т2 - вращающий момент на выходном валу передачи, Нм, К„ - коэффициент нагрузки,

\/ba - коэффициент ширины колеса по межосевому расстоянию (\j/ba = 0,15 - рекомендуется для коробок передач)

Методика построения равнопрочных коробок скоростей отличается от методики построения равнопрочных коробок подач тем, что в коробках скоростей максимальный момент берется на минимальной частоте вращения тихоходного вала, а в коробках подач - на максимальной

Вследствие этого расчет межосевых расстояний aw, и аЦ1 для коробок подач ведется по максимальным значениям передаточных отношений u|nax и

^тах

В результате использования исходных формул (1) и (2) получаются системы из трех нелинейных уравнений Если находятся решения этих систем в области действительных положительных чисел, то равнопрочные двухсвязные коробки скоростей и подач построить можно

В третьей главе разработана методика синтеза коробок передач с тремя и более связанными шестернями, а также методика построения оптимальных структурных сеток для многосвязных коробок передач с одинаковыми межосевыми расстояниями В настоящее время считается, что при трех связанных шестернях вообще невозможно получить «чистый» геометрический ряд частот вращения Известна трехсвязная коробка скоростей в токарно-винторезном станке модели ТВ-320 (описанная A J1 Вороновым), которая дает хаотический ряд частот вращения на выходном валу В дальнейшем под руководством A JI Воронова спроектирована трехсвязная коробка, в которой при увеличении радиальных габаритов

коробки авторам удалось упорядочить ряд частот вращения, который стал ломаным геометрическим с выпадением скоростей по концам ряда

Нам удалось доказать, что в некоторых случаях все-таки можно построить трехсвязную коробку передач, дающую «чистый» геометрический ряд частот вращения

Каждая связанная шестерня накладывает одно дополнительное ограничение на коробку передач Соответственно в системе (3) при неограниченном числе «И» связанных шестерен имеем систему «Ь» уравнений

.(«,'+О и,"

У =

(и,1 Ф- +1) и'/

«Г+ф"1

(3)

• .л,

где гп/ ть-1, п1 пм - числа клеток между концами лучей связанных передач в структурной сетке,

у - отношение межосевых расстояний двух групп передач,

к/,и/7 - минимальное и максимальное значения передаточных отношений первой и второй групп передач соответственно, Ф - знаменатель геометрической прогрессии

Исследование уравнений (3) показывает, что данная система с неизвестными у, и(не имеет решения при произвольных (независимых друг от друга) значениях (р ,т, п Но при выполнении условия (4)

-1 _ <р"' -1 _ _ <р"

</>"•— 1 ф" -1

система имеет бесконечно большое число решений В этом случае все уравнения тождественны между собой, то есть, многосвязные коробки передач можно синтезировать по методике двухсвязных коробок, которая разработана А А Муллабаевым

На конкретном примере (приведен в диссертации) рассмотрена возможность получения трехсвязной шестнадцатиступенчатой коробки с нестандартным «<р» равным 1,193, при котором, используя дополнительную множительную группу со стандартным знаменателем «<р», равным 1,06, можно получить на выходе «чистый» геометрический ряд частот вращения

Показано, что не каждая трехсвязная коробка может иметь «чистый» геометрический ряд частот вращения, а также, что четырехсвязные коробки не могут иметь «чистые» геометрические ряды частот вращения в принципе Кроме этого, показано, что применение трехсвязных коробок накладывает ограничения не только на ряд частот вращения, но и на вид структурной сетки(рис 1)

Шь I

Рисунок 1 — Обобщенная структурная сетка многосвязной коробки передач

Методика построения оптимальных структурных сеток для многосвязных коробок передач с одинаковыми межосевыми расстояниями принципиально отлична от существовавшей методики, как показано ниже Если в системе уравнений (4) принять

/Я, =/!,(!/ = 1,2 (й-1)), (5)

то эта система удовлетворяется при любых значениях ш,

В этом случае, подбирая значения последовательности {/и,} можно добиться, что на выходном валу получится геометрический ряд частот вращения без выпадения ступеней Совпадения ступеней являются неизбежными, так как из уравнений типа

„\„Ц-V ~1~и1 (У -<Р )

а)их -

6)7,

и, (ф -1)

У-'-»/ У~<Р") <р"-1

(6)

полученных преобразованием уравнений (1), получим

то есть, связанные л^'чи второй группы передач являются перевернутыми изображениями связанных лучей первой группы относительно центральной горизонтальной оси В итоге получается, что «' и" =1(/=1,2 ,И), то есть, в середине диаграммы частот вращения получается «Л» совпадений ступеней, из которых (Л-1) ступеней как бы теряются в ряду

При указанном равенстве чисел клеток на структурной сетке из системы уравнений (3) получается у = 1, то есть межосевые расстояния двух групп передач одинаковы При обычных равномерных и неравномерных структурных сетках равенство (5) невозможно Предлагается новый подход к

проектированию структурных сеток многосвязных коробок с одинаковыми межосевыми расстояниями Структурная сетка не будет симметричной относительно горизонтальной оси, а лучи второй группы передач будут представлять перевернутые изображения лучей первой группы Деления на основную и переборную группу не будет

Данный подход приводит к необходимости решения задачи нелинейного программирования, которая методом «перемещающихся стрелок» сведена к исследованию целевой функции одной переменной на максимум

Решение данной задачи дает метод создания оптимальных структурных сеток многосвязных коробок, которые имеют равномерное распределение общего диапазона регулирования, что приводит к минимальным радиальным габаритам коробки

В четвертой главе рассматривается создание многосвязных коробок с цилиндроконическими передачами, а также двойного механизма Нортона Их основное преимущество по сравнению с двухваловыми цилиндрическими передачами - значительное меньшее количество зубчатых колес при одном и том же числе ступеней коробки

Недостатки цилиндроконических передач

1) непараллельное расположение валов, уменьшающее технологичность коробки,

2) увеличенные радиальные габариты (при сохранении диапазона регулирования традиционной коробки)

Если к обычной цилиндроконической коробке пристроить третий вал, то получится многосвязная коробка с цилиндроконическими передачами Получаемый выигрыш в числе передач значительно перекрывает два вышеперечисленных недостатка

Например, коробка в соответствии с рисунком 2 имеет шесть шестерен, а обеспечивает тринадцать ступеней частот вращения Синтез коробок

такого типа сводится к построению оптимальной структурной сетки, определению диаметров шестерен и минимизации осевых габаритов коробки Исследование вопроса построения оптимальной структурной сетки многосвязной цилиндроконической передачи приводит к выводу, что постановка данной задачи идентична с таковой для многосвязных коробок с одинаковыми межосевыми расстояниями

Рисунок 2 - Схема цилиндроконической многосвязной коробки

При определении диаметров шестерен учитываем, что минимальный диаметр имеет наименьшая шестерня «с!),» (или с14) второго вала В тихоходных коробках шестерня «С» первого вала также может быть идентичной «ф> Наибольшей шестерней является шестерня «с!!» второго вала В тихоходных коробках наибольшей шестерней коробки может оказаться шестерня «я» третьего вала Без нарушения пределов частных передаточных отношений в коробках скоростей (0,25<«<2) получаем максимальный диапазон регулирования 11тах = 64, то есть, столько же, сколько и для классических цилиндрических коробок скоростей Недостатком такого решения является увеличенные радиальные габариты по сравнению с классическими коробками при сохранении Кт1х Для успешного применения указанных коробок можно ограничить максимальный диапазон

В.

11

регулирования, не допуская при этом увеличения радиальных габаритов Если принять = (как в классических коробках скоростей) получим Ятах = 16 Этот диапазон во многих случаях достаточен для трехваловых коробок скоростей

Аналогичные исследования приведены и для многосвязных коробок

подач

Задача минимизации осевых габаритов заключается в том, чтобы минимизировать расстояния между шестернями второго вала (сохраняя при этом геометрический ряд частот вращения на выходном валу) Минимальная строительная длина выражается суммой Ь+В, где Ь - расстояние между центрами крайних шестерен, В - ширина шестерни с учетом осевых зазоров при переключении скоростей

Используя обозначения рисунка 2, можно записать

(7)

С другой стороны (при условии обеспечения минимальных разностей диаметров соседних шестерен) можно записать

с1, и (1|+1 - соседних шестерен, причем с1,>с11+1 Из формул (7) и (8) получим

Ь=2В (9)

(с/, -й?,-ц)тт

Если в формуле (9) все диаметры шестерен выразить через ¿4 , то получим

где а/, - размах лучей первой группы передач (сумма последовательности чисел клеток между концами соседних лучей), а^ты (рис 1) Из формул (9) и (10) получим

"А

1)

<Р'

аИ

\

1_

Ф

(И)

Из формулы (11) видно, что строительная длина Ь не зависит от диаметра наименьшей шестерни ¿4, а зависит только от числа клеток структурной сетки и от знаменателя «<р » Для минимизации осевого габарита «Ь» нужно отыскать минимум функции (11)

Двойной механизм Нортона получается, если к обычному механизму Нортона пристроить еще один вал с накидной шестерней Данная конструкция будет представлять из себя многосвязную коробку передач Для коробок скоростей данный механизм мало пригоден из-за недостаточной прочности механизма управления накидной шестерней Структурные сетки и диаграммы частот вращения для двойного механизма Нортона точно такие же, как и для многосвязных механизмов с цилиндроконическими передачами Данный механизм рекомендуется использовать для коробок подач

Недостатками этого механизма являются сложность конструкции и увеличенные радиальные габариты

Преимуществами — являются малое количество шестерен и минимально возможная строительная длина

Например, механизм в соответствии с рисунком 3, имея девять шестерен, обеспечивает девятнадцать ступеней подач

III

Рисунок 3 - Двойной механизм Нортона

При классической коробке, имеющей, например, три вала и две группы передач (¿=6x3), количество шестерен равно восемнадцати Строительная длина классической коробки с тремя тройными блоками будет равна 21В, в двойном механизме Нортона — 5В

В связи с этим двойной механизм Нортона может найти практическое применение

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1 Создана методика построения равнопрочных двухсвязных коробок передач, до настоящего времени отсутствовавшая в известных источниках

2 Доказана возможность построения трехсвязных коробок, дающих «чистый» геометрический ряд частот вращения, что ранее отрицалось в известной литературе Данная возможность позволяет строить трехсвязные оптимальные коробки со значительным сокращением строительной длины по сравнению с «классическими» коробками, как пример показана построенная структурная сетка 16 скоростной трехсвязной коробки

3 Доказано, что построить четырехсвязные коробки, дающие «чистый» геометрический ряд, невозможно

4 Создана оригинальная методика построения оптимальных структурных сеток для многосвязных трехваловых коробок, отличающаяся тем, что структурная сетка второй группы передач является зеркальным отражением структурной сетки первой группы передач Данная методика позволяет строить коробки с одинаковым распределением общего диапазона регулирования между валами

5 Показано, что постановка задачи оптимизации структурных сеток многосвязных цилиндроконических передач полностью совпадает с таковой для многосвязных цилиндрических коробок Полученное решение позволяет строить оптимальные многосвязные цилиндроконические коробки

6 Решена задача минимизации строительной длины цилиндроконических коробок, не освещенная в известной литературе Решение данной задачи дает возможность минимизировать строительную длину вновь создаваемых коробок

7 Разработана новая методика оптимального проектирования двойных механизмов Нортона, которая позволяет создавать двойные механизмы Нортона с предельно малой строительной длиной

8 Синтезировано 20 многосвязных коробок передач с одинаковыми межосевыми расстояниями Синтезировано 16 многосвязных коробок передач с цилиндроконическими передачами и столько же двойных механизмов Нортона

9 Результаты работы использованы при создании новой гаммы механообрабатывающего оборудования на Оренбургском станкозаводе и в учебном процессе на кафедрах Теоретической механики и теории механизмов и машин, Деталей машин и прикладной механики, Технологии машиностроения, металлообрабатывающих станков и комплексов Оренбургского государственного университета

Публикации

1 Романцов, В Н Количество вариантов связывания тез докл III Международной науч -техн конференции «Концепция развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальной экономики/В Н Романцов - Оренбург ОГУ, 1997 - С 191

2 Муллабаев, А А Более общий подход к исследованию двухсвязных механизмов тез докл III Международной науч -техн конференции «Концепции развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальной экономики» / А А Муллабаев, В Н Романцов - Оренбург ОГУ, 1997 - С. 189-191

3 Муллабаев, А А О возможности построения равнопрочных двухсвязных коробок передач / А А Муллабаев, А П Фот, В Н Романцов // СТИН -2002 - № 3 - С 16-18

4 Муллабаев, А А Многосвязные коробки передач пособие конструктора

/ А А Муллабаев, А П Фот, В Н Романцов, Р X Фаттахов - Оренбург ИПК ОГУ, 2002 - 102 с

5 Муллабаев, А А Равнопрочные коробки передач с одной связанной шестерней сборник докладов V Российской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» / А А Муллабаев, А П Фот, В Н Романцов, С П Беридзе - Часть 1 - Оренбург ОГУ, 2002

6 Муллабаев, А А Общее число структурных сеток коробки передач / А А Муллабаев, А П Фот, В Н Романцов//СТИН - 2005 -№2 - С 9-13

Подписано в печать 25 04 2007 г Отпечатано в типографии «Экспресс-печать» 26 04 2007 г Свидетельство ЮО 17472 Г.Р.Н 304561003400204

Формат 60x84 Уел печ л 1,2 Тираж 100 экз зак 70 г Оренбург ул Пролетарская 33

Введение.

1 Состояние вопроса и постановка задачи.

1.1 Анализ существующих методов проектирования станочных коробок.

1.2 Цели и задачи исследования.

2 Развитие теории двухсвязных коробок передач.

2.1 Методика построения двусвязных равнопрочных коробок скоростей.

2.2 Методика построения равнопрочных коробок подач.

2.3 Примеры построения равнопрочных коробок скоростей.

3 Синтез коробок передач с тремя и более связанными шестернями.

3.1 Дополнительные ограничения на коробку передач при использовании неограниченного числа связанных шестерён.

3.2 Коробки передач с тремя связанными шестернями.

3.3 Методика построения оптимальных структурных сеток для многосвязных коробок передач с одинаковыми межосевыми расстояниями.

3.3.1 Постановка задачи оптимизации структурных сеток.

3.3.2 Решение задачи I.

3.3.3 Минимизация радиальных габаритов.

3.3.4 Примеры построения оптимальных структурных сеток.

4 Многосвязные коробки с цилиндроконическими передачами.

4.1 Построение оптимальной структурной сетки.

4.2 Минимизация осевых габаритов.

-34.3 Двойной механизм Нортона.

5 Практическая реализация.

5.1 Многосвязные цилиндрические коробки передач с одинаковыми межосевыми расстояниями.

5.2 Многосвязные цилиндроконические коробки передач и двойные механизмы Нортона.

5.3 Пояснения к разделам 5.1 и 5.2.

5.4 Практическое применение новых структурных сеток.

Заключенней выводы.

В современном машиностроении очень широко используются различные механизмы для передачи рабочим органам изменяемых частот вращения и вращающих моментов.

Наиболее широко такие механизмы представлены в коробках металлорежущих станков и коробках перемены передач трансмиссий автотракторной техники.

Несмотря на то, что современное станкостроение ориентировано на создание бесступенчатого регулирования частот вращения двигателей главных и вспомогательных движений, станки со ступенчатым регулированием остаются востребованными. Востребованность металлорежущего оборудования всегда определялась и определяется отношением «цена-качество», где в цену входят расходы, как на приобретение, так и расходы на эксплуатацию, которые у универсальных станков с коробками перемены передач значительно ниже, чем у станков с плавным регулированием частот вращения двигателей.

В процессе развития автотракторной техники коробки перемены передач претерпели большие изменения. Современные коробки в зависимости от назначения имеют от 4 до 20 ступеней скорости.

Регулирование изменения передаточного числа между валом двигателя и валами, приводящими в движение колеса, осуществляется различными способами: механическими коробками перемены передач, автоматическими гидро-механическими коробками, вариаторными коробками и изменением частот вращения электродвигателей при электрическом приводе.

Устройство плавного регулирования и автоматического переключения скоростей имеют завышенные габариты и массу и применяются в условиях городского движения, где необходимы частые изменения передаточных чисел.

В большегрузных транспортных средствах, перемещающих грузы на большие расстояния, в различных дорожных условиях, как погодных, так и рельефных многоступенчатые механические коробки являются предпочтительными.

Кроме того изготовление механических коробок скоростей не требует сложного специального оборудования, инструментов и приспособлений и возможно в обычных условиях любого машиностроительного предприятия, а ремонт, техническое обслуживание не вызывает затруднений.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что проектирование механических коробок перемены передач является актуальной проблемой.

Снижение стоимости, массы и улучшение динамических характеристик - основные направления в работе над созданием новых коробок перемены передач.

Данная работа посвящена дальнейшему развитию теории проектирования трехваловых коробок скоростей металлорежущих станков на основе применения связанных зубчатых колес на промежуточном валу.

Известно, что применение связанных шестерён сокращает строительную длину коробки и укорачивает валы. Это значительно улучшает динамические характеристики станка и удешевляет его производство.

В первой главе настоящей работы приводится состояние вопроса и задачи исследования.

Во второй главе приводится дальнейшее развитие существующей теории двухсвязных коробок передач.

В третьей главе раскрывается вопрос синтеза коробок передач с тремя и более связными шестернями, а так же методика построения оптимальных структурных сеток для многосвязных коробок передач с одинаковыми межосевыми расстояниями с помощью методики «перемещающихся стрелок»

В четвёртой главе рассмотрены многосвязные коробки с цилиндроконическими передачами, где раскрыты вопросы построения оптимальных структурных сеток этих передач, минимизация их осевых габаритов, а так же двойной механизм Нортона.

Пятая глава содержит в себе изложение практического применения разработанных теорий. В частности разработаны новые структурные сетки для трехваловых цилиндрических многосвязных коробок с одинаковыми межосевыми расстояниями, для многосвязных цилиндроконических передач и двойных механизмов Нортона. Каждая структурная сетка снабжена кинематической схемой с таблицей, позволяющей максимально облегчить ее применение при проектировании станков. Кроме этого рассмотрен ряд примеров применения разработанных структурных сеток при модернизации существующих металлорежущих станков.

Подготовка данной работы стала итогом теоретических исследований на кафедре Теоретическая механика и теория механизмов и машин Оренбургского государственного университета.

Автор выражает глубокую признательность к.т.н. профессору Муллабаеву А. А. и д.т.н. профессору Фоту А.П. за ценные советы и творческую поддержку в процессе выполнения работы.

Заключение и выводы

Подготовка данной работы стала итогом теоретических исследований проводимых на кафедре «Теоретическая механика и теория механизмов и машин» Оренбургского государственного университета.