Transport engineering Transport engineering Транспортное машиностроение 2782-5957 65041 10.30987/2782-5957-2023-6-32-42 Машиностроение Mechanical engineering Машиностроение GEOMETRIC ANALYSIS AND THEORETICAL EFFICIENCY EVALUATION OF THE CONE-AND-PLATE ENGAGEMENT OF A SPHERICAL ROLLING SCREW MOTION DRIVE ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КПД ПЛОСКО-КОНИЧЕСКОГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОЙ РОЛИКОВОЙ ПЕРЕДАЧИ https://orcid.org/0000-0002-4912-3824 Лустенков Михаил Евгеньевич Lustenkov Mikhail Evgen'evich lustenkov@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Моисеенко Андрей Николаевич Moiseenko Andrey Nikolaevich a_an1974@mail.ru Белорусско-Российский университет Могилев Беларусь Belarusian-Russian University Mogilev Belarus Белорусско-Российский университет Могилев Беларусь Belarusian-Russian University Mogilev Belarus 30 06 2023 30 06 2023 2023 6 32 42 22 03 2023 28 04 2023 https://bstu.editorum.ru/en/nauka/article/65041/view

Целью исследования являлась оценка влияния коэффициентов трения и геометрических параметров сферической роликовой передачи на ее КПД. Передача нагрузки осуществляется посредством плоско-конического зацепления двух рядов роликов, установленных на сателлите, с неподвижным и ведомым плоскими центральными зубчатыми колесами. С помощью сферической роликовой передачи можно реализовать широкий диапазон передаточных отношений (16…200) и снизить материалоемкость редуктора, обеспечив отношение его массы к номинальному передаваемому моменту менее 0,1 кг/(Н•м). Основной задачей настоящих исследований являлось определение угла подъема пространственных замкнутых центровых кривых с помощью которых формируются поверхности зубьев центральных колес. Методы исследований основывались на применении законов классической механики и алгоритмов компьютерного моделирования в системе NX. Новизна исследований определяется новизной исследуемого технического объекта, его малой изученностью, отсутствием подробных методик его расчета и проектирования. В результате, на основе анализа геометрической модели сателлита получены уравнения центровых кривых и разработан алгоритм определения угла подъема центровой кривой в среднем сечении зубьев центральных колес, что позволяет проводить силовой анализ передачи. Проведена оценка применимости формулы для расчета среднего угла подъема кусочно-винтовой кривой, расположенной на цилиндрической поверхности для передач сферического типа и установлена необходимость его корректировки с учетом заданного передаточного отношения и угла наклона кривошипа ведущего вала. Разработан алгоритм теоретического определения КПД сферических роликовых передач на этапе проектирования.

The study objective was to assess the influence of friction factors and geometric parameters of a spherical rolling screw motion drive on its efficiency. The load is transferred by means of a cone-and-plate engagement of two rows of rollers mounted on a satellite with fixed and driven plate central gears. With the help of a spherical rolling screw motion drive, it is possible to realize a wide range of gear ratios (16...200) and reduce the material capacity of the gearbox, ensuring the ratio of its mass to the nominal transmitted torque of less than 0.1 kg/(N•m). The main task of this research is to find out the ascent angle of the spatial closed center curves with the help of which the surfaces of the central wheel teeth are formed. The research methods are based on the application of the classical mechanics laws and computer modeling algorithms in NX system. The novelty of the research is in the novelty of the technical object under study, its low level of being studied, the lack of detailed methods of its calculation and design. As a result, based on the analysis of the geometric satellite model, the equations of the center curves are obtained and an algorithm for determining the ascent angle of the center curve in the middle section of the central wheel teeth is developed, which allows power analysis of the motion drive. The applicability of the formula for calculating the average ascent angle of a piecewise helical curve located on a cylindrical surface for spherical motion drives is evaluated and the necessity of its adjustment taking into account a given gear ratio and the inclination angle of the drive shaft crank is found out. An algorithm is developed for the theoretical study of the efficiency of spherical roller gears at the design stage.

 плоско-коническое зацепление механизм редуктор передача КПД cone-and-plate engagement spherical mechanism precession gear gearbox roller gear efficiency

Зубчатые передачи и трансмиссии в Беларуси: проектирование, технология, оценка свойств : монография / В.Б. Альгин и др.: под общ. ред. В.Б. Альгина. В.Е. Старжинского. - Минск: Беларуская навука, 2017. 407 с. Algin VB, Starzhinsky VE. Gears and transmissions in Belarus: design, technology, evaluation of properties: monograph. Minsk: Belorusskaya navuka; 2017. Efremenkov E.A., Martyushev N.V., Skeeba V.Yu. eds. Research on the Possibility of Lowering the Manufacturing Accuracy of Cycloid Transmission Wheels with Intermediate Rolling Elements and a Free Cage // Applied Sciences. 2022 . Vol. 12, iss. 1. pp. 5-10. Efremenkov EA, Martyushev NV, Skeeba VYu. Research on the possibility of lowering the manufacturing accuracy of cycloid transmission wheels with intermediate rolling elements and a free cage. Applied Sciences. 2022;12(1):5-10. Lustenkov M.E. Strength calculations for cylindrical transmissions with compound intermediate rolling elements // Int. J. of Mechanisms and Robotic Systems. 2015. Vol. 2. No. 2. pp.111 - 121. Lustenkov ME. Strength calculations for cylindrical transmissions with compound intermediate rolling elements. Int. J. of Mechanisms and Robotic Systems. 2015;2(2):111 - 121. Лустенков М.Е., Фитцова Е.С. Механизм с изменяющимся углом между осями валов // Вестник Брянского государственного технического университета. 2014. № 1. С. 46-50. Lustenkov ME, Fitsova ES. A mechanism with a changing angle between the shaft axes. Bulletin of the Bryansk State Technical University. 2014;1:46-50. Бостан И.А. Планетарные прецессионные передачи с многопарным зацепленинем. Кишинев: Штииница, 1991. 356 с. Bostan IA. Planetary precession gears with multi-pair gearing. Chisinau: Stiinitsa; 1991. Hong J, Yao L., Ji W. eds. Kinematic Modeling for the Nutation Drive Based on Screw Theory // Procedia CIRP. 2015. No. 36. pp. 123-128. Hong J, Yao L, Ji W. Kinematic modeling for the nutation drive based on screw theory. Procedia CIRP. 2015;36:123-128. Lustenkov M.E., Lustenkova E.S. Load Capacity of Spherical Roller Transmission with Double-Row Pinion // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. 795 (2020) 012020. 6 p. Lustenkov ME, Lustenkova ES. Load capacity of spherical roller transmission with double-row pinion. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020;795(012020):6. Лустенков М.Е. Определение КПД передач с составными промежуточными телами качения // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 6. С. 13-19. Lustenkov ME. Determination of the efficiency of gears with composite intermediate rolling elements. Izvestiya Visshikh Uchebnih Zavedeniy. Mashinostroenie. 2014;6:13-19. Кудрявцев В.Н., Кирдяшев Ю.Н., Гинзбург Е.Г. и др. Планетарные передачи: справочник / под ред. В.Н. Кудрявцева и Ю.Н. Кирдяшева. Л.: Машиностроение, 1977. 536 с. Kudryavtsev VN, Kirdyashev YuN, Ginzburg EG. Planetary transmissions: reference. Leningrad: Mashinostroenie; 1977. Лустенков М.Е. Передачи с промежуточными телами качения: определение и минимизация потерь мощности: монография. Могилев: Белорус.-Росс. ун-т. 2010. 274 с.: ил. Lustenkov ME. Transmissions with intermediate rolling elements: determination and minimization of power losses: monograph. Mogilev: Belarusian-Russian University; 2010.