автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Разработка методов расчета и оптимального проектирования скоростных цепных передач и муфт

ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Учаев Петр Николаевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА И ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СКОРОСТНЫХ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ И МУФТ

05. 02. 02.- машиноведение и детали машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Харьхов- 1992

Работа выполнена в Сумском физико-технологическом институте.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор МИХАЙЛОВ Ю.К.

- доктор технических наук, профессор ОШШК Н.В.

- доктор те;ашческих наук, профессор ПЕТРИК Л.А.

Ведущая организация: ЫШКошгрессормаш, г. Суш

Зацпта состоится " 23 " октября 1992 г. в /4 часов на заседании специализированного совета Д 068.39.06 в Харьковском политехническом институте по адресу: 310002, Украина, г. Харьков, ГСП, ул. Фрукзе, 21, ауд. 302-42.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке Харьковского политехнического института. «

Автореферат разовлан "_7" свй/пябрр 1992 г.

Ученый- секретарь

зпзцгтглизнрованного сове-га у <'/'У ^ ' у^&яново* З.В.

/

ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Учаев Петр Николаевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ГлСЧЕТА И ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СКОРОСТНЫХ ЦЫШЫХ ПЕРЕДАЧ И ЫУйТ

05.02.02 - капиноведение и детали мапнн

Автореферат диссертецин на соискание ученой степени доктора технических наук

Харьков - 1992

АННОТАЦИЯ

Диссертация посвящена комплексному исследованию скоростных цепных передач и муфт общемалшностроительного применения.

Обоснован и предложен системно-структурный подход к исследованию и проектированию скоростных цепных передач и цуфт и их основных д€"1лей, включающий постановку задачи структурно-параметрической оптимизации конструкции и математические модели для оценки влияния конструктивно-технологичесхих факторов на выходные показатели этих изделий. В основу реализации такого подхода положены современные фундаментальные методы и положения теории зубчатогс и цепного зацепления, прикладной теории колебаний, строительной механики, теории упругости и пластичности, сопротивления усталости, теории вероятностей и математической статистики и методы оптимизации.

Развита методика физического и математического моделирования основных процессов, сопровождающих работу скоростных цепных передач и 1йфт. Предложены необходимые математические модели.

Приведены результаты исследования нал ряж енно-дефорыиро ванного состояния (НДР) деталей приводных роликовых цепей в передачах и цуфтах. Разработана методика оптимизации конструкции цепей.

Решена задача .оптимизации конструкции звездочек для скоростных цепных передач и муфт. Развиты научные основы теории станочного зацепления звездочки и инструмента.

Создана система автоматизированных расчетов цепных цуфт.

Предложены, разработаны, исследованы и внедрены новые конструкции цепных муфт, передач и их основных деталей.

В диссертации отражены научно-обоснованные решения, способствующие повышению технического уровня скоростных цепных передач и муфт и научно-техническому прогрессу в машиностроении.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Научно-технический прогресс в различных отраслях машиностроения тесно связан как с созданием новых типов передач и муфт, так и с совершенствованием существующих. Среди них Еахное место занимают цепные передачи и муфты, которые удовлетворяв! комплексу требований, предъявляемых к трансмиссии машин. Благодаря этому они получили широкое распостранепнб в технологическом к транспортном оборудовании. Причем применение приводных роликовых цепей с кагдыи годом возрастает. Достаточно сказать, что в настоящее время находятся в эксплуатации в странах СНГ более 3 тыс. буровых установок с цепной трансмиссией.

Цепные передача и муфты в указанном оборудовании работает в специфических условиях. Оки являются, как правило, скороетньши и тяже-лонагрукеннкми. Дальнейшее повышение производительности оборудования обусловливает еще большее увеличение скоростей и нагрузки. При этом наиболее заметно проявляется недостатки, присущие цепному приводу: циклические удары звеньев цоли о зубья звездочек, колебания ветвей цепного контура н ведомых масс и связанный с ударами и колебаниями цум. Воо это существенно ухудшает виброацустпчэские показателя и сникает надегность эксплуатации оборудования.

Следовательно, проблема поеьпвния осплуатационного качества скоростных цепных передач и муфт является актуальной. Еэ решение имеет народно-хозяйственное значение к ыонот быть достигнуто путем совершенствования конструкции цепных передач, муфт и jrc основных деталей и методов проектирования данных изделий.

Проведение комплексного исследования скоростных цепных передач и муфт для создания ноеых и модернизации существующих консгругздий позволяет достичь более высокого качества механического погода технологического и транспортного оборудования.

Цель работы - улучшение выходных показателей скоростных цепных передач и иуфтна базе разработки новых научно-технических решений и математических моделей для исследования и оптимального проектирования новых и совершенствования существующих конструкций

Объектами исследования являлись скоростные цепные передачи и цуфты общемашиностроительного применения и их основные детали: приводные роликовые цели и зьездочки.

На защиту выносится:

1) системно-структурный подход к исследования и проектированию скоростных цепных передач и муфт, цепей к звездочек;

2) методика физического и математического моделирования основных процессов, протекающих при работе скоростного цепного привода; разработанные при етом математические модели приводных роликовых цепей, звездочек, передач и муфт;

3) результаты исследования напряхенно-дефоркированного состояния деталей приводных роликовых цепей в передачах и муфтах; методика структурно-параметрической оптимизации конструкции цепей, базирующаяся на етих результатах;

4) методика параметрической оптимизации звездочек скоростного цепного привода. Универсальные математические модели звездочек и эубоформирувдего инструмента, соответствующие их станочному зацеп-ленив; >

5) система автоматизированных расчетов цепных муфт, обеспечивающая выполнение их анализа и синтеза с оптимальными структурой

и параметрами;

6) рекомендации по совершенствованию конструкции приводных цепей, звездочек, муфт и передач и новые конструкции етих изделий, защищенные авторскими свидетельствами;

7) практические мероприятия по повышению эффективности ско-

ростных цепных передач и муфт в целях расширения области их применения.

Общие методы выполнения и исследования. Математическое моделирование, аналитические, численные и экспериментальные методы.

Оценка адекватности разработанных методов производилась сравнением результатов расчета с экспериментальными данными и результатам расчета традиционными методами.

Научная новизна

1. Обоснован и предложен системно-структурный подход к исследовании и проектированию скоростных цепных передач и муфт, охватывающий особенности постановки задачи с трук турн о-па рай е триче с к о Я оптимизации конструкции их основных деталей и математические модели для оценки влияния конструктивно-технологических факторов на выходные показатели этих деталей и привода в целом.

2. Разработаны математические модели цепного зацепления, позволите Епервыэ решить ряд геометро-кинематических и кичетоста-тических задач.

3. Получены результаты исследования напряженно-дефоргзфован-ного состояния деталей приводных роликовых цепей в передачах к муфтах, позволившие дать рекомендации по удучаенко как конструкции, так н технолога» изготовления этого главного элемента привода, а тате разработать методику структурно-параметрической оптимизации этих изделий.

4. Решена задача параметрической оптгия[зацкн звездочек для скоростных цепных передач и муфт. Раз пи ты нау^ико осноеы теоргш станочного зацепления нарезаемой звездочки и зубофораирущего инструмента для обеспечения требуемых (опгккалышх) быходнык показателей звездочек применительно как к пзридачаи, гап и а г

5. Создана система автоматизированных расчетов цепных муфт, обеспечивающая определение оптимального сочетания конструктишо-тех-нологичесхих параметров цепного привода и его основных деталей, соответствующего минимуму среднегодовых потерь ( в стоимостном выражении) при эксплуатации.

б. Разработаны новые конструкции приводных цепей, звездочек, муфт и передач.

Достоверность основных научных положений и выводов по работе. Основные научные положения и выводы по работе хорошо согласуются с современным уровнем развития прикладной теории колебаний, представлениям о процессах деформирования и механике разрушения твердых тел, испытывающих упругие и упругопластичзские деформации. Используемые разработанные на основе метода конечных элементов алгоритмы и программы расчетов НДС приводных цепей апробированы на решении известных ^ада^ о НДС стерашевых, рамных и пластинчатых систем.

Корректность разработанных математических моделей приводных цепей, звездочек, муфт и передач подтверждается хорошей сходшостьв результатов теоретических исследований с данными лабораторных и промышленных испытаний и опытом эксплуатации созданных изделий.

П р а к т и .4- е екая ценность результатов работы состоит в том, что разработанные методы расчетов и программы их машинной реализации дают возможность с достаточно высокой точностью: оценивать НДС деталей приводных цепей пере дач и муфт; определять численные значения параметров, необходимых для расчета динамики привода с цепными передачами и муфтами и оцеш нагруженности его деталей; решать задач!' параметрической оптимизац! привода и его подоистем; прогнозировать нагрузочную способность и ' суре цепных передач и муфт; вести отработку конструкций стих издел еще на стадии проектирования; снижать сроки их исследования и внед

рения.

Результаты работы позволяют: унифицировать цепные передачи и муфты; повысить их качество; снизить на етой основе эксплуатационные расходы; существенно уменьшить затраты на научно-исследовательские и проектыо-конструкторские работы. Созданные в соответствии с полученными результатами исследования цепные муфты отличаются повышенными технико-экономическими показателями.

Реализация результатов работы. Главные научные полонения, практические выводы и рекомендация легли э основу разработки новей редакции ГОСТ 20742-61 "Муфты цепные. Типы, основные параметры и размеры". Методы расчетов и рекомендации по цепным муфтам оформлены в виде руководящего документа РД2Р15-7-89 "Муфты цепные. Рекомендации на методы расчетов, изготовление и эксплуатацию".

В соответствии с полученными результатами комплексного исследования цепных передач совместно с сотрудникам! ШИИнефтемаша подготовлен материал для разработки первой редакции следущих руководящие документов: "Звездочки для цепных передач буровых установок", Цепи приводные роликовые для буровых установок®, "Передачи цепные йурогьк установок", б которых содержатся рекомендации на методы расчетов, изготовление, испытание и эксплуатацию цепных передач буровых установок. При этом автор выступал в качестве научного рукоэодителя и непосредственного исполнителя работ от Сумского филиала Харьковского политехнического института (в каетойцсе вреггл Сумский физико-технологический институт).

Алгоритмы, вычислительные програжш н результаты счета позволили разработать эффективные конструкции цепей, звездочек, гер«дач и муфт, защищенных авторскими свидетельствами, для различных условий эксплуатации. Спроектированы к изготовлены цепные муфты для ряда промышленных предприятия.

Ряд алгоритмов и программ расчета цепных муфт на ЭШ передан организациям. Кроме того, они являются составной частью отмеченных выше руководящих документов. Практические рекомендации по проектированию цепных передач и муфт оформлены в виде учебного пособия и используются а учебном процессе по курсу деталей машин для студентов машиностроительных специальностей.

Экономическая еффективность внедрения полученных результатов составляет более 1,5 млн. рублей. В диссертации приведены соответствующие подтверждающие документы.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы докладывались и получали одобрение на: У зональ ной конференции по проблемам исследования, проектирования и изготовления передач (Хабаровск, 1974 г.), III Всесоюзной конференции по динамике, прочности и надежности нефтепромыслового оборудования (Баку, 1983 г,), Всесоюзном совещании по повышению эффективности и надежности машин и аппаратов основной химии (Сумы,-1966 г.), научне технической конференции (Хабаровск, 1966 г.), научно-технической конференции (Оренбург, 1986 г.), Всесоюзной научно-методической конференции (Сумы, 1991 г.), научно-технических конференциях Сумского ФТИ (1991,1992 г.г.), семинарах отдела №10 (цепного привода) ШИИнефтемаша (Москва, 1983-1987 г.г.), семинарах кафедры основ

Конструирования машин Станкина (Москва, 1980-19Ш г.г.). t

Диссертационная работа в целой докладывалась и обсувдалась на: совместном заседании кафедр лазерной технологии, конструирования машин и материаловедения (ЛТКЮ и технической механики КПП (Киев, 1992 г.), НЮ НЩредуктора (Киев, 1992 г.), заседании кафедр технической механики Краснодарского Ш (Краснодар, 1992 г.), деталей машин ЛГТУ (г. Санкт-Петербург, 1992 г.), машиноведения и деталей машин ОЛИ (Одесса, 1992 г.). Кроме того, с результатами

работы ознакомлены специалисты кафедр деталей г.Ьшин и прикладной механики ХПИ (Харьков, 1984, 1992 г.г.), технической механики ЛШ (Львов, I9S2 г.) и строитально-дорогтавс и подъемно-транспортных i.;a— иин ВЗПИ (МосяЕа, 1992 г.).

Публикации. По тема диссертации опубликовано 77 работ, дэ них 6 авторских свидетельств.

Структура и обьец работы. Днссертецня состоит из введения, девяти разделов, закяпчения, списка источников информации и приложений. Основной текст изложен на 249 страницах; таблиц 25, рисунков 105 и приложения - на 7 страницах. Список источников информации зклзчает 263 наименования, пз них 35 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОЛЕРЗАНИЕ РЛБОШ

В пзрвои раздела "Состояние вопроса и задачи исследования" проанализированы работы, п^свлценные исследования цепного привода. Дана его классификация. Обоснованы и сформулированы оснопше задача настоящего исследования.

Работы, проводимые коллектива!--л ученых под руководством профессора Воробьева Н.В., Рогогоса Д.Н., Столбина Г.Б., Нльского Л.Л., Глуцекко ИЛ.» Йвяикова И.И., Петрика A.A., йукоса К.П. и друг .тми, a raicno зарубежными специалистами, направлены на улучшение дгааин -чзсккх характеристик, на снигенио неталлоекковти, на повыяекнс точности t технологичности и нагрузотаоЯ способности цетшг пореза". Однако иесиотря ка кнорочяслсииыз Еселедокашя, расчеты скоростных цепных передач ведутся по упроченный методикам, не обеспечивзвдкм их вксалуатоциотюа качество. Болео гого, технический уровень отечественного скоростного цепного привода сучзстпенно шг:э зарубежного и не отвечает современный требованиям. Хаз, капргагар, фактичзс-

кал наработка цепей буровых установок составляет не более 10% назначенного ресурсу, что обусловливает значительные материальные затраты. В го же время имеется резерв повышения технико-економичесши показателей скоростных цепных передач.

Большую роль в становлении и развитии ууфтостроенин сыграли основополагающие работы проф. Полякова B.C., Киркача Н.Ф., Михайлова Ю.К., Г понова Е.С., Ряховского O.A. и их учеников. Однако до сих пор теория расчета цепных муфт практически не разработана. В работах Попченко D.A., Скуратовского А.К. и др., касающихся этого типа муфт, решены лишь частные вопросы.

Показано, что разработка с единых методологических позиций математических моделей для расчета выходных показателей цепных пе-дач к муфт, их оптимизация и машинная реализация всего процесса проектирования позволяют решить проблему повышения технического уровня цепного привода. Однако это требует комплексного решения всего спектра задач, связанных с проектированием, изготовлением и експлуатацией передач и муфт. Эти задачи до настоящего времени ре шалмсь СJ3 учета их взаимосвязи, причем рассматривались отдельные частные вопросы.

фундаментальные работы в области динамики и надежности машин сопротивления усталости, вероятностно-статических методов расчета и оптимального проектирования конструкций, выполненные проф. Бвде маном Б.А., Биргером И.А., Богомоловым С.И., Болотинш В.В., Иез* ченко Ф.К., Ногаевым В.П., Кожевниковым С.Н., Понтрягиным Л.С., I никовым A.C.', Олейником Н.В., Решетовым Д.Н. и их коллегами, мог; служить базой для проведения комплекса геометро-кинематичвских, j намических и прочностных расчетов цепных передач и муфт с целью создания новых методов их анализа и оптимального проектирования, учитывающих особенности конструкции и работы основных деталей.

Согласно предложенным математическим моделям как цепные пер дачи, так и муфты разделены на низко-, средне- и высокоскоростны

отличающиеся видами отказа и нагрузочной способностью. Причем объектом настоящего исследования являются средне- и высокоскоростные передачи и цуфгы.

В связи с изложенным поставлены следующие основные задачи исследования:

1. Разработать комплексный подход н исследованию скоростных цепных передач и муфт и научно-прикладные положения по созданию и совершенствованию их конструкции.

2. Развить методику физического и математического моделирования привадкых цепей и звездочек в процессе их взаимодействия в передачах и муфтах. В соответствии с этим разработать математические модели данных изделий, необходимые для оценки их выходных показателей.

3. Выполнить исследование НДС деталей приводных роликовых цепей в муф?ах и передачах и на базе полученных результатов создать методику оптимизации их конструкции.

4. Разработать методику оптимизации конструкции звездочек для скоростных цепных передач и муфт и универсальные математические модели этих деталей я инструмента в процессе зубофориировзнпя, позволяющие решать как ЩШуа» так и ойратнуо задачи их станочного зацепления.

5. Создать систему автоматизированных расчетов цепного привода (на примере цепных муфт), обеспечиваемую его анализ н синтез с выполнением процедуры оптимизации в соответствии с экономико-мате-катическики моделями.

6. Обобцить полупенные результаты и на их основе дать рекомендации по совершенствованию конструкции приводных цепей, звездочек, муфт и передач. Разработать практические мероприятия по поеыеснко эксплуатационных показателей цепкого привода с целы? расширения области его применения.

Второй раздел "Методология анализа и синтеза цепного привода" посвящен систематизации научных основ теории исследования и оптимального проектирования новых и совершенствования существующих конструкций скоростных передач и муфт.

Показаны возможные пути повышения качества проектирования цепного привод». Изложена сущность функционально-стоимостного анализа (ЙСА) цепных передач и муфт и системно-структурного подхода к их разработке. Раскрыто содержание автоматизированного проектирования цепного привода и его подсистем,включая создание параметрических pi дов изделий и процедуру их оптимизации. Дано описание физических м делей скоростных цепных передач и муфт и их основных деталей. Прив дены математические модели для оценки влияния вонструктивно-технол гических факторов на выходные параметры атих изделий, в том числе на их технико-экономические показатели.

Установлено, что задача оптимального проектирования цепнь^ ш редач и муфт и их подсистем является многокритериальной, причем универсальная математическая модель, соответствующая условной опт: ыизации, имеет следующий вид:

opt F(x) = {тах F,(x) , min Fz (х) } ; j GM ¿A/; 0 4X4V; J

где fi(x) = {JxCx) , k = I7Ki}; F (*) = {&(*), к*77*л};

faU Kz -K, К - множество индексов критериев.

. Показано, как можно использовать модель (I) для исследование и проектирования передач и муфт.

На основе полученные данных предложена и разработана методика оптимального синтеза цепных передач, которая заключается в сд< дуюцем. Для закрытых передач допустимая мощность С Pi J при определенной частоте вращения п, малой (ведущей) ззездочки

представлена в виде (рисЛ)

Рис. I

[Рс] * [р.]г - Л Р{ , СП ;р; 6т; 6, (2)

где/7?7г- теоретически возможная (допустимая) мощность, обусловленная сопротивлением с -й детали без учета влияния на неё динамических нагрузок; потеря нагрузочной способности цепи,

вызванная дей'ствием динамической нагрузки на ¿-о деталь; ¿*п; р; 6т; В- индексы, означающие "пластина", "ролик", "втулка", и "валик".

При прочих равных условиях

ГРрЛт>[Р„]т;1. (3)

дРр>дРп. ]

Поэтому частота вращения п,р и п,„ ведущей звездочки, при которых величины [РрЗ и [В,] имеют экстремальные значения, не совпадают, причем П,р <Пщ (см.рисЛ). Параметры точки А (точки пересечения графиков Грр]"£(п1) и-[Рп]являются оптимальными. Рабочим диапазоном частот вращения ведущей звездочки является П,тт « П, ¿П<та, , причем В 30Н8 /7„о/„ ДО П10р( НагруЗОЧНЯЯ

способность ограничена прочностью пластин, а от n10pt до П/так-роликов. Рабочий диапазон допустимой мощности [PJmin Ф]*[Р]тах на рис.1 соответствует заштрихованной зоне.

В соответствии с полученными результатами установлены задачи оптимального синтеза цепного привода и основные направления повышения его качества. Это предопределило весь комплекс дальнейших исследований привода.

В третьем разделе " Анализ и синтез цепного зацепления" получили развитие вопросы геометрии и кинетостатики зацепления цепи и звездочек. Сформулированы задачи такого исследования применительно в основном к муфтам. Главное внимание уделено рассмотрению геометрических форм расположения звеньев на зубьях звездочек в зависимости от типа и параметров профиля и соотношения межда текущим значением шага звеньев цепи tc и хордальным шагом звездочки t2 . Предлонены математические модели для определения максимального tcmax , предельного tcam и допустимого ¿ер значения шага ЭЕ:ньев цепи. Например, формула для определения величины tcmax применительнр к цепным, передачам (ЦП) имеет вид

¿max

где d, - диаметр ролика; Я ^(r-o, Sdt )/o/t; Jb~tc»/df ; г - радиус кривизны рабочего участка профиля зубьев; ten - номинальный шаг цепи; и5- углы, определяющие размер и расположение рабочего участка: профиля; Т-угловой шаг звездочки, Т =360°Jz (Z-число зубьев звездочки). На основе выражения (4) оценено максимальное значение относительного увеличения шагаХmax звеньев цепи при вогнутом профиле зубьев (по ГОСТ 591-69), определяемое формулой

%тах =Lit-с max

~ ten)/icnJ'JOD °/о , ( 5)

в зависимости от числа зубьев:

2 20 25 30 40 60 80 100

Хтах 8,90 8,78 8,66 8,51 8,34 8,20 8,11 Видно, что для указанного диапазона чисел зубьев Хта< уменьшается лишь на 10%, что свидетельствует о существенной разнице в возможностях рассматриваемого и прямолинейного профилей. Как известно, для последнего зависимость Хтах от 2 обратно пропорциональная.

Выполнено кинетостатическое исследование цепного зацепления применительно к муфтам основных типов с учетом влияния центробежных сил инерции, развиваемых звеньями цепи, на распределение нагрузки между шарнирами цепи.

Оценено качество конструкции цепных муфт по трем критериям: компенсирующей способности; степени неравномерности распределения нагрузки между основными несущими элементами в зависимости от точности изготовления самих муфт и монтажа соединяемых ими валов и износа деталей; сиговому воздействию, оказываемому муф-гами на валы и опоры. Приведены соответствующие расчетные схемы и математические модели.

В четвертом разделе "Кинематика и динамика цепного привода" получили дальнейшее развитие вопросы,касающиеся исследования кинематики и динамики системы с цепными передачами и цуфтаки.

Систематизированы причины, обусловливающие динамические нагрузки а цепных передачах и шум, сопровождающий ух работу.Выявлены условия синтеза безударного зацепления на примере передач новой роликовой и зубчатой цепями. Экспериментально (тензометри-рованием) определен весь спектр сил, действующих на детали шарниров и звенья роликовых цепей.

Определены кинематические параметры машинного агрегата с цепными муфтами при радиальном и угловом смещениях осей соеди-

няемых валов. Показано, что цуфты типа МЦО и МВД являются асинх-ронньши. Причем переменность угловой скорости ведомого вала определяет собственную динамику привода и дополнительные динамические нагрузки на его звенья. Муфта типа Щ1В при определенных условиях может быть синхронной.

Вопросы динамики систем с цепным приводом отнесены к задачам нелинейного динамического анализа. Исследование выполнено по типовой схеме, включающей составление динамических моделей, составление и решение ^тематических моделей (дифференциальных уравнений движений масс, соответствующих свободный и вынужденным колебаниям), экспериментальное исследование, анализ полученных результатов.

Динамическая модель машинного агрегата с цепным приводом представлена многомассовой системой.

При рассмотрении переходных процессов оценено действие возмущающего момента переменной частоты и амплитуды. Исследованы вынуждсчные колебания системы при установившемся режиме работы. Предложены математические модели, позволяощие учитывать как внут рекние (собственные) динамические процессы, сопровождающие работ цепного привода, так и внешнее воздействие на него. Результаты теоретического исследования представлены в виде коэффициента динамичности в зависимости от динамических параметров двигателя и »

характера нагрузки на привод.

Среди динамических нагрузок на детали цепи и зубья звездочек ЦП особое внимание уделено ударным. В соответствии с извест« ной задачей об изгибающем ударе груза по балке рассмотрен алгоритм определения ударных нагрузок на детали шарниров и пластины цепи с учетом как местной, так и общей деформации соударяющихся систем. Кроме того, выполнен расчет нагрузок путем рассмотрения

задачи об ударе груза по упругой системе с сосредоточенной в точке удара приведенной массой цепи.

Исследовав колебания ветвей, обусловленные переменными силами инерции, развиваемыми звеньями цепи на криволинейных участках контура, методом последовательных приближений определено изменение натяжения цепи и через него оценена дополнительная нагрузка на звездочки, валы и опоры передачи.

Интегральным критерием качества цепного привода является его КЦЦ. По КЦЦ можно прогнозировать ресурс цепных передач и муфт, определяемый износом элементов цепей и звездочек. Предложены математические модели, позволяющие учитывать влияние на износ таких факторов как колебания ветвей цепного контура, точность монтажа. Анализ результатов рясчета показывает, что потери энергии, обусловленные колебаниями ветвей, могут составлять до 25...30 % общих потерь в цепной передаче.'Полученные данные позволили уточнить методику расчета передач на износ и разработать рекомендации по их конструированию, изготовлению и монтажу с целью повышения ресурса.

Предложены математические модели КГЩ цепных муфт. Результаты расчета показывают, что наиболее значительной является мощность потерь на трение между шарниром и зубьями звездочек. Потерями в других кинематических парах можно пренебречь. Наименьший КГЩ, - у муфты типа 1Щ0 (муфта с однорядной цепью), а наибольший -у ЩГ1В (муфта о промежуточны).', валом). Другие типы муфт по потерям мощности занимают промежуточное положение между ЩО и щрз.

В пятом разделе "Анализ и синтез приводных цепей" дана структурная схема и сформулированы главные направления повышения качества конструкции приводных роликовых цепей, в соответствии с которыми проведено их исследования. Особое внимание уделе-

но анализу НДС деталей цепей в передачах и му^ах и вопросам структурно-параметрической оптимизации конструкщи.

Рассмотрена структурная схема приводной роликовой цепи, где её параметры условно разделены на четыре уровня (ранга): четвертый уровень (самый низкий) - входные, третий и второй - промежуточные и первый - выходные параметры. Дано описание этих параметров и предложены математические модели для их определения, что важно для создания системы автоматизированных расчетов привода.

Поставлены задачи анализа и синтеза при расчете точности приводных цепей. Приведена методика такого расчета, причем её реализация осуществлена на примере новой пластинчатой цепи, защищенной авторским свидетельством и имеющей преимущества по сравнению с известными конструкциями.

Важное место в работе занимает исследование напряженно-деформированного состояния деталей приводных цепей. Кратко изложи ны теоретические основы исследования ВДС этих изделий. Рассмотрены особенности реализации, идей метода конечных элементов, пр! нятого в качестве основного инструмента решения поставленных з. дач. Описаны структура и способы организации программ расчета МКЭ применительно к ЗВЫ ЕЕ. Используемые программы для расчета деталей цепей базируются на современных принципах организации

г

вычислительных комплексов и предусматривают решение как плоска так и объемных осе- кососиммэтричных задач при упругом и упруг пластическом деформировании.

Дано описание расчетных моделей деталей цепей, соответст! ющих основным случаям нагружения в передачах (ка ветви и звездочках) и муфтах основных типов.

Рассмотрен комплекс задач по выявлению влияния на ВДС пр

годных цепей таких факторов как: упрочнение поверхностным пластическим деформированием (ПОД) и соединение с натягом, набочая нагрузка, конструктивная форт и размеры деталей цепи, точность изготовления, износ деталей и температурное воздействие.

Исследовано предварительное ВДС деталей цепей, обусловленное ПОД (при дорновании отверстий в пластинах цепи) и соединением деталей с натягом. Для последнего случая= дан алгоритм решения задач, соответствующих упругому и упругопластическому дефор.я--рованию. Приведены математические модели, позволяющие оценивать интенсивность остаточных напряжений в проушинах пластин, подвергнутых ПЦЦ. Разработан алгоритм выбора оптимального режима ПОД.

Установлено, что в процессе сборки в пустотелых осях (втулках) создается объемное ВДС, причем возникающие осевые напряжения являются растягивающими, которые суммируются с аналогичными напряжениями от действия нагрузки.

Работоспособность приводных цепей в значительной мере зависит от вида соединения их деталей. Для сравнительной оценки нагрузочной способности соединения действительные циклы окрузных напряжений, возникающих в проушине и зависящих от вида соединения, характера, изменения нагрузки и остаточных напряжений, приведены к одному эквивалентному, отн^левому циклу. Причем в качестве критерия приняты относительные окружные напряжения в виде коэффициента концентрации Ке . Выявлено, что для соединения с зазором изменяется з широких пределах в зависимости от форш. проушны, зазора в соединении, угла между радиальной силой и продольной осью проушины. Показано, что задача шбора оптимального значения натяга в соединении .является многокритериальной. Дан алгоритм решения этой задачи. Выявлено, что для

повышения нагрузочной способности соединений деталей цепи минимальное значение натяга должно быть больше предельного, соответствующего переходу из упругой в упругопластическую зону деформирования. Это подтверждается и данными метрологического исследования приводных роликовых цепей производства ведущих зарубежных фирм.

При исследовании ВДС деталей цепей, обусловленного действи. ем рабочей нагрузки, учтена неравномерность её распределения между отдельными деталями (прежде всего пластинами) и вдоль контактных линий путем введения соответствующих коэффициентов, для которых предложены необходимые расчетные зависимости.

Конструктивная форма деталей цепей влияет на их ВДС. Так, уровень напряжений в свертных роликах в 1,10...1,25 раза выше, чем в цельных. На уровень напряжений в свертной втулке оказывает влияние положение её шва. Рекомендуемое положение - в плоскости продольной оси звена с его внутренней стороны.

Исследование влияния размеров на ВДС деталей приводных цепей проведено на примере промежуточных пластин, являющихся одним из наиболее слабых элементов. Повышение их сопротивления усталости связано с изменением формы и размеров и многократные определением полей напряжений и деформаций. В качестве варьируемых величин приняты параметры, характеризующие форму проушины

I

пластин и соединение проушина-ось. Полученные результаты позволили осуществить предварительную оценку качества проушин с помощью объективных величин: коэффициента концентрации окружных напряжений и изменения массы лМ . Причем предложены обобщенные критерии качества, позволившие выявить влияние параметров проушины на статическую прочность и сопротивление усталости пластин.

С.Х

При оценке влияния точности изготовления на. уровень напряжений в деталях цепей установлено, что за счет селективной сборки напряжения уменьшаются на 25...ЗДЦ При установке промежуточных пластин с натягом уровень напряжений в них снижается на 25...50$. Зазор между внутренней и наружной пластинами влияет на ВДС всех деталей цепи. Так, для новой цепи типа НП при зазоре 0,7 мм уровень напряжений выше во втулке в 1,35... 1,40, в валике в 1,20...1,25 и в наружных и внутренних пластинах в 1,05. ..1,10 раза, чем при зазоре 0,01 мм.

Проведено сравнение результатов расчета напряжений в деталях цепей различными методами. При расчете ЫКЭ уровень напряжений, обусловленных действием рабочей нагрузки, во втулке ниже на 20...25$, во внутренних и наружных пластинах выше соответственно на 25...27% и 35...40% по сравнению с расчетами по формулам сопротивления материалов. В валиках значения напряжений практически совпадают. Выявлено, что для определения напряжений в валиках и втулках, вызванных натягом в соединении, можно применять математические модели, предложенные проф.Еидерманом В.Л.

Результаты проведенных исследований позволили установить количественное изменение ВДС деталей цепей в процессе эксплуатации вследствие приработки элементов шарниров. Так, у приработавшейся цепи из-за изменения характера распределения нагрузки в сопряжении и геометрических параметров напряжения в валиках в 1,8...1,9 раза выше, чем у новой цепи. Эа счет износа втулок, соответствующего увеличению действительного шага цепи до уровень напряжений в них, обусловленных натягом, возрастает в 1,40...1,45 раза.

Выявлено, что вследствие градиента температуры мезду наружной и внутренней поверхностями втулки и вдоль её образуыл-зй

максимальные растягивающие напряжения, возникающие в ней, могут составлять 20,. .605? от напряжений, обусловленных действием рабочей нагрузки.

Прсведено сравнение прочности приводных роликовых цепей в передаче и муфтах. Установлено, что в связи со спецификой наг-ружения предельная (разрушающая) нагрузка на цепь в муфтах типа МЦО и Щ/\ (муфта с двух!здной цепью), составляет 55... и 57...625£ её нагрузочной способности в передаче. Причем за счет приработки нагрузочная способность цепей в муфтах типа МЦО повыоается, а в МВД - понижается. Существённое влияние на Нагрузочную способность муфт типа Щ0 и КЦЦ оказывают радиальные смешения осей соединяемых валов, а нагрузочная способность цепей в муфтах типа ВДШ практически не зависит от такого смещения.

В процессе проектирования приводных цепей актуальным является вопрос оптимизации их конструкции, осуществляемой на двух уровнях, первый из которых - структурная и второй - параметрическая оптимизация. В работе поставлены задачи структурной оптимизации и приведена соответствующая математическая модель. Основой."параметрической оптимизации являются результаты исследования ЭДС деталей цепей. Показаны главные направления такой оптимизации.' В качестве примера рассмотрена методика параметрической оптимизации промежуточных пластин. Приведена соответствующая математическая модель, при этом целевой функцией является масса пластин с удовлетворением ограничений по прочности, жесткости и собственным частотам. Изложен алгоритм параметрической оптимизации рассматринаемкх деталей.

В шестом разделе "Проектирование звездочек и зубоформир> юоего инструмента" решена задача параметрической оптимизации

звездочек для скоростного цепного привода. Развит научные основы теории станочного зацепления нарезаемой звездочки и зубо-формирующего инструмента для обеспечения требуемых (оптимальных) выходных показателей звездочек применительно как к передачам, так и муфггам.

Рассмотрена структурная модель звездочки, где её параметры разделены на три уровня (группы). Параметры третьего уровня (самого низкого) - входные, второго - промежуточные и первого -выходные. К выходным параметрам отнесены величины, позволяющие сравнивать конструкции звездочек между собой и проявляющиеся при взаимодействии звездочки с приводной цепью.

Сформулированы требования к профилю зубьев звездочек и проведено сравнение существующих профилей. Показано, что по комплексу показателей для роликовых цепей наиболее целесообразным является вогнутый профиль, причем выходные параметры звездочек для скоростного привода могут быть улучшены за счет модернизации этого профиля. Заметим, что немецким стандартом регламентируются два профиля: соответственно для звездочек тихоходных и скоростных передач. Однако в нашей стране данный вопрос в такой постановке до последнего времени не изучался. Это касается и профилирования звездочек для цепных муфт.

Рассмотрена геометрическая модель звездочек. Уточнены наименования и обозначения геометрических параметров и формулы для их определения.

Предложена математическая модель оптимального синтеза звездочек. При выполнении параметрической оптимизации звездочек решен ряд геометро-кинематических и динамических задач. Для обеспечения надежной работы скоростных цепных передач не-, обходимо, чтобы ударные нагрузки и на детали шарик-

ров и пластины цепи были минимальны:

Fy = и Cas 6-~/nLrt и O.S U Scn S8 -~mln, (à) где U - произведение величин, не зависящие от параметров звездочки.

На рис.2 представлены графики завивимостей Fy и Р0г от угла 0 . f" Fi3,

a,s

О,Б

0,4

0,2.

О -IS 3(7 k5 60 75 В3грал Рис.2

Видно, что для обеспечения условий (6). 8 -^90°, причем в данном случае возможно лишь компромиссное решение. Варьируемыми параметрами являются fil, ô иТ,

При варьировании угла .Ji\ задача сводится к определению хордального шага iz ЗЕездочки, при котором обеспечивается требуемое первоначальное положение {fii=JiH > шарниров цепи на её зубьях, исходя из условия nin {таи ^ ), где £ - коэффициент скорости удара шарниров цепи о зубья звездочек, причем профиль зубьев - стандартный (по ГОСТ o9I-G9). Б работе решена данная задача. Показано, что звездочки должны нарезаться при отрицательном смещении инструмента. Предложены формулы

для абсолютного и относительного смещений. Разработан алгоритм и составлена программа для оптимального синтеза звездочек со стандартным профилем зубьев.

Получила дальне^пее развитие теория параметрической оптимизации профиля зубьев звездочек, впервые предложенная проф. Петриком А.А.. Для варьируемых параметров приняты такие зависимости: 6 = а,+в,/г; уъ~еи+6*/2; оай+6з/г, О!*- конечное значение угла профиля зубьев.

Причем определены значения величин а1,5, ¡йг.бз. и 03>6Л •

Оценена эффективность оптимизации профиля зубьев звездочек по изменению ударной нагрузки & Ру и разнице в уровнях звукового давления Сшума) передач, имеющих звездочки со стандартным и модернизированным профилями зубьев (соответственно индексы-"С" и "М")

*Р5*КЦс-Чн)/ЧсЭ-№%\ л1-геёд(1;е/$м). (7)

Значения &Ру и л/ в зависимости от числа зубьев, параметров профиля и первоначального положения шарниров цепи на зубьях звездочек приведены ниже:

г 20 25

Тип профиля I II I II

лРа", 7,7 15,9 11,2 20,6

AL.dE 0,7 1,5 1,0 2,0

Здесь I - профиль с оптимальными параметрами; II - профиль с оптимальными параметрами, обеспечивающий первоначальное положение шарниров цепи на зубьях звездочек при

Кроме того, решена задача оптимального проектирования звездочек для цепных муфт. Предложены соответствующие математические модели.

В целях реализации требуемых (прежде всего оптимальных)

выходных параметров звездочек разработаны научные основы теории станочного зацепления звездочки и инструмента.

Сформулирована прямая задача станочного зацепления, заключающаяся в синтезировании профиля зубьев звездочки при заданных параметрах инструмента и его положении относительно заготовки. Показано, что эта задача состоит из ряда частных вопросов: определения поло>:- :'.ния инструмента по отношению к нарезаемой звездочке; определения параметров действительного профиля и их сравнение со стандартными.параметрами и др.-Выявлено, что при нарезании звердочек, как правило, имеет место смешение исходного производящего контура относительно заготовки.

Параметры действительного профиля зубьев нарезаемой звездочки к зубофоршруюаего инструмента находятся с помощью математического аппарата теории огибающей в матричной форме, позволяющей решать как плоскую, так и пространственную задачи. В первом случае инструмент может быть в виде рейки или колеса. При этом для определения взаимного положения звеньев станочного зацепления используются известные уравнения преобразования координат. Для пространственной задачи связь радиус - векторов имеет вид {**}'\М/г\{п} , где |г(}, {г2} - столбцовые векторы координат X/, , 2< и у2 , ¿г >г\ - матрица пере-

хода от одной системы координат к другой. На основании этого выражения получена система уравнений, описывающих огибающую для случая плоской задачи. Её решение - параметры профиля зубьев нарезаемой звездочки при известных параметрах инструмента и его положении в процессе станочного зацепления- В соответствии с этим решением проведено сравнение действительного и стандартного профилей зубьев звездочек. В качестве критериев для сравнительной оценки профилей приняты линейные и угловые величины.

Кроме того, решена обратная задача станочного зацепления, заключающаяся в определении параметров инструмента, которые обеспечивают требуемые параметры профиля зубьев звездочек. Пред-локены соответствующее математические модели и алгоритм определения координат и угла профиля зубоформирующего инструмента.

В седьмом разделе "Расчет цепного привода по главным критериям работоспособного состояния" в соответствии с результатами решения геометро-кинематических и динамических задач и исследования ВДС деталей приводных роликовых цепей з передачах и муфтах разработана методика расчета основных деталей привода на сопротивление усталости и износостойкость. Причем расчеты выполняются в детерминистическом и вероятностном аспектах. Предложенные математические модели являются универсальными: они могут быть использованы для расчета по главным критериям работоспособного состояния основных деталей как муфт, гак и передач.

В работе предложены математические модели для оценки среднего ресурса цепи и звездочек в приводе, полученные согласно методу подобия при использовании в качестве исходного следующего выражения: 7, где I, СИ - расчетная и допустимая интенсивность изнашивания.

Изложены алгоритмы вероятностных расчетов цепного привода на сопротивление усталости и износостойкость, выполняемых в целях установления зависимости вероятности безотказной работы от конструктивно-технологических параметров привода и его основных деталей.

Для расчета гамма-процентного ресурса привода, обусловленного сопротивлением усталости деталей цепи, используется следу-

а а

ющая зависимость: РдЬьс, где ф - логарифм медианного ресурса цепи; - среднее квадратическое

отклонение логарифма ресурса цепи; 1/Р£ - квантиль, определяемая по заданной величине вероятности безотказной работы приводной цепи Р£ Причем величины и находим в

соответствии с графиком функции распределения ресурса цепи, построенного в предположении, что распределение ресурса цепи в приводе подчиняется логарифмически нормальному закону.

Кромр тот, приведены математические модели, позволяющие устанавливать предельно допустимую толщину зубьев звездочек по назначенной степени их изнашивания и определять степень их изнашивания по результатам обмера в условиях эксплуатации.

- Б восьмом разделе " Проектирование цепного привода" рассмотрен ряд вопросов, связанных с синтезом цепного привода, причем вагшое место в работе занимает решение задач оптимального проектирования.

Описана методика оптимизации цепного привода как динамической системы. Поставлена основная цель оптимизационного синтеза. При этом решаются задачи определения оптимальных структуры и параметров привода и оценки эффективности снижения колебаний и динамических нагрузок в оптимизированной системе. В качестве целевой функции принят коэффициент динамической восприимчивости Кб , предложенный проф.Житомирским Б.Е. и позволивший учесть весь спектр сил, действующих на детали привода. Приведены необходимые для этого математические модели.

Развиты вопрйсы оптимизации надежности цепного привода как системы. При этом используется метод динамического программирования. Рассмотрен вопрос выполнения оптимизации применительно к задаче вероятностного расчета привода на сопротивление усталости. Приведены математические модели, необходимые для определения надежности каждой подсистемы привода с целью обеспечения требуемой надежности системы при минимальных затратах ресурсов

Задача ограничена случаем нормального распределения параметров прочности и нагрузки на цепь. Эта методика является универсальной: она применима и к проектированию приводных цепей.

В соответствии с методикой оптимального проектирования ЦП, рассмотренной во втором разделе, приводится алгоритм такого проектирования.

Рассмотрена методика расчета ресурса приводной цепи в трансмиссиях ьапин. Причем в качестве примера приведены формулы для расчета ресурса деталей цепи при стационарном и нестационарном нагружении.

Среди большого числа параметров, оказывающих влияние ка работоспособное состояние приводных цепей, особое место занимает частота вращения ведущей (малой) звездочки Г) 1 . В работе приведены формулы, позволяющие определять предельно допустимое значение ; Л 1 ¿¡^ и скорости движения цепи для области ограниченной и неограниченной долговечности её деталей. Построены соответствующие графики.

Кроме того, рассмотрена в .качестве примера методика определения нагрузочной способности передач, обусловленной работоспособностью приводной цепи.'При этом получены формулы для определения передаваемой цепью мощности Рр , обусловленной сопротивлением усталости её деталей (роликов или втулок). В работе представлены графики зависимости Рр от и » Там

же приведены графики нагрузочной способности цепей, обусловленной прочностью пластин (или износостойкостью шарниров) цепи. Построив аналогичные графики, охватив все типоразмеры призодкых роликовых цепей и наиболее" используемые значения чисел зубьев ведущих звездочек, получим диаграммы нагрузочной способности цепных передач, подобные диаграммам, регламентируемым Амерк-

кансниы CANSJ В 29.1) и Международным (1 SO660) стандартами.

Одним из основных критериев эксплуатационного качества скоростных 1$1 являются виброакустические характеристики. В работе приведены математические модели, позволяющие в процессе синтеза Ц1 выбирать проектные параметры с учетом их влияния на указанные характеристики.

В это;.: Ki. разделе рассмотрены алгоритмы определения основных параметров, нагрузочной способности и предварительного Спроектировочного) расчета цзлных ыуфт, а таюпе технико-оконс-мпческих расчетов.

Разработана методика выбора оптимального типоразмера цепного привода, базирующаяся на результатах технико-экономических расчетов. При этом целевой функцией являются приведенные затраты, которые минимизируются.

Логическим завершением работы является созданная система автоматизированных расчетоз цепного привода. С этой целью разработана основная программа п SVN/\NM" позволяющая осущзстЕ лять анализ и оптимальный синтез цепных муфт. Дана схема алгоритма этой программ. Она состоит из пакета прикладных программ (проектных модулей), предназначенных для машинной реализации всего комплекса инженерных расчетов, начиная с определения параметров деталей (цепи и звездочек) цепных муфт (их входных параметров) и кончая структурно- параметрической оптимизацией этих изделий. Дано наименование и описано функциональное низна. ченке каждой из программ.

Основная программа позволяет представить (по желанию поль< г о вате ля) выходные параметры исследуемых муфт по одному из вариантов: первый - печатаются выходные параметры одной »¿уфты, д которой приведенные затраты Сг - минимальна, второй - печатаются параметры всех исследуемых муфт в пор яда возрастания

приведенных затрат для последующего их анализа проектировщиком.

В девятом разделе ''Практическая реализация результатов исследования и перспективы развития цепного привода" рассмотрены вопросы, связанные с практической реализацией результатов комплексного исследования цепного привода, оценкой его технико-экономической эффективности и прогнозированием главных направлений совершенствования конструкции цепей, звездочек, передач и муфт, а также с перспективой развития процесса их проектирования.

На основе созданной системы автоматизированных расчетов разработан ряд нормативно-технических документов, в частности новая редакция ГОСТа и руководящий документ по цепным муфтам. Кроме того, эта система использована при проектировании и изготовлении цепных муфт для ряда промышленных предприятий. В работе в качестве примера рассмотрена конструкция муфт типа ЫЦДВ. Эти муфты прошли промышленные испытания в нефтедобывающих организациях объединений Тат- и Укрнефть. Наработка муфт составляет 25 тыс.ч.

В работе проведено сравнение выходных показателей разработанных муфт типа МВД и аналогичных муфт производства ведущих зарубежных фирм. Полученные данные свидетельствуют о том, что показатели муфт, нормируемые'ГОСТом, находятся на уровне, соответствующем современным требованиям.

Кроме того, в соответствии с результатами исследования подготовлен материал для разработки первой редакции руководящих документов, в которых содержатся рекомендации на методы расчетов, изготовление, испытание и эксплуатацию цепных передач буровых установок.

Рассмотрены перспективы развития конструкции, расчетов н проектирования цепного привода. Сформулирована основные направления совершенствования процесса синтеза цепных муфт и передач и их подсистем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты выполненного' комплексного исследования позволяй определить и сформулировать научные положения, совокупность который моею рассматривать как научно обоснованные решения, иыещие шютое народно-хозяйственное значение:

I. ОЗоснованы и разработаны методология комплексного исследован:'.:: и нау^ас-прикладные положения по создгнна и совершенство-вошпз сяорссгчого цепного привода, базирующиеся на системно-струк-подходе к синтезу передач и муфт к принципах функционально-'д»'С/И-'ос"?ного ьиалиэа атах изделий.

•?.,. В соответствии с предложенными математическими кодсляыи

как я передачи, разделены на низко-, средне-' к шгсо-ьоск9рзгг>~ч'-» отдшчащкася ввдшах отказов к катрузочло£ способ-

¡гПС^ЬЭ,

Приведена формула интегрального критерия, который ыоевт быть ракоииадокш для предварительной оценки качества конструкции, прое •пфовалня, к.чгоголепия и окепдуагацш передач и !ффт.

Развита методика физического и математического моделирования процессов, сопрогоядагщюс работу скоростного цепного привода.

ирхугоьгена адекЕаишэ математические модели для проведения гхо'гас:-^:: расчетов (геойврро-хсшеиатичесгапс, ккнегосташчзсзак, дклг-ютгск::х, по главным .критериям работоспособного соетолшш и д{ целны;; передач и куфг, в основу разработки которых положены соире-ыишшв 4уяда>!С-ктаАгель:^цо метода и п слоган ил теории зубчатого и цег наго щккездной теории колебаний, строительной кехшшг

гйорих упрогосги а пласгг-гсностк» сопротивления усталости, теории Еераяшссзгей и математической статистики и метода оптимизации.

4«, Разработана структурная модель приводных роликовых целей как скагсгз». Подутгены математические модели :гх выходных параметра; Указана гдавкыэ направления повышения качества, в том числе основ-

низ кснструкглЕИО-тохнологнческие пути повышения технико-эксноми-чес:етс показателей этих изделий. Развиты задачи гценка их точност кых ^арактертстик.

Получек я реализованы в норматигно-тежических документах основополагающие результаты НДС деталей прпзодннх цепей, выполненного в соответствии с их конечно~элементнк.а моделями, обеспечивающими решение кап плоских, так и объемных осе- и кососкмметричных задач при упругом и упругопластичесхсм деформироБанзм. Численный метод впервые использован при расчете всех деталей приводных цепей с учетом: их реальной геометрии и точности изготовления; предварительного НДС. обусловленного ППД и соединением с натягсм; распределения нагрузки между несущими элементами цепи и других факторов, оказывающих влияние на сопротивление усталости цепей.

Проведена сравнительная оценка прочности приводных роликовых цепей в передачах и муфтах. Показано, чго нагрузочная способность цепей в муфтах типа МЦО и ЫЦД составляет соответственно 55. и 57...69% их нагрузочной способности в передаче; вследствие приработки нагрузочная способность цепей в муфтах МЦО повышается, а в МЦД - понижается.

Разработан алгоритм структурной оптимизации конструкции приводных цепей. Создана методика параметрической оптимизации приводных роликовых цепей, базируемаяся ка результатах комплексного исследования НДС их деталей.

5. Разработана методика оптимизации конструкции звездочек для скоростного цепного привода. Оценена эффективность решения оптимизационных задач, заключающаяся в заметном снижении ударных нагрузок и уровня звукового давления и повышении предельной частоты вращения звездочек и нагрузочной способности привода. Разработаны математические модели станочного зацепления, являющиеся единых::! для профилирования зубьев звездочек передач я муфт и погполяющиз

синтезировать профиль зубьев при заданных параметрах зубоформирую-аего инструмента и решать задачу определения параметров инструмента, необходимых для обеспечения требуемых (оптимальных) параметров профиля зубьев звездочек,

6. Предложена методика оценки нагрузочной способности цепного привода но главным критериям работоспособного состояния, являющаяся единой длл передач и муфт. Установлено, что нагрузочная способность муфт типа ЩО - наименьшая, а типа ЫЦПВ - наибольшая.

Разработаны ыа5ёк£ЛиЧеские модели расчета ресурса цепного привода, Установлено, Чго наработка цепных муфт, спроектированных в со-сгастсгвки с предяокентйж моделями, составляет 25 тыс. часов в условиях проявленных испытаний, что превышает в ¿...4 раза ресурс адьтернсл.-тЕлюс ьуфт.

7. ¿пэрша разработана система автоматизированных расчетов цеп кого привода, обеспечивающая его синтез с выполнением на основе экс неыико-ыатематических моделей процедуры структурно-параметрической оптимизации и позволяющая заменить проведение большей части натурнь испытаний машинным экспериментом, сократить сроки проектирования, ускорить процесс внедрения новых образцов цепного привода. Часть разработанные программ передала закигерисованным организациям.

в. На основании результатов исследования с участием автора ра; работоны, изготовлены и испытаны образцы новых конструкций приводи] цепей и модернизированных звездочек для скоростных цепных передач, а таизе цепных муфт. Конструкции всех этих изделий защищены авторе

МИ ЕИДйТСЛЬСТВаМИ.

Результаты настоящей НИР реализованы в рДДЗ нормативно-технических документов. Экономическая эффективность внедрения разульта-50В каущю^исследовательской работы составляет 1,5 млн. рублей.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Учаев H.H., Верпаховский Ю.С. О влиянии ударов на натязе-

е

ние ведущей ветви пр::водной цепи // Изв.вузов. Машиностроение. 1973. ЯЗ. С.37-42.

2. Учаев П.Н., Верпаховский JD.G. К вопросу о соударении шарниров роликовой цепи с зубьлмл звездочек // Механические передачи. - Ижевск: 1973. - Вып.5. C.I04-I20.

3. Учаеэ Л.Н. Расчет роликовых приводных цепей на долговечность // Вестник машиностроения. 1974. Jf6. С.42-46.

4. Учаев H.H. О нагрузочной способности приводных цепей // Изв.вузов. Машиностроение. 1975. №3. С.ГЗ-17.

5. Фот А.П., Учаев П.Н, К выбору параметров цепной передачи // Изв.вузов. Машиностроение» I960. »Ö.C.I57-I58.

6. Фот А.П., Учаев П.Н., Яковлев Б.В. О шуме передач с зубчатыми цепями // Изв.вузов. Машиностроение, I960. №12. С,4б^48.

7. Фот А.П., Учаев П.Н. О путях снижения щума цепных передач JJ Вестник машиностроения. 1981. J/6. C.29-3I.

8. A.c. №844857 (СХР). Пластинчатая цепь /А.П. Фот, П.Н. Учаез, К.П. Нуков. - Опубл. в Б.И. №25. 1981.

9. Новая конструкция пластинчатой цепи / А.П. Фот, П.Н. Учаев, К.П. Дуков, В.П. Ковалевский // Вестник машиностроения. 1962. S3. С.40-41.

10. A.c. J? 937834 (СССР). Цепная передача / П.Н. Учаав, А.П. Фот. - Опубл. в Б.И. Р23. 19Ш.

11. О точности приводных цепей повышенной нагрузо<шой способности / К.П. Дукоэ, З.П. Ковалевский, B.C. Тулкнкин, П.К. Учаев // Повышение надежности работы передач с пластинчатыми цепями: Сб.научн.трудов - М.: ШИИПТуглемащ. 1962. 0.88-96,

12. А.с. л- 1000633 (СССР). Цепная передача о безударным зацеплением / П.Н. Учаев, А.П. йог. - Опубл. в Б.И. ¡te. 19ЬЗ.

13. Учаев П.Н., Ковалевский В.П. Особенность кинематики передач;! цепь-a повышенной нагрузочной способности // Изб.вузов. Ыакин о с троен и а. 1983. Н. С. 17-19.

14. Ковалевский В.П., Дисицкий И.И., Учаев П.Н. 0. возыожност: снижения динаыичгзких нагрузок в репных передачах буровых установок У/ Тезисы докладов на третьей Всесоюзной конференции по дина-шке прочности и надежности нефтепромыслового оборудования. - Баку: ХЭэЗ. С.19.

.15. О созыожности использования цепных ыуфт в приводе насосного агрегата ЩС-180 / П.Н. Учаев, B.C. Цыганов, В.П. Ковалевски! и др. // Тезисы докладов на третьей Всесоюзной конференции по динамике, прочности и надежности нефтепромыслового оборудована. -Баку: 1383. С.47-48.

16. Еуков К.П., Ковалевский В.П., Учаев П.Н. К вопросу проек тированкя передачи роликовой цепью повышенной нагрузочной способности // Цепные передачи и приводы: Межвузов, сб. - Краснодар: Краснодарский политехи, ин-т. 1983. С.108-116.

17. £у;сов К.П., Ковалевский В.П., Учаев П.Н. Оптимизация фор мы и размеров пластин приводной цепи повышенной нагрузочной способности // Изб.вузов. Машиностроение. 1984. М. С. ¿£-35.

Ib. Учаев П.Н., Козалевский В*П.. Напрязенно-деформировакное состояние пластин приводных роликовых цепей // В кн.: Расчеты на прочность. -Ы.: Машиностроение. 1984, - Bun. 25. С.26-102.

19. Учюв П.Н., Цыганов B.C., Пкцик Г.й. Особенности нагруЕ« mal элементов цепи в передаче и муфте J J Детали малин: Респ. мсг-аел.ииучн.-техн.сб. - К.: ТехнЬса. 19Ь5. - Вып. 40, С.26-29.

J7

20. Тарабасов Н.Д., Учаев П.Н., Цйганов B.C. Напряженно -^сформированное состояние элементов цепи типа ДР в передаче и О'фте J J В кн.: Расчеты на прочность. - II.: Машиностроение, ,985. - Вып. 26. С. SO - 95.

21. Учаев П.Н. Лисицкий И.И., Жуков К.П. Геометрические па -1аметры звездочек цепных передач и муфт // Вестник машиностроения. 985. # 12. С. 32 - 33.

22. Учаев 2.Н., Лисицкий И.И. Методика определения КПД :омпенсирукдих муфт // Теория механизмов и машин. Респ. мездувед. ауч. - техн. сб. - Харьков: Вица школа. 19ъ5. - Выл.39. С.126-130.

32. Учаев П.Н. Статическая прочность и жесткость цепных муфт '/ Расчеты элементов конструкций на прочность и жесткость:Ыежвуз. б. науч. тр. - М. Мосстанкин. 1985. - Вып. 7. С. 121- IX.

24. Учаев П.Н., Лисицкий И.И. Сравнение действительного и еоретического профилей зубьев звездочек для роликовых и втулочных епей // Теория механизмов и мышш: Feen, ыездувед. научн. - техн. 5. - Харьков: Вица школа. 19й6.~ Вып. 40. С. 105 - 109.

25. Учаев П.Н., Лисицкий И.И., ТкаченкоВ.Н. Коэффициент олезного действия цепных цуфт// Изв. вузов. Машиностроение. 1986.

5. С.46 - 50.

26. Лисицкий И.И., Учаев H.H., Еуков К.П. К проектировании уборезного инструмента и звездочек цепньк передач// Изв. вузов, алшностроение. 1966. В6. С. 47 - 52.

27. A.c. * 1263930 (СССР) Цепная муфта //П.Н. Учаев, А.Н. Тру -ов. - Опубл. в Б.И. » За. 1966.

28. Учаев П.Н., 2уков К.П. Методика автоматизированного роектирования цепных передач // В кн.: Проблемы автоматизирован -эго проектирования н изготовления в машиностроении. - М.: Uocciav: • т. 1986. С. 154 -160.

29. Тарабасов Н.Д., Учаев П.Н. Оптимизация конструкции приао,гл цепей // В кн. Расчеты на прочность. - Ы.: Машиностроение. I9üS. Вып. 27. С. 48-52.

20. Кург.лов М.А., Привалов В.В., Учаев П.Н. Автоматизация прозктировьния - средство повышения надежности аппаратов //Тезись: докладов Всесоюзного совещания "Повышение эффективности и надек -носги нашин и аппаратов в основной химии. - Суш.: 1986. С.8. '

31. ¿'чаов П.Н., Цыганов B.C., Привалов Б.В. Влияние параметров соединения деталей на надежность машин и аппаратов / Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Повышение эффективности и надег -НОСТН И &П5GВ С ОСНОВНОЙ CjT»IUI• • 1985. с. 9.

3d. Методика статических испытаний компенсирующих муфт / П.Н.Учаеь, П.СДыганов, А.Г.Пляхтур и др. // Детали машин: Респ. менвад. науч.- Техн. сб. - К .: Техн1ка 1967. - Вып. 44. С.21-26.

33. Учаев П.Н., Учаева К.П. Силовой расчет цепных муфт// Дета машин: Респ. ыеавед. науч. - техн. сб. - Киев: Техн1ка. 1987. Вып. 4.. С. 64 -68.

34. Учаев П.Н., Лопоногов Н.Г. Кинематика привода с цепными куфтош // Теория механизмов и машин: Респ. ыездувед. научн. - т сб. — Харьков: Вища школа. 1987. - ЕЬш. 42. С. 75 - 77.

35. Тарабасов Н.Д., Учаев П.Н. Цепные цуфты. Проектирование, изготовление и эксплуатация. - Ы.: Ь^адиностроение. IS87. - 255 с

25. Учаев П.Н., Цыганов B.C. К расчету соединений типа проушина - ось на прочность // Изв. вузов. Машиностроение. 1987. В 5 С 3- 7.

37. Цепные муфты привода насосного агрегата ЦНС - IttQ /П.К.У«; В.СДЫганов, Б.Н.Ткаченхо и др. // Химическое и нефтяное машино строение. 1987. № 9. С.Ц-13.

38. A.c. )? 1345868. Цепная цуфга // Ii.И. Учаев, А.М.Давренко, К.П.Учаеза. к др. - Опубл. и Б.И. Г- 39. 1987.

39. Учаеа П.Н. Методика выбора цепных муфт // Изв. вузов. Машиностроение. 1987. П 10. С. 35-39.

40. Учаев H.H. Цепные цуфты в приводе машин // Вест-лик ма -скностроения. 1968. 1? 7. С. 22 - 25.

41. Учаев E.H., Цыганов B.C., Братко Л.В. Напряженно -деформированное состояние деталей соединения типа проушина - ось // Динамика и прочность машин: Респ. меядувед. научн. - техн. сб. -Харьков: Вица пкола. 1988. - Вып. 47. С.II-16.

42. Учаев П.Н. Нуфты с одно - и двухрядными роликовыми цепями //Детали машин: Респ. мездувед. научн. - техн. сб. - К.:Техн1ка. 1988. - Вып. 47. С. 36 - 41.

43. Учаев П.Н. Методика автоматизированного проектирования депных муфт // Технология и автоматизация машиностроения. Респ. кендувед. научн. - техн. сб. - К.: Техн1ка. 1968. - Бьш. 41.

3. 115 - 119.

44. Упругая и упругоплаетическая задачи для сценки нагрузоч -ioft способности соединений пластина - стержень //Учаев П.Н., Цыганов B.C., Ремнев А.И. и др.// Химическое и нефтяное ыашино -:троение. 1988. JP II. С. 7 - 9.

45. Учаев П.Н., Цыганов B.C. Сравнение прочности приводных роликовых целей в передачах и ууфтах //Еесгник мапинсстроения. [989. » 7. С. 31 - 34.

46. ГОСТ 20742 - 81 "Муфты цепные. Типы, основные параметры

I размеря"/В.И.Гошжов, В.Д.Клиыенко, П.Н.Учаев, В.Н.Ткаченко. -I.: Госстандарт СССР. 1989. 14 с.

47. Учаев П.Н., Учаева К.П. Елиянкв посадки на нагрузочную :пособность соединения типа проушина - ось//Детали машин: Респ. [евдувед. научн. - техн. сб. - К.: Техн1ка. 1988. - Вып. 46

;. 59 - 63.

4э, Учаев П.Н,, Цыганов В.С. Повышение нагрузочной способности шарнирных соединений // Динамика и прочность машин: Респ. ыекдувед. научн.-техн. сб. - Харьков: Вица школа. 1969.- Вып. 50 С. 27-31.

49. Учаев П.Н. Принципы повыпегаш качества приводных цепей //Кимичес;:ое и нефтяное машностроение. 1990. № 6. С. 17 - 20,

50. Учаев Г.Н., 1кковецкий С.И., Ткаченко В.Н. Проектирование звездочек скоростных цепных передач // Химическое и нефтяног машиностроение. 1990. Е II. С. 25 - 27.

51. УчаеЕ П.Н. Коэффициент полезного действия цепных передач У/ Детали машин: Респ. мекдувед. научн.-техн. сб. - К.: Тех-и!ка„ 1991. - Вып. 53. С. 3-7.

52. А.с. К 1687953 (СССР). Цепная ьуфта / П.Н. Учаев, В.Н. йдров. - Опубл. в В.И. и 40. 19Э1.

53. Учаев П.Н. функционально-стоимостный анализ и синтез деталей машин / Тезисы докладов Всесоюзной науч.-метод, конфере ции. - К.: 1991. С. 104.

54. Учаев Д.Н. Влияние центробежных сил на нагрукение деталей и машин: Респ. иездувед. научн.-техн. сб. - Харьков: Виз^ пксла. 1992.- Выа. 50. С. 126 - 132.

Подписано к печати 3.07.92г.

Сумм. тип. ПО "Электрон". з7/0т.1£0 ЭКЪ,