автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Обоснование конструктивных схем и геометрических параметров плоской синусоидальной передачи с повышенным КПД

Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКОЙ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ С ПОВЫШЕННЫМ КПД

05.02.02. Машиноведение и детали машин

УДК 621.83061.1

ДОВЖЕНКО Виктор Иосифович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 2000 г.

Работа выполнена в Могилевском машиностроительном институте

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Тарасик Владимир Петрович

Научные консультанты - доктор технических наук, профессор

Игнатищев Руслан Михаилович доктор технических наук, профессор Пашкевич Михаил Федорович

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Альгин Владимир Борисович кандидат технических наукдоцент Громыко Петр Николаевич

Оппонирующая организация -Научно-исследовательский конструк-

торско-технологический институт технологического машиностроения (НИИТЕХНОМАШ, г.Могилев)

Защита состоится 25 февраля 2000 г. на заседании Совета по защите д сертаций Д 01.15.01 в Институте надежности машин Национальной ав демии наук Беларуси по адресу: 220010, г.Минск,ул.Академическая,!:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института надежности машин Национальной академии наук Беларуси

Автореферат разослан " " января 2000 г.

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций Кандидат технических наук

№5.9-01,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы, Для большинства машин необходимыми составными частями .являются различные механические передата, представляющие собой редукторы пли мультипликаторы. Важной задачей конструкторов является уменьшение материалоемкости при создании новых видов механизмов и машин.

Различными авторами предлагаются новые виды передач в те области промышленности и народного хозяйства, где использование широко применяемых передач с зубчатым зацеплением по различным причинам нецелесообразно. Поиск путей расширения видов передач привел к появлению редукторов, основанных на применении в зацеплении различных кривых, с которыми взаимодействуют сателлиты в виде шариков, роликов, цевок и т. п. В качестве кривых используются винтовые линии, спираль Архимеда, синусоида, смещенная окружность и соответствующая ей многопериодная кривая, циклоида и др.

Комплекс проведенных исследований и испытаний синусоидального зацепления учеными Р.М.шнатищевым, М.Ф. Пашкевичем, Д.М.Макаревичем, М.В.Селедцовым, А.И.Дерученко, П.Н.Громыко, инженерами В.А.Гаврошом, Н.В.Тулуевским, А.И.Крезом, М.И.Руцким, и др. позволил предложить промышленности разнообразные виды передач.

Большое содействие в освоении оказали специалисты научных организаций и промышленных предприятий, такие, как Ю.В.Вадецкий, Б. 3.Школьников, В.Ф.Белоконь, П.Г.Гузенков, В.Д.Андожский, И.К.Хруеталев. М.Л.Грудев, В.В.Кармупш, В.А.Анаяьевский и др.

Совместные усилия представителей пауки и производства позволили синусоидальным передачам пройти апробацию и частичное внедрение в различных областях промышленности и народного хозяйства.

Однако, многие из предложенных видов передач, к сожалению, имеют невысокий КПД и повышенный шум, что предопределяет дальнейшее их усовершенствование.

Связь работы с крупными программами. Работа выполнена согласно пункта 36 И программы 01501 ГКНТ СССР на 1988-1992 г.г. "Исследование и разработка синусоидальных планетарных передач для приводов трубопроводной арматуры".

Цель и задачи и с с л е д о в а н и я. Целью работы является обоснование выбора конструктивных схем и геометрических параметров деталей зацепления, обеспечивающих уменьшение габаритов, массы,

п

снижение уровня шума, повышение КПД и создание на их основе усовершенствованной конструкции синусоидальной планетарной передачи.

Для достижения поставленной цели следует решить следующие задачи:

1. Обосновать влияние конструктивных схем и геометрических параметров деталей зацепления на КПД. габариты и шум передачи.

2. Разработать рациональные кинематическую и конструктивную схемы на базе двух и трехсинусоидального зацепления, позволяющие исключить расклиштающие усилия сателлитов, их соударения в вершинах и впадинах беговой дорожщнесимметричное нагружение, перекосы, неравнопрочносгь деталей зацепления, с целью повышения нагрузочной способности и КПД.

3. Обосновать влияние геометрических параметров кругосинусоид на габариты и КПД плоской синусоидальной передачи.

4. Определить допустимое значение подрезания вершин и впадин беговой дорожки с целью достижения максимально возможного значения угла атаки сателлитом поверхности волны кругосинусоиды при минимальных габаритах передачи.

5. Разработать математическую модель передачи для исследования на ЭВМ влияния параметров кругосинусоид и деталей зацепления на КПД.

6. Разработать методику выбора конструктивных схем и геометрических параметров плоской синусоидальной передачи с роликовым синхросепаратором.

7. Разработать натурные образцы предложенных конструктивных схем с различными геометрическими параметрами деталей зацепления для сравнительных испытаний.

8. Разработать испытательный стенд и методику проведения испытаний по определению КПД предложенных передач.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются синусоидальные планетарные передачи. Предметом - конструктивные схемы, геометрические параметры щэугооинусоид и деталей зацепления и их влияние на габариты и КПД передачи.

Гипотеза. Предполагается, что повышение КПД возможно за счет применения в зацеплении трех синусоид при двухсхшусоидальнон кинематике со специальным роликовым синхросепаратором. Это должно обеспечить увеличение доли трения качения в передаче и исключить удары сателлитов о поверхности беговых дорожек в вершинах и впадинах кругосинусоид.

Кроме этого КПД можно повысить за счет уменьшения пути контакта и числа еателлигов в зацеплении при увеличении угла атаки сателлитом волны кругосинусоиды до 45° и более, но не за счет увеличения амплитуды и среднего диаметра кругосинусоид, как это было ранее, а за счет их уменьшения.

Перечисленные предположения должны не только повысить КПД, стоить уровень шума, но уменьшить габариты и массу передачи.

Методы проведенного исследования В предлагаемой работе используются методы теории планирования эксперимента, оптимизации, основанные на физическом и математическом моделировании. Результаты аналитических методов подтверждены методами физических экспериментов. Разработаны методики типового расчета передачи и испытаний по определению ее КПД.

Научная новизна и значимость п о лу ч е н н ых результатов. Впервые предложены параметры зацепления в зоне подрезания вершин и впадин беговой дорожки кругосинусоиды, что обеспечило повышение КПД передачи при минимальных габаритах. Найдены технические решения (а.с. 1728560), позволившие усовершенствовать конструкцию, повысить КПД и снизить уровень шума передачи.

Практическая значимость полученных результатов. Предложенные технические решения и математическая модель позволили усовершенствовать передачу и на стадии проектирования определить рациональные кинематическую и конструктивную схемы, а также геометрические параметры зацепления. В результате проведенной работа спроектировано и изготовлено более 15-ти макетов для лабораторных исследований и семь модификаций опытных образцов для промышленных испытаний на ряде заводов республики и стран СНГ.

Результаты испытаний позволяют сделать вывод, что подобные передачи могут быть использованы в различных областях промышленности, а также при механизации ручного груда. Разработанный мотор-редуктор ПСП-17М (на базе электродвигателя Могилевского завода "Электродвигатель"), может рассматриваться как коммерческий продукт и применяться в приводах с ПВ до 50%. Техническая документация, опытный образец, изготовленный Моптевским заводом ТРАНСМАШ и протокол внедрения имеются.

Разработан привод на базе передачи ПСП для кран-балки N13936, выпускаемой Моптевским заводом МоЭЗАМ, протокол внедрения имеется. Разработан привод арматуры трубопровода для Киевского ПО

"Арма", применение которого экономически обосновано соответствующими расчетами (Приложение 4).

Комплекты конструкторской документации семи модификаций передач переданы следующим заводам:

1. УФЦКБА, ПО «Арма» г.Киев.....мотор-редуктор (Н = 0,25 кВт, и = 28)

2. УФЦКБА, ПО «Арма» г.Киев.....мотор-редуктор (Ы = 0,37 кВт, и =24)

3. УФЦКБА, ПО «Арма» г.Киев.....редуктор для ручной лебедки (и = 25)

4. «ТРАНСМАШ » г.Могилев.........мотор-редуктор (Ы = 3 кВт, и = 20)

5. «МоЭЗАМ» г, Могилев................мотор-редуктор (N = 1,5 кВт, и = 24)

6. П./я г. Новополоцк........................редуктор (и = 25)

7. Фирма «Лес» г.Орша....................редуктор длявернера ( и = 10)

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Методика выбора конструктивных схем и геометрических параметров плоской синусоидальной передачи с повышенным КПД, основанная на математическом моделировании траектории центра фрезы, профиля беговой дорожки и передачи в целом,

2.Математическая и физическая модели передачи, позволившие оптимизировать параметры зацепления (амплитуду, ширину беговой дорожки, диаметр сателлита, углы атаки, коэффициент перекрытия).

3.Рекомендации по выбору геометрических параметров кругосину-соид (в зоне подрезания вершин и впадин беговой дорожки), обеспечивающих минимальные габариты передаче и повышение КПД .

4.Методика определения конструктивных размеров деталей зацепления (толщину сепараторов,синхронизатора, глубин)' беговой дорожки, длину ролика).

5.Рекомендации по снижению уровня шума передачи.

6.Конструктивная схема передачи с роликовым синхросепарато-ром, использующая в одной ступени три синусоиды при двухсинуеои-дальной кинематике, позволившая исключить расклинивающие усилия сателлитов, их перекосы, соударения с вершинами и впадинами беговой дорожки, что увеличило в передаче долю трения качения.

Личный вклад соискателя.В публишщях совместно с соавторами автор принимал непосредственное участие на всех этапах их выполнения. Теоретические и экспериментальные исследования, а также разработки различных приводов на базе ПСП проводились автором самостоятельно.

Апробация работы. Результаты проведенных работ докладывались и обсуждались на Всесоюзных научно-технических семинарах "Совершенствование конструкций пневмогидроаппаратуры"

(г. КиеЕ, 1987-90 г .г., г.Севастополь, 1991 г.); Республиканских научно-технических конференциях "Ученые специалисты народному хозяйству" (г. Минск, 1988 г., г. Могилев, 1984-93 г г.). Демонстрация натурного образца на ВДНХ (г. Москва, 1989 г., Диплом Первой степени, золотая и серебряная медали), Доклад на симпозиуме в Центре Международной Торговли в коммерческом отделе посольства Италии (И.Ч.Е.) Гг. Москва, 1990 г.).

Опубликован н ость результатов. По теме диссертации опубликовано 25 работ.

В том числе: статей в научных журналах - 2; тезисов докладов и выступлений на конференциях - 4; депонировано (тезисы докладывались на конференции) - 1; информационных листков - 2; заключительных отчетов о НИР - 3; международная заявка (опубликованная в Женеве) - 1; описаний изобретении к авторским свидетельствам - 10; описание патента (Италия) - 1. Общее количество страниц опубликованных материалов около 140.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из

Т5Т5 ЛТТгУТГЕТГТ /Ч^ТТТ/УТГ V", ттгт ал«г ТТГТ.ТГ Г"\ »"Ч Т ~ ~ ЛГТГЛГ.ТТ.-.Т? ТПГТ'ГГ

цци^цщ <1 ? «ларш^Хииниш^п

представленной 4 главами, заключения, списка использованных источников и приложений. Полный объем диссертации составляет 151 страницу. Она содержит 75 страниц основного текста, 8 таблиц, 60 рисунков и 53 библиографические ссылки.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Впервой главе проведен обзор и дан краткий анализ существующих видов кинематических схем и конструктивных решений различных передач с промежуточными телами качения, использующих в зацеплении разнообразные разомкнутые и замкнутые кривые линии, выполненные в виде беговых дорожек.

Сделан анализ конструктивных схем передач, использующих в качестве промежуточных звеньев шариковые и роликовые сателлиты.

Рассмотрены результаты теоретических и экспериментальных исследований синусоидального зацепления, полученных различными авторами, по которым определены тенденции развития и требования, предъявляемые к данному виду передач.

Проведенный анализ кинематических и конструктивных схем с учетом теоретических исследований геометрии зацепления показывает, что в настоящее время в недостаточной мере используются потенциальные возможности синусоидального зацепления из-за существующих недостатков конструкптпых схем.

Для усовершенствования таких передач необходимо устранить выявленные недостатки или значительно уменьшить их отрицательные воздействия.

Основные недостатки шариковых передач:

1. Наличие расклинивающих усилий между двумя взаимно расположенными дисками, несущими беговые дорожки. Это происходит из-за того, что сателлиты от действия передаваемой нагрузки частично выходят из зацепления с наклонными поверхностями беговых дорожек, отжимая диски друг от друга. Чтобы избежать этого, диски и подшипниковые узлы усиливают и даже предусматривают сжатие дисков, что приводит к увеличению габаритов, массы и к работе сателлитов в режиме повышенного трения скольжения.

2. Потеря устойчивости тонкостенного сепаратора находящегося мевду дисками с беговыми дорожками. От передаваемых усилий сепаратор теряет устойчивость, сходит с центра шарика и прижимается к одному из дисков, вызывая затирания.

3. Конструктивная схема не обеспечивает проход сателлитов по оси беговой дорожки в вершинах и впадинах, где они имеют холостой ход. «Брошенный» с большой скоростью в эту зону шарик, ударяясь о различные поверхности, сминает вершины и впадины, вызывая шум, нагрев и, снижая КПД передачи.

Основные недостатки роликовых передач;.

1. Отсутствие ограничения осевого перемещения ролика.От передаваемых усилий ролик смещается к одному го дисков и касается донной части беговой дорожки, производя задиры, приводящие к перекосам сателлита. Плавность работы нарушается, повышается шум и нагрев, снижается КПД передачи.

2. Ролики работают консольным вылетом. Автор такой передачи предлагает для уменьшения перекосов увеличить расстояние между опорами сателлита. Это приводит к увеличению габаритов и массы передачи, но проблему полностью не решает.

Перечисленные недостатки так и не позволили перейти к непосредственному исследованию самой геометрии синусоидального зацепления, так как изменение параметров(амплитуды. радиуса кругостшусоид, диаметра сателлита, ширины беговой дорожки и др.) почти не фиксировались приборами испытательных стендов, по крайней мере закономерность не выявлялась. Из разработанной автором данной работы первой серии передач типа СШР ни одна не показала значение КПД выше 60%. На основании полученных результатов сформулированы цель и задачи исследования, перечисленные выше.

Во второй г лаве проведен анализ конструктивных схем и результатов испытаний разработанных двухступенчатых мотор-редукторов.

На основе сделанных выводов разработаны одноступенчатые передачи с шариковыми сателлитами двух и трехсинусоидального зацепления. Учитывая результаты их испытаний, принято решение разработать конструкцию с роликовыми сателлитами. Переход на роликовые сателлиты обоснован не только с целью исключения расклинивающих усилий, но и с целью решения задачи равнопрочности деталей зацепления. С этой же целью однопериодная беговая дорожка перенесена с боковой (торцовой) поверхности на цилиндрическую.

Переход на использование кривых Tima смещенной окружности и соответствующей ей многопериодной кругосинусоиды позволил установить ведущий диск с возможностью вращения относительно эксцентрика. Бее это позволило преобразовать круговую сплошную беговую дорожку в окна определенных размеров, соответствующих числу сателлитов. Таким образом, диск с однопериодной беговой дорожкой преобразован в синхронизатор. На его основе разработан синхросепаратор с оригинальными роликами и двумя сепараторами, что усилило наиболее слабое звено-сепаратор. Для применения синхросепа-ратора разработана конструктивная схема передата с трехсинусоидаль-ным зацеплением. Передача ТСШМР-9 (рис. 1) имеет ролики с центрирующим пояском 1, размещенные в синхрошоаторе 2. Наличие пояска и

применение сепаратора из двух дисков 3 позволило исключить касание дна беговых дорожек торцами роликов. Опорный диск 4 с многопериод-ной кр>тоеинусоидной соединен с корпусом. Ведомый диск 5, несущий кругосинусоиду с отличающимся числом периодов, соединен с выходным валом 6.

Результаты испытаний, приведшие к разрушению деталей зацепления из-за разности чисел периодов опорной и ведомой кругосинусоид, показали неприемлемость такой схемы зацепления для нагруженных передач. Поэтому в следующей разработке СРМР-10 (рис. 2) принято решение оставить в зацеплении три кругосинусоиды, но зацепление применить двухсинусоидальное, в котором кругосинусоиды 4,5,имеющие равное число периодов,соединены с корпусом, а выходной вал 6 с сепараторами 3.

Принятые решения позволили увеличить КПД передачи за счет увеличения доли трения-качения сателлитов относительно контактируемых поверхностей, что подтверждено сравнительными испытаниями .

Испытания проводились на специально разработанном и изготовленном стенде.

В третьей главе проводится силовой анализ в синусоидальной ячейке зацепления роликовой передачи с целью получения минимальных габаршовдальнейшего повышения КПД и снижения уровня шума передачи.

Для этого составлены физическая и математические модели траетории центра фрезы, профиля беговой дорожки и передачи в целом.

Ниже приведены результаты математического моделирования траектории центра фрезы для определения угла атаки сателлитом волны кругосинусоиды в точке ее пересечения с радиусом кругосинусоиды.

Для необходимых расчетов угла атаки, изображена часть осевок линии многопериодной беговой дорожки с допущением, заключающимся в том, что угол атаки, рассчитанный для осевой линии, будет близок к углу атаки сателлитом поверхности беговой дорожки.

На рисунке 4, в соответствии со схемой сот на рис.3, изображена часть многопериодной кругосинусоиды с параметрами: А - амплитуда, Я- средний радиус, г2 - число воли (периодов); где к - точки пересечения кругосинусоиды с окружностью среднего радиуса; угол атаки сателлитом волны кругосинусоиды. Выделенная схема связи между щ ср и (р; позволила сделать заключение, что выражение для нахождения значений угла ^имеет вид

Ул

У//////////А

14

Сс

з

Рис.1 Одноступенчатый планетарнмйролпковый редуктор ТСШМР-9 по кинематической схеме № 4

Рнс.2 Одноступенчатый планетарный роликовый редуктор СРМР-10 по кинематической схеме Л» 5

у = e>j - - 90 е

(i)

В результате выполненных расчетов получены выражения для определения углов ф и ф, :

<р = ±1 /я arceos A/2R + як/z2 ; <Р\ - arctg (А/В),

(2) (3)

где

А =

z2A2 sin 2z2<p

z~A sin г,е>

* - t

2v'i?2 - Лг sm 2 z2<p 4 eos ф [x//?2 - A ' sin 2 г, m + A eos z

sm f +

B =

- z*A sin 2z-.a?

r- z2A sin z2<p

1 yjR2 - A2 sin ' z2p - sin <p [y/?2 - A2 sin 2 z-¿ tp + A eos s2</>

СОБ <р

Эти выражения позволили определить значения угла щ при различных параметрах кругосинусоид и выбрать те, которые близки к 45°. Основываясь на этом, разработана математическая модель передачи с роликовым синхросепзратором. На основашш моделирования определены оптимальные параметры зацепления для гаммы передач, обеспечивающие углы атаки сателлитом волны кругосшусоиды при вершине щ и впадине у/2 близким к 45°, величины подрезания заострений АН] и ЛН2, основные движущие силы Рд] и Рд2 и их максимальные значения, максимальные скорости сателлитов V/1 и У/*, длины линий контакта Ь, и Ь2 и коэффтгциент перекрытия £

Анализ полученных значений дал возможность оптимизировать основные геометрические параметры зацепления, позволившие получить минимальные габариты, повысить КПД и снизить уровень шума передачи.

находящийся на середине волны кругосниусоид

аКГГ / Х \ \ * „ .....-.......„ Е л \£ \ г'--"7 /Д \ ? ч V . г 1 Ш^ — V? 1 1 _

А1 А 0 А X

Рис. 4 Схема для расчёта угла Ч>

Для получения минимальных габаритов передачи показано, каким должен быть радиус кругосинусоид, а ширину беговой дорожи! следует брать, равной длине дуги полупернода, взятой по этому радиусу. Предложено техническое решение для снижения уровня шума передачи, выразившееся в определенном соотношении ширины беговой дорожки и диаметра той части сателлита, которая находится с ней в зацеплении.

Определен размер подрезания вершин и впадин поверхностей беговых дорожек, соответствующий рекомендованным значениям параметров гаммы передач. На основании полученных результатов разработана методика типового расчета передачи с роликовым синхросепаратором.

В четвертой главе даны рекомендации по выбору основных конструктивных размеров деталей зацепления. Устранение дисбаланса вращающихся масс осуществлено добавленной массой, оформленной в виде двух противовесов.

Приведен рад материалов основных деталей испытываемых передач, технологии их изготовления, а также даны рекомендации по применению соответствующих смазок.

Приведена итоговая таблица и график испытаний одноступенчатых синусоидальных передач (табл. 1 и рис. 5).

В таблице 1 представлены данные испытаний усовершенствованной передачи ПСП-17М, разработанной взамен аналога 1МЦ2С-80, закупаемого Республикой Беларусь в Российской Федерации (г.Псков). ПСП-17М выгодно отличается от аналога меньшими габаритами и массой, при большей мощности [80кг (93кг), 3кВт (2,2 кВт)].

Передача (рис.6) оформлена как мотор-редуктор с применением электродвигателя 1, выпускаемого Могилевским заводом "Электродвигатель" мощностью 3 кВт. На валу электродвигателя 2 посредством шпоночного соединения установлен эксцентрик 3. Нз эксцентрике расположен роликовый синхросепаратор 4, состоящий из синхронизатора 4', двух сепараторов 4" и специальных роликов 9. Синхронизатор имеет возможность вращения относительно пояска эксцентрика за счет установки на подшипнике 5. К эксцентрику жестко прикреплены противовесы б, которые фиксируются совместно с подшипником. По обе стороны синхросепаратора установлены кольца 7 и 8 с многопериодными беговыми дорожками. Оба кольца жестко закреплены на корпусе передачи 9, 10 и 11. Сепараторы соединены с выходным валом 13.

Корпус сборный, состоящий из четырех деталей, легко получаемых путем точения на токарных станках или литьем.

. п Таблица 1

Итоговая таблица знлчении КПД разработанных плоских плАнетАРНых синусоидальных пере да ч

Тмп тредлчн Вид смазки Нагрузка на выходном валу (Им)

1 г 3 4 5 6 7 8 \9 \10 15 20 г.5\зс\55\<,0 </5 53 юо Ш 201 Цт

ЛУ7Д(%)

СШР-3 ТАД-17И 65 65 68 69 70 70 69 63 67 65 -остановка

ЭСШМР-9 ТАД-17и <3 67 68 69 70 71 70 —шдинивлние

ТСШМР-9 ТАД-17и 67 68 69 70 72 7* 75 7<' —разрушеме

СРМР-Ю Т/Щ-17и 7к 74 76 78 80 81 81 80 78

ПСП-17 траясол-200 76 78 79 80 32 82

ПСП-17М Трлнт-гоо 79 81 92 «5

15

3? 75

70

45

^ ,С подмунием втин и вдддш вегомхдоршрк СзАостршем вершин н впадин Беговых дорожек

•ЛШ7м(Рмт/Щищзсм№ЛРнг"шн!/стем№ке)

ЛСП-17 (Ролнщ ЗкВт, ыщ Зснтстё'симсттте)

*СРММ0(Ршщ1Шт,и*&, дсинусоищ при£хшусоидш№я кинемлтмке)

^ ^ТСИ/МР-д(Ршщ 0.25яВг ищ Зм/мщщ

' ' дм синусоидальной ш&мтте)

¿ЭСШМР-^Шрц й25кВг)Ц*23) Зшкоищ

. : дря 5*симсондллмои кинште)' \

СШР-5(Шащ И12Ф, Щ ¿синусоиды, /три 2*с*яусощллмои т/&ттше)

Ут мтчттемкттсот^шщт окружность

50 100 150 т 250 500 350 (Нм)-Для ПСИ-¡7 и ПСП-17 5 10 15 го 25 30 35 м (нц)-для ЭСШМР9, ТСШМР-9 и СРМРМ 123456789 10 сшр-5

Рис.5 Зависимость КПД передлч от выбранных кинематической и конструктивной схем, а также от геометрических пАртетров крутсинусощ

и САтеллитов

Конструкция передачи разработана с учетом требований крупносерийного производства и позволяет производить сборку, регулировку, обкатку, складирование и необходимые испытания без непосредственного соединения с электродвигателем. Соединение в мотор-редуктор происходит по мере поступления электродвигателей.

Приведены области перспективного применения передачи. В частности в приводах промышленной арматуры трубопроводов, как с ограниченным ходом шпинделя (рис. 7) исполнительного элемента, так и с неограниченным ходом (рис. 8). Подобные приводы способны на большие расстояния перемещать звенья, установленные на вышках, шлюзах, в скважинах и т.п.

Перечислены изделия, для которых разработана конструкторская документация и предприятия, осваивающие некоторые изделия с передачей типа ПСП.

Рис.6 Мотор-редуктор ПСП-17М

Рис. 8 Привод промарматуры с неограниченным ходом шпинделя

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 .Разработана методика выбора конструктивных схем и геометрических параметров плоской синусоидальной передачи, обеспечившая повышенный КПД при меньших габаритах и массе ( за счет применения несущей кривой типа смещенной окружности до 70%, за счет усовершенствования конструктивной схемы и разработки роликового синхро-сепаратора до 80% и за счет предложенных геометрических параметров кругосинусоид и деталей зацепления до 85%) [6].

2.0боснованы параметры кругосинусояды. На основе математического моделирования показано, что для получения минимальных габаритов передачи значения радиуса (R) кругосинусоид следует выбирать по предложенной формуле.Эти значения находятся в ранее не рекомендованной к применению зоне, где подрезание вершин до 0,11...0,12 А (амплитуды), а впадиндо 0,07,.,0,08А[13,14].

3.Создана математическая модель передачидюзволившая оптимизировать параметры зацепления: амплитуды (А=2...3мм) ширину беговой дорожки (Н), равной длине дуги полупериода, взятую по радиусу кругосинусоид, диаметр сателлита (с!с=0,93Н),коэффициенг перекрытия ( до 20...22% количества сателлитов),дтшу линии контакта (0,8...0,9А). Это позволило использовать углы атаки сателлитом волны кругосину-соиды близким к 45°, что способствовало увеличению КПД передачи[3].

4.Показано, что задача по снижению уровня шума передачи в основном решается соотношением диаметра сателлита и ширины беговой дорожки, причем первый, для исключения ударов в вершинах и впадинах должен быть помещен в предложенный синхросепаратор.

5. Разработаны схемы и конструкции двух горизонтальных испытательных стендов, позволившие провести испытания передач с широким диапазоном их мощностей. Разработана методика проведения испытаний передач на КПД,позволившая получать результаты в узком доверительном интервале (±3,2%) [24].

6. На основе результатов исследований и данных экспериментов создана усовершенствованная конструктивная схема с тремя кругосинусоид ами при двухсинусоидальной кинематике, что увеличило в передаче долю трения качения. Разработанный мотор-редуктор ПСП-17М (3кВт. 80кг) взамен 1МЦ2С-80(2,2кВт, 93кг), закупаемого Республикой Беларусь в Российской Федерации, может рассматриваться в качестве коммерческого продукта.Он может применяться во многих натуженных приводах с продолжительностью включения (ПВ) до 50%.Кроме этого разработаны приводы для промышленной арматуры трубопроводов с ограниченным и неограниченным ходом шпинделя и определены

возможные области применения передач типа ПСП [22,23],в частности в приводах промышленной арматуры трубопроводов, талей, барабанов, дверей, лифтов, заслонок, бетономешалок, транспортеров, а также при механизации ручного труда.

В заключение необходимо отметитьлто не получила подтверждение та часть гипотезы, в которой предполагалось увеличение КПД передачи при значениях углов атаки более 45°. Это объясняется тем, что увеличение углов атаки (при рекомендованных параметрах) достигается за счет большей амплитуды, но увеличение амплитуды приводит к удлинению линий контакта, повышению скорости сателлитов и потери возрастают.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Пашкевич М.Ф., Дерученко А.И., Довженко В.И. Торцовый шариковый редуктор/ТМашиностроигель. - 1984. - №6. - с - 32.

2. Международная заявка PCT/SU 88/00029. Планетарная передача и способ сборки этой планетарной передачи/ Р.М.Игнатищев, Б.В.Кармугин, В.А..Ананьевский, В.И.Довженко, А.И.Крез, М.Л.Грудев, М.В.Згонник. - Опубл. 1988,, РСТ- GAZETTE. - 21 е.: ил.

3. Довженко В.И. Совершенствование плоских планетарных синусоидальных передач// Новые технологии и оборудование в промышленности: Сб. науч. тр. молодых ученых. - Могилев, 1997. - с.50-54.

4. Игнатищев P.M., Довженко В.И. Перспективы применения синусошариковых передач в приводах арматуры//Совершенствование конструкций трубопроводной пневмогидроармзтуры: Тез. докл.всесоюзн. научн.-техн. семинара. - М., 1987. - с. 46-47.

5. Довженко В.И., Игнатшцев P.M., Кармушн Б.В. Разработка и исследование синусошариковых редукторов для приводных устройств пневмогидроарматуры//Совершенствование конструкций пневмогидро-арматуры: Тез. докл. всесоюзн. науч.-техн. сешшара. - М., 1989. - с. 1213.

6. Кармугин Б.В., Довженко В.И. Электроприводы арматуры с планетарными синусными передачами// Проблемы арматуростроения; Тез. докл. всесоюзн. науч.-техн. сешшара. - М., 1991.-е. 20-21.

7. Довженко В.И., Бедункевич В.М..Математическая модель потерь в роликовой планетарной синусоидальной передаче//Современное направление развития проговодственных технологий и робототехники: Тез. докл.междунар.науч.- техн.конференции.-Могилев,1999.-е. 183.

8. A.c. 1218215 СССР, МКИ316Н13 08. Шаровая планетарная передача/ И.М.Кузменко, Н.А,Телепнев, А.И.Дерученко, В.И.Довженко.

- №3720428/25-28; Заявлено 04.04.84; Опубл. 15.03.86, Бюл. 10. - 2 е.: ил.

9. A.c. 1260604 СССР, МКИ316Н1/32. С-инусошариковая передача/ Р.М.Игнатищев, В.И.Николаенко, А.В.Корольков, В.И.Довженко,

A.И.Пономарев. - №3853716/25-28, 3853717/25-28, 3852455/25 -28; Заявлено 08..02.85; Опубл. 30.09.86, Бюл. №36. - 2 е.: ил.

10. Положит. Реш. От 21.04.91 на выдачу патента США по заявке PC-T/SU 88/00029. Планетарная передача и способ сборки этой планетарной передачи/ Р.М.Игнатищев, Б.В.Кармугин,

B.А.Ананьевский, В.И.Довженко, А.И.Крез, М.Л. Грудев, М.В.Згонник.

- №4081782/25; Заявлено 09.03.87.

11. A.c. 1359524 СССР, МКИг,Р1бН1/32. С-инусошариковая передача/ В.И.Довженко, С.Ф.Янукович, О.П.Самуйлов, В.Н.Лесковец.

- №4077682/25-28, 4077683/25 - 28; Заявлено 20.06.86; Опубл. 15.12.87, Бюл. №46. - 2с.: ил.

12. A.c. 1399548 СССР, МКИэ1бН15/08, Шаровая планетарная передача/ Ю.А.Цумарев, А.М.Гребень, В.Ф.Омельченко, В.И.Довженко, Е.В.Чернякова. - №4157790/28; Заявлено 02.10.86; Опубл. 30.05.88, Бюл. №20. - 2 е.: ил.

13. Пат. 1225447 Италия, МКИ316Н43/04. Планетарная передача и способ сборки этой планетарной передачи/ Р.М.Игнатищев, Б.В.Камрупш, В.А.Ананьевский, В.И.Довженко, А,И.Крез, М.Л.Грудев, М.В.Згонник. -№4081782/25; Заявлено 09.03.87; Опубл. 09.11.88. - 21 е.: ил.

14. A.c. 1511495 СССР, МКИ31бН 13/08. Шаровая передача/ В.И.Довженко, Ю.А.Цумарев, Е.В.Червякова, Н.Л.Денисов. №4312629/25-28; Заявлено 02.10.87; Опубл. 30.09.89, Бюл. №36. - 2с.: пл.

15. A.c. 1610144 СССР, MKH3F16H 13/08, 1/32. Способ сборки виброгенератора экоцентриковой крутосинусоидальной передачи/ Р.М.Игнатищев, Б.В.Кармугин, В.А.Ананьевский, В.И.Довженко,

A.И.Крез. - №4081782/25-28; Заявлено 13.05.86; Опубл. 30.1..90, Бюл. №44. - 3 е.: ил,

16.А.С. 663277 СССР, МКИ31ббН13/08. Синусошариковая передача/ Р.М.Игнатищев, В.И.Довженко, Б.В.Кармугин, В,А.Ананьевский, М.Л.Грудев. - №4223445/28; Заявлено 09.03.87; Опубл. 15.07.91, Бюл. №26. - 4 е.: ил.

17. A.c. 1663276 СССР, МКИ316Н13/08. Способ сборки виброгенератора кругосинусоидной эксцентриковой передачи/' Р.М.Игнатищев, Б.В.Кармугин, В.А.Ананьевский, В.И. Довженко,-№4081783/28; Заявлено 13.05.86; Опубл. 15.07.91, Бюл. №26. - 4 с.: ил.

18. A.c. 1728560 СССР, MKH3F16H13/08. Планетарная передача

B.И.Довженко, В.А.Ананьевский, В.В.Кармугин, М.В.Згонник. №4332169/28, 4345462/28; Заявлено 23.11.87; Опубл. 23.0.92, Бюл. №20.

- 2 е.: ил.

19. A.c. 1166564 СССР. Синусошариковая передача/ Р.М.Игнатищев, А.И.Дерученко, В.И.Довженко, В.В.Белик, М.Л.Грудев.

- не публикуется.

20. Довженко В.И. Разработка конструкций, изготовление и испытание синусоидальных мотор-редукторов / Могилев, машиностр. ин-т, - Могилев, 1987. - 10 е.: ил. - Деп. В ВНИИТЭМР 06,05,87, №218.

21. Игнатгацев P.M., Довженко В.И. Трехсинусоидный шариковый редуктор: Информ. л. - Мн.: БелНИИНТИ, 1987. -№10. - 2 с.

22. Довженко В.И. Планетарная синусоидальная передача (ПСП): Информ.л. - Могилев: МОУТ, 1993. - 2с.: ил

23. Исследование и разработка синусного редуктора для привода арматуры мощностью 0,25 кВт: Отчет- о НИР (заключительный)/ ММИ; Руководитель В.И.Довженко. - ХД/8711; №ГР01870080430; Инв. №02900013682. - Могилев, 1989. - 30 с.: ил.

24.Разрабогка электропривода арматуры на базе синусоидальной планетарной передачи и электрического пульта управления: Отчет о НИР (заключительный) /ММИ; Руководитель В.И.Довженко. - ХД/9001; КаГРО 1900043813; Инв. №03920001982. - Могилев, 1991. - 14 с.: ил.

25. Разработка мотор-редуктора на базе синусоидальной планетарной передачи для кран-балки №13936.00.00.000: Отчет о НИР (заклк>чительный)/ММИ; Руководитель В.И.Довженко. - ХД/9218. -Могилев, 1993. - 10 е.: ил.

РЭЗЮМЭ ДАУЖЭНКА В1КТАР ЮС1ФАВ1Ч

АЦЭНКА УПЛЫВУ КАНСТРУКТЫУНЫХ СХЕМ I ГЕАМЕТРЫЧНЫХ ПАРАМЕТРАУ 3АЧЭПЛIВАННЯ НА ЭКСПЛУАТАЦЫЙНЫЯ ХАРАКГАРЫСТЫК1 ПЛАНЕТАРНЫХ С1НУСА1ДАЛЬНЫХ ПЕРАДАЧ

Сшусащальнае зачэпл ¿ванне, крутасшусо!да, сепаратар, сянхрашзатар, слосрасепаратар, сатэлгг, рздуцыраванне, перадатачны лгк.

Аб'ектам даеледванняу з'^ляюцца канетрукшунш схемы 1 геаметрычныя параметры зачэшпвання планетарных сшуеа!цалъных перадач. Мэта работы заключаецца ва удасканальванш канструктыупай схемы, дазваляючай правесщ даследаванш геаметры! зачэгапвання з высокай ступенню надзейнасш 1 дакладнаещ вышкау,

Дасягаецца яна за кошт аб'яднання пераваг двух 1 трохсшусаадальнай схем зачэшпвання з прымяненнем спецыяльнага сшхрасепаратара. С1нхрасепаратар аб'ядноувае сепаратары, сшхранЬатар (аднаперыядную кр>тас1нусоаду) 1 ролжавыя сатэлшл. Задача выбару асноуных параметрау перадачы рашалася з выкарыстаннем разлшовых 1 экспериментальных метадау з канчаткюЕай даводкай метадам матэматычпага мадэл!равання. У выншу работы прапанавана удасканаленая канструктыуная схема перадачы, у якой зшжана доля трэншт-<лпзгання 1 павяшчана доля трэння-вагання сатавдау з кантактыруемьм паверхням1 дэталяу зачэплзвання, Абгрунтаваны геаметрычныя параметры зачэшпвання. яюя забяспечвагодь неабходны нахш хвата кругаанусощы для павьппэння ККД перадачы. За кошт канструктыуных рашэнняу зтжаны узровень шуму. Эксперыментальныя даследаванш праведзены па зацверджанай методьщы на спецыяльна распрадаваных г вырабленых стэндах з прымяненнем тэнзаметрьп. У выншу работы распрацавана методика, па якой спрзектавана, выраблена 1 вьшрабавана перадача з ККД не шжэй 85% для прывадау арматуры трубапровадау 1 прываду кран-бали. Вобласць прымянення перадачы можа распаусюджвацца ад прамысловых установак вшшох магутнасцяу да малых магутнасцяу бытавых вырабау (у прывадах транспарцерау, барабанау, колау, заслонак, шлюзау, лябедак, жалюзи, штор, дзвярэй, ручной бытавой тэхнж1, механЬма налддта УКХ 1 шш.)

РЕЗЮМЕ ДОВЖЕНКО ВИКТОР ИОСИФОВИЧ

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗАЦЕПЛЕНИЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАНЕТАРНЫХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ПЕРЕДАЧ

Синусоидальное зацепление, кругосинусоида, сепаратор, синхронизатор, синхросепаратор, сателлит, редуцирование, передаточное число.

Объектом исследований являются конструктивные схемы и геометрические параметры зацепления планетарных синусоидальных передач. Цель работы заключается в усовершенствовашш конструктивной схемы, позволяющей провести исследования геометрш! зацепления с высокой степенью надежности и достоверности результатов. Достигается она за счет объединения преимуществ двух и трехсинусоидальной схем зацепления с применением специального сннхросепаратора. Синхросепаратор объединяет сепараторы, синхронизатор (однопериодную кругосинусоиду) и роликовые сателлиты. Задача выбора основных параметров передачи решалась с использованием расчетных и экспериментальных методов с окончательной доводкой методом математического моделирования. В результате работы предложена усовершенствованная конструктивная схема передачи, в которой снижена доля трения-скольжения и увеличена доля трения-качения сателлитов с контакт ируемыми поверхностями деталей зацепления. Обоснованы геометрические параметры зацепления, обеспечивающие необходимый наклон волны кругосинусоиды для повышения КПД передачи. За счет конструктивных решений снижен уровень шума. Экспериментальные исследования проведены по утвержденной методике на специально разработанных и изготовленных стендах с применением тензометрии, В результате работы разработана методика, по которой спроектирована, изготовлена и испытана передача с КПД не ниже 85% для приводов арматуры трубопроводов и привода кран-балки. Область применения передачи может распространяться от промышленных установок больших мощностей до малых бытовых изделий (в приводах транспортеров, барабанов, колес, заслонок шлюзов, лебедок, жалюзей, штор, дверей, ручной бытовой техники, мехатшзма настройки УКВ и др.).

SUMMARY

VICTOR I. DOVZHENKO

THE EVALUATION OF THE DESING DIAGRAMS AND

ENGAGEMENT GEOMETRIC PARAMETERS INFLUENCE ON PLANETARY SINUSOIDAL GEARING OPERATING CHARACTERISTICS

Sinusoidal engagement, circular sinusoid, separator, synchronizer, synchroseparator, planetary pinior, reducing, gear ratio.

Hie object of the reseach is the desing diagrams and engagement geometric parameters of the planetary sinusoidal gearing. The aim of this work is to improve the desing diagram making possible to carry out the engagement geometry research with a high degree of reliability and certainty' of the results. This is achieved due to the combination of the advautages of the two and three sinusoidal gearing diagrams with the use of a special synchroseparator. The synchroseparator combines separators, synchronizer (a single period circular sinusoid) and roller planetary pinions. The task of the choice of the main parameters was solved using desing and experimental methods with the final finishing by the mathematical modelling method. As a result of the research the improved gearing desing diagram has been suggested in which the share of the pinions sliding friction against the contact surfaces of the engagement parts has been reduced and the share of the pinions rolling friction has been increased. The engagement geometric parameters have been substantiated ensuring the necessary circular sinusoid wave slope for the increase of the gearing coefficient of efficiency. The noise level has been reduced due to the desing solutions. Experimental research has been carried out on the specially designed and manufactured stands with the use of tensimetry. As a result of this research the technigue has been worked out according to which the gearing has been designed, manufactured aid tested v/ich the coefficient of efficiency not less than 85% for a pipelines accessories drive and an overheadtrack hoist drive. This gearing can be used both in powerful industrial installations and in low power household articles (in the drives of the transporters, drums, weels, sluice gates, winches, gills, curtains, doors, hand household appliances, UHF tuning mechanism, ets).

Довженко Виктор Иосифович

Обоснование конструктивных схем и геометрических параметров плоской синусоидальной передачи с повышенным КПД

Специальность 05.02.02 "Машиноведение и детали машин "

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 27.42.___1999г.3аказ У 37

Формат 60x84 1/16. Тираж 100 экз. Объем уся.печ.л.-1.5 Уч.-изд.-1,6.

Отпечатано в ММИ г. Могилев,ул.Ленинская,70 Лицензия ЛП N 165 от 08.01.1998г.