АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДЕТАЛЕЙ ПЛАНЕТАРНО ЦЕВОЧНОГО РЕДУКТОРА

АННОТАЦИЯ

Последние достижения в области разработок машиностроительной, авиационной, автомобильной и другой техники привели к повышению контактных нагрузок в силовых механизмах. Именно такие механизмы, предназначенные для передачи больших нагрузок и/или высоких скоростей вращения посредством силовых элементов, находящихся в непосредственном или опосредованном контакте, очень широко применяются в современной технике. К числу таких узлов и механизмов можно отнести винтовые передачи и соединения, шлицевые соединения, зубчатые передачи, муфты различных типов и т.д. Характерной особенностью этих узлов и механизмов является распределение передаваемой ими силы или момента между несколькими парами (группами) силовых элементов. Например, в винтовой передаче, имеющей гайку с четырьмя витками резьбы, осевая сила в каждый момент времени распределяется некоторым образом между четырьмя витками резьбы винта и гайки; в шлицевом соединении с шестью парами шлицев втулки и вала между шлицами распределяется рабочий крутящий момент; в зубчатой муфте с шестнадцатью зубьями у втулки и вала, по этой логике, крутящий момент распределяется между шестнадцатью парами элементов и т.д. Необходимое число силовых рабочих элементов определяется в зависимости от величины передаваемой нагрузки с учетом свойств конструкционных материалов. При этом все существующие методики таких расчетов основаны на жестком детерминированном подходе и используют эмпирические и полуэмпирические зависимости. Возникающие несоответствия между результатами проектных расчетов и эксплуатационными свойствами объектов расчетов устраняются путем введения в расчетные формулы большого количества эмпирических коэффициентов, среди которых превалирует по величине коэффициент запаса прочности. Величина этого коэффициента при расчете параметров различных механизмов может достигать десяти и больше, что, фактически, обесценивает значение самих расчетов и приближает процесс принятия решений к интуитивному уровню.

Это общий недостаток, который присущ практически всем существующим методикам расчетов, является следствием весьма слабого учета реальных условий взаимодействия рабочих элементов механизмов и, в частности, случайного характера процессов этих взаимодействий. Отсутствие методики расчета, адекватно учитывающей случайный характер процессов, происходящих в проектируемых объектах, особенно в зоне контактирования поверхностей их рабочих элементов, приводит к необходимости проведения большого числа дорогостоящих и, зачастую, бесполезных экспериментов. При разрушении таких механизмов, причину видят, прежде всего, в низком качестве материалов, технологии обработки и сборки, в неправильной эксплуатации и т.п., а ошибки проектирования не могут быть обнаружены или признаны таковыми, поскольку результаты расчетов полностью соответствуют общепризнанным методикам. Это положение не может удовлетворять требованиям, предъявляемым к современной технике, особенно являющейся потенциально опасной для жизни и здоровья людей.

Ключевые слова: оптимизация, многозвенный механизма, контактная прочность, метод сборки, планетарный цевочный редуктор.

Редукторы с зубчатым зацеплением

Редукторы можно разделить на несколько видов: цилиндрические зубчатые передачи с внешним зацеплением (Рисунок 1, а, б, в), цилиндрические зубчатые передачи с внутренним зацеплением (Рисунок1, г), конические зубчатые передачи (Рисунок1, д, е, ж), гипоидная передача (Рисунок1, з), зубчатая винтовая передача (Рисунок1, и), реечная передача (Рисунок1, к).

Рисунок 1 Виды редукторов с зубчатым зацеплением

Основным достоинством зубчатых передач по сравнению с другими передачами является: технологичность, постоянство передаточного числа, высокая нагрузочная способность, высокий КПД, большая надежность в работе, простота обслуживания. К недостаткам можно отнести: невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа, высокие требования к точности изготовления и монтажа, шум при больших скоростях, плохие амортизирующие свойства, потребность специального оборудования и инструмента для нарезания зубьев, высокая жесткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки.

Планетарные-цевочные редукторы

Основным преимуществом планетарно-цевочного редуктора является долгий срок службы и высокая надежность вне зависимости от сферы применения. Такой вид редукторов имеет высокую стойкость к ударным нагрузкам благодаря конструкции с тремя эксцентриками. Высокоточные (безлюфтовые или низколюфтовые) редукторы широко используются везде, где необходимо обеспечить быстрый поворот от точки к точке или точное позиционирование рабочего органа.

Недостатки планетарно-цевочных редукторов

Однако у данного вида передач есть и ряд недостатков. Исходя из конструкции планетарно-цевочной передачи можно сделать вывод, что при их работе возникает силы трения-качения, поэтому во избежание перегрева передачи, предпочтительно использовать в приводах периодического (а не непрерывного) действия. Данный вид редукторов требует достаточно высокой точности изготовления, что приводит к увеличению стоимости изготовления.

Далее более детально рассматривая конструкции редукторов с цевочным зацеплением можно заметить что данным видам механизмов также как и механизмам с зубчатым зацеплением свойственна несеметричность нагружения. Однако в обоих видах зацепления (зубчатое и цевочное) есть варианты исполнения механизма в которых конструктивно заложено распрелеление нагрузки между несколькими элементами механизма. Проблемма заключается в том, что всё усилие и нагрузка сосредоточены в единственной точке контакта, а именно в одной паре зубьев входного и выходного валов, на примере зубчатого зацепления. В цевочном большая часть нагрузки распределяется между цевкой и сателитом. Суть проблеммы кроется в величине зазора образовавшегося при сборке деталей имеющих погрешность изготовления. Зазоры влияют на изменение распределения усилий в зацеплении и контактные напряжения между телами качения, в следствии того, что число тел качения, передающих нагрузку в зависимости от величины зазора может меняться.

При нагружении редукторы распределяют нагрузку между контактирующими элементами неравномерно, величина неравномерности нагружения контактирующих элементов зависит от конструктивных особенностей редуктора. Повышение равномерности в редукторах чаще всего достигается с помощью уменьшения зазора между контактирующими элементами за счет повышения точности их изготовления. Однако повышение точности изготовления элементов редуктора приводит к усложнению технологических процессов, снижению производительности труда и, соответственно, повышению себестоимости продукции. Кроме того, бесконечное повышение точности физически не целесообразно поэтому необходимо рассмотреть методики, основанные на малозатратных методах повышения надежности редукторов. Одной из таких методик является методика, основанная на определении средней величины зазора и подбора контактирующих тел конкретно для каждого многозвенного механизма с паспортизацией получаемых параметров. Метод паспортизации позволяет без значительных дополнительных затрат обеспечить более равномерное распределение нагрузки на контактирующие тела при нагружении многозвенных механизмов. Эту методику можно положить в основу повышения надежности планетарно‑цевочных редукторов.

Список литературы:

1. Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи. – Л.: Машиностроение, 1966.– 308 с.
2. Ан И‑Кан, Беляев А.Е. Синтез планетарных передач применительно к роторным гидромашинам. – Новоуральск: НПИМИФИ, 2001. – 92 с.
3. Шанников В.М. Планетарные редукторы с внецентроидным зацеплением. – Л.: Машгиз, 1948. – 173 с.