Могилёв, Беларусь
Могилёв, Беларусь
Могилёв, Беларусь
Могилёв, Беларусь
ВАК 2.3.7 Компьютерное моделирование и автоматизация проектирования
УДК 621.833 Зубчатые колеса (шестерни). Профили зубьев. Зубчатые передачи. Зубчатые механизмы
ББК 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
Целью исследования является разработка компьютерной модели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов, а также оценка основных эксплуатационных показателей. В статье представлена основная структурная схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов. Разработан компоновочный вариант и компьютерная модель передачи, произведена симуляция ее работы и получены результаты компьютерных исследований. Компьютерная модель и методика оценки основных эксплуатационных показателей позволяют оптимизировать параметры передачи, а также усовершенствовать ее структуру. Методы исследования базируются на инструментарии системы автоматизированного проектирования, который позволяет осуществлять симуляцию механизмов, в том числе зубчатых передач. Встроенные в систему автоматизированного проектирования различные инструменты анализа кинематики и динамики позволяют считывать угловые скорости и крутящие моменты. Данные значения служат основой для оценки коэффициента полезного действия и погрешности вращения звеньев эксцентриковой передачи. Новизна работы заключается в исследовании нового механизма, позволяющего создавать малогабаритные приводные устройства с параллельным расположением входного и выходного валов. Результаты исследования включают оценку коэффициента полезного действия и погрешности вращения выходного вала эксцентриковой передачи.
компьютерное моделирование, эксцентриковая передача, показатели, сателлит, колесо
Введение
Многообразие применяющихся общемашиностроительных приводных устройств предопределяет расширение ассортимента редукторных механизмов, отличающихся компоновочными решениями и эксплуатационными показателями. Известны ременные, цепные и одноступенчатые зубчатые механические передачи с параллельным расположением входного и выходного валов. Как правило, данные передачи не обеспечивают передаточное отношение более 10, что существенно ограничивает сферу их применения. Такие передачи, соединенные в многоступенчатом редукторе, предопределяют относительно большие его габариты [1-10].
Возможно создание редукторов с параллельным расположением входного и выходного валов на основе особых зубчатых передач. Этими передачами являются эксцентриковые передачи с параллельным расположением входного и выходного валов, обеспечивающие значительные передаточные отношения: от 10 до 70 [4].
Основная кинематическая схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
На рис. 1 показана кинематическая схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов [1]. Данная передача содержит входной вал 1, расположенный на неподвижных подшипниковых опорах 2 и 5. На входном валу 1 жестко посажен кривошип 3. Кривошип 3 составляет с сателлитом 6 вращательную пару с помощью опорной втулки 4. На заданном расстоянии от оси вращения входного вала 1 расположены опорные втулки 7 и 16, которые соединены с дополнительными кривошипами 10 и 17, посаженными на опорные подшипники 8 и 15. На внутренней поверхности сателлита 6 имеется внутренний зубчатый венец 9, ось которого расположена на расстоянии L от оси вращения входного вала 1 [2]. На выходном валу 14, расположенном на подшипниковых опорах 12 и 13, посажено центральное колесо 11 с наружными зубьями, входящими во взаимодействие с внутренними зубьями зубчатого венца 9.
Рис. 1. Кинематическая схема эксцентриковой
передачи с параллельным расположением
входного и выходного ее валов
Fig. 1. Kinematic diagram of an eccentric
transmission with a parallel arrangement
of its input and output shafts
При вращении входного вала 1 за счет поступательного движения сателлита 6 происходит взаимодействие внутреннего зубчатого венца 9 с наружным центральным колесом 11. Передаточное отношение эксцентриковой передачи определяется отношением количества зубьев внутреннего зубчатого венца 9 и количеством зубьев центрального колеса 11.
Разработка компоновочного варианта редуктора на основе эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
Для создания компьютерной модели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов необходимо разработать компоновочный вариант соответствующего редуктора. На рис. 2 и 3 показаны виды компоновочного варианта редуктора.
На входном вале 1 расположен эксцентриковый кривошип 2, представляющий собой эксцентриковую часть входного вала 1. На наружной поверхности эксцентрикового кривошипа 2 с помощью подшипников посажен сателлит 4, на котором размещены оси 7, входящие в неподвижные отверстия крышках корпуса 5, 6. Причем основная ось расположения всех осей 7 на корпусе сателлита 4 находится на расстояние L от оси эксцентрикового кривошипа 2. На внутренней поверхности сателлита 4 имеется венец, состоящий с указанными выше осями 7, входящий в зацепление в зубья наружного колеса 8, ось которого параллельна оси входного вала 9.
Рис. 2. Вид редуктора с разрезом
Fig. 2. View of the gearbox with a section
Рис. 3.Вид редуктора (без крышки корпуса 6)
Fig. 3. Type of gearbox (without housing cover 6)
Разработка компьютерной модели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
|
16 |
Рис. 4. Вид компьютерной модели эксцентриковой передачи
с параллельным расположением входного и выходного валов
Fig. 4. View of a computer model of an eccentric transmission
with a parallel arrangement of input and output shafts
Для компьютерного исследования эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов в среде САПР NX необходимо создать объекты симуляции.
Создание контактов осуществляется с помощью меню «3D контакт», в котором задаются контактирующие поверхности осей 4 и внутренних зубьев сателлита 5 и назначаются коэффициенты статического и динамического трения. С помощью меню «Движитель» задается угловая скорость вращения входного вала 2. Следующим шагом является создание на центральном колесе 6 вращающего момента сопротивления. Также задаются параметры решения: количество шагов – 300 и время – 10 секунд. Затем данное решение запускают на расчет.
Чтобы вывести полученные результаты в виде графических зависимостей, необходимо произвести следующие действия. С помощью контекстного меню «Solution» выбираем опцию «XY-Graphing». Для получения необходимых для исследования зависимостей строим следующие графики: «RZ, Displacement», «RZ, Velocity», «TZ, Torque», «FM, Forse». Для обработки и оценки полученных результатов необходимо экспортировать данные результаты в таблицы Excel.
В качестве выходных показателей эксцентриковой передачи, были взяты: плавность вращения выходного вала, КПД зацепления, а также силы в зацеплении зубьев сателлита.
Результаты компьютерных исследований передачи эксцентрикового типа с параллельным расположением валов
|
17 |
Рис. 5. Зависимость погрешности вращения выходного вала
от угла поворота входного вала эксцентриковой передачи с параллельным
расположением входного и выходного валов
Fig. 5. The dependence of the error of rotation of the output shaft on the angle
of rotation of the input shaft of an eccentric transmission
with a parallel arrangement of the input and output shafts
Рис. 6. Зависимость КПД от угла поворота входного вала эксцентриковой
передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
Fig. 6. The dependence of efficiency on the angle of rotation of the input shaft
of an eccentric transmission with a parallel arrangement of the input and output shafts
Рис.7. График зависимости сил в зацеплении от угла поворота входного
вала эксцентриковой передачи с параллельным расположением
входного и выходного валов
Fig. 7. Graph of the dependence of the forces in the engagement
on the angle of rotation of the input shaft of the eccentric transmission
with a parallel arrangement of the input and output shafts
|
18 |
Результаты графических зависимостей позволяют определить основные показатели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов при передаточном отношении редуктора, равном 24, мощности входного вала 2 кВ, скорости вращения входного вала 1500 об/мин.
Погрешность вращения выходного вала составляет 10-19 угловых минут. Среднее значение КПД зацепления не превышает 75 %. Силы в зацеплении не превышают 10000 Н.
Заключение
Показана основная структурная схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов, на основе которой разработан компоновочный вариант и компьютерная модель. Разработана компьютерная модель и методика для оценки основных показателей, позволяющая получать осуществлять оптимизацию основных параметров, а также совершенствование структуры эксцентриковой передачи при параллельном расположении входного и выходного валов.
1. Макаревич С.Д., Макаревич А.С. Результаты компьютерных исследований эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов с одним потоком мощности. Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы Международной научно-технической конференции. Белорусско-Российский университет, Могилев, 23-24 апреля 2020 г. - Могилев: Межгосударственное образовательное учреждение высшего образования «Белорусско-Российский университет», 2020. С.89-90.
2. Громыко П.Н., Хатетовский С.Н., Юркова В.Л. Использование удлиненной эпициклоиды для формообразования зубчатых поверхностей передач эксцентрикового типа. Вестник Белорусско-Российского университета. 2019; №1:14-21.
3. Макаревич А.C., Громыко П.Н. Передачи эксцентрикового типа с параллельным расположением входного и выходного валов. 55-я студенческая научно-техническая конференция Белорусско-Российского университета: материалы конф. 03-04 мая 2019 г. / М-во образования Респ. Беларусь, М-во науки и высшего образования Рос. Федерации, Белорус.-Рос. ун-т; редкол.: М. Е. Лустенков (гл. ред.) [и др.]. - Могилев: Белорусс.-Рос.ун-т, 2019. - C. 106-108.
4. Gromyko P.N., Khatetovsky S.N. Modeling of eccentric transmission operation in presence of elastic deformations of contacting links. Advances in Engineering Research. 2018;158:160-164.
5. Громыко П.Н. и др. Компьютерное моделирование планетарных прецессионных передач: монография. Могилев: Белорус.-Росс. ун-т, 2007. 271 с.
6. Громыко П.Н., Хатетовский С.Н. Сравнительный анализ эксцентриковых передач с различными видами зацепления зубчатых колес. Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. Минск: Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, 2020. Вып. 9. С. 199-202.
7. Громыко П.Н., Хатетовский С.Н. Минимизация габаритных размеров эксцентриковых передач на основе совершенствования геометрии зацепления контактирующих колес. Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. Минск: Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, 2019. Вып. 8. С. 67-70.
8. Громыко П.Н., Трусов И.В., Хатетовский С.Н. Снижение себестоимости изготовления передач эксцентрикового типа на основе применения специальных профилей зубьев контактирующих колес. Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы междунар. науч.-техн. конф. - Могилев: Белорус.-Рос. ун-т, 2020. С. 77.
9. Громыко П.Н., Хатетовский С.Н. Влияние погрешностей изготовления и сборки на эксплуатационные характеристики передач эксцентрикового типа. Инновационные технологии в машиностроении: сб. материалов междунар. науч.-техн. конф., посвященной 50-летию машиностроительных специальностей и 15-летию научно-технологического парка Полоцкого государственного университета. Новополоцк: Полоц. гос. ун-т, 2020. С. 165-167.
10. Хатетовский С.Н., Громыко П.Н. Модификация зубьев колес передач эксцентрикового типа. Могилев: Белорус.-Росс. ун-т, 2020. 180 с.
