Багатопараметричний синтез конструктивних елементів циліндричних редукторів з урахуванням особливостей їх виготовлення та надійності

Abstract

Дисертаційна робота присвячена подальшому розвитку наукових основ, які пов’язані з розробленням нових ефективних методів багатопараметричного синтезу основних конструктивних елементів циліндричних редукторів, що забезпечують зменшення часу на структурний синтез та параметричну оптимізацію з одночасним розширенням можливостей для розв’язку складних задач і забезпеченням якості та надійності під час експлуатації. В дисертаційній роботі розроблено динамічну математичну модель коливання циліндричної зубчастої передачі з урахуванням якості виготовлення бокової робочої поверхні зубців після зубофрезерування черв’ячними фрезами. Також отримано теоретичні залежності для визначення впливу тертя профілів зубців в зачеплені циліндричної зубчастої передачі на демпфування вимушених коливань. Варто відзначити запропоновану методику прогнозування надійності циліндричних редукторів з використанням методу статистичного моделювання і багатопараметричного синтезу структури та конструктивних елементів циліндричних редукторів на основі оптимізаційних моделей і методу Монте-Карло та програмного забезпечення з використанням середовища С#, що забезпечують достатню точність і швидкість розрахунків. На підставі розроблених методів багатопараметричного синтезу конструктивних елементів циліндричних редукторів запропоновано інженерний метод оптимального проектування конструктивних елементів циліндричних редукторів, який забезпечує обґрунтований вибір конструктивних параметрів деталей, параметрів навантаження та закріплення, а також необхідну міцність, жорсткість, власні частоти коливань і мінімальну масу. Для реалізації даної задачі розроблено алгоритми і програми, що дозволяють синтезувати за певними критеріями конструктивні елементи корпусів редукторів, зубчастих коліс, валів, виконувати обґрунтований вибір підшипників тощо. Під час виконання дисертаційних досліджень було створено випробувальний стенд із замкненим силовим потоком для дослідження навантажувальної здатності редукторів та коливних процесів на режимах, що відповідають реальним умовам експлуатації. Результати досліджень на випробувальному стенді дали можливість перевірити адекватність математичної та фізичної моделей і визначити навантаження на зубці циліндричних зубчастих передач з урахуванням коливних процесів. Водночас було запропоновано рекомендації для зменшення маси корпусів і деталей редуктора з одночасним забезпеченням їх міцності та вібростійкості. Виконані дослідження та отримані результати дали можливість визначити економічну ефективність від впровадження запропонованих заходів багатопараметричного синтезу конструктивних елементів циліндричних редукторів в межах України в сумі 17,5 млн грн. Диссертация посвящена дальнейшему развитию научных основ, связанных с разработкой новых эффективных методов многопараметрического синтеза основных конструктивных элементов цилиндрических редукторов, обеспечивающих уменьшение времени на структурный синтез и параметрическую оптимизацию с одновременным расширением возможностей для решения сложных задач и обеспечением качества и надежности во время эксплуатации. В диссертационной работе разработана динамическая математическую модель колебания цилиндрической зубчатой передачи с учетом качества изготовления боковой рабочей поверхности зубьев после зубофрезерования червячными фрезами. Также получены теоретические зависимости для определения влияния трения профилей зубьев в зацеплении цилиндрической зубчатой передачи на демпфирование вынужденных колебаний. Стоит отметить предложенную методику прогнозирования надежности цилиндрических редукторов с использованием метода статистического моделирования и многопараметрического синтеза структуры и конструктивных элементов цилиндрических редукторов на основе оптимизационных моделей с использованием метода Монте-Карло и программного обеспечения на основе среды С #, обеспечивающие достаточную точность и скорость расчетов. На основании разработанных методов многопараметрического синтеза конструктивных элементов цилиндрических редукторов предложено инженерный метод оптимального проектирования конструктивных элементов цилиндрических редукторов, который обеспечивает обоснованный выбор конструктивных параметров деталей, параметров нагрузки и закрепления, а также необходимую прочность, жесткость, собственные частоты колебаний и минимальную массу. Для реализации данной задачи разработаны алгоритмы и программы, позволяющие синтезировать по определенным критериям конструктивные элементы корпусов редукторов, зубчатых колес, валов, выполнять обоснованный выбор подшипников и др. Во время выполнения диссертационных исследований был создан испытательный стенд с замкнутым силовым потоком для исследования нагрузочной способности редукторов и колебательных процессов на режимах, соответствующих реальным условиям эксплуатации. Результаты исследований на испытательном стенде позволили проверить адекватность математической и физической моделей и определить нагрузки на зубцы цилиндрических зубчатых передач с учетом колебательных процессов. В то же время были предложены рекомендации для уменьшения массы корпусов и деталей редуктора с одновременным обеспечением их прочности и виброустойчивости. Выполненные исследования и полученные результаты позволили определить экономическую эффективность от внедрения предложенных мероприятий многопараметрического синтеза конструктивных элементов цилиндрических редукторов в пределах Украины в сумме 17,5 млн грн. The dissertation is devoted to the further development of the scientific foundations which are related to the development of new effective methods of multiparameter synthesis of the main structural elements of cylindrical reducers, which provide a reduction in the time for structural synthesis and parametric optimization with simultaneous expansion of possibilities for solving complex problems and ensuring quality and reliability. during operation. In the dissertation the dynamic mathematical model of oscillation of a cylindrical gear transmission is developed taking into account the quality of manufacturing of lateral working surface of the teeth after worm cutters milling. Also obtained theoretical dependences for determining the effect of friction of the teeth profiles in the affected cylindrical gear transmission on damping of forced oscillations. It is worth noting the proposed method for predicting the reliability of cylindrical gearboxes using statistical simulation methods and multiparameter synthesis of the structure and structural elements of cylindrical reducers on the basis of optimization models using the Monte Carlo method and software based on the C# medium, which provide sufficient accuracy and speed of calculations. Based on the developed methods of multi-parameter synthesis of structural elements of cylindrical reducers, an engineering method for optimal design of structural elements of cylindrical gears is proposed, which provides a reasonable choice of structural parameters of parts, loading and fastening parameters, as well as the required strength, rigidity, own frequency of oscillations and minimum mass. For realization of this task algorithms and programs were developed, allowing to synthesize according to certain criteria the structural elements of bodies of gears, gear wheels, shafts, to carry out the reasonable choice of bearings, etc. During the implementation of the dissertation research, a test stand with a closed power flow was created to investigate the load capacity of the gear units and oscillatory processes at the modes that correspond to the actual operating conditions. The results of the research on the test bench gave an opportunity to check the adequacy of mathematical and physical models and to determine the load on the pin of cylindrical gears taking into account oscillatory processes. At the same time, recommendations were made to reduce the mass of cases and parts of the gear unit while ensuring their strength and vibration resistance. The performed researches and the obtained results made it possible to determine the economic efficiency of implementation of the proposed measures of multi-parameter synthesis of structural elements of cylindrical reducers within Ukraine in the amount of UAH 17,5 million.