Багатокритеріальна оптимізація зубчатих циліндричних передач Новікова

Размещено на http://www.allbest.ru/

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Багатокритеріальна оптимізація зубчатих циліндричних передач Новікова

Луганськ - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі "Машинознавство" Східноукраїнського державного університету Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Шишов Валентин Павлович, Східноукраїнський державний університет, завідуючий кафедрою "Машинознавство"

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Кириченко Анатолій Федорович, Харківський державний технічний університет, професор кафедри нарисної геометрії та графіки

Кандидат технічних наук, доцент Полетучій Олександр Іванович, Харківський державний аерокосмічний університет "ХАІ", доцент кафедри проектування літаків та вертольотів.

Провідна установа - Харківський інститут машин та систем НАН України, м. Харків

Захист відбудеться "17" лютого 2000 р. о 15-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д29.051.03 Східноукраїнського державного університету за адресою:

91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20 а

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Східноукраїнського державного університету за адресою:

91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20 а

Автореферат розісланий "10" січня 2000 року.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради ____________ Осенін Ю.І.

1. Загальна характеристика роботи

Машинобудування - стратегічно важлива галузь народногосподарського комплексу України, що визначає науково-технічний прогрес.

Циліндричні зубчаті редуктори - масова продукція машинобудування - багато в чому визначають довговічність, надійність і конкурентоздатність механізмів, в яких вони застосовуються. В умовах економічної кризи підвищення ефективності редукторів має велике народногосподарське значення. Зростаючі ж вимоги до збільшення окружних швидкостей, навантаження і ресурсу, до зменшення габаритів і маси редукторів все в меншій мірі задовольняються традиційними передачами, які не відповідають в ряді випадків вимогам ринкового господарства за такими параметрами як одинична потужність, точність, питома матеріало- і енергоємність, конкурентоздатність.

Одним з найбільш реальних шляхів забезпечення подальшого прогресу в редукторобудуванні є застосування зачеплення Новікова, несуча здатність якого вища за несучу здатність аналогічних традиційних передач; застосування передач Новікова за незмінної навантажувальної здатності дозволяє значно зменшити габарити і масу, при незмінних габаритах - подовжити термін служби приводу.

Актуальність теми. В наш час розв'язані не всі проблеми нової теорії зачеплення. Так, одне з головних питань, яке вирішується установами при впровадженні передач Новікова, - вибір оптимального початкового контуру, оскільки таких запропоновано більше сотні, однак не існує єдиної думки про те, який початковий контур є кращім. Більш того, досвід промислової експлуатації засвідчує: зубчаті передачі Новікова з відомими початковими контурами не в повній мірі реалізують техніко-економічні можливості нового зачеплення.

Значне ж відставання досліджень з точності виготовлення і допусків зубчатих передач Новікова від рівня їх промислового застосування і повна відсутність відповідної нормативно-технічної документації спонукає виробника підбирати самостійно - наприклад, за аналогією з евольвент-ними передачами - параметри, що контролюються і допуски зубчатих коліс, передач та зуборізного інструменту. При цьому пошук оптимального варіанту допусків затягується на роки і здійснюється, головним чином, методом "проб і помилок", коли продукція вже випускається. Це - друга проблема.

Таким чином, актуальною науково-технічною задачею є багатокритеріальна оптимізація зубчатих циліндричних передач Новікова, що включає: циліндричний передача новіков зубчатий

розробку та практичну реалізацію методів багатокритеріального порівняльного аналізу передач з різними початковими контурами;

розробку та практичну реалізацію методів багатокритеріального синтезу початкових контурів, що забезпечують передачам більш високі, в порівнянні з відомими початковими контурами, експлуатаційні характеристики;

розробку методики розрахунку і розрахунок оптимальних допусків зубчатих коліс, передач та зуборізного інструменту.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилось в рамках робіт і на основі програми Луганського відділення Транспортної Академії України; за планом науково-дослідних робіт Східноукраїнського державного університету (СУДУ; тема ГН-31-98); на основі програм науково-технічного співробітництва СУДУ і ВО "Луганський верстатобудівний завод".

Мета і задачі дисертації. Мета дослідження - підвищення технічного рівня зубчатих передач і редукторів шляхом багатокритеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова.

Задачі дослідження:

визначення напряму і методів розв'язання проблеми багатокритеріальної оптимізації (синтезу-аналізу) зубчатих циліндричних передач Новікова;

побудова математичної моделі багатокритеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова;

чисельний багатокритеріальний порівняльний аналіз зубчатих циліндричних передач з різними початковими контурами;

чисельний багатокритеріальний синтез геометрії початкових контурів, що забезпечує передачам Новікова більш високі, в порівнянні з відомими початковими контурами, експлуатаційні характеристики;

чисельне дослідження точності, розробка методики розрахунку допусків і оптимізація допусків синтезованих зубчатих циліндричних передач Новікова.

Наукова новизна одержаних результатів. В роботі одержані таки нові результати:

побудована математична модель багатокритеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова, що включає системи рівнянь і алгоритми синтезу передач з заданими експлуатаційними характеристиками, алгоритми порівняльного аналізу передач з різними початковими контурами і алгоритми дослідження сприйнятності передач до похибок виготовлення і монтажу;

для зачеплення Новікова синтезовані початкові контури, що забезпечують зубчатим циліндричним передачам, в порівнянні з відомими початковими контурами, більш високі експлуатаційні характеристики;

проведено чисельне дослідження точності, на основі якого розроблена загальна методика розрахунку допусків і для синтезованих зубчатих циліндричних передач Новікова (включаючи черв'ячні фрези) розраховані граничні відхилення і допуски на точність їх виготовлення і монтажу.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблені практичні методи багатокритеріальної оптимізації (синтезу-аналізу) зубчатих циліндричних передач Новікова з заданими експлуатаційними характеристиками.

Синтезовані початкові контури, що забезпечують зубчатим циліндричним передачам Новікова, в порівнянні з відомими початковими контурами, більш високі експлуатаційні характеристики.

Розроблені практичні методики дослідження точності і розрахунку допусків зубчатих циліндричних передач Новікова. Для синтезованих передач (включаючи черв'ячні фрези) розроблені таблиці граничних відхилень і допусків на точність їх виготовлення і монтажу.

Згадані матеріали використовуються в проектних і дослідницьких підрозділах ВО "Луганський верстатобудівний завод", що сприяє більш повній реалізації навантаження і ресурсу, підвищенню надійності і зниженню рівня шуму зубчатих передач і редукторів за рахунок вибору оптимальних початкових контурів, оптимальних допусків і технологічних шляхів їх забезпечення. Техніко-економічна ефективність досягається за рахунок збільшення надійності та довговічності зубчатих передач і редукторів, за рахунок зниження питомої металоємності і зменшення маси машин і верстатів, що ними комплектуються.

Крім того, матеріали дослідження використовуються в навчальному процесі СУДУ.

Результати дослідження можуть бути використані машинобудівними підприємствами і проектними установами при розробці технології зубчатих циліндричних передач Новікова, можуть бути враховані при розробці геометрії початкових контурів, норм точності і допусків зубчатих циліндричних передач Новікова на рівні керівних документів і державних стандартів.

Особистий внесок пошукача.

Розробка математичної моделі багатокритеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова. Одержання аналітичних виразів критеріїв оптимізації.

Чисельний багатокритеріальний синтез геометрії початкових контурів зубчатих циліндричних передач Новікова. Формулювання висновків.

Чисельний багатокритеріальний порівняльний аналіз зубчатих циліндричних передач з різними початковими контурами. Формулювання висновків.

Чисельне дослідження точності синтезованих передач. Розробка методики розрахунку і розрахунок допусків. Обгрунтування економічної доцільності підвищення точності виготовлення і монтажу циліндричних передач Новікова.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались, обговорювались і одержали позитивну оцінку: на Міжнародних науково-технічних конференціях "Проблеми якості і довговічності зубчатих передач і редукторів" (1997, 1998 - Севастополь); на IV та V Міжнародних науково-практичних конференціях "Університет і регіон" (1998, 1999 - Луганськ); на Симпозіумі "Наука Луганщини в контексті розвитку регіону" (1999 - Луганськ); на науково-практичній конференції "Промисловий транспорт: наука, виробництво, кадри" (1999 - Луганськ); на IX Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми розвитку рейкового транспорту" (1999 - Крим, Алушта).

Публікації. За результатами дисертації опубліковано 13 робіт, в тому числі 8 статей в наукових журналах, 3 статті в збірниках наукових праць, 1 брошура і тези Міжнародної науково-технічної конференції, де пошукачу належить розробка алгоритмів і методики багатокритеріальної оптимізації, обробка результатів чисельного дослідження, формулювання висновків.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти глав, додатку. Повний обсяг дисертації 189 сторінок, 24 рисунка на 9 сторінках, 27 таблиць на 24 сторінках, додаток на 19 сторінках, 127 літературних джерел на 13 сторінках.

2. Основний зміст роботи

Перший розділ присвячений стану питання, меті і задачам дослідження.

Класичні системи зачеплення в своєму розвитку досягли апогею. Подальше збільшення навантажувальної здатності і ресурсу евольвентних передач можливе лише за рахунок збільшення їхньої маси і габаритів. Одним з реальних шляхів забезпечення подальшого прогресу в редукторобудуванні є застосування зачеплення Новікова, несуча здатність якого вища за несучу здатність аналогічних традиційних передач. Застосування передач Новікова при незмінній навантажувальній здатності дозволяє зменшити габарити і масу, а при незмінних габаритах - подовжити термін служби приводу.

Великий внесок в дослідження і вирішення проблем зубчатих передач Новікова, їх популярізацію і промислове впровадження зробили В.О.Чесноков, Р.В.Федякін, О.В.Павленко, М.Д.Генкін, Е.Г.Гінзбург, М.І.Гребенюк, В.М.Грибанов, І.М.Гришель, О.У.Дергаусов, М.І.Догода, М.Л.Єріхов, Г.О.Журавльов, К.І.Заблонський, М.Я.Іткіс, О.Ф.Кириченко, М.М.Краснощьоков, В.М.Кудрявцев, Ф.Л.Литвин, В.І.Печений, О.Г.Рейзін, Е.Г.Рослівкер, Ф.М.Севрюк, В.П.Шишов, О.С.Яковлєв, інші вчені.

Одне з головних питань, яке розв?язується на емпіричному рівні установами при впровадженні передач Новікова, - вибір оптимального початкового контура, оскільки таких запропоновано близько сотні, єдиної ж думки про те, який початковий контур є кращім, не існує. Більш того, досвід експлуатації свідчить: передачі Новікова з відомими початковими контурами не в повній мірі реалізують можливості нового зачеплення. Це - перша проблема.

Другим головним питанням, що розв?язується на емпіричному рівні, є вибір норм і показників точності, призначення допусків для передач Новікова, оскільки в наш час для нового зачеплення ще не розроблена нормативно-технічна документація з точності виготовлення. Це - друга проблема.

Викладене визначило мету дослідження - підвищення технічного рівня зубчатих передач і редукторів шляхом багатокритеріальної оптимізації циліндричних передач Новікова на основі розв'язання трьох основопологаючих задач, що включають:

розробку і практичну реалізацію методів багатокритеріального порівняльного аналізу передач з різними початковими контурами;

розробку і практичну реалізацію методів багатокритеріального синтезу геометрії нових початкових контурів, що забезпечують передачам Новікова, в порівнянні з відомими початковими контурами, більш високі експлуатаційні характеристики;

розробку методики розрахунку і розрахунок оптимальних допусків зубчатих коліс, передач і зуборізного інструменту для зачеплення Новікова.

Другий розділ присвячен побудові математичної моделі багатокритеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова.

Математична оптимізаційна модель - це взаємопов'язані системи рівнянь і алгоритми ії розв'язання, що дозволяють здійснити багатокритеріальний синтез нових початкових контурів, проводити порівняльний багатокритеріальний аналіз передач з різними початковими контурами, проводити дослідження сприйнятності передач до похибок і здійснювати оптимізацію допусків на виготовлення циліндричних передач Новікова.

Критерії оптимізації - якісні показники, прийняті в машинознавстві для оцінки локально-кінематичних і гідродинамічних явищ в зоні контакту зубців, для оцінки навантажувальної здатності передач та їхної сприйнятності до похибок:

Тертя, знос і припрацювання зубців, ККД передачі знаходяться в прямій залежності від , , . Швидкості , чинять суттєвий вплив на утворення масляного клину - з їх збільшенням покращуються умови для утворення масляного клину і навпаки. Кут , головні кривизни, що визначають приведену кривизну , а також і чинять суттєвий вплив на навантажувальну здатність передач - більш висока навантажувальна здатність буде у тих передач, у яких кут більше, а характеристики , і менші, і навпаки.

Алгоритм порівняльного багатокритеріального аналізу передач з різними початковими контурами базується на дослідженні функціонала (-критерія)

де вагові коефіцієнти, що характеризують значущість критеріїв (3). Верхні індекси (1) і (2) відносяться до 1-ї і 2-ї передач, які порівнюються. При цьому:

- перша передача оптимальніша за другу, якщо ;

- друга передача оптимальніша за першу, якщо ;

- передачі рівнооптимальні, якщо .

В (10) прийнято: зменшення (збільшення) числа означає покращення (погіршення) -го якісного показника (в протилежному випадку розглядається критерій ).

Для забезпечення норм контакту зубців, кінематичної точності, плавності роботи передачі і бічного зазору в зубцях, які вимагаються, необхідно знати залежність координат точок контакту на активних поверхнях зубців і залежність закону передачі обертання від похибок. З цією метою при моделюванні верстатного зачеплення розглянуто нарізання циліндричних коліс інструментом реєчного типу,початковий контур якого має вигляд, позначений на рис.1, одержані однопараметричні сімейства інструментальних поверхонь і ортів нормалей до них

В дисертації в розгорнутому вигляді виписані рівняння (14), (15) і побудований алгоритм обчислення коефіцієнтів впливу рядів (16).

При розрахунку допусків важливе місце займає контактно-метрологічна задача, яка заключається в наступному. Миттєвий контакт - площадка з центром в точці максимального контактного напруження. Виходячи з того, що площадки не повинні виходити за межі активних поверхонь (рис.5), необхідно: одержати функціональну залежність координат від похибок ; визначити граничні значення і похибок, при яких площадки усьома своїми точками розміщуються на активних поверхнях в 100% передач, межі ж площадок при цьому дотикаються меж активних поверхонь припустимої зони розміщення по висоті зуба.

Граничні значення і є "жорсткими" при їхній монтажно-технологічній реалізації. Доцільніше розширити межі припустимих змін похибок, дозволивши частині контактних точок виходити за межі активних поверхонь, якщо з деякою прийнятною надійністю (ймовірністю ) можна чекати відсутності даного негативного явища.

Алгоритм, який реалізує задачу, в дисертації побудований. Він спирається на розв'язування контактної задачі теорії пружності по методу Герца і на апарат теорії ймовірностей.

Третій розділ присвячен чисельній багатокритеріальній оптимізації геометрії початкового контура.

На основі розв'язку системи (6) за критеріями (1) синтезовані 18 покращених початкових контурів. В табл.1 подані двоє з них (НС - безпосереднє сполучення головки і ніжки зуба; Ц - циліндричне колесо, передача).

Таблиця 1 Результати синтезу початкових контурів (мм)

Початковий контур	Значення критеріїв, що задаються	Варійовані параметри
НС-1Ц	3,434	0,156	1,575	1,037	1,350	1,680	33o
НС-2Ц	2,807	0,144	1,627	1,075	1,400	1,800	27o

Таблиця

Початковий контур	Варійовані параметри
НС-1Ц	0,701	0,801	0	0,191	0,740	1,290	1,350
НС-2Ц	0,790	0,905	0	0,182	0,626	1,295	1,355

Результати порівняльного аналізу передач з 12-ма домінуючими початковими контурами, частина яких представлена таблицями 2 і 3, дозволяє зробити наступні висновки.

Таблиця 2 Порівняння початкових контурів за локально-кінематико-гідродинамічними критеріями

Початковий контур	Порівняння за -критеріями	Порівняння за - критерієм
ГОСТ 15023-76	1	1	1	1	1	1
ЮТЗ-65	1,57	1,57	0,97	0,97	1,57	1,13
Дон-68	1,31	1,31	0,97	0,97	1,30	1,06
НС-1Ц	1,21	1,21	0,95	1,00	1,20	1,01
НС-2Ц	1,23	1,23	0,95	1,00	1,20	1,01

Таблиця 3 Порівняння початкових контурів за -, ж- і -критеріями

Початковий контур
ГОСТ 15023-76	1	1	1
ЮТЗ-65	1,92	0,53	0,99
Дон-68	1,30	0,41	0,72
НС-1Ц	0,80	0,39	0,52
НС-2Ц	0,80	0,51	0,60

В плані -критерію відомі початкові контури є рівнооптимальними. Подальше зменшення тертя в зачепленні і зносу зубців, збільшення товщини масляної плівки і ККД передач можливе за рахунок синтезу початкових контурів на базі кривих, відмінних від дуг кіл сучасних початкових контурів. Арбітрами оптимальності початкових контурів є: -критерій, за яким домінують початкові контури НС-1Ц і НС-2Ц (забеспечують передачам на 20% менші напруження в корені зуба, ніж початковий контур ГОСТ 15023-76), і -критерій, за яким домінує початковий контур НС-1Ц (забеспечує передачам в 2,5 рази меншу сприйнятність до похибок, ніж початковий контур ГОСТ 15023-76). За -критерієм (частковий випадок -критерія; , ) у "грубо" виготовлених передач з початковими контурами НС-1Ц і НС-2Ц напруження в корені зуба майже в 2 рази менше, ніж у аналогічних передач з початковим контуром ГОСТ 15023-76. Точність виготовлення передач Новікова - фактор більш важливий (), ніж потенціальна навантажувальна (на злам) здатність, закладена в зубцях геометрією початкового контура.

Четвертий розділ присвячен чисельному дослідженню точності синтезованих передач.

Досліджувався широкий діапазон початкових контурів, передаточного числа, нормального модуля, міжосевої відстані.

Вплив похибок на положення точок контакту по висоті зубців відображено в табл.4 (),

Таблиця 4 Вплив домінуючих похибок на положення точок контакту по висоті зуба (мм)

Початковий контур	Коефіцієнти впливу похибок
НС-1Ц	-2,806	1,403	2,806	1,274	1,403
НС-2Ц	-3,613	1,807	3,613	1,968	1,807
ГОСТ 15023-76	-7,015	3,508	7,015	3,185	3,508
ЮТЗ-65	-3,741	1,871	3,741	1,871	1,871
Дон-68	-2,887	1,444	2,887	1,444	1,444

з якої видно, що коефіцієнти впливу

Вплив похибок на двоточечний контакт зубців відображено в табл.5 (мм, мм, ).

Таблиця 5 Характеристика відхилення двоточкового контакту

Похибки	Характеристика відхилення двоточкового контакту (на ширині вінця мм) для початкових контурів
	НС-1Ц	НС-2Ц	ГОСТ 15023-76	РД2Н24-11-88
	0,022408	0,022410	0,022610	0,022567
	0,011297	0,011285	0,011304	0,011315
	0,022602	0,022587	0,022588	0,022603
	0,045008	0,045009	0,045198	0,045132

Основний результат дослідження - формули

для обчислення оптимальних (з точки зору рівномірності розподілу навантаження між головкою і ніжкою зуба) допусків. Вплив похибок на інваріантний відносно початкового контура, отже, формули (20) справед-ливі для передач з любим початковим контуром.

Ступінь і характер впливу похибок на кінематичну точність і плавність роботи передач Новікова є інваріантними відносно початкового контура. Порівняльне ж дослідження (табл. 6) показало: з точки зору кінематики передачі Новікова, в цілому, в такій же мірі сприйнятливі до

Таблиця 6 Вплив похибок на кінематичну точність і плавність роботи

	Коефіцієнти , , впливу похибок
	Зачеплення Новікова	Евольвентне зачеплення
	0,0024	0	0	0,0050	0	0
	0,0024	0	0	0,0050	0	0
	0,0015	0,0000	0,00000003	0,0017	0,0006	0,00000656
	0,0051	0,0052	0,00000636	0,0439	0,0010	0,00000518
	0,0062	0,0088	0,00000762	0,0447	0,0008	0,00000416
	0,0027	0,0094	0,00000762	0,0233	0,0027	0,00000418
	0,0029	0,0029	0,00290000	0,0027	0,0027	0,00270000

похибок, як і аналогічні евольвентні передачі. Отже допуски з ГОСТ 1643-81 на багато показників кінематичної точності і плавності роботи евольвентних передач можна рекомендувати в якості таких і для аналогічних передач Новікова. В дисертації про це сказано докладно.

П'ятий розділ присвячен оптимізації допусків синтезованих зубчатих циліндричних передач Новікова.

У відповідності з практикою нормування точності передач зачепленням для передач Новікова з початковими контурами НС-1Ц і НС-2Ц розраховані допуски на похибки, що чинять вплив на умови контактування зубців, кінематичну точність і плавність роботи передач; розраховані допуски на точність виготовлення відповідних черв?ячних фрез.

Відповідно дослідженням глави 4 і співвідношенням (21)

- формули розрахунку допусків похибок черв?ячних фрез через допуски (відзначені "хвилею") ГОСТ 16771-81, ГОСТ 18692-73. Допуски на решту параметрів призначаються за ГОСТ 16771-81, ГОСТ 18692-73.

Приводяться відповідні таблиці розрахованих допусків, контактно-метрологічний аналіз (табл.7) і експериментальна статистика (табл.8) яких свідчать - надійність розроблених допусків практично дорівнює одиниці. Наприклад, значення ймовірності для 12-го ступеня точності (СТ, табл.7) свідчить про те, що в партії з 100 передач, які виготовляються за 12-м СТ, у 85 передач СТ буде 5-го, 6-го, 7-го, … і лише у 15 передач СТ буде 12-го, 11-го, 10-го,…

Таблиця 7 Контактно-метрологічний аналіз розроблених допусків

СТ	, град	град	, град	, мкм
5	22,0	32,0	5,0	155	20	0,9999
6	20,7	33,3	6,3	205	20	0,9999
7	18,8	35,2	8,2	272	10	0,9997
8	16,4	37,6	10,6	352	10	0,9973
9	13,5	40,5	13,5	448	10	0,9808
10	10,5	43,5	16,5	550	10	0,9424
11	7,4	46,6	19,6	682	20	0,8590
12	4,4	49,6	22,6	860	20	0,8468

Таблиця 8 Експериментальна статистика розроблених допусків

Похибки, мкм	, мм	Ескіз розміщення робочих смужок після приопрацювання
							розрах.	факт.
-120	23	0	-10	-60	50	40	7,8	7,8
90	3	9	80	-40	80	110	5,9	5,9
-30	12	12	35	-25	50	50	7,6	7,6

В абсолютному ж розумінні надійність допусків не нижча , оскільки із зниженням точності виготовлення вимоги до передач знижуються і навпаки.

Суть експериментального дослідження (табл.8) полягає у встановленні адекватності математичної моделі і реальної дійсності шляхом порівняння розрахованої і фактичної відстані між серединами робочих смужок контакту на зубцях.

Завершує дослідження аналіз можливих методів і засобів контролю зубчатих циліндричних коліс і передач Новікова.

Висновки

Застосування зубчатих передач Новікова, замість аналогічних зубчатих евольвентних передач, дозволяє значно покращити експлуатаційні характеристики і підвищити конкурентоздатність редукторів. Однак більш широке, ніж в наш час, впровадження у вітчизняній промисловості нового прогресивного зачеплення стримується невирішенністю ряду проблем, серед яких найбільш важливими є проблема оптимальності початкового інструментального контура і проблема оптимальної точності виготовлення зубчатих коліс, передач і зуборізного інструменту.

Проведене дослідження присвячене деякому заповненню прогалин в розв'язанні згаданих оптимізаційних проблем.

В роботі поставлені і розв'язані наступні задачі.

1. Визначені напрям і методи розв'язування проблеми багатокритеріальної оптимізації (синтезу-аналізу) зубчатих циліндричних передач Новікова на базі існуючої технології виготовлення.

Критерії оптимізації - якісні показники передач зачепленням, прийняті в машинознавстві для оцінки їхньої несучої здатності, ресурсу, тертя, зносу, ККД, умов утворення масляного клину, сприйнятливості до похибок виготовлення та монтажу.

2. Побудована математична модель багатокритеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова, що включає взаємопов'язані системи рівнянь і алгоритми їх розв'язання:

- алгоритми синтезу геометрії початкових контурів, які забезпечують передачам задані експлуатаційні характеристики;

- алгоритм порівняльного аналізу передач з різними початковими контурами;

- алгоритм дослідження сприйнятливості передач до похибок виготовлення і монтажу;

3. Для зубчатих циліндричних передач Новікова синтезовані нові початкові контури НС-1Ц і НС-2Ц.

На основі порівняльного багатокритеріального аналізу доведено:

- початкові контури НС-1Ц і НС-2Ц забезпечують передачам на 20-25% менші напруження в корені зуба і в 2-3 рази меншу сприйнятливість до похибок, ніж початковий контур за ГОСТ 15023-76;

- подальше зменшення тертя в зачепленні і зменшення зносу зубців, збільшення товщини масляної плівки і ККД передач Новікова можливе лише за рахунок синтезу початкових контурів на базі кривих, відмінних від дуг кіл сучасних початкових контурів;

- точність виготовлення передач Новікова є фактором більш важливим, ніж потенціальна навантажувальна (на злам зубців) здатність, закладена в зубцях геометрією початкового контура;

- підвищення точності виготовлення передач Новікова економічно доцільне.

4. Досліджена сприйнятливість зубчатих циліндричних передач Новікова з початковими контурами НС-1Ц і НС-2Ц до похибок виготовлення і монтажу: встановлені ступінь і характер впливу похибок на координати точок контакту зубців, на кінематичну похибку передачі і на спектр частотних складових кінематичної похибки - на характеристики, які регламентуються стандартами у вигляді норм контакту зубців, норм кінематичної точності та норм плавності роботи передачі.

5. Розроблена методика розрахунку і розраховані оптимальні гранич-ні відхилення і допуски на точність виготовлення зубчатих циліндричних коліс і передач Новікова з початковими контурами НС-1Ц і НС-2Ц

Проаналізовані можливі методи і засоби контролю точності виготовлення і монтажу нового зачеплення.

6. Розроблена методика розрахунку і розраховані оптимальні граничні відхилення і допуски на точність виготовлення черв?ячних фрез з початковими контурами НС-1Ц і НС-2Ц.

7. Адекватність теоретичного моделювання та експериментального дослідження підтверджена результатами розв'язання контактно-метрологічної задачі в теоретико-ймовірносному аспекті та статистикою експерименту, відповідно до яких надійність (ймовірність, оптимальність) розроблених граничних відхилень і допусків практично дорівнює одиниці.

Згадані матеріали використовуються в проектних і дослідницьких підрозділах ВО "Луганський верстатобудівний завод", що сприяє більш повній реалізації навантаження і ресурсу, підвищенню надійності і зниженню рівня шуму зубчатих передач і редукторів за рахунок вибору оптимальних початкових контурів, оптимальних допусків і технологічних шляхів їх забезпечення. Техніко-економічна ефективність досягається за рахунок збільшення надійності та довговічності зубчатих передач і редукторів, за рахунок зниження питомої металоємності і зменшення маси машин і верстатів, що ними комплектуються.

Крім того, матеріали дослідження використовуються в навчальному процесі СУДУ.

Результати дослідження можуть бути використані машинобудівними підприємствами і проектними установами при розробці технології зубчатих циліндричних передач Новікова, можуть бути враховані при розробці геометрії початкових контурів, норм точності і допусків зубчатих циліндричних передач Новікова на рівні керівних документів і державних стандартів.

Таким чином, математична модель багатокритеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова, нові синтезовані початкові контури, що забеспечують передачам Новікова більш високі, в порівнянні з відомими початковими контурами, експлуатаційні характеристики, методики розрахунку і розраховані на їхній основі таблиці оптимальних граничних відхилень і допусків на точність виготовлення зубчатих коліс, передач і черв?ячних фрез з синтезованими початковими контурами - головний науковий і практичний результат роботи.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

Грибанова Ю.В., Кравец С.А. Сравнительная кинематическая точность новиковских и эвольвентных зубчатых цилиндрических передач //Вісник Східноукраїнського Державного Університету. - 1998. - №4 (14). - С.128-131.

Грибанова Ю.В., Шишов В.П. Задача и методы многокритериального синтеза зубчатых цилиндрических передач Новикова ДЛЗ //Вісник Східноукраїнського Державного Університету. - 1998. - №4(14). - С.131-135.

Грибанова Ю.В., Шишов В.П. Задача и метод многокритериального анализа зубчатых цилиндрических передач Новикова ДЛЗ //Вісник Східноукраїнського Державного Університету. - 1998. - №4(14). - С.140-145.

Грибанов В.М., Грибанова Ю.В. Математические модели производства зубчатых цилиндрических передач Новикова. Конспект лекций. - Луганск: Изд-во Восточноукр. гос. ун-та, 1999. - 147с.

Грибанов В.М., Чиж В.И., Грибанова Ю.В. Анализ влияния точности изготовления зубчатых колёс и передач на их себестоимость //Збірник наукових праць Східноукраїнського Державного Університету. Серія "Техничні науки". - Луганськ, 1999. - С.75-77.

Грибанов В.М., Грибанова Ю.В. Многокритериальная оптимизация зубчатых цилиндрических передач Новикова //Вестник Харьковского Государственного Политехнического университета. - 1999. - Вып. 50. - С.158-163.

Грибанова Ю.В. Численный многокритериальный синтез зубчатых цилиндрических передач Новикова ДЛЗ //Вісник Східноукраїнського Державного Університету. - 1999. - №1(16). - С.60-63.

Грибанова Ю.В. Численный многокритериальный анализ зубчатых цилиндрических передач Новикова ДЛЗ //Вісник Східноукраїнського Державного Університету. - 1999. - №1(16). - С.115-119.

Грибанова Ю.В., Кравец С.А. О повышении технического уровня тяговых передач подвижного состава //Проблемы развития рельсового транспорта: Тез. докл. IX Междунар. науч.-техн. конф. - Крым, Алушта, 13-17 сентября 1999. - С.14.

Грибанова Ю.В., Кравец С.А., Шишов В.П. О точности изготовления и монтажа зубчатых передач машин промышленного транспорта //Збірник наукових праць Східноукраїнського Державного Універ-ситету. Серія: Промисловий транспорт. Вид-во СУДУ, 1999. - С.73-75.

Грибанова Ю.В. О точности изготовления червячных фрез для зубчатых колёс приводов машин промышленного транспорта //Збірник наукових праць Східноукраїнського Державного Університету. Серія: Промисловий транспорт. Вид-во СУДУ, 1999. - С.78-80.

Грибанова Ю.В. Нарушение номинального контакта зубьев в цилиндрических передачах Новикова с двумя линиями зацепления //Вісник Східноукраїнського Державного Університету. - 1999. - №3(18). - С.81-85.

Грибанова Ю.В., Шишов В.П. Контактно-метрологическая задача зубчатых цилиндрических передач Новикова ДЛЗ с улучшенными исходными контурами //Вісник Східноукраїнського Державного Університету. - 1999. - №3(18). - С.86-92.

Размещено на Allbest.ru