автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Теоретические и экспериментальные основы проектирования планетарных шариковых и роликовых передач

РГ8 ОА

и мл ш ин

Н.ч кранах рукописи

ПАШКЕВИЧ Михаил Фсдоршшч

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЛАНЕТАРНЫХ ШАРИКОВЫХ И РОЛИКОВЫХ ПЕРЕДА1!

0o.02.02 — Мшшгиопелспнс и детали жншш

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технически* наук

Работа выполнена в Могиленском машиностроительном институте.

Официальные доктор технических наук, профессор оппоненты: Акрапетов Э. Л.

доктор технических наук, профессор Скоибеда Л. Т.

доктор технических наук, профессор Благодарный В. М.

Ведущая организация — Конструкторско-тсхнологнческнп институт средств механизации и автоматизации с опытным производством Белорусского республиканского научно-производственного объединении «Комплекс».

Защита сосюится 29 октября 1993 г. в 14 часов на заседании специализированного совета Д 006.27.01 Института надежности машин Академии наук Беларуси »о адресу: 220732, Минск, ул. Ф. Скорнны, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью, просим выслать по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан 15 июля 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических паук,

старшин научный сотрудник В. А. Андрняшин

© Институт надежности машин Академии наук Беларуси, 1993.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТН

ктуальнс

ггро^лемгГСжстекие материалоемкости ма-

пин и трудоемкости их изготовления является ешкной задачей конструкторов, занятья созданием новой техники. Решение ее может быть облегчено при использовании малогабаритных механических передач, особое место среди которых занимают планетарные шариковые и роликовые передачи.

Достоинствами таких передач является их компактность,удобная компоновка, обусловленная соосностью валов, простота конструкции, низкая трудоемкость изготовления, возможность обеспечения больших передаточннх отношений в одной ступени и ряд других.

Несмотря на свои достоинства, такие передачи находят пока ограниченное применение в практике машиностроения. Причиной этого является отсутствие основ их проектирования.

Сушествуотие разработки в этой области бнлк направлены преимущественно на создание отдельных конструкций планетарных шариковых передач и исследование их параметров. Однако общего метода построения таких передач, их систематизации, общей методики расчета, которые могли бы обеспечить дальнейшее их совершенствование и применяться при проектировании, не разработано. Для расчета планетарные роликовых передач, впервые созданных автором настоящей работе и представляющих собой дальнейшее развитие и усовершенствование шариковых передач, такой методики также не существует. Кроме того, существующие методы расчёта как традиционных передач, так и передач новых типов учитывают, как правило, установивпгийся режим, или статические условия нагружения. Отклонения реальных условий, работы от статических учитываются коэффициентом динамичности, который определяется весьма, приближенно. Это часто приводит либо к излишне большой металлоемкости передач, либо к их недостаточной надежности. А испытания, предусмотренные соответствующими стандартами, также проводятся при статическом нагрухении и не способны оценить соответствие динамических свойств передач конкретным условиям эксплуатации.

Таким образом, создание теоретических и экспериментальных основ проектирования планетарных шариковых и роликовых передач является актуальной научной проблемой, решение которой будет

. ' I

способствовать более широкому применению таких передач в машиностроении.

Исследования выполнялись в соответствии с планами НИР Минобразования Республики Беларусь и заданием 04 Республиканской научно-технической программы 71.01р, утвержденной Советом Министров РБ на 1991-1995 годы.

1.2. Цель исследований - создание новых типов и научно-технических основ проектирования планетарных передач с шариковыми

и роликовыми сателлитами.

1.3. Задачи исследований:

- разработать методологию построения планетарных париковых и роликовых передач, создать на еВ основе новые типы таких передач и провести юс систематизацию то структуре и кинематике;

- разработать единую методику,/алгоритмы и программы расчета рад-личных типов планетарных'передач с шариковыми и роликовыми сателлитами, включающую кинематические■и геометрические расчеты, анализ нагруженности звеньев и прочностные расчеты;

- - создать современные средства и методы испытаний передач,,позволяющие оценить статические и динамические свойства передач, а также фактическую нагруженность их звеньев при различных условиях работы; /

- провести сравнительный .анализ, планетарных париковых и роликовых передач различных типов и экспериментальные исследования типовых конструкций для -определения их основных эксплуатационных свойств; * . , .

- разработать практические рекомендации по повышению техническо- . го уровня, проектирован™, изготовлению и эксплуатации планетарных шариковых и роликовых передач.

I

1.4. Объекты исследований - планетарные шариковые и роликовые передачи различных типов и конструктивных исполнений. -

, 1.5. Методика исследований. В работе использованы элементы теории кулачковых механизмов,- теоретической, механики, теории машин и механизмов, теория пластин и оболочек, осковы, дифференциального и интегрального исчислений, линейная алгебра, теория ве-2 '

роятностей и теория автомати'ческ№^'правлет!яг^рй_15ксп?рмман-тальньг^шоследлеаниях~~йтоНзоваиы методика и специальны® стенды для испытаний, разработанные автором и признанные изобретениями, в которых использовалась современная контрольно-иомери-тельная аппаратура, электронная и электронно-оптическая техника. Разработанные методики расчета и испытаний планетарных передач ориентированы на использование вычислительной техники класса персональных ЭВМ ( ЕС 1840, ЕС 1841, IBM и др.).

1.6. Научная новизна.

- разработан метод построения планетарных шариковых и роликовых передач, на основе которого созданы новые типы таких передач, объединенные в единую по конструктивным и кинематическим признакам группу;

- сформулировано свойство соответствия профилей кулачков, образующих планетарную передачу, и доказана возможность использования для образования дорожек для сателлитов самых,разнообразных периодических кривых;

- установлен закон неравномерного распределения нагрузки по параллельным силовым потокам, й выявлены особенности нагружения звеньев планетарных шариковых и. роликовых передач системами враиаюшихся совместно с ведущим валом сил;

- созданы современные методы и средства испытаний передач, позволять оценить-статические и динамические свойства передач, а также определить фактическую нагрутанность их звеньев и оптимальный эксплуатационный режим работы как при постоянных нагрузках, так и в условиях переменного нагружения;

- созданы устройства и универсальный способ деления момента между рядами Еысоконагруженннх планетарных шариковых и роликовых передач при их многорядном исполнении;

- разработаны методы повышения технического уровня планетарных шариковых и роликовых передач, включающие повышение нагрузоч-. ной способности, устранение дисбаланса врашаюшихся масс, а также упрощение' изготовления периодических дорожек-для сателлитов на основе их аппроксимации участками прямых, или окружностей чередующегося наклона.

Новизна технических решений подтверждена 50 авторскими

свидетельствами на изобретения или решениями Российского патентного ведомства (НШГПЭ) на выдачу авторских свидетельств и патентов.

На защиту выносятся следующие положения: ■

- метод построения планетарных шариковых и роликовых передач, основанный на синтезе кулачковых механизмов;

- новые типы планетарных передач одноступенчатого, двухступенчатого V. многорядного исполнений с ¡париковыми и роликовыми сателлитами и различными типами периодических дорожек;

- закон неравномерного распределения нагрузки по параллельным силовым потокам и схемы нагруасения звеньев передач;

- методики, алгоритмы и программы расчета параметров одноступен- . чатых, двухступенчатых и многорядных ¡париковых и роликовых передач;

- методы и средства исследования статических и динамических 'свойств передач и оценки фактической .'нагруженности их звеньев при различных условиях работы;

- результаты экспериментальных исследований планетарных шариковых и ролико.вых передач;

- практические рекомендации по повышении технического уровня, проектировании, изготовлению и эксплуатации планетарных шари-

. ковых и роликовых передач.

1.7. Реализация работы. Основные результаты исследований реализованы путем.внедрения методик расчета планетарных шариковых и роликовых передач в инженерную практику при принятии к производству новых типов редукторов для нужд промышленных предприятий, использования данных-методик в технической литературе ' другими авторами, создания■стендов для исследования редукторов при статическом нагружении, а .также стендов для исследования динамики и нагрузочного режима редукторов, использования в учебном процессе студентами- при изучении дисциплин " Основы конструирования машин", " Основы расчета,.проектирования и эксплуатации технологического оборудования", а также при курсовом и дипломном проектировании. - . ; '

Учебная дисциплина "Основы динамики технологических систем" также .ориентирована на использование методов исследования

4 '''.•'••

д::к£мчки, разработанных г? диссертация.

1.0. Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались ка ежегодных научно-технических конференциях Моги-левского кашиностроигельного института, начиная с 1982 года; •на Республиканских научно-технических конференциях (г.Минск, 1982, 1985).; на Всесоюзном симпозиуме с участием специалистов стран - членов СЭВ " Нормирование прочности и ресурса высоко-нагрузенннх калин" (г.Владимир, 1986); на Всесоюзной научно-технической конференции " Развитие реконструкции и производства зубчатых передач" (г.Свердловск, 1989); на региональной научно-технической конференции " Нестандартное оборудование, оснастка, механизация и прогрессивная технология ».^апиностроительного производства" (п.Владимир, Г989); на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания и эксплуатации испытательной техники" Сг.Иваново, 1992); на Всесоюзной научно-технической конференции "Развитие перспективных типов зубчатых передач" (г.Свердловск, 1990); на областных научно-технических конференциях.

В 1990. г. на Выставку достижений народного хозяйства Республики Беларусь был представлен планетарный роликовый редуктор, разработанный по результатам диссертации. Экспонат был награжден дипломом I степени.

1.9. Практическая ценность. Применение париковых п роликовых . передач снияает материалоемкость приводов машин и механизмов, трудоемкость изготовления этих приводов, расход" дорогостояща металлов, упревает конструкцию привода и машины в целом за счет удобных коягшовочннх решений, а также снижает затраты на техническое обсаугп^зние и ремонт при эксплуатации.

Разработанные основы проектирования планетарных париковых и роликовых передач позволяют сформировать их оптимальные параметры, соответствующие мировому уровню по относительной кассе.

Использование созданных в работе методов и средств исследо- . ваккя внутренних свойств.передач и оценни фактической нагружен-норти ях звеньев'при постоянных и переменных нагрузках позволяет 'реализовать в приводах маиин и механизмов передачи с наиболее экономичными показателями*

1.10. Публикации. Осносные шуадп® резул-таты, полученные е диссертации, опубликованы ь союзных и республиканских I,-зданиях. По теме диссертация автором написано 95 работ, из нкх одна монография, две брошорн и 50 авторских свидетельств на изобретения.

1.11. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, обаих выводов, списка литературы к приложения. Она содержит 499 страниц машинописного текста, в том числе 170 рисунков и 19 таблиц. Приложения, содеряагие 75 страниц, включает документы о принята« разработок к использовании, программы к некоторые результаты расчета редукторов на ЭВМ.

2. СОДЖАНИЕ РАБОТЫ

/ /

2.1. СОСТОЯНИЕ Ргу^УКГОРОСТРОЕКЩ НА ОСНОВЕ ШАНЕГАРНаХ ШАРИКОВЫХ И РОЛИКОВЫХ П2РВДАЧ В НАЧАЛЕ 1990-Х ГОДОВ /

Использование тел качзнкя для передачи нагрузки имеет ею- ' летнш история. /

Передача с промежуточными телами для параллельных валов была предложена П.А.Зараном, ,и сведете о ней появились в печати в 19.61 году. Передача содержала два^набора зацеплякгокся париков, связанных с ведущим и ведомьгл валами посредством пайб.

Аналогичная передача для параллельных Еалов с шариковым;; . променуточнкми телами бьша предложена А. И. Нечаевым б 1363 году. Позже, е"1568 году, появляется париковые передачи для Еалов с пересекезозимися осями и ияогоступенчатые передачи для параллельных валов. Еирокие исследования таких передач провел А.Е.Беляев.

Фрикционные шариковка передачи'различных конструкций, в основе которых лекит использование парикоподшипни^в с назимными устройствами,' исследовались Д.И.Гасяжом, В.И.Стадниченко, Сегпу Л. и др. Эти передачи имеют нестабильное передаточное отношение, а потому находят ограниченное применение.

Эксцентриковые шариковые и роликовые передачи появились в начале 60-х годов. .Известно большое количество конструкций таких передач. Их идея состоит в получении планетарного движения рас-

полоя:?н>!г/х а обпем сепаратора еаоикэз ил» родикод пр? яяяимп-.——

пала эксцентриком и яеподажгаки центральна колесо» с профильной поверхкостьо. Такие передает наиболее полно исследовал б.П.БртовецкиЯ.

Планетарные передач!-! с пространственная (винтовыми) до-рожкгми для даров - сателлитов и кгыалами возврата пгзроз бвлк зперякс предложены я 1964 году В.3.Воробьевым. 3 i960 году З.К.Киров (Болгария) предложит пространственны-« дороги для шаров выполнять яамкнутнн на цилиндре, т.е. зигзагообразными с:-гм->.:отрично прорззкм сепаратора.

3 70-80-х годах был прэдлозен ряд нов?-пс цилиндр;<ческ:ос передач с пространстве™!?™ дорокканш для саров-сателлитов, которые иди снабязлись канала»та возврата заров, или здаолняяись зам-кнутыуи, зигзагсобрашдаи. Зги передача разрабатызали к исследовали E.H.Стрельников, Б. И. Измайлов, Р.М.Игкати^эз, Д.М.Макарович, TUfnham Willi au» frsdsrick , Frey Karl , Li.Wann, Отава ДзЮК-дзи, Яда Цунедзи, Нагасава Нлеси, Косучу Исао, Мимура Кзндзи и др.

Планетарные передачи с плеехгм'л доро.тками и каналами возврата для саров-сателлктов появились' поззе цилиндрически. Такие передача были предложены В.Н.Стрельниковы.! в 1Э71 году. С начала 1980-х годов они выполняются с дорэякауга на торцовых поверхностях дкекоз, очерченный замкнут*".;:! перяод:язскими кривыми различных типов.

Недостаток планетарных ¡париковых передач с замкнутыми дороя-ками ка цилиндрах состоят в низкой технологичности охватывающих обойм. Плоские передачи лииены этого недостатка, однако им при' суке наличие расклиниваавдх усилий, действующих з осевом направлении передачи. Этот недостаток нам удалось устранить, заменив сариковке сателлиты роликовыми.

Впервые шгоскуи планетарную передачу с роликовыми сателлитами мы предложили в начале 1985 года, и 'к настоящему времени создали ряд конструкций таких передач, обладающих rfe только отсутствием расклинивающих усилий, но и уменьшенными габаритами и повышенной загрузочной способностью по сравнен:® с париковыми передачами.

В научно-технической литературе имеются сведения об использовании планетарных шариковых передач или единичными экземпляра-

ми, или небольшими опытными партиями, как это икает место, например, в буровой -технике. Серийно этк передачи на производятся. Все расчетные зависимости получены для условия статического н&г-рунения. Отличиз фактического релиыа работы передачи от статического, переменный характер нагрузок на вторичном валу передачи при расчете не учитываются. Не учитываются также динамические свойства передач, присущие их конкретному конструктивному исполнении.

Заметим, что динамические свойства зубчатьк передач, при их подборе для конкретных условий эксплуатации такке не учитываются. Это? учет при выборе стандартных редукторов ограничивается определением коэффициента режима работы, при помощи которого определяется затем эквивалентный момент на тихоходном валу, являющийся основным параметром-подбираемого редуктора. Однако это ке имеет ничего общего с динамическими свойствами редуктора, определяемыми его передаточной функцией и частотными характеристиками . Отсутствие такого учета динамических свойств приводит к одинаково нежелательным.последствиям - или неоправданно завышенному козф-фициенту запаса, или созданию ненадежного привода.

Такта образом, создание основ проектирования пданзтарЕИх шариковых и роликовых передач различных типов, способствующих далвнеШзему их- соверпенствованив, относится к разряду взкнейаих. проблем в деле их освоения как в рамках опытных образцов, так и на уровне серийного производства. Решение этой проблемы, которой посвящена настоящая диссертация, проводилось не только на основе работ,-посвященных непосредственно шариковым и роликовым передачам. Были использованы достижения многих отечественных ученых и конструкторов, внесших большой вклад в разработку теории, раската и конструирования традиционных передач. .

2.2.. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ И ШШИАТШЕСКОГО РАСЧЕТА НОВЫХ ТИПОВ ПЛАНЕТАРНЫХ ШАРИКОВЫХ И РОЛИКОВЫХ \ ПЕРЕДАЧ

Разработан общий.метод построения планетарных шариковых и роликовых передач, базирующийся на анализе принципа работы таких передач и состоящий в том, что всякая'простейшая планетарная

8

передача с сателлитами в виде шариков иди роликов_мржеыть-——

_полун2на_путем-объед1шенйЛ~ДЩбГ1Г более кулачковых механизмов

в единый механизм с обеими толкателями. Различные типы образованных таким методом планетарных передач отличаются лишь ти-'нами' исходных кулачковых механизмов и формой толкателей. ',

В, соответствии с этюд создано пять^тжтов простейших плане— терных/иарнко'вкх .и роликовых' передач, соДергляшх по два ку^ац^'' '. ковьк'механизма, я два типа более сложных передач, содерзицих; . . три Кулаковых механизма., ^ с' '

Пеовьй тш передач С рис Л) с шариковыми и роликовыми сател-■ литами содержит два кулачковых механизма с периферическими кулачками ка торцах дисков. . .

Второй тш передач (рий.2) образован'двумя кулачковыми механизмами с периферическими кулачками ка карулной и внутренней цилиндрических поверхностях соответственно.

Третий тип передач (рис. 3) образован двумя кулачковыми ме-ханулкамк с пазовкот кулачками на .торцах дисков * а четвертый тип передач (рис.4) - с па^оим кулачками на цилиндрических поверхностях. ' .

Пятый тип передач (рис.5) образован объединением одного кулачкового механизма с периферическим кулачком и второго - с пазовым кулачком. ;

На рис.6 и 7 представлены передачи,'образованные тремя кулачковыми механизмами. Передача ка рис.7 снабяэна двумя кулачками; 'связанньки с корпусом при помощи обгонный муфт однонаправленного действия, что обеспечивает получение 'различных передаточных отношений однонаправленного вращения выходного вала.при изменении направления вращения ведущего вала.

Объединением трех к более кулачковых механизмов могло получить такзе многоскоростные планетарные передачи (рис.8).

Автором разработано значительное количество конструктивных исполнений передач различных типов с шариковими и роликовыми сателлитами , признанных изобретениями [27-42,51,53,61-63,66-72] .

Все планетарные передачи по типу'дорожек для сателлитов (или кулачков) ыоаяо разделить на две группы. К первой группе • относятся передачи, в которых периодические дорожки'получены, на . основе выполнения пазового замкнутого .периодического кулачка

9

РИС. I

Рие.2

i

Рис.3

ПРЩП

fr

и 11 LI

V77, 77ЯГ

É vz

Ряс .4

Рис.5

'SM.

i

jm

яшм' vtF/;

L

I3"

ЩЩ

ШШ-

Ш

m

mm:

ЖЕШ

il

i

L

РйС.Ё

Рис.7.

Рис.8

А,

на торцовой поверхности диска (рис.2,3,5 ... 8).^Ко второй группе откосятся передачи с пазовым кулачком, замкнутым на цилиндре _(рис.1,4). : _

Каждый из рассмотренных пяти типов передач представлен шестью кинематическими схемами первого класса и 39 схемами второго класса. Получены формулы для определения передаточных отношений всех 45 кинематических схем.

. Рассмотрено три варианта построения многорядных передач: с размещением рядов вдоль оси передачи (продольная многорядность\ с размещением рядов в радиальном■направлении (радиальная много-рядность) и со смешанным размещением рядов. В работе приводятся конструктивные схемы и описания многорядных [ 35,37,40] и двухрядных передач [29,35,63] , признанных изобретениями.

Предложены различные типы делителей момента, используюпиеся в многорядных передачах и выполненные в виде шпонок переменной жесткости или в виде фрикционных дисков, а также способ деления , момента [43], обеспечивавший не только равномерное его деление, но и деление в заданном отношении.

Разработаны рекомендации, лежащие з основе выбора кинематической схемы передачи на стадии проектирования. Выявлены предпочтительные схемы передач I \и П классов. Показаны широкие' возможности- кинематической схемы, П класса 3-43 в части передаточных от- • ношений. Составлена программа я Произведены расчеты на ПЭВМ ЕС1841 параметров такой передачи.

2.З., ОСНОВЫ ГЕО)Е1РИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ШШЩРНЫХ . - -ШАРИКОВЫХЯ РОЛИКОВЫХ' ПЕРВДАЧ ■

Выявлено свойство профилей кулачков с общими толкателями для образования.планетарной передачи, состоящее.в,равенстве их подъемов, соответствующих центральным углам,-» связанным соотноше-•, ниями ^ =(г2/г1) ч>2 или \ = )[б, 8]"ГЗто означает, что некоторому 'подъему одного кулачка при его повороте на угол % . должен соответствовать такой же подъем второго кулачка при его повороте на угол <Р2 , отличавшийся от СР, в г2/2, раз. Следовательно, если'задано уравнение ведущего кулачка с числом периодов г, в виде р) = ?,<£), то уравнение второго'кулачка с числом периодов 2г, образующего совместно с'первым планетарную передачу,

/

пснеирального типа

ft (t )=■:<( i - e ) , .

отяачгигепмнсп дшь значениями коэффициентов усиления и постоян-щлс ВГОМеНИ Т.

Нос<№щкекты К определяется путем деления величины шходно-го момента на значение входного возмущения. Постоянные времени Т наиболее просто находить методом наименьшее клздратов, предвари-тсльно произведя нормирование переходных характеристик путем деления зссх '/х ординат h<t) на установившееся значение оринаты hy. Тогда для калдего нормированного значения переходной функции hit) мог.ио найти Т по состнопениэ T=»-t/ln<i-h (t)) , а среднее арифметическое из множества найденных т принять в качестве постоянной времени для рассматриваемо Я переходной функции. Уеэультирухгаее значение Т для исследуемой динамической системы находится как среднее арифметическое изТдля нескольких раз снятых переходных характеристик.

Получеттаз глатитмческиз функции являются решениями дифференциальных уравнений апериодичзерегэ эсзпа первого порядка при единичном ступенчатом воздействии, т.е. при к» Ut} . Поэтому coot ветсгвртгше такому звену передаточные функции представляются выражениями вида ■•

К

' Известно, что для цепочки последовательно соединенных звеньев

.обиая передаточная функция определяется произведением передаточных Функций отдельных'звеньев. Поэтому, если по переходным характеристикам (рис.13) найдены передаточная функция олектротормоза W, (р) я передаточная функция W2<py динамической сист'емы, состоящей из электротормоза и редуктора, то ко.чет быть найдена передаточная йункция исследуемого редуктора

Wj (р) = Wz (р) / w, (р) .

Заменив • в найденных передаточных функциях оператор Лапласа р Hajui , т.е. перейдя к изобрагатоэ Фурье, получим частотные функции, являшиеоя амплитудно-фазовыми частотными характеристика- , ми. Частотнйе функции, соответствующие приведенным вше переда- ■

33

точным функциям, имеют вид К

J 1 + j Т<о

Избавившись от мнимости в знаменателе, полу* им К - i KTtó

Амплитудно-фазовые частотные характеристики можно представить алгебраической суммой действительной тгол и мнимой v{<j) частотных характеристик, являющихся координатами амплитудно-фазовой характеристики в комплексной плоскости, т.е.

w(jco) = tr«j). + jy{«),

Тогда

i/

О-(о)) - --—j—я-

1 + т 2 и2

Теперь найдем модуль частотных функций |wc]u1| и их аргумент »1«) , которые определяют соответственно амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики исследуемых объектов

' ; | W(jы)| —-у/тЛы) Г*<м) , <РЫ) arctg ( Т(ш)/тиз)i).

Зная амплитудно-частотную и фаэочаетотную характеристики электротормоза и динамической системы, содержащей злектротормоз и редуктор, можно найти АЧХ и ФЧХ редуктора, учитывая, что для системы последовательно соединенных звеньев

IWCjwH - П1«/.(|Ы)| , <p(M) - ¿ <»», Сиэ).

l«l > 1-1 . V

В работе представлены результаты исследований малогабаритных редукторов, различных типов и произведена их сравнительная оценка по динамическим свойствам, а также !по нагруяенности звеньев при изменении частоты силового возмущения. .

• Решена, задача автоматизации экспериментальных исследований путем использования ЭВМ в измерительных системах стендов [56]. При этом информация, снимаемая с датчиков момента и датчиков частоты вращения, установленных на ведущем и.ведомом валах исследуе-' 34- '

v(cj) «=.

ктч

1 Т 8 со1

мой передачи, подается на ЭВМ через-интер$ейс-аналового-ввода-

информации, рагработанный применительно к ПЭВМ ЕС1841. Интерфейс позволяет автоматизировать- процесс измерения по 16 каналам для сигналов с амплитудой до - 10 В и.частотой до 50 кГц.

Управление процессом автоматического съема информации со стендов осудепвляетсл при помощи программного комплекса, включавшего головцую управляющую программу, программу записи данных в порт, программу чтения данных из порта, а также, программу за- ■ писи файлов *а магнитный диск.

Обработку записанной на магнитный диск информации осуществляет эта же 5ВМ по специальным программам в зависимости от тре-- боваиий испы таний.

Описаю- ш автоматизированная система научных исследований . (АСШ) позв( ляег существенно сократить процедуру проведения и обработки экспериментальных исследований при постоянных и переменных рекшмх кагружения передач.

2.8. ПЛ'ШАДШ ИСШДОВАНИЯ ПЛАНЕТАРНЫХ

ежовых и роликовых ¡шрдач - " -

Изучены геометрия и интенсивность износа деталей шариковых и роликов;^ зацеплений. Независимо от уровня нагружения. их износ происходит одинаково. '. Типовые' схемы износа одкопериодной ведущей дорог:'..; в Еиде пазового кулачка для париковых передач, а так-

же многог.еряздйых замкнутых дорожек и сепараторов для шариковых и ролико-ж г;«редач представлены на рис.14.

lipti использовании с передачах дорокек для сателлитов в виде, периферических кулачков геск;отркя износа с стает сг. неизменно!;.

На основе проведенных исслздованкй выявлены обсие закономерности изнашивания, а также определена интенсивность износа сателлитов, периодических дорогой и работах поверхностей прорез е i: сопаратороь.

Проведена аппроксимация износа деталей триковых и роликовых передач [23]. На::бальп;:Е износ сепараторов, иногопериодных к вэдусих дорогок &лпрокси:.г.;рован пар&Сэлич-гской оаиксимзстьэ ScGffez+ci1, где * - наработка, в часах, г - релпчша износа, г на:. Параметры с, Ь и с определялись к?тодо:.{ наимзныхгс квадратов, путем решэикя сисхип; дкнеЬтк урашгнпГ«.

Установлена закономерное?:.. '.:змгнен;:я -износа, вдоль прорезей сепараторов. Она соответствует рзкзксикэ тактенеа угла подтема недугей дорсаси tgei, ;аш ссстье^стззувл-.гх полоиешй сателлитов в npopeov. сепаратора. Дяя capr.KqsHX передач с ц-.'П'локдалы:ча; дрси-

к&ка (.зное вдоль прорези сепаратора кокзилстся по соотноси: г?

/

г 2 ки A (t - ecssvy/ (с е0 + гд s> - * tin г^ ) ,

<■ / а дяя.Еарлкосьа и рол:-:.~оз::дс, передач с к-;е:рнтр;:1;о;.: -

г*° г ккк sin v /-/ к" гй'чгп5-'«? , где (rj/tj^i) • - измеренная ве-т-тана износа се-

паратора ка уровне его радкуса, еггроделяеи'ого полярным угло:с ,

прк которой угол подъе:.;а вгду^зй дорог:::! равен

Увеличение наработки вгаываот почт';; пропорциональное увеличение износа сателлитов зараковзх к роликовых перэда.4, где- А интенсивность износа сателлита. Поэтому, зная критерий кз-iioса сателлита z„ex и ютенсквность износа ь в заданных условиях эксплуатации, можно определить наработку передач:? до замены сателлитов новым::. ' ■

Кинематическая точность зацеплений, определялась колебаниям углов поворота выходного вала, соответствузоцкх раеткм углгк попорота ведуцего сала. Эти колебания за един оборот ведомого вала достигают значительных величии (20 ... 80 угловых минут) п' вызывают колебания передаточного отношения до 9> от номинальных значений, что порождает вкбрацшэ и ведет к увеличении потерь. В работе произведена сравнительная оценха различных париковых и роли-

Установлено, что пнцрчид—гу».",'^

т-1

—состаь-'

ляет 0,6 т при синусоидальных дорожках и 0,4т при "циклоидальных (П1 - количество сателлитов). Если передача образована периферическими кулачками, то в работе участвует только половина сателлитов, и значения указанной сум.гы составляет 0,3т и 0,2т соответственно.

Релена задача определения сил, действуших на сателлиты, применительно к шариковой передаче (рис.3) на основе допущений о том, что силы являются сосредоточенными и лежащими в одной плоскости (рис.9). Из условия равновесия сателлита следует, что

fs = f,*f

Расчетные значения этих сил, действующих на I - й сателлит со стороны ведущей дорожки У, , неподвижной ?г и сепаратора ^ , определяются по соотношениям

Г, = М/

т-1

Sj / zr R ,

m-t

Г

Ие a¡ / 2

= и» в» / z

R .

Рис.9

Найдены зависимости для всех составляющих сил, представленных на рис.9:.

f, = ^/¿tnc^i , f2j(=f,ct?o¡a/cfls«¿2í , fm = f,SÍr,6/sínj,i c0sá2i,

Fi = «Д «i'/R ¿ *lt9J,i . К =V>Aai/R ¿ «i -t-0 '=0

Определены нормальные к поверхности шарика силы: = Г, У tgza coszJ,i /Sino/, i tge ,

N2 = F2y tg29 + coszo^zt- / sin <¿2i *99 »

Hs = F, sin£/ün=¡,¡ cos«<2¡

где е. - угловой параметр, определявший положение векторов

нормальных сил,в - 60°

му

Для роликовой передачи е = 90 , поэто-

к, = f, / sin «i,i , иг « Fj/sin^jí = Р, cte^^/cos^i ,

N, « F, Sill t{ j Sin tosJ.2i .

Силы на звене передачи с однопериодной дорожкой, если не учитывать силы трения, направлены так, как показано на рис.10, и образуют однонаправленную систему сходящихся в одной точке

сил. Обусловлено это тем, что с сателлитами взаимодействуют правые поверх-¡¡¡? ности двух участков пазового кулачка, разделенных осью симметрии.

j Моменты, создаваемые каждой силой равнн M*¡ = F1Ni Sin о/, ¿ . Суммируя эти/моменты и производя подстановки и

преобразования, найдем

гк

cos

i

ш

«•О R + Asiri

I

Рис.Ю

лучим

М<

П)А

или, определив сумму числового ряда, которгик^казывается равной т/21?

/ • \

Fa А

пс-

•>та* 2 1Лд/гпА .

Указанная сумма, числового ряда в зависимости от<р{ = сро<-1£ [ не изменяется. Это означает, что'равнодействующая сил направлена перпендикулярно оси симметрии гл> однопериодной дорожки (рис.ХО) и при ее вращении не меняет своего направления относительно СИ , т.е. вращается'вместе с диском и удерживает ведущий вал в изогнутом состоянии. Следовательно устранение статической неуравновешенности диска с однопериодной дорожкой-не приводит к уравновешиванию передачи при ее работе.

Анализ сил на. звене передачи с многопериодной дорожкой показал, что как нормальные, так и силы трения образуют однонаправленную систему, которая приводится к моменту на рассматриваемом звене и равнодействующей, величина которой определяет-18 . • .

ся соотношением

_ Р0 ° - Мд Ц А .___

Вектор силы Р, направлен перпендикулярно оси симметрии однопериодной дорожки противоположно вектору силы- РЛ , действующей на звене с однопериодной дорожкой. При работе передачи сила гв вращается с частотой вращения ведущего вала, оставаясь перпендикулярной оси с ».метрик однопериодной дорожки. Таким образом и ведомый лал передачи не уравновешен, если передача имеет ведущее звено с однопериодной дорожкой. Силы на сепараторе передачи также образует систему, приводящуюся к моменту и равнодействующей, равной

рс = Ме/А = мл (Iй ~ 1 ) / & •

Эта сила также всегда перпендикулярна оси симметрии однопериодной дорожки, и при вращении последней своего относительного положения не меняет. Поэтому корпус передачи при ее работе находится под действием силы, вращающейся с частотой вращения ведущего вала.

В данном разделе диссертации рассмотрены такта разработанные автором на уровне изобретений делители момента между рядами многорядных редукторов [36,40], а также способ деления момента [43]- Способ онован на компенсации угла закручивания сепарато-ра-водила в каздом-последующем ряду, кроме первого, за счет увеличения ширины прорезей под сателлиты в окружном направлении на величину , где С, - коэффициент угловой жесткости во-

дила в I - м ряду, М{ - момент, передаваемый 1 - м рядом, г^ - радиус водила в 1 -м ряду. Реализация изложенного способа может быть-осуществлена сама по себе после длительной ступенчатой приработки'редуктора, в котором прорези выполняются без указанного увеличения юс ширины.

2.5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ШАРИКОВЫХ И РОЖКОВЫХ ПЕРЕДАЧ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

Определены'оптимальные углы подъема дорожек для сателлитов на основе анализа потерь V в шариковом или.роликовом зацеплении. При этом были приняты допущения о том, что на всех поверхностях

контакта сателлита со звеньями передачи коэффициент трения одинаков и постоянен, а скорости трения сателлитов на периодических дорожках и сепараторе равны скоростям их перемещения относительно этих звеньев.

0,9

Анализ потерь показал, что их величина достигает минимального значения при определены™ величинах угла <=/, (см.рис.II). Эти величины мы назвали оптимальными, и из графиков получили приближенную эмпирическую формулу для их определения

М ех р С - о, оз гг ),

Тогда »агс<3идЛ,0гг).

Эти формулы справедливы для лпбых коэффициентов тренияJ в сироком диапазоне передаточных отношений или вели-Рис. II чин гг .

. Из условий контактной прочности получены формулы для определения диаметров сателлитов шариковых и роликовых передач

с<с = 0,946. 10м-у/

ас =0,374-10 ;У /[*„] .

Иирина дорожек Ь принимается равной с1с для роликовых и

0,95с1с для шариковых редукторов.

Из приведенных выше соотношений следует, что определить я можно лишь зная с)с .А величина ¿с определяется значениемЛ1твзе , в свою очередь зависящим от К . Поэтому задача выбора.парамет- • ров -зацепляющихся звеньев решается методом последовательных приближений, который при использовании ЭВМ не представляет затруднений.

Отдельное зацепление с шариковым или роликовым сателлитом имеет наименьшие потери в середине рабочих участков периодичес-20 ' •

_кой-^цорэжки,—t-.s.—при-о^«*-^^^—■—это-значение—^-тт^—соотевтст--

. вует оптимальному, на основе которого найдены связи между í и í для различных типов дорожек

A- R s<n=/,„Q< , A=«t9J,ma, . А = X * tgJ,mM/4 .

Данная методика положена в основу разработки алгоритмов и

программ расчета на персональных ЭВМ планетарных шариковых и роликовых передач. По разработанным фортран-программам произведен расчет одноступенчатых шариковых редукторов для мощностей от 200 до 3000-Вт, а одноступенчатых роликовых - до 10000 Вт. Расчеты выполнены для редукторов с передаточными отношениями 5,10,15,20, 25,30. Составлены таблицы всех расчетных параметров,таких редукторов и на основе их анализа получены простые приближенные математические зависимости для основных параметров шариковых и роликовых редукторов, ускоряющие процедуру их приближенного расчета на стадии проектирования.

Для определения среднего диаметра дорожек по диаметру сателлитов и передаточному отнопениа получены формулы

D = KD dc = (1,26 u - 2,5 ) dc ,

5 « К, dc = Ц - A ) dc .

для шариковых и роликовых передач соответственно.

Разработаны также программы для расчета двухступенчатых шариковых и роликовых редукторов, построенных в (соответствии с кинематической схемой 3-43. Произведен расчет геометрии и параметров зацеплений таких редукторов для передаточных отношений, охватывающих нормализованный ряд от 1,6 до 1000, и мощностей 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 кВт. На основе этих расчетов и типовой конструкции редуктора можно оперативно разрабатывать конструкторско-техноло-. гическую документацию, используя машинную (на основе'ЭВМ) графику и САПР технологических процессов.

Решена задача определения толщины дисков с периодическими дорожками для шаровых сателлитов.

Диск рассматривался как круглая пластинка, жестко защемленная или шарнирно опертая ño контуру радиуса RB и симметрично нагруженная силами Г , расположенными на расстоянияхRот оси вращений и направленными перпендикулярно ее торцовой поверхности. Из налряжёкно-ДёформированногЬ сосТойнйя йййбФййы получены соотношения для определения толщины Диска h - -- - Ül'

h=ykF/C*] , h --^k, f RVt [W] ,

где [»] и [w] - допускаемые значения напряжения в круглой пластине и -ее деформация, к к к, - коэффициенты, зависшие от отношения R/Rj и принятой схемы закрепления пластины; е - модуль упругости материала диска.

В диссертации также решена задача определения толщины сепаратора. Панель рассматривалась как балка переменной ширины (жесткости), защемления или одним из двух концов, или обоими концами и нагруженная в середине (на расстоянии А от запемлений) силой Nmax, Получены общие формулы для определения толщин, учитывающие раз- • личные конструкции сепараторов. Построены графики и проанализированы зависимости толщины диска-сепаратора от амплитуды и количества прорезей. / I

Разработана методика проверочного расчета шариковых и роликовых передач по изгибной прочности панелей сепараторов, а также Методика проверки прочности роликов при их несимметричном нагру-Зкении в редукторе. . / .

Проведенные в данной главе исследования представляет собой ■ методику расчета, входящую в состав обпей САПР планетарных шариковых и роликовых передач. /

'2.6. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ 1ШНЗТАРНЫХ ШАРИКОВЫХ И РОЛИКОВЫХ ПЕРЕДАЧ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Произведено сравнение передач по величинам скоростей и ускорений сателлитов при различных периодических дорожках. Рассматривались дорожки синусоидальные, описанные уравнением сметенной окружности, уравнениями спирали Архимеда и циклоиды. В качестве расчетной схемы была принята схема передачи, представ-' ленная на рис.3. Ведомым звеном являлся сепаратор. ' .

При оценке скоростей и ускорений неподвижная система-отсчета была связана с неподвижным диском, а подвижная - с сепаратором, вращающимся с частотой const , причем g>s = u,/u , где о, - частота вращения ведущего' диска. Точки подвижной системы отсчета по отношении к неподвижной движутся- с переносной скоростью vn и имеют переносное ускорение an . Сателлиты движутся 22 ' •'■-.'

совместно с сепаратором и а этой системе отсчета движутся вдоль прорезей сепаратора с относительной ^корссгью-у^и-относительным— ускорением <з0 . В связи с криволинейным переносным движением сателлиты имеют также ускорение Кориолиса ак .

По известным зависимостям были найдены скорости и ускорения сателлитов для различных типов кривых, но одинаковых параметров зацеплений (г, = I,u = В, А = 10 мм, R = 48 мм, и, = 150 с"*). Проведений анализ показал, что по величине переносной скорости все кривые равноценны; Относительные скорости наибольшие при циклоидальной дорожке, а наименьшие - в случае дорожки, выполненной по спирали Архимеда. В крайних положениях сателлитов при всех типах дорожек, кроме спирали Архимеда, v0 = 0. Дня спирали Архимеда vo9io, поэтому такие дорожки необходимо снабжать у их вершин сопрягающими участками с нулевыми углами подъема.

Сравнение суммарного ускорения для различных типов дорожек показало, что их наибольшие значения дает циклоида, меньшие-сме-щенная окружность и синусоида, а самые малые ускорения сателлитов дает спираль Архимеда. Принтом только циклоида ббеспечивает нулевые значения а0 в крайних положениях сателлитов. Синусоида и смещенная окружность дают в этих положениях оатак . •

По величинам скоростей и ускорений сателлитов в передачах наиболее предпочтительными можно признать дорожки, очерченные спиралями Архимеда с сопрягающими участками у вераин. Затем циклоидальные дорожи, обеспечивающие нулевые значения а0 и, следовательно, отсутствие сил инерции в крайних положениях сателллитов. Другие дорожки не имеют преимуществ друг перед другом.

С позиции реализации однопериодной ведущей дорожки смещенная окружность обладает наибольшей простотой (эксцентрик). А вот использовать в качестве, ведущих многопериодные дорожки нежелательно, так как при этом а„ , а следовательно'и силы инерции сателлитов, возрастают в z* раз.

Сравнение передач, выполненных в соответствии с конструк- ■ тивными схемами, представленными на рисунках 16, 26, За, 36, 4а, .5а, 6 показало, что наиболее бесшумно работают передачи с пазовыми кулачками на торцах дисков. Большой уровень шума даят пере- . дачи с периферическими кулачками, не тлеющими силового замыкания толкателей, и цилиндрические передачи. Так, передачи, выполненные в соответствии со схемами на рис.За:, и 36, имеют уровень

. 23

шума (взависимости от передаваемой мощности) от 65 ... 67 дБ до 68 ... 70 дБ, а передачи, соответствующие рис.26 и 4а, показывают при работе под нагрузкой уровень шума достигающий 78. ..60дБ. Наиболее бесшумными и наименее виброактивными по величине виброскоростей я виброускорений являются передачи с циклоидальными дорожками, так как они предопределяют почти полное устранение мягких ударов [9,22].

В данном разделе диссертационной работы произведено сравнение передач по нагрузочной способности. В качестве характеристики нагрузочной способности передачи было 'принято значение момента на ее наиболее нагруженном звене при наибольшей нагрузке на один сателлит, не превышающей допускаемой. При ведомом сепараторе были найдены соотношения для шариковых и роликовых передач соответственно: •'

М& = в.У-ю"1«!' и СО, 63 и- 1,5) , • Ив = 24,72 • и ( 0,7 ц. - 2) .

Из анализа этих соотношений следует, что величина передач с роликовыми сателлитами во много раз выше, чем для передач с шариковыми сателлитами при одном и том же диаметре с1е . В этой связи все планетарные роликовые передачи предпочтительнее шариковых, так как обладают более высокой нагрузочной способностью. Среди роликовых передач большей нагрузочной способностью обладают передачи с наибольшими длинами контакта ролика с другими их звеньями (передачи, представленные на рис.16, 26, 5а).

Выполнено талоне, сравнение передач по материалоемкости и размерам деталей зацепления. Сравнивались шариковые и роликовые передачи, а также передачи одноступенчатого и двухступенчатого' ис-'полнений при одном и том же передаточном отношении. .

Установлено,- что при одной и той же нагрузочной способности шариковые одноступенчатые передачи в диапазоне передаточных отно-.. шений от 5 до 30, имеют диаметр шариков почти в 3 раза больший диаметра роликов«' Это означает, что средний диаметр периодических . дорожек.для шариковых сателлитов в 3 раза больше, чем тот же диаметр дороже^роликовнх сателлитов, так как г«^с1с. А поскольку диаметр дорожек определяет .габаритные размеры звеньев передачи, постольку шариковые передачи при прочих 'равных условиях оказы-24 • '

_ааи1£Я_ЙШ1ее—крупиомбаритньми *-чем—рол икс шлет---—

Срапнение одноступенчатых и двухступенчатых передач одного и того де типа для передаточных отношений ц>20 показало, что материалоемкость деталей зацепления ( звеньев с дорожками для сателлитов) двухступенчатых передач меньше материалоемкости одно-ступенчат;« передач. Поэтому сделан вывод о целесообразности использования двухступенчатых схем передач для и , превышающих 20.

Сравнение передач по трудоемкости изготовления деталей зацепления производилось путем оценки возможности использования высокопроизводительных методов обработки, а таете путем сравнения продолжительности обработки резанием зацепляющихся деталей передачи при одно - и двухступенчатом исполнениях.

При изготовлении передач, образованных кулачковыми механизмами с периферическими кулачками, могут широко применяться высокопроизводительные методы формообразования: штамповка, зубодолб-ление, протягивание, методы порошковой металлургии. При изготовлении пазовых кулачков в общем случае используется менее производительный метод обработки резанием на станках с ЧПУ.'В этой связи по трудоемкости изготовления предпочтительными являются передачи с периферическими кулачками.

При одноступенчатом исполнении передача содержит два кулачка и один или два сепаратора, а'при двухступенчатом исполнении - в общем случае четыре кулачка и два или четыре сепаратора. Передаточное отношение одноступенчатой передачи приг,-1 определяется числом периодов ггна втором кулачке. При двухступенчатом исполнении передаточное отношение оценивается произведением г'г г^ .Поэ-'тому при одном и той же и для одноступенчатой передачи г2=ц, а'для двухступенчатой -г^-гЦ-т/ц. Следовательно, уже при и.>9 ^2>гг^гг ». т.е. изготовление периодного кулачка для одноступенчатой пере-, дачи оказывается более трудоемким, чем изготовление двух кулачков с суммарным числом периодов вместе, взятых. То же относится

и к дискам-сепараторам.

Полученные в-, настоящем разделе работы результаты могут быть. . положены в основу выбора-типа и конструктивного'исполнения планетарных шариковых и роликовьх передач на стадии, их проектирования..

2.7 СРЕДСТВА И МЕТОДА ОЦЕНКИ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЕРВДАЧ

Приведенная вине методика расчета не учитывает того обстоятельства, что связь МЛ* мв/шуложвт быть нелинейной, а произведение щ ~ неодинаковым для различных передач одного и того же 'конструктивного исполнения. Эта связь будет линейной лишь в том случае, когда и-сот1: , а^или также остается постоянным, или . изменяется по. линейному закону. Однако ^ нелинейно зависит от передаваемого момента и по величине может не соответстговать' принятому при расчете редуктора. То же относится и к передаточному отношении), которое изменяется в пределах каждого оборота выходного вала особенно при переменных нагрузках.

В условиях переменного нагружения любкх передач связь МА={(и8) является, как правило, нелинейной. Она: зависит от внутренних динамических свойств передачи, определяемых ее конструктивными осо-? бенностями, массогабаритннми параметрами, особенностями силового взаимодействия звеньев, сочетанием точностных параметров еопря-ташихся деталей и т.д.

Учет'динамических свойств передач в известных методах динамического расчета производится на основе коэффициента динамичности,' зависящего от частоты собственных колебаний системы и параметра затухания этих колебаний. Однако.найти с удовлетворительной точностью этот коэффициент для сложной динамической системы, каковой является, например, редуктор, не удается.

Повысить точность расчета шариковых и роликовых передач можно на основе учета фактической нагруженности их звеньев, оценить которую позволяют вместе с передаточным отношением и к.п.д экспериментально полученные статическая, амплитудно-частотная и фазо-частотная харатеристики передачи. Однако при существующих испытаниях передач оценка указанных,- характеристик не предусматривается.-Не существует и стендов, позволяющих получить эти характеристики.•

Данные обстоятельства явились основанием для разработки новых .методик и средств испытаний передач при постоянных и переменно нагрузках, способствующих повышению как точности их расчета, ■так и.установлению рациональных по нагруженности звеньев условий применения. Новизна указанных разработок, сущность которых изло-2& ' ...

жена в данном разделе диссертации, подтверждена 12 авторскими свидетельствами на изобретения или положительными решениями Российского патентного ведомства на выдачу авторских свидетельств и патентов.

В число разработанных средств для оценки свойств передач при постоянных нагрузках входят стенд для снятия статической характеристики передач [54], стенд для оперативного определения к.п.д передач в зависимости от передаваемой нагрузки [66], стенд для оперативного определения передаточного отношения передач в зависимости от нагрузки на выходном валу [56]и стенд для приемочных испытаний редукторов. Стенды снабжены датчиками моментов, установленными на первичном и вторичном валах передачи, нагружате-лем, кинематически связанным с ведо(я-м валом, и приводным электродвигателем, приводящим во вращение ведущий (первичный) вал передачи.

Датчик момента выполнен в виде широтно-импульсного модулятора, имеющего торсионный ват и закрепленные на его концах диски с радиальными прорезями, размешенные в проемах фотодатчиков Д51 (или проемах бесконтактных переключателей ПИЦ6-1). Фотодатчики имеют два выходных канала, один из которых используется-в широтно-им-пульсном модуляторе, а второй-е схеме датчика частоты вращения вала исследуемой передачи. Датчик момента снабжен электрической схемой, преобразующей генерируемые фотодатчиками импульсы в постоянное напряжение, пропорциональное моменту на торсионном валу. Электрическая схем датчика частоты вращения также ""осуществляет преобразование импульсов в постоянное напряжение пропорциональное частоте вращения торсионного вала.

В качестве нагружателя в стендах используется порошковый электромагнитный тормоз.

В стенде для снятия статической характеристики обмотка-возбуждения электромагнитного тормоза подключена к-регулируемому источнику постоянного напряжения, включающему электромеханический регулятор напряжения, регулирующее устройство и электронные ключи. Регулирующее устройство состоит из программного блока И привода, связанного с электромеханическим регулятором напряжения. Электрон"" ньте ключи подключены к выходу программного блока, выходу датчиков ■ момента и входу регистраторов.

При работе стенда программный блок формирует прямоугольные импульсы определенной длительности, которые посредством электромеханического регулятора напряжений устанавливают на обмотке возбуждения нагружателя постоянное напряжение и, как следствие,постоянный момент сопротивления, а также открывают электронные ключи, обеспечивающие работу приборов, регистрирующих моменты на валах редуктора. Далее, программный блок закрывает один выход и открывает другой, где снова формирует импульс, управляющий обмоткой возбуждения нагружателя, и устанавливает новый уровень момента олектрического тормоза. Эта программа выполняется до тех пор, пока не будут зарегистрированы наибольшие моменты на валах редуктора. По полученным данным строится статическая характеристика.

Стенд для оперативного определения к.п.д передачи снабжен двумя датчиками частоты вращения^ валов передачи,~двумя датчиками момента, выполненными в виде,пиротно-импульсных модуляторов, сумматором, вшрямителем и каналом/обработки информации, преобразующим сигналы, от датчиков частота вращения и датчиков момента в постоянные напряжения, пропорциональные мощности на валах передачи. При помощи делителя определяется отношение постоянных напряжений, т.е. к.п.д. передачи. Определение к.п.д. производится при ступенчато возрастающей нагрузке от нулевого значения до требуемого условиями' испытаний уровня. /

Стенд для оперативного определения передаточного отношения снабжен делителем электрических сигналов, выполненным в виде цифрового частотомера. Импульсные процессы, генерируемые датчиками, частоты вращения поступают на входы делителя, генерирующего вы-, ходной сигнал, пропорциональный передаточному отношению исследуемой передачи. В. случае исследования передаточного отноэенкя при' переменном режиме работы передачи стенд [56] снабжен блоком преобразования сигналов в виде двух аналого-цифровых преобразователей, вход каждого из которых -подключен к выходу грответствувщего датчика частоты вращения, цифро-аналового преобразователя и мик-роЗВМ, осуществляющей по программе вычисления отношения частот вращения, валов передачи, т.е. -передаточного отношения при заданном режиме ее работы.

Стенд для приемочных испытаний редукторов предназначен для опытного определения оптимального уровня нагружения редукторов, 28 ■'■-.'

будет наибольшим.

Для определения наибольшего «и необходимо непрерывно регистрировать моменты на залах редуктора и непрерывно определять частное от их деления, и при достижении наибольшего значения этого частного произвести отсчет мо?,!ентов на гедупеи и ведомом валах редуктора. Это и будет оптимальный уровень нагружения редуктора.

Такой стенд. содержит кроме припода, нагрут:ателя и датчиков момента источник постоянного тока с регулируоцим устройством и логомегр. Регулирующее устройство обеспечивает нагружение испытываемого редуктора по определенной прогрг-'я/э, записанной в программном блоке, а логоиетр - непрерывное деление выходных сигналов датчиков момента.

Для оценки сеойств передач при переменных нагрузках разработаны стенды для определения расчетных нагрузочных режимов передач [71], для исследования динамики-передач по переходным характеристикам [50, 75], для исследования динамики передач по амплитудно-частотной и фазочастотной характеристикам [ 49, 58 ], а также способ испытания редукторов'при переменной нагружекии [65].

Стенд для определения расчетных нагрузочных режимов передач экспериментально реализует положение о том, что эксплуатационный режим.работы либой передачи определяется как средним значением нагрузки на ведомом валу, так и ее переменной составляющей, которая, в свою очередь, характеризуется средними значениями амплитуды и частоты. Суша среднего значения момента и средней амплитуды переменной составляющей момента на ведущем валу переда-•чи является ее расчетным моментом, соответствующим заданным условиям нагруженяя ведомого вала. Величина этого момента зависит от1динамических,свойств передачи, которые точно определяются её частотными характеристиками. Данный стенд позволяет установить заданный (эксплуатационный) режим работы на вторичном валу передачи и зарегистрировать величину расчетного момента на ее первичном валу, равную сумме его постоянной составляющей и амплитуды переменной составлявшей.

Динамика любой реальной передачи, или редуктора, может быть описана его передаточной функцией. Стенд, схема которого представлена на рис.12,, позволяет получить переходную характеристику передачи, а-по ней, - передаточную функцию. 29--

выходе, вызванная;подачей на его вход единичного ступенчатого воздействия. При этом под единичным понимается воздействие, которое мгновенно возрастает от нуля до- единицы и далее остается неизменным. Таким образом,-переходная характеристика объекта -это кривая изменения выходной координаты при ступенчатом изменении входной координаты.

Передаточная^функция передачи отражает связь между ее выходной и входной координатами, т.е. м (р) = х. ср!, где р - комплексное число (оператор Лапласа), х(р) и у (р) --изображения по.Лапласу входного воздействия на объект (входной координаты), и реакции объекта (выходной координаты) соответственно, ^(р)- передаточная функция, которую получают по переход-30 . - . • ' . -

ной характеристика.

Стенд содержит приводкой электродвигатель I, электротормоз 2 с обмоткой 3 управления, датчики 4 и 5 момента, установленные соответственно на ведупем и ледомом валах передачи б,, регистрирующий осциллограф 7 со входами 8,9,10, подключенными соответственно к датчикам 4 и 5 момента и источнику II постоянного тока, и коммутатор 12.

Каждый из датчиков момента выполнен в виде торсионных валов 13, на концах которых закреплены диски 14 с прорезями. Эти диски размещен» в проемах фотодатчиков или бесконтактных переключателей 15, которые форютруют при вращении дисков равные импульсы. На резисторах 16 суммируются поступающие с переключателей 15 равные противогазные импульсы, и после выпрямления выпрямителем 17 и фильтрации, фильтром 18 эта сумма, поступает на осциллограф 7. Напряжение с,датчиков момента пропорционально сдвигу фаз между импульсами, возникающему при скручивании торсионного'вала, т.е. пропорционально моменту. •

Снятие переходной характеристики на стенде осуществляется следующим образом. При отключенном положении коммутатора 12 на. выходе источника II устанавливается напряжение, равное (5 ...15)% от уровня, соответствующего номинальной нагрузке исследуемой передачи. Затем включается номмутагор 12 и тем самым скачкообразно подается напряжение одновременно на обмотку 3 элёктрогормоза и на вход 10 оциллографа. С момента подачи напряжения на обмотку возбуждения в динамической системе стенда возникают переходные процессы моментов на валах передачи, которые .регистрируются осциллографом, так как его входы 8 и 9 подключены к выходам датчиков 4 и. 5 момента. На рис.13 приведены копии полученных на данном стенде осциллограмм ступенчатого напряжения, подаваемого на об-' • мотку электротормоза (линия I), момента на ведомом валу испытываемого редуктора, или переходной характеристики электротормоза (линия 2), и момента на ведущем валу редуктора, или переходной характеристики динамической системы, состоящей из последовательно соединенных элетротормоза и редуктора (линия.3). Для каждого ис-

- следуемого редуктора производится запись переходных характерис-

- тик не менее 5 раз. По полученным переходным характеристикам определяется передаточная функция исследуемого редуктора, которая, в свою очередь, позволяет получить амплитудно-частотную и фазо-

•",'.•' 31

частотную характеристики редуктора.

Частотные характеристики ре-, дуктора можно получить не только через передаточную функцию, а непосредственно на стенде. Схема такого стенда и работа на нем по снятию АЧХ к £'ЧХ описаны в диссертации.

Для передач, работающих в условиях случайного нагру-кения, разработаны способ испытания и система управления стендом для осуществления этого способа испытания при действии случайных нагрузок. Способ состоит в том, что испытываемую передачу нагружают Рис.13 I I пременным моментом, изменяющимся случайным образом с.заданными средним значением и дисперсией,- и фиксируют значения контролируемых параметров. При испытаниях по данному способу система управления стендом обеспечивает автоматическое воспроизведение случайного момента на выходном валу и поддержание его статистических характеристик на требуемом уровне.

В настоящем разделе работы приведены также результаты оценки свойств передач по их статической характеристике. Показано,что в широком диапазоне нагружения шариковых и роликовых редукторов их статическая характеристика не является линейной, и только средний участок этой характеристики может быть, аппроксимирован прямой линией. При этой одинаковые по конструкции редукторы могут иметь различную-статическую характеристику, а следовательно, при одном и том ке моменте Ив на вторичном валу иметь различные моменты мд на своих первичных валах, т.е. могут быть по-разному нагруженными.

Изложена методика определения передаточных функций по экспериментальным переходным характеристика:.!, а также методика опреде- ' ления частотных характеристик по передаточным функциям [25]. Показано, что представленные на рис.13 переходные характеристики 2 и 3 могут быть аппроксимированы аналитическими выражениями экс-32 •

-даякма ___¿h,"J ""'^'.'Ь вид, т.е. p„ = F (2гО) .

И наоборот, если уратеские z, - перкэдного кулачка прга-пто в меде Рг "f (V) • Урапяение сопряженного с imn 2, - перкод-кого т:улачка - pf = f (z, <?) .

1лр:юякческ:;е дорсизса для передач, представленных па ри-'сушгах 2,3,0 ... б, слс^'с'/' п-полнить по криви«, звмкнуть-м на плоскости, т.е. по кризе.!, описываемым уравнениями синусоиды р« R-AsinZjVt скзглшзЗ округлости p-yV -*2sin'iz¡v + <c»sz¡'5 сосходятес! м !п;сходгг::;г:1 участками спиралей Архи/еда, прсоб-ргзопа.'пялп: к г-дду,

f" - ~ - гг. i) ,

р 5s + -1— ( ^ (i +1) - z¿<?) ,

х-гсхсдзек.-я i*, мгасо-уг"-.'!!! етгож-и пттеюця, "атстг пргобразог.ан-ю: к пер-.'од^тчгсксчу f-'ду,

р « ¡;? - íin2(2{«? - дг: i) ,

р = í.% (t-í-15-ч'?)-—-2¡<f)

s друггс.::!.

типтм доропггу:, замкнутым на ц;-.л;!ндре, уравнения ir: и прлгаугольясЯ систсг/э координат опи-

ci таятся стталс г.* аС'рггс\:.

В yp-ríc!t;'ír: П0 - кгшссзяыпД рздаус перкоди-

V3CJ ой ¡ггпг'О;';, *, - ерэгчли се р^дгг/с, А - аг-плитуда периодической rpzvoP.f г{ - :;о.т.гсест20 перт-эдев, Í = 0,1,2, ... 1 - поредко-

e»¿í кокет) периода перподотзекей кривой, у к«?- {толярнне координат::.

Г-асрзСотгзш гсотхкрртяцкх лхгпетзрвьт плрккогяа и ролккегьтк г.ерэ.гач, р; хяюупглз ухззгаетгз зфагаения дорегск для' сателлитов ;; прг.зканг.ге кзобрзтекшл* [33,33 , 29].

В работе приводится швод фор;»ул дал определения углов подъема периодических дорогек для сателлитов. Для однопериодных деро-?»я, опиитваекнх дриредешккн тяга ссотноъгктхя, зтк формулы вид:

tg.-i, = A cos<? / (п + a sin»), i:зЛ,.паи Л / - .

19- АЧ1пч>/у в1 - А*$1п'ч> , ,

¿9 «гА(»-ео&г»У(££, *дЛ|тах-4А/*Я -

Дяя гх - периодных дорсяжн углы подъема определятся формулой

tgiг - гг .

Оценить величину углов подъема периодических дорожек можно графически. Это особенно удобно при конструировании передач. Поэтому в диссертации изложен, графический метод получения периодического профиля и оценки углов подъема.

Периодический профиль/кулачков может.быть получен такими высокопроизводительными операциями метшшообработки как долбление или протягивание/ Для'топо, чтобы изготовить долбяк или протяжку специального профиля, ^юобходимо располагать уравнением "' или координатами обрабатываемой поверзшости. В этой связи Вд^а-боте приводится вывод уравнений рабочих поверхностей дорожек сателлитов. Эти поверхности являются эквидистантными срединной поверхности пазовых кулачков. ^

• Из анализа явления срезания вершин периодического профиля, приводящего к увеличению числа сателлитов, не участвуодих в работе,получено условие отсутствия срезания, которое дает математическую связь между параметрами периодических дорожек,, их геометрией и количеством периодов ¿та* в виде

*„,<,« * Ц^г/ (гл - ь С^^ЩГ -1)1.

Если известны А, к , ^ и,/'то можно определить ширину дорожкиЬ^^ , а по ней - диаметр сателлитов:

Ьтах Г <« ^ ~ 2А гг> / г2 - 1) . . . -

В диссертации дана количественная оценка рабочих и пассивных сателлитов в передачах, необходимая для их сравнения по нагрузочной способности.'Установлено, что количество пассивных сателлитов определяется числом прорезей сепаратора, совпадающих с 14 • ' .

.вершинами г,—- периодной-дорожки,-и-равнсг-наимен5и5мутзбщему" кратному числителя и знаменателя соотношения 1гг/{гг-£ г,). Если г, = I, то наибольшее количество пассивных сателлитов равно двум (суша максимумов и минимумов однопериодной дорожки).

Среди участвующих в работе сателлитов имеются те, которые передают незначительную! нагрузку. Это сателлиты, расположенные вблизи верпин периодических дорожек. Определено их количество при ограничении пассивных зон у верши» величиной 2Л *Рт , где X = 0,1 ... 0,2, <*>т- угловое расстояние между двумя вершинами периоди^ской дорожки.

2.4. АНАЛИЗ НАЛАЖЕННОСТИ ОДЯХТУПЕШАТЫХ И ДВУХСТУПЕНЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Вращавшие момента на звеньях одноступенчатых и двухступенчатых передач зависят от их кинематической схемы. Установлено, что в одноступенчатых передачах момент на вторичном, валу М8 равен алгебраической сумме моментов на ведущем (первичном) валу иди заторможенном звене мв ••

н, V«,

Моменты можно выразить через, передаваемую мощность Р, частоты вращений валов о>, и к. п. д. передачи^:

М* " Р,/а1 .

м8 - Р, * р1 - I й '

Дня двухступенчатых передач без замкнутых контуров спра-ве^дливы следующие соотношения (без учета к.п.д.)

М8=М4а, Иа - М^ц', П,- С«*'), И,. «"где мв- момент на корпусе передачи,«^ иМа>- моменты на заторможенных звеньях первого и второго планетарных рядов соответственно,^- момент на вспомогательном эвене, соединявшем два планетарных ряда.

Для- двухступенчатых, передач, имегашпс ведущий. вал," связанный с одним звеном первого планетарного ряда и одним звеном второго планетарного ряда, и ведомый вал, связанный лишь с одним эвеном

.-'-•■ . .. го

второго планетарного ряда, расчетное ^армулы '.шее? вид м6 = мА u, « мА «7(i -«'«"), мв •* f-ч Ctí-O»

ма, = мд -и О - и'} / tí.- Ц'а") , ма. - WjCJ-u'j/ti-u'u*) ,

где иа1 и м„»- моменты ка звеньях первого и второго планетаркьк

ркдоБ, соединенных с входным Еалом передачи.

Для двухступенчатых передач, тлеющих ведущий вал, связанный лишь с одним звено:,! первого планетарного ряда, а ведомый -соединенный с одним звеном первого планетарного ряда и одним звеном второго ряда:

М8=:МАЦ,- Md «И,«', М,- И, (и-.); Му = О- «') , Mtí = мди' U'-О,

гдем^ и Мь.- моменты на звеньях первого и второго планетарных рядоБ, соединенных с ведомым валом передачи.

Ка основе изучения характера износа сепараторов и дорскек для сателлитов установлена закономерность изменения передаваемого отдельным сателлитом момента в зависимости от его положения. Эта закономерность имеет вид.

_ ■ M¡ - ае{ . •

где - коэффициент нагрузки "сателлита, опреде-

. лявишйся с учетом сос-гношений для и по. формулам

«=■ г C0i<fi / (R. + A sin^j) ,

=Y Ra-Al cos<Pt / Y R2 - Az cos1^ ,

' ; ■ 2 а

22; =.1 / ( 1 — Vi) , . '

- <1 - (OS 2 } J 2 ( - JL ( z<fi - Sin 20{ )) .

Получены формулы для определения наибольшего значения моментй, передаваемого одним сателлитом •

«•■л«- м»/£в1 • ма„,ах = ме/Е«{.

^коЕЫХ-передаЧг-ги-тагае-зубчат ых-лередач-на-оенопе-анализа указанных характеристик.

Оценка виброакустических параметров велась при холостой работе и различных уровнях нагруяения передач, а также при различных частотах вращения ведущего вала и увеличении наработки. Ис- , следовались шариковые.и роликовые редукторы, выполненные по-различным схемам.

Проведенные исследования позволили сделать вывод о том, что уровень шума планетарнгтх шариковых и роликовых редукторов, как правило, меньше, или соответствует уровню шума планетарных зубчатых редукторов, а Потому по данному показателю ограничений по их применению не ^существует.

Испытания температурного режима работы редукторов проводились' на холостом ходу, при нагрузке, соответствующей 5СЙ от номинальной, и при номинальной нагрузке. При этом исльтавались разнородные консистентные и жидкие смазки.

.Установлено, что температурная стабилизация редукторов при различных смазках наступает через 60 ... 80 минут их'работы. Наименьшая рабочая температура как масляной ванны, та:к и вблизи рабочей поверхности многолериодной дорожки для сателлитов имеет место при использовании высоковязких смазок (масел Я40, ТДЦ Г7и), обладающих' про т и во з адирнъми свойствами. Установлено существенное влидаие нагрузки н^ температуру редуктора (,см.рис.15)./В этой связи температуру, можно. рассматривать гкак'/один из критериёв нагрузочной способности шариковых:'и-роликовых передач, ' ■ 1 '

\ > - Выявлено, весьма сильное <

влияние': частоты вращения ведущего Бала на. среднюю. теыперату-ру шариковых'и роликовых редук-тсров. . ; . - "

Выявлена связь.погрешностей изготовления деталей шариковых _ или -роликовых зацеплений с не' |Т5 равномерносг5Ю'-нагружения сател-/литов. Показало, что погрешности \ • изготовления периодических доро-. ~жек по шагу и амплитуде, а также погрешности изготовления сепара- ' торов по угловому сагу- расположения прорезей и их ширине приводят

Рис.15

\

у

к неравномерному нагруненка сателлитов. А вот постоянные погрешности по ширине дорожек и диаметру сателлитов не сказываются на равномерности юс нагружения.

На основании обобщений сделан вывод о том, что детали зацеплений шариковых и роликовых передач должны выполняться с одинаковой точностью, так как погрешности изготовления одной детали не могут быть скомпенсированы повышенной точностью других деталей. •

досмотрены вопросы самоторможения в шариковых и роликовых редукторах. Установлены условия самоторможения, связывающие передаточное отношение и геометрию зацеплений с коэффициентом трения.

' -.В данном разделе работы приведены также результаты исследований статических и динамических свойств шариковых и роликовых редукторов, выполненных в соответствии с методиками, изложенными в предыдущем разделе. На основе анализа полученных результатов сделаны обобщения и выводы в отношении рациональных областей и условий эксплуатации редукторов при постоянных и переменных нагрузках.

Показано, что амплитудно-частотная характеристика редуктора позволяет установить его фактическую нагруженность при любой частоте силового возмущения и выбрать с учетом этой натру-женности такие условия эксплуатации, при которых обеспечивается заданная долговечность при минимальных коэффициентах запаса. На основании этого сделан вывод-об экономической целесообразности проведения динамических испытаний, редукторов. ■ ■ '

. Изложена методика уточнения расчета планетарных шариковых и роликовых редукторов, так как их расчет на стадии проектирования (или подбор для конкретных условий эксплуатации) носит приближенный характер и основан на весьма приближенном определении как постоянной, так'и переменной составляющих расчетного . .момента.на ведущем валу. 1 . '

Уточнений расчета состоит в том, что в дополнение к разработанной методике расчета производится экспериментальная оценка внутренних свойств редукторов на основе, статической и частотных характеристик. С учетом этих характеристик производится определение расчетных моментов на звеньях используемой в редукторе передачи и анализ соответствия фактической нагруженности звеньев 38 -

расчетной с последующей корректировкой. Затем производится уточненный расчет редуктора применительно н заданным условиям его работы уже по точно найденным величинам расчетных моментов на его звеньях.

Данное уточнение расчета обеспечивает полное соответствие параметров рассчитанного редуктора условиям эксплуатации и, как следствие, гарантирует высокую надежность с минимальными коэффициентами запаса или с наименьшей металлоемкостью.

При подборе уже изготовленного редуктора для конкретных условий эксплуатации такг.е уточняется методика этого подбора, связанная с определением эквивалентного 'момента. Величина этого -момента для любого изготовленного редуктора должна определяться лишь на основе его статической п частотных характеристик.

2.9. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКШЕИДЩШ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ИЗГОТСВШШ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАНЕТАРНЫХ ' ШАРИКОВЫХ И РОЛИКОВЫХ ПЕРЕДАН .

В данном разделе диссертации рассмотрен ряд. вопросов,- имевшее вакное практическое значение. ~ ""

Разработаны кетоды повышения нагрузочной способности шариковых передач, вклвчащие выполнение на диске с однопериодной канавкой дополнительной однопериодной канавки, смещенной относительно основной на полпериода, и выполнение в водиле дополнительных прорезей для размещения в них дополнительных сателлитов, взаимодействующих с дополнительной однопериодной и ыногопериодной ка- .. кавками [29 ], а также•выполнение шариковой передачи двухрядной в радиальном направлении за счет размещения на диске с многопери-одной канавкой дополнительной соосной канавки, -смещенной относительно основной на полпериода [35].

Повышение нагрузочной способности роликовых передач достигается при симметричном нагружении сателлитов-роликов за счет симметрично установленного дополнительного диска с замкнутой многопериодной канавкой [53], а также при выполнении ыногйпери-— одной дорожки в виде волнистой поверхности внутри цилиндричес-г кой обоймы |52]-, или при многорядном исполнении передач [371.

Разработаны конструкции передач, обеспечивавшие уменьшение вибраций и повышение плавности их. работы за счет автоматической " ■ ' •". , ' ■ 39

компенсации износа сепараторов [48]или износа канавок и сателлитов [45]• В последнем техническом решении использован способ регулирования зазоров в парах трения [46], согласно которому выборку зазора осуществляют подкатке« одной из частей пары пружиной и фиксацию ее в беззарном положении с помопъш гидравлического замка 'однонаправленного действия. Образующиеся, в результате износа сателлитов и канавок зазоры выбираются автоматичес- •. ки при помощи пружины, а раскрытию зазоров препятствует кидкость, находящаяся в гкдроцклкндре в силу своей 'несжимаемости. >

Рассмотрен также ряд других путей повышения тёхнического уровня шариковых и! роликовых передач и расширения их кинематических возможностей. ■

Репена задача устранения дирбаланса вращающихся масс при ис- I пользовании на ведущем диске оДнопериодных дорожек. Разработан способ изготовления редукторов, /обеспечивающий устранение дисбаланса [70]и состоящий в том/ что размеры-поперечного сечения од-нопериодной канавки для ее формообразования выбирают так, чтобы обеспечить площадь поперечного сечекця, равной Гк тЦV* 5 где - объем сателлита, т - количество сателлитов, Ус V. - расстояния от оси" вращения до центра массы сателлитов и канавки соответственно, рс и р^ - плотность материала сателлитов и диска, на котором выполнена канавка, длии^однопериодной канавки. :

Показано, что устранение статического дисбаланса не устра-. няет силовой неуравновеиенно.сти передачи при ведущей однопериод-ной дорокке для сателлитов. Поэтому разработаны другие приемы уравновешивания передач,' исйользукнаосся технических решениях [29,35,63]. '';,".

Рассмотрена/возмоэдость -упрошения изготовления периодических дорожек для сателлитов на основе аппроксимации этих дорояек • прямыми или дугами окружностей чередующегося наклона. Задача отыскания аппроксимирующих прямых и окружностей решалась на ПЭВМ ВЗ 1840'. - ' " ' ...

* Анализ показал, что в случае линейной аппроксимации периодических дорожек при г»ю погрешности углового иага ссставлявт (10 ... 20). Это лежит в пределах допуска на расположение прорезей сепаратора в передачах общего назначения.' При замене'дорожек, очерченных восходящими и нисходящими ветвями спиралей Архимеда, дугами окружностей погрешности углового шага не превышает (5...10).

40 " " • ■

Псото.чу.с достаточной для большинства практических целей точностью кяогопериодньга дорояки,-описываемы? уравнениями синусоид, циклоид и смешенных окрукностей, могут быть заменены прямолинейными участками чередушегося наклона, а соответствующие ии одно-периодные дорожи при этом выполняются в виде эксцентричного

Рассмотрена такке возможность получения периодических дорожек штамповкой с последующей механической обработкой и методом поропковой металлургии.

Установлена связь свободного хода с зазорами в зацеплениях. Показано, что некоторая предельная величина свободного хода ведомого вала может служить контрольной эксплуатационной характеристикой передачи, по достижении которой требуется ее ремонт.

Рассмотрены способы восстановления работоспособности изношенных передач. Один из них состоит а шлифовке периодических дорояек и прорезей сепараторов на новый диаметр сателлитов. Второй способ восстановления работоспособности шариковых и роликовых передач относится к случав выполнения дисков сборными, с закрепленными на них кольцевыми элек&нтами, несущими с двух сторон периодические дорожки. Ремонт в этом случае производится путем поворота дисков на 180° и смены сателлитов.

Приведены сведения о типовых конструкциях' шариковых и роли-коеых передач, созданных как в качестве опытных -образцов для лабораторных испытаний, так и по заказам предприятий в рамках Республиканской научно-технической программы 71.01р.

Даны рекомендации по расчету валой и подбору подшипников планетарных шариковых и роликовых редукторов. Эти рекомендации учитывает сложное напряженное состояние, в котором находится иатериал вала, и особенности нагруженкя системами вращающихся совместно с ведшим валом сил.

Рассмотрены вопросы прогнозирования, долговечности шариковых и роликовых редукторов по критерии износа деталей зацеплений и средней интенсивности износа. ,Пана количественная- оценка наработ -и шариковых и роликовых редукторов до ремонта при действии постоянных нагрузок.

Приложения к диссертации содержат программы расчета на nep-t сональных ЭВМ шариковых и роликовых редукторов одноступенчатого

кольцевого паза

и двухступенчатого исполнений, программы расчета параметров периодических дорожек и параметров линейной аппроксимации этих дорожек, результаты расчета параметров зацеплений париковых и роликовых редукторов для различных мощностей к нормализованного ряда передаточных отношений, а также акты и другие документы, характеризующие уровень выполненых разработок и их реализацию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили получить важные в научном и практическом отношениях результаты, которые можно сформулировать следующим образом:

I. Разработан метод построения планетарных шариковых и роликовых передач, основанный на синтезе кулачковых механизмов. На базе этого метода созданы новые типы планетарных передач, с шариковыми и роликовыми сателлитами, включающие каждый 45 кинематических схем. Определены'передаточные отношения для каждой из кинематических схем к разработаны принципы построения многорядных передач. По каждому из типов передач созданы юс новые конструкции, признанные изобретениями. Новизна техническую решений по планетарным шариковым и роликовым передачам подтверждена 38 авторскими свидетельствами на изобретения или решениями Российского патентного ведомства (НИИГПЭ) на выдачу'авторских свидетельств и патентов.

2.. На основе выявленного свойства соответствия образующих планетарную передачу кулачков высказана возможность использования в планетарных шариковых и роликовых передачах для образования дорожек для сателлитов самых разнообразных периодических кривых, а такке непериодических линий, преобразованных к периодическому виду..Это положение'доказано экспериментально, путем изготовления к оценки работоспособности редукторов с дорожками,вы-. полненными в соответствии с различными уравнениями периодических кривых , а таете образованными отрезками прямых чередующегося наклона.

• Получены математические зависимости для определения углов подъема периодических дорожек и их рабочих поверхностей. На основе анализа явления срезания вершин периодического профиля предложено условие его устранения. Дана количественная оценка рабо-

42 ' ■

'-нх ч пл.ссигньтх глтеддптоз-л^-лзрсдатах-раз;:^;¡-х-т« пог».-

3. Установлен закон неравномерного распределения нагрузки по параллельным силовым потокам-. Выявлена обшал закономерность нагрухения звеньев передач системами враиаюкихся совместно с ведущим валом сил. При однопериодней ведущей дорожке эти системы сил не уравновешены. Их равнодействующие направлены перпендикулярно оси симметрии однопериедной дорожки и вращаются совместно с ведущим салок.

Разработаны простые по конструкции устройства обеспечивающие деление передаваемой нагрузки мег-ду рядами при многорядном исполнении вмсоконагруп:еннътх передач. Проведен Енализ деления нагрузим при использогннии балочных делителей момента и делителей, П770ЛН9т-шх 2 Б;где спокок переменной жесткости. Предложен универсальный способ деления мемента меяду рядами планетарных передач, обеспечивающий как. равномерное его деление, так и деление в желаемом отношении. Способ состоит в смешении рабочих поверхностей прорезей сепараторов з катлрм последующем ряду на величину, определяемую углом закручивания этого ряда.

4. Разработана единая методика расчета планетарных шариковых и роликовых передач различных типов, ориентированная на использование персональных ЭВМ и содержащая кинематические расчеты, геометрические расчеты, силовой анализ и прочностные расчеты одноступенчатых и многорядных передач. Выполнены расчеты редукторов для различных мощностей и передаточных отношений. На основе анализа результатов этих расчетов и юс аппроксимации на ЗВМ получены приближенные математические зависимости для определения диаметра сателлитов, амплитуды периодических дорояек и их среднего диаметра по гаданньы величинам передаваемой мощности и передаточного отношения.

Разработана методика расчетного определения толщин дисков планетарных иарикових и роликовых передач,основанная, ка ограничении прогибов дисков с периодическими дорожками от действия расклинивающих сил и-панелей сепараторов от действия окружных сил, а такие методика проверочного расчета передач по кзгибной прочности панелей сепараторов и роликов.

5. Проведен сравнительный анализ планетарных шариковых и роликовых передач .различных типов по величинам скоростей и ускорений сателлитов, ударным явлением и- вйброакуетическим парамет-

рай, нагрузочной способности, материалоемкости я трудоемкости изготовления.

Показано, что для высокоскоростных передач наиболее приемлемыми- являются циклоидальные дорогжи, обеспечивающие отсутствие мягких ударов.

По нагрузочной способности роликовые передачи всегда предпочтительнее париковых, а передачи с пазовыми кулачками предпочтительнее передач с периферическими кулачками.

По материалоемкости двухступенчатые передачи предпочтительнее . одноступенчатых при передаточных отношениях свыше 20 и прочих равных условиях, а по трудоемкости изготовления - при передаточных отношения, превышающих 9.

6. Созданы современные средства и методы испытаний механических передач, предназначенные для оценки их статических и динамических свойств. Они вклЬчаЬт стенды для снятия статических характеристик, определения^передаточного отношения, к.п.д., нагрузочного режима, а также исследования динамики передач по переходным и частотным характеристикам. Предложен способ испытания редукторов при переменном и/случайном нагруяении.

Разработана система автоматизации исследований передач на стендах на основе персональной ЭВМ ЕС1841.

Новизна технических решенкй^по методам и средствам испытаний подтверждена 12 авторскими свидетельствами на изобретения или положительными решениями на выдачу авторских свидетельств и патентов. -

• 7. Проведены экспериментальные исследования типовых конструкций планетарных париковых и роликовых редукторов, включающие изучение геометрии, характера и интенсивности износа деталей.зацепления, исследования кинематической точности, виброакустических параметров и температурного режима работы, оценку самоторможения и неравномерности нагружения сателлитов, £ также снятие статических и динамических характеристик. На основе этих исследований, позволяющих определить фактическую нагруженность"звеньев ■передачей различных условиях работы, разработаны методика уточнения расчета планетарных "шариковых и роликовых передач, а также практические рекомвндации по повышению их технического уровня, проектированию, изготовлению и эксплуатации. 44 . • ' *

8. Создан ряд конструкций ттланетарннх тарикопых .и ролико- . пых редукторов I и 11 классов применительно к приводам различ- . ных маиин, механизмов и технологического оборудования в соответствии с заданием регпуплинанской научно-технической про--граммы 71 .ОТр, предусматрираюпим создание и освоение в произ- . водстве новых типов малогабаритных париковых и роликовых ре-' дукторов.

лонструкторская. документация и пакет программ для расчета на ЗвЯ планетарных гарикпвнх и роликовых редукторов переданы Н110 "комплекс" (г..Минск), занимавшемуся выполнением заказов предприятий на изготорление таких редукторов.

Таким опразом, проведенные исследования позволили решить научную проблему создания основ проектирования планетарных па- ■ риковых и роликовых передач. Разработанные теоретические положения, методини расчета, а также методы и средства экспериментальных исследований обладают новизной и представляют собой весомое достижение в развитии перспективных конструкций механических передач, а научно обоснованные технические решения, новизна которых подтверждена 50 агорсними свидетельствами и решениями НИИГИЭ на выдачу авторских свидетельств и патентов, вносят значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.

Основные положения диссертации опубликованы в 95 работах, включающих одну монографию, две брошюры и 50 авторских свидетельств на изобретения, в том числе:

. Т. Пашкевич М.Ф., Геращенко В.В. Планетарные шариковые и роликовые редукторы и их испытания.- -Мн.:БелНШПМ, 1992.-248с.

2. Пашкевич М.Ф. Новые виды-планетарных шариковых и роли- • ковьгх редукторов.-Мн.: БелНДОЯГИ, 1990.-4?с.

3. Пашкевич М.Ф., Геращенко В.В. Стенды для испытания ре-дукт оро в'. -Мн: Бе лНШНТИ, 1991. -44е.

4. Пашкевич М.ф.,Гросс В.А. ,Мака'ревич Д.М. Методика проч-' ностного расчета водил.планетарных редукторов 1/ Известия ву- . зов. Нефть и газ.- 1983.12.-С.82-87.

5. Вадёпкий Ю.В.,Игнатишев Р.М.,Пашкевич М.Ф.,Макаревич Д.М., Прочность водил синусогаариковых редукторов^забойных двигателей

// Нефтяная промышленность. Нефтегазовая геология, геофизика и бурение.-1984.-Вып.7.-С. 56-59.

•Л/ ' 45

6. Пашкевич М.Ф. Кинематика плоского шарикового зацепления // Известия вузов. Машиностроение.-1934.№ 2.-С.54-58.

7. Пашкевич М.Ф..Деручкнко А.И.,Довженко В.И. Торцовый шариковый редуктор // Машиностроитель.- 1534.- Jf-6.-C.32.

8. Пашкевич М.Ф. Торцовые шариковые редукторы и их кинематика П Вестник машиностроения.-1985.- № 7.-С.23-26.

9. Пашкевич М.Ф.,Дерученко А.И. Обоснование выбора веду-таей кривой для торцовой шариковой передачи // Известия вузов. Машиностроение.-1985.9.-С.22-27.

10. Пашкевич М.Ф.,Дерученко А.И. Кинематические и конструктивные приемы устранения ударов в торцовых шариковых редукторах. -Могилев,1985.-26с.-Деп.в ВНИИТЭМР № 195-85.

11.Пашкевич М.Ф.,Деручянно А.И. Уравновешивание торцовых шариковых редукторов.-Могилев,1985.-8с.-Деп.в ВНШТТЗМР № 247-85.

12.Пашкевич М.Ф.,Дерученно А.И. Опыт конструирования торцовых шариковых мотор-редукторов.-Могилев, 1986.-18с.-Деп.в ВНИИТЭМР № 22-86.

13.Пашкевич М.Ф.,Дерученко А.И..Каминский Г.Е. Кинематические схемы планетарных редукторов с шариковыми или роликовыми сателлитами.-Могилев, 1986.-26с..-Деп. в ВНИИТЭМР № 259-86.

14.Пашкевич М.Ф. Основы расчета планетарных редукторов с шариковыми и роликовыми сателлитами. Могилев, 1986-80е.-Цеп.

' в-ВНШТЭМ № 427-86. '

15.Пашкевич М.Ф. Углы подъема беговых дорожек шариковых редукторов // Известия вузов.Машиностроение.-196Т7.-!5> 7.-С. ■

'54-58. '

16.Пашкевич М.Ф. Уравновешивание ведущего звена шарикового или роликового редуктора с однопериодной беговой дорожкой // Известия вузов.Машиностроение.-1989.4.-С.34-38.

17.Пашкевич М.Ф. Выбор кинематической схемы планетарного шарикового и роликового, редуктора, на стадии проектирования. -Могилев,1989.-14с.-Деп.в ВНИИТЭМР № 107-89.

18.Пашкевич М.Ф.,Козлов В.С. Аппроксимация беговых, дорожек шариковых и роликовых редукторов прямыми и окружностями.-Могилев, 1989.-14с.-Деп.в ВКШТЭМР № 137-89.

19,Пашкевич М.Ф. К.пд. шарикового- (роликового) редуктора !/ Известия вузов. Машиностроение.-1989.-К.С.42-46.

20.Пашкевич М.Ф.,Дерученко А.И. ,Крупенин В.А. Шариковые