Размещено на http://www.allbest.ru/

Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

УДК 621.83

Спеціальність 05.02.02 - машинознавство

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Підвищення технічного рівня аркових циліндричних передач з зачепленням Новікова багатокритеріальним геометрокінематичним синтезом

Малий Дмитро В'ячеславович

Луганськ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Грібанов Віктор Михайлович, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, завідувач кафедри "Прикладна математика".

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Кириченко Анатолій Федорович, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", професор кафедри "Нарисної геометрії та графіки";

- кандидат технічних наук, доцент, Шевченко Святослав Володимирович, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, доцент кафедри "Машинознавство".

Провідна установа - Одеський національний політехнічний університет, кафедра "Теоретична механіка і машинознавство", Міністерства освіти і науки України, м. Одеса.

Захист відбудеться 05.07.2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 29.051.03 Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля за адресою: 91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20 а.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля за адресою: 91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20 а.

Автореферат розісланий 04.06. 2004 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Осенін Ю.І.

Загальна характеристика роботи

Одним з можливих шляхів забезпечення подальшого прогресу в редукторобудуванні є застосування передач Новікова, що володіють підвищеною навантажувальною здатністю і поліпшеними гідродинамічними умовами контактування. Особливе місце серед таких передач займають передачі з арковою формою зубців. Для циліндричних передач Новікова аркова форма зубців сприяє підвищенню згибної та контактної міцності, поліпшенню гідродинамічних показників та підвищенню плавності роботи передачі. Тому застосування аркових циліндричних передач Новікова в редукторобудуванні може розглядатися як один зі шляхів забезпечення подальшого прогресу в машинобудуванні.

Актуальність теми. Експлуатаційні характеристики аркових зубчастих передач Новікова в значній мірі визначаються геометрією їхнього вихідного контуру та, крім того, залежать від точності виготовлення й монтажу. Однак, як свідчить практика, технічні можливості аркових зубчастих передач Новікова ще далеко не вичерпані й, у першу чергу, через відсутність науково обґрунтованих рекомендацій з розробки геометрії їх вихідного інструментального контуру, а також недостатньої обґрунтованості рекомендацій з точності виготовлення та монтажу передач. Саме ці обставини є в даний час стримуючим фактором широкого впровадження аркових передач із зачепленням Новікова в промисловість. У цьому зв'язку особливу актуальність здобуває задача багатокритеріального синтезу вихідного контуру. Її рішення полягає у визначенні такого раціонального вихідного контуру для аркових передач Новікова, що забезпечує поліпшення системи якісних показників працездатності передачі та, тим самим, підвищує її технічний рівень. Синтез раціонального вихідного контуру зв'язаний із другою актуальною задачею, а саме, із задачею аналізу впливу похибок виготовлення й монтажу передачі та розрахунком системи допусків для аркових передач Новікова із синтезованим вихідним контуром.

Вищесказане свідчить про актуальність теми дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилося: відповідно до програми робіт, проведених Луганським відділенням Транспортної Академії України; за планом науково-дослідних робіт Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (СНУ ім. В. Даля; тема ГН-31-01); відповідно до програм науково-технічного співробітництва Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля з ДП ДППКІЗО "Діпромашвуглезбагачення" (договір №НТС-П-10-00), ВАТ "Кіровський ковальський завод "Центрокуз" (договір №НТС-П-11-01), ВАТ Холдингової компанії "Луганськтепловоз" (договір №НТС-П-11-02).

Мета і задачі дисертації. Метою дослідження є підвищення технічного рівня аркових циліндричних передач із зачепленням Новікова багатокритеріальним геометрокінематичним синтезом, що включає синтез раціонального вихідного контуру і розробку системи допусків на точність виготовлення і монтажу.

Задачі дослідження:

­ визначення напрямку та методів рішення задачі багатокритеріального синтезу вихідного контуру аркових циліндричних передач Новікова;

­ одержання аналітичних виразів для якісних показників працездатності аркових зубчастих передач Новікова з метою їхнього подальшого використання як критеріїв синтезу геометрії вихідного контуру цих передач;

­ побудова математичної моделі багатокритеріального синтезу вихідного контуру зубчастих аркових циліндричних передач Новікова;

­ чисельний багатокритеріальний синтез раціональних вихідних контурів аркових циліндричних передач Новікова з метою комплексного поліпшення їхніх експлуатаційних характеристик;

­ багатокритеріальний порівняльний аналіз зубчастих аркових циліндричних передач Новікова з різними вихідними контурами;

­ чисельне дослідження точності та розробка системи раціональних допусків для зубчастих аркових циліндричних передач Новікова із синтезованим вихідним контуром;

­ експериментальна перевірка результатів теоретичного дослідження.

Об'єкт дослідження - процес впливу геометричних параметрів передач зачепленням на їх експлуатаційні характеристики.

Предмет дослідження - аркові циліндричні передачі з зачепленням Новікова.

Методи дослідження - загальні методи теорії зубчастих передач (при моделюванні верстатного та робочого зачеплень); класичні методи математичного аналізу (при побудові та розв'язанні моделюючих систем рівнянь); методи диференціальної геометрії й теорії поверхонь (при виводі аналітичних виразів якісних показників працездатності синтезованих передач); методи умовної оптимізації (при пошуку екстремуму цільової функції); методи теорії ймовірностей і теорії пружності (при постановці і розв'язанні контактно-метрологічної задачі і розрахунку надійності розробленої системи допусків); чисельні методи розв'язання задач на ЕОМ; експериментальні методи промислових випробувань редукторів (згідно вимог ГОСТ 27.410-87, ГОСТ 2Р15-4-87, ГОСТ 12.1.028-80 та ТУ 24.08.1264-82 до надійності, шумових характеристик, сумарній плямі контакту, кінематичної точності та плавності роботи).

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Дістали свій подальший розвиток стосовно до аркових передач із зачепленням Новікова математичні моделі верстатного і робочого зачеплень активних поверхонь зубців, що разом з аналітичними виразами для критеріїв працездатності складають модель багатокритеріального синтезу та дозволяють враховувати технологічні і монтажні похибки таких передач.

2. Вперше для аркової циліндричної передачі Новікова на базі побудованої моделі здійснений багатокритеріальний синтез шляхом розв'язання оптимізаційної задачі з метою отримання для такої передачі раціонального вихідного контуру.

3. Удосконалено методику багатокритеріального аналізу аркових циліндричних передач Новікова шляхом формування комплексних показників і вибору системи вагових коефіцієнтів, що дозволяє робити порівняльний аналіз передач з різними вихідними контурами по заданій групі критеріїв.

4. Вперше для аркових циліндричних передач Новікова встановлені характер і ступінь впливу похибок виготовлення і монтажу на якісні показники їхньої працездатності, умови контактування зубців, кінематичну точність і плавність роботи, шляхом визначення коефіцієнтів впливу з метою виявлення домінуючих похибок і розрахунку граничних відхилень й допусків.

Практичне значення отриманих результатів:

1. Розроблено чисельний метод багатокритеріального синтезу зубчастих аркових циліндричних передач Новікова з заданими експлуатаційними характеристиками.

2. Синтезовано вихідний контур, що забезпечує арковим циліндричним передачам Новікова більш високі якісні показники працездатності в порівнянні з відомими вихідними контурами.

3. Для аркових циліндричних передач Новікова із синтезованим вихідним контуром розроблені таблиці граничних відхилень та допусків на точність їхнього виготовлення і монтажу, що, у цілому, сприяє підвищенню технічного рівня зубчастих передач і редукторів.

4. Розроблено алгоритми і комп'ютерні програми розрахунку локальних критеріїв, побудови вихідних контурів, розв'язання задачі багатокритеріального синтезу і розрахунку коефіцієнтів впливу похибок.

Результати дисертаційної роботи використовуються при проектуванні редукторів у ДППКІЗО "Діпромашвуглезбагачення" (акт впровадження за договором №НТС-П-10-00), при виготовленні зубчастих передач в ВАТ "Кіровський ковальський завод "Центрокуз" (акт впровадження за договором №НТС-П-11-01), при виготовленні редукторів шахтних конвеєрів у ВАТ Холдингової компанії "Луганськтепловоз" (акт впровадження за договором НТС-П-11-02).

Результати дослідження можуть бути використані машинобудівними підприємствами і проектними організаціями при розробці технології виготовлення зубчастих аркових циліндричних передач Новікова, можуть бути враховані при розробці геометрії вихідних контурів, норм точності та допусків для зубчастих аркових циліндричних передач Новікова на рівні керівних документів і державних стандартів.

Особистий внесок здобувача:

­ розробка математичної моделі багатокритеріального синтезу зубчастих аркових циліндричних передач Новікова й одержання аналітичних виражень критеріїв синтезу [1], [3], [5];

­ чисельний багатокритеріальний синтез геометрії вихідних контурів зубчастих аркових циліндричних передач Новікова [8];

­ чисельний багатокритеріальний порівняльний аналіз зубчастих аркових циліндричних передач Новікова з різними вихідними контурами [2], [4], [8];

­ чисельне дослідження точності аркових циліндричних передач Новікова із синтезованим вихідним контуром [6];

­ розрахунок раціональних допусків для зубчастих аркових циліндричних передач Новікова із синтезованим вихідним контуром [6], [7].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися, обговорювалися й одержали позитивну оцінку: на Міжнародних науково-технічних конференціях "Проблеми якості і довговічності зубчастих передач і редукторів" (1997, 1999-2003 - Севастополь); на V-IX Міжнародних науково-практичних конференціях "Університет і регіон" (1999-2003 - Луганськ); на науково-практичній конференції "Промисловий транспорт: наука, виробництво, кадри" (1999 - Луганськ); на IX Міжнародної науково-технічної конференції "Проблеми розвитку рейкового транспорту" (1999, 2003 - Крим, Алушта); на I і II національних науково-практичних конференціях "Системний аналіз і інформаційні технології" (1999, 2000 - Київ); на науковій конференції професорсько-викладацького складу "Університет-2000" (2000 - Луганськ); на спільному засіданні кафедр "Машинознавство" і "Прикладна математика" СНУ ім. В. Даля (2003 - Луганськ).

Публікації. За результатами дисертації опубліковано 8 друкарських робіт, з них 7 статей у наукових журналах, 1 стаття в збірнику наукових праць, де здобувачеві належить розробка алгоритмів та методик багатокритеріального синтезу й аналізу, обробка результатів чисельного дослідження, формулювання висновків.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з введення, п'ятьох розділів, висновку і додатків. Повний обсяг дисертації 285 сторінок, у тому числі 127 сторінок основного тексту, 24 малюнка на 13 сторінках, 28 таблиць на 24 сторінках, 5 додатків на 105 сторінках, 150 літературних джерел на 16 сторінках.

арковий циліндричний передача новіков

Основний зміст роботи

У вступі показано сутність і сучасний стан розглянутої теми, обґрунтована її актуальність, сформульована мета і задачі дослідження, показана наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі проводиться аналітичний огляд робіт, які присвячені дослідженням зубчастих циліндричних передач. Відзначається особливе місце, що займають серед них, завдяки своїм підвищеним експлуатаційним характеристикам, зубчасті передачі Новікова.

Великий внесок у розв'язання проблем зубчастих передач Новікова внесли вчені Е.Л. Айрапетов, В.С. Гапонов, Е.Г. Гінзбург, А.І. Гребенюк, В.М. Грібанов, М.І. Догода, М.Л. Єрихов, Г.О. Журавльов, К.І. Заблонський, М.Я. Іткіс, А.Ф. Кириченко, В.І. Короткін, Ю.Ф. Коуба, Н.Н. Краснощьоков, В.Н. Кудрявцев, Ф.Л. Літвин, О.В. Павленко, В.І. Печений, Л.М. Решетов, Е.Г. Рослівкер, В.Н. Севрюк, Р.В. Федякин, В.А. Чєсноков, В.П. Шишов, Н.С. Яковлєв.

Достоїнства зубчастих передач Новікова сприяють їхньому значному поширенню як в Україні, країнах СНД, так і в далекому зарубіжжі. У той же час слід зазначити, що можливості передач Новікова ще далеко не вичерпані. На користь цього твердження свідчить існування принципової можливості використання різних сполучених поверхонь зубців у передачах Новікова, що дозволяє підвищити їхній технічний рівень за рахунок синтезу раціонального вихідного контуру та вибору подовжньої форми зубців. Так, аркові зубчасті передачі з зачепленням Новікова поєднують у собі ті достоїнства, якими володіють новіковські зубчасті передачі з перевагами аркових передач, а саме:

- аркові передачі з зачепленням Новікова забезпечують плавну передачу руху та мають підвищену згибну й контактну міцність;

- застосування таких передач замість косозубих дозволяє підвищити навантажувальну здатність, яка лімітується довговічністю по вигібу, на 30%, а в умовах щодо великих похибок монтажу та деформації - більш ніж у 1,8 рази;

- технологічна можливість осьового переміщення забезпечує самоустановку зубчастої передачі та рівномірний розподіл навантаження по довжині зубців, що збільшує довговічність передачі більш ніж у два рази.

Як свідчить аналіз, незважаючи на відзначені переваги аркових передач Новікова, наявність теоретичних передумов та достатню виробничу базу, ряд питань, зв'язаних з їхньою розробкою, вивчені не досить та вимагають свого подальшого дослідження, а саме:

- існуючі рекомендації з вибору геометричних параметрів форми зубців присвячені, в основному, арковим зубцям у евольвентних передачах;

- не вирішені питання синтезу раціональної по показниках працездатності аркової зубчастої передачі Новікова на основі системного підходу і багатокритеріальної оптимізації геометричних параметрів її вихідного контуру, що пояснюється, у першу чергу, відсутністю добре обумовленої математичної моделі, адаптованої для розв'язання задачі багатокритеріального синтезу, яка враховувала б як специфіку форми зубців аркових передач, так і реально існуючі похибки виготовлення та монтажу;

- відсутні рекомендації по багатокритеріальному порівняльному аналізу аркових передач Новікова, що дозволяють на рівні існуючих інженерних оцінок давати комплексну характеристику за локальними показниками працездатності;

- не повною мірою досліджені ступінь та характер впливу похибок виготовлення й монтажу передачі на локально-кінематичні і гідродинамічні явища в зоні контакту зубців аркових передач Новікова; відсутні розрахунки граничних відхилень та допусків на основні контрольовані похибки цих передач.

З викладеного визначається мета роботи, що полягає у підвищенні технічного рівня аркових циліндричних передач із зачепленням Новікова багатокритеріальним синтезом вихідного контуру, та включає розв'язок перерахованих вище задач.

В другому розділі побудована математична модель багатокритеріального синтезу аркових циліндричних передач Новікова, що містить у собі систему локальних критеріїв, які відбивають техніко-експлуатаційні показники функціювання передач, і систему рівнянь, що моделюють робоче зачеплення активних поверхонь зубців з урахуванням можливих похибок виготовлення і монтажу.

Групу геометрокінематичних критеріїв, що характеризують локально-кінематичні і гідродинамічні явища у зоні контакту зубців та визначаються геометрією вихідного контуру зубчастої передачі, складають: сумарна швидкість переміщення точок контакту в напрямку, перпендикулярному великої осі еліптичної площадки миттєвого контакту зубців; відносна швидкість ковзання та питомі ковзання активних поверхонь зубців ведучого (n=1) та веденого (n=2) колеса; головні, та приведена кривизни активних поверхонь зубців у зоні контакту, а також коефіцієнт локальної чутливості передачі, відносні швидкості вертіння та перекочування.

Значення напруги пропорційно, а коефіцієнт не залежить у явному вигляді від геометрії вихідного контуру. Тому критерій був прийнятий за критерій синтезу на контактну міцність. Напруга вигину в небезпечному перерізі пропорційна, а коефіцієнт у явному вигляді не залежить від геометрії вихідного контуру. Тому критерій приймається за критерій синтезу на згибну міцність.

Геометрія активних ділянок вихідних контурів для аркових зубчастих передач Новікова однозначно визначається складом основних геометричних параметрів, які зручно розглядати як компоненти вектора оптимізаційної задачі багатокритеріального синтезу:.

Для розв'язання поставленої оптимізаційної задачі багатокритеріального геометрокінематичного синтезу застосовується метод, що базується на концепції побудови Парето-оптимальних рішень та дозволяє на кожнім етапі поліпшувати розв'язок задачі хоча б по одному з показників, не погіршуючи при цьому інші. При цьому, як початкове наближення використовуються геометричні параметри будь-якого з відомих вихідних контурів.

Для того щоб мати можливість порівнювати передачі з різними вихідними контурами, необхідно мати:

- числові оцінки (локальні) кожного ,що увійшов до складу вектора, критерію, які відповідають контурові;

- числову оцінку (узагальнену) векторного критерію, що характеризує контур по сукупності показників.

У результаті з'являється можливість вибору кращого контуру на множині, наприклад, за умови, , якщо оптимізаційна задача передбачає пошук мінімуму.

Постановка задачі. Хай задана деяка сукупність вихідних контурів, які підлягають аналізові. Кожному вихідному контурові поставлений у відповідність вектор з відомими значеннями локальних критеріїв, ,та задана шкала вагових коефіцієнтів, що характеризує ступінь значимості кожного з локальних критеріїв у їхній загальній сукупності. Необхідно здійснити вибір раціонального вихідного контуру. При багатокритериальному порівняльному аналізі стратегія його пошуку залежить від призначення вагових коефіцієнтів та алгоритму формування узагальненої числової оцінки векторного критерію для -о рішення.

При дослідженні аркових зубчастих передач Новікова, що мають визначені технологічні й монтажні похибки виготовлення та монтажу коліс, треба мати математичну модель реального зачеплення, що враховує характер та ступінь впливу похибок на умови контактування активних поверхонь зубців й кінематику передачі, та дозволяє розраховувати величини граничних відхилень й допусків, що регламентують точність виготовлення й монтажу досліджуваних передач, а також їхню кінематичну точність та плавність роботи.

Вектор дорівнює, а сама система являє собою модель передачі, що відрізняється від номінальної наявністю однієї похибки. Система моделює номінальну передачу, коли усі похибки відсутні.

Таким чином, модель реальної аркової передачі Новікова містить у собі:

- систему похибок, що істотно впливають на геометрокінематичні показники передачі;

- систему рівнянь, що враховує ці похибки та дозволяє одержати як саме рішення, так і супутні йому коефіцієнти впливу похибок, що необхідні при аналізі передачі на точність.

У третьому розділі на базі розробленої математичної моделі багатокритеріального синтезу та попереднього аналізу існуючих вихідних контурів здійснено чисельний синтез раціонального вихідного контуру для аркових передач із зачепленням Новікова та проведено заключний порівняльний багатокритеріальний аналіз існуючих вихідних контурів, включаючи синтезований контур.

Синтез вихідних контурів, здійснений за допомогою розробленої програми "Fun" з різними початковими вихідними контурами, обраними зі сформованої в результаті попереднього аналізу поліпшеної групи контурів, дозволив одержати контури, параметри яких представлені в таблиці 1.

Таблиця 1

	Синтезований вихідний контур	Початкове наближення
1		0,1836	0,8889	1,5123	0,456		КС-1
2		0,1836	0,8901	1,5122	0,453		КС-0
3		0,1835	0,8902	1,5123	0,453		РГУ-1
4		0,1836	0,8901	1,5123	0,454	Раціональний ВК СНУ-2А

Незначні відхилення відповідних параметрів синтезованих контурів свідчать про незалежність отриманих рішень оптимізаційної задачі від початкового наближення. На рис. 1 надано остаточний вигляд синтезованого вихідного контуру СНУ-2А.

Відповідно до запропонованої методики багатокритеріального порівняльного аналізу, проведено аналіз контурів, що ввійшли в основну групу, доповнену синтезованим вихідним контуром СНУ-2А та контуром ГОСТ 15023-76, показники якого традиційно приймаються за еталонні при порівнянні характеристик передач з різними вихідними контурами.

Їхній аналіз дозволяє зробити наступні висновки.

1. По - критерію кращий показник має передача зі синтезованим вихідним контуром СНУ-2А. Так, у порівнянні з контуром ГОСТ 15023-76, цей показник краще на 75%. Кращі показники по - критерію мають також і контури КС-0, КС-1, НС-1К, що кращі еталонного відповідно на 65%, 59% і 50%.

2. Розрахунки комплексного критерію свідчать про те, що при використанні вихідного контуру СНУ-2А в аркових передачах Новікова їхня навантажувальна здатність підвищується на 25% у порівнянні з іншими передачами, у тому числі і з передачами, що мають вихідні контури КС-0, КС-1, НС-1К.

3. Узагальнений гідрокінематичний критерій у передач з контурами КС-0, КС-1, НС-1К, також краще еталонного показника на 4-6%. У передач з контуром СНУ-2А цей показник краще на 11%.

Рис. 1 Схема синтезованого вихідного контуру СНУ-2А

Таким чином, отриманий за допомогою багатокритеріального синтезу вихідний контур СНУ-2А при його застосуванні в аркових зубчастих передачах Новікова збільшує їхню навантажувальну здатність на 25%, поліпшує гідрокінематичні характеристики на 11% та значно знижує (на 75%) чутливість передачі до похибок виготовлення й монтажу. Остання обставина створює визначений резерв для збільшення навантажувальної здатності передачі.

У четвертому розділі проводяться дослідження характеру і ступеня впливу похибок виготовлення і монтажу на положення точок контакту, кінематику і якісні показники працездатності циліндричних передач Новікова з арковими зубцями. Для визначення характеру і ступеня впливу окремих похибок на положення точок контакту і кінематику циліндричних передач Новікова з арковими зубцями вводяться до розгляду відповідні коефіцієнти впливу.

Аналіз коефіцієнтів впливу показав наступне.

1. У плані порушення двоточкового контакту передачі Новікова з арковими зубцями приблизно на порядок більш сприйнятливі до похибок, чим аналогічні косозубі передачі. Однак, у наслідок самовстановлення передач з арковими зубцями зазначена відмінність не виявляється настільки помітно.

2. Основні кінематичні характеристики передач Новікова з арковими зубцями, як мінімум, на один-два порядків більш чуттєві до похибок у порівнянні з аналогічними характеристиками відповідних косозубих передач. Це порозумівається зміною кута нахилу зубців в аркових передачах. Зауважимо, що в околиці вершини арки, коефіцієнти впливу прагнуть до нескінченності.

3. Локальна кінематика і гідродинаміка циліндричних передач з арковими зубцями не краще аналогічних характеристик циліндричних косозубих передач, тому що при деякому поліпшенні умов утворення масляного клина тертя ковзання в передачах з арковими зубцями, будучи приблизно однаковим з тертям ковзання в косозубих передачах лише в районі торців, потім істотно зростає (на порядок) у точках середньої частини напівшеврону. Тертя ковзання ще більш зростає в міру наближення точок контакту до вершин арок зубців.

Відповідно до практики нормування точності передач зачепленням для зубчастих передач Новікова з арковими зубцями з вихідним контуром СНУ-2А, синтезованим у третьому розділі, розраховані граничні відхилення і допуски на основні контрольовані похибки, що роблять вплив на умови контактування зубів, кінематичну точність і плавність роботи передач (табл. 2).

У п'ятому розділі представлені дані випробувань циліндричних аркових передач із зачепленням Новікова, результати контактно-метрологічного аналізу розрахованих допусків та типових випробувань редукторів із синтезованим вихідним контуром. Ціль експерименту полягала в підтвердженні отриманих теоретичних висновків.

У цілому, результати теоретичного дослідження добре погодяться з результатами експерименту. Так, розглянуті в таблиці 3 передачі виконані з урахуванням розроблених допусків, що забезпечило їм якісний контакт зубців. Як видно з таблиці, похибка відхилення розрахункової відстані від фактичної не перевищує 5%.

Типові випробування редукторів із синтезованим вихідним контуром СНУ-2А проводилися на базі циліндричного двоступінчастого редуктора ЦДНШ-315, що застосовується у верстатах качалках та інших механічних приводах нафтового устаткування.

Таблиця 2

Норми кінематичної точності

СТ	Позначення	Модуль, мм	Ділильний діаметр, мм
			Від. 125	Від. 125 до 400	Від.400 до 800	Від. 800 до 1600
			мкм
7		Від 2 до 2,5	16	18	20	-
		Від. 2,5 до 3,15	18	20	22	-
		Від. 3,15 до 4	20	22	25	28
		Від. 4 до 5	22	25	28	31
		Від. 5 до 6,3	39	44	50	56
		Від. 6,3 до 8	44	50	56	63
		Від. 8 до 10	45	56	63	70
		Від. 10 до 12,5	45	63	70	78
		Від. 12,5 до 14	45	71	88	94
		Від. 14 до 16	-	71	90	100

Таблиця 3

Експериментальна статистика розробленої системи допусків

№пп	, мм
								Розрах.	Факт.
1	50	-20	45	50	70	10	5	4,51	4,62
2	55	-25	35	30	30	5	5	5,48	5,37
3	70	55	70	100	-58	9	6	6,73	6,81
4	-50	10	-65	-55	-49	5	3	4,12	4,26
5	25	-50	30	-45	34	9	3	4,91	5,03
6	-80	50	50	-40	25	6	5	5,84	5,71
7	70	-35	70	100	40	10	5	4,57	4,44

Таблиця 4

Найменування показників	Значення показників по ТУ	Фактичне значення показників редукторів з новим ВК СНУ-2А
		№312	№313
Допускаючий крутячий момент на вихідному валу, Н·м.	7	7	7
Величина крутячого моменту, здатна короткочасно сприйматися вихідним валом при спареній установці редукторів, Н·м.	14	14	14
Маса, кг, не більше	424	418	419
Коригований рівень звукової міцності, ДБА	104	90	89
Коефіцієнт корисної дії, %	0,97	0,985	0,984
Температура мастила при роботі редуктора, С, не більше	90	55	55
Показники надійності
Повний установлений термін служби, не менше, рік	11	18	18
Повний девяностовідсотковий ресурс передач, не менше, годин	42000	47000	47000

Проведена перевірка відповідності редукторів ЦДНШ-315 з арковою передачею Новікова, розробленої на основі синтезованого вихідного контуру СНУ-2А, вимогам до продукції, умовам експлуатації, збереження і транспортування по ТУУ24.08.1264-82 та комплектові конструкторської документації "Редуктор ЦДНШ-315.001" (табл. 4). Усі вимоги виконані.

Висновки

У дисертаційній роботі розв'язана актуальна науково-технічна задача підвищення технічного рівня аркових циліндричних передач із зачепленням Новікова шляхом багатокритеріального синтезу вихідного контуру та розробки системи раціональних допусків.

Виконані дослідження дозволяють зробити наступні висновки.

1. Як свідчить аналіз, застосування аркових циліндричних передач Новікова в редукторобудуванні підвищує технічний рівень редукторів і, тим самим, сприяє подальшому прогресові в машинобудуванні. Однак, їхнє впровадження у виробництво стримується нерозв'язаністю ряду задач, у тому числі задачі вибору раціонального вихідного контуру, а також відсутністю рекомендацій з точності виготовлення і монтажу таких передач.

2. Проаналізовано особливості аркових передач Новікова, визначені основні показники їхньої працездатності (критерії), що характеризують несучу здатність, тертя, знос, ККД, умови утворення масляного клину, чутливість до похибок виготовлення й монтажу, та запропоновано шлях підвищення технічного рівня таких передач за допомогою синтезу раціонального вихідного контуру і розробки системи допусків на точність виготовлення і монтажу.

3. Застосовувані в даний час методи однокритеріального синтезу зубчастих передач, у тому числі й аркових передачах Новікова, не можуть розглядатися як задовільні, тому що в умовах суперечливості критеріїв приводять до небажаного або навіть неприпустимого результату. Тому синтез раціонального вихідного контуру для аркових передач Новікова повинний здійснюватися на основі комплексного обліку всієї множини критеріїв.

4. Сформульована задача і розроблена математична модель багатокритеріального синтезу аркової передачі Новікова, що містить у собі систему аналітичних залежностей, які моделюють вплив геометричних параметрів вихідного контуру на критерії її працездатності, а також систему рівнянь, що моделюють зачеплення активних поверхонь зубців з урахуванням можливих похибок виготовлення і монтажу.

5. На базі побудованої моделі реалізовано пошук раціонального вихідного контуру в умовах багатокритеріальності об'єкта синтезу. Розв'язано задачу багатокритеріального синтезу й отримано вихідний контур, що поліпшує експлуатаційні показники аркових передач Новікова.

6. Для підтвердження високих експлуатаційних показників аркової зубчастої передачі Новікова із синтезованим вихідним контуром проведений порівняльний аналіз з аналогічними передачами, виконаними на базі інших вихідних контурів. У результаті аналізу встановлене наступне:

- передача із синтезованим вихідним контуром має кращий показник локальної чутливості як у порівнянні з вихідним контуром ГОСТ 15023-76 (у 1,7 рази), так і в порівнянні з контурами, що мають поліпшені характеристики, типу КС-0 (на 10%) і НС-1К (на 25%);

- по гідрокінематичних характеристиках передачі із синтезованим вихідним контуром краще інших у середньому на 10-12%, а по навантажувальній здатності - на 20-25%.

7. Досліджено ступінь і характер впливу технологічних і монтажних похибок на умови контактування зубців, кінематичну точність і плавність роботи аркової передачі Новікова із синтезованим вихідним контуром. Встановлено, що ефект впливу похибок є негативним, оскільки приводить до небажаного зменшення показників, і до небажаного збільшення критеріїв.

8. Для аркових зубчастих передач Новікова із синтезованим вихідним контуром розраховані граничні відхилення і допуски на основні контрольовані похибки, що чинять домінуючий вплив на умови контактування зубців, кінематичну точність і плавність роботи передачі. Складено таблиці їхніх значень.

9. Теоретичні розрахунки перевірялися в ході експерименту контролем відстані між серединами контактних смужок і порівнянням цієї відстані з розрахунковим. Похибка відхилення розрахункової відстані від фактичної не перевищує 5%, що свідчить про достатню точність моделі. Промислові випробування редукторів ЦДНШ-315 із синтезованим вихідним контуром підтвердили повну відповідність їхніх експлуатаційних показників вимогам ГОСТ 27.410-87 і ТУ У 24.08.1264-82.

10. Основні результати роботи використані в ДП ДППКІЗО "Діпромашвуглезбагачення", у ВАТ "Кіровський ковальський завод "Центрокуз", у ВАТ Холдингова компанія "Луганськтепловоз" при проектуванні і виробництві зубчастих передач і редукторів, що сприяло більш повної реалізації навантаження і ресурсу, підвищенню надійності і зниженню рівня шуму за рахунок вибору раціонального вихідного контуру для аркових передач Новікова й оптимальних допусків на точність їхнього виготовлення і монтажу.

Отримані в роботі результати можуть бути рекомендовані для використання проектними організаціями і промисловими підприємствами при проектуванні аркових циліндричних зубчастих передач Новікова з поліпшеними характеристиками.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Кучма Ю.В., Малый Д.В. Некоторые аспекты математического моделирования зубчатых передач Новикова. // Вісник Східноукраїнського державного університету. - 1998. - №4(14). - С. 75-79.

2. Малый Д.В. Цилиндрические передачи с арочным зубом: анализ опыта расчета, проектирования и изготовления // Вісник Східноукраїнського Національного університету. - 2000. - №9(31). - С. 139-144.

3. Кучма Ю.В., Малый Д.В. Задача и алгоритм решения многокритериального синтеза исходного контура зубчатой передачи Новикова // Вісник Східноукраїнського Національного університету. - 2000. - №10(32). - С. 80-83.

4. Грибанов В.М., Малый Д.В., Фесенко Т.Н., Хмеловский Т.Г. Сравнительный анализ зубчатых цилиндрических передач Новикова с арочным зубом // Вестник Национального технического университета "ХПИ". Тематичний збірник наукових праць "Технології в машинобудуванні". Харків: НТУ „ХПІ". - 2001. - №13. - С. 43-51.

5. Малый Д.В. Повышение технического уровня зубчатых цилиндрических передач на основе арочного зацепления Новикова // Збірник наукових праць Східноукраїнського Національного Університету ім. Володимира Даля. Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2001. - С. 111.

6. Малый Д.В., Фесенко Т.Н., Хмеловский Т.Г. Локальная кинематика и некоторые аспекты гидродинамики цилиндрических передач Новикова при наличии технологических и монтажных погрешностей // Вестник Национального технического университета "ХПИ". Тематичний збірник наукових праць "Технології в машинобудуванні". Харків: НТУ "ХПІ". - 2002. - №10. - С. 86-92.

7. Грибанов В.М., Малый Д.В., Науменко С.М. Некоторые вопросы геометрии и метрологии передач Новикова с арочными зубьями// Вестник Национального технического университета "ХПИ". Тематичний збірник наукових праць "Технології в машинобудуванні". Харків: НТУ"ХПІ". - 2003. - №9. - С. 3-7.

8. Малый Д.В. Численный синтез рационального исходного контура для передач Новикова с арочными зубьями. Сравнительный анализ// Вісник Східноукраїнського Національного Університету ім. Володимира Даля. - 2003. - №8(66). - С. 105-109

Анотація

Малий Д.В. Підвищення технічного рівня аркових циліндричних передач з зачепленням Новікова багатокритеріальним геометрокінематичним синтезом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.02.02 - Машинознавство. - Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Луганськ, 2004.

Одним з можливих шляхів забезпечення подальшого прогресу в редукторобудуванні є застосування аркових зубчастих передач із зачепленням Новікова, що володіють підвищеною навантажувальною здатністю і поліпшеними гідродинамічними умовами контактування зубців.

Дисертаційна робота присвячена підвищенню технічного рівня аркових циліндричних передач з зачепленням Новікова шляхом багатокритеріального синтезу її вихідного контуру. Для розв'язку цієї задачі була розроблена математична модель багатокритеріального синтезу, що містить у собі аналітичні зв'язки між геометрією вихідного контуру та критеріями працездатності передачі, а також систему рівнянь, що моделює робоче зачеплення в арковій передачі Новікова з урахуванням можливого впливу похибок виготовлення й монтажу.

На базі побудованої моделі розроблено та реалізовано метод пошуку раціонального вихідного контуру в умовах багатокритеріальності об'єкта синтезу та синтезован раціональний вихідний контур.

Проведений за розробленою методикою багатокритеріальний порівняльний аналіз вихідного контуру підтвердив високу ефективність передачі із синтезованим контуром по всіх основних показниках. Так, передача із синтезованим вихідним контуром має кращий показник локальної чутливості як у порівнянні з контуром ГОСТ 15023-76 (на 75%), так і в порівнянні з такими вихідними контурами, як КС-0 (на 10%) та НС-1К (на 25%), що у даний час вважаються одними з кращих по існуючих експлуатаційних показниках.

У доповненні до синтезу вихідного контуру, був досліджений характер впливу похибок виготовлення й монтажу на локально-кінематичні та гідродинамічні явища в зоні контакту зубців аркової циліндричної передачі з зачепленням Новікова, у тому числі і з синтезованим вихідним контуром, а також розраховані граничні відхилення та допуски на основні контрольовані похибки.

Результати дисертаційної роботи рекомендується використовувати проектним організаціям та промисловим підприємствам при розробці аркових зубчастих передач із зачепленням Новікова.

Ключові слова: вихідний контур, аркові зубчасті передачі, зачеплення Новікова, багатокритеріальний синтез, точність, похибки, допуски.

Аннотация

Малый Д.В. Повышение технического уровня арочных цилиндрических передач с зацеплением Новикова многокритериальным геометрокинематическим синтезом. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.02 - Машиноведение. - Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля, Луганск, 2004.

Одним из возможных путей обеспечения дальнейшего прогресса в редукторостроении является применение арочных зубчатых передач с зацеплением Новикова, которые обладают повышенной нагрузочной способностью и улучшенными гидродинамическими условиями контактирования зубьев.

Данная диссертационная работа посвящена повышению технического уровня арочных цилиндрических передач с зацеплением Новикова путём многокритериального синтеза её исходного контура. Для решения этой задачи была разработана математическая модель многокритериального синтеза, включающая в себя аналитические связи между геометрией исходного контура и критериями работоспособности передачи, а также систему уравнений, моделирующую станочное и рабочее зацепление в передаче с учётом возможного влияния погрешностей изготовления и монтажа.

На базе построенной модели был разработан и реализован метод поиска рационального исходного контура в условиях многокритериальности объекта синтеза и синтезирован рациональный исходный контур.

Проведенный по разработанной методике многокритериальный сравнительный анализ исходного контура подтвердил высокую эффективность передачи с синтезированным контуром по всем основным показателям. Так, передача с синтезированным исходным контуром имеет лучший показатель локальной чувствительности как по сравнению с контуром ГОСТ 15023-76 (на 75%), так и по сравнению с такими исходными контурами, как КС-0 (на 10%) и НС01К (на 25%), которые в настоящее время считаются одними из лучших по имеющимся эксплуатационным показателям.

В дополнении к синтезу исходного контура, был исследован характер влияния погрешностей изготовления и монтажа на локально-кинематические и гидродинамические явления в зоне контакта зубьев арочной цилиндрической передачи с зацеплением Новикова, в том числе и с синтезированным исходным контуром, а также рассчитаны предельные отклонения и допуски на основные контролируемые погрешности.

Результаты диссертационной работы рекомендуется использовать проектным организациям и промышленным предприятиям при разработке арочных зубчатых передач с зацеплением Новикова.

Ключевые слова: исходный контур, арочные зубчатые передачи, зацепление Новикова, многокритериальный синтез, точность, погрешности, допуски.

Summary

Maliy D.V. Increase of a technological level of arch cylindrical transfers with Novikov gearing by way of geometro-kinematic synthesis. - Manuscript.

Dissertation on competition learned candidate degree of technical sciences on speciality 05.02.02 - Engineering science. East Ukrainian National University named after V. Dal, Lugansk, 2004.

The given dissertational work is devoted to increase of a technological level of arch cylindrical transfers with Novikov gearing by way multicriterian synthesis of its initial contour. For the decision of this problem there have been elaborated the mathematical model of multicriteria synthesis, including analytical communications between geometry of an initial contour and criterias of working capacity of the transfer, and also the system of the equations modelling the machine-tooling and the working gearing in the transfer in a view of possible influence of errors of installation and mounting.

On the basis of the constructed model the method of search of a rational initial contour in conditions of multicriterian object of synthesis has been developed and realized. The rational initial contour is also synthesized.

Leading on the developed technique the multicriterian comparative analysis of an initial contour has confirmed high efficiency of transfer with the synthesized contour on all basic parameters. So, the transfer with the synthesized initial contour has the best parameter of local sensitivity as in comparison with a contour of GOST 15023-76 (on 75%), and in comparison with such initial contours, as КС-0 (on 10%) and НС-1К (on 25%) which are considered as one of the best on available nowdays.

In addition to the synthesis of an initial contour, the character of influence of manufacturing's errors and installation on the local-kinematic and hydrodynamical phenomenones in a zone of contact toothes of arch cylindrical transfer with Novikov gearing has been investigated including with the synthesized initial contour, and also limited deviations and admissions are designed for the basic controllable errors.

The results of dissertational work are recommended to be used in the design organizations and the industrial enterprises by development of arch tooth gearings with Novikov gearing.

Key words: initial contour, arch toothed gearings, Novikov gearing, multicriterian synthesis, accuracy, errors, admissions.

Підписано до друку 27.05.2004 р. Формат 60x84 . Папір офсетний. Гарнітура Times. Друк офсетний. Умов. друк. арк. 1,4. Тираж 100 прим. Видавн. №848. Замовл. №524.

Видавництво Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля 91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а/

Дільниця оперативної поліграфії Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля

Адреса редакції: 91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а Телефон: 8 (0642) 46-11-24. Факс: 8 (0642) 46-13-64 E-mail: uni@snu.edu.ua http://www.snu.edu.ua

Размещено на Allbest.ru