Обґрунтування параметрів великогабаритних хвильових зубчастих передач приводів потужних машин

Abstract

Силовий аналіз деформованого зубчастого зачеплення заснований на фізичних та математичних моделях, які охоплюють тривимірну силову взаємодію гнучкого елемента у сполученнях вищих кінематичних пар. Теоретичні та експериментальні дослідження комплексних моделей забезпечили підвищення точності результатів тривимірного кількісного та якісного розподілення сил у зубчастому зачепленні, а також дозволили визначити граничні умови прояву інтерференції та проскакування зубів. Дослідження кінематичних процесів у зубчастому зачепленні хвильової передачі, дозволили визначити швидкості точок гнучкого колеса у радіальному w та коловому v напрямках, та швидкість ковзання зубів VS , оцінити поле зачеплення за критеріями мінімізації швидкості ковзання, зношування та заклинювання зубів, енергетичних втрат. Розроблені математичні моделі напружено-деформованого стану гнучкого колеса у вигляді циліндричної оболонки защемленої по торцям, зубчастого та шліцьового вінців з’єднаних циліндричною оболонкою, для розрахунку методом кінцевих елементів. Це дозволило встановити розподілення напружень, а також лінійні та кутові деформації гнучкого колеса. Встановлено вплив конструктивних факторів на інтерференцію та енергетичні втрати у зубчастому зачепленні хвильової передачі. Величина енергетичних втрат здебільшого зумовлена великою протяжністю поля зачеплення. Порівняльний аналіз отриманих результатів підтвердив адекватність виконаних теоретичних та експериментальних досліджень, що забезпечило суттєве зниження енергетичних втрат та підвищення навантажувальної здатності великогабаритних хвильових редукторів. The dissertation is devoted to the development of scientific methods and means of increasing the load capacity of large wave gears, which is especially relevant for heavy engineering. The force analysis of deformed gearing is based on physical and mathematical models that cover the three-dimensional force interaction of a flexible element in combinations of higher kinematic pairs. Theoretical and experimental studies of complex models have improved the accuracy of the results of three-dimensional quantitative and qualitative distribution of forces in the gearing, as well as allowed to determine the boundary conditions for the manifestation of interference and skipping teeth. Studies of kinematic processes in the gearing of the wave transmission, allowed to determine the velocities of the points of the flexible wheel in the radial and circular directions, and the speed of sliding teeth, to evaluate the gearing field by minimizing the speed of sliding, wear and jamming of teeth, energy losses. Mathematical models of the stress-strain state of a flexible wheel in the form of a cylindrical shell clamped at the ends, toothed and splined crowns connected by a cylindrical shell have been developed for calculation by the finite element method. This allowed to establish the stress distribution, as well as linear and angular deformations of the flexible wheel. The influence of design factors on interference and energy losses in gear transmission of wave transmission is established. The magnitude of energy losses is mainly due to the large length of the engagement field. Comparative analysis of the obtained results confirmed the adequacy of the performed theoretical and experimental studies, which provided a significant reduction in energy losses and increased load capacity of large wave reducers. The distribution of the normal effect of the boundary effect on the stress state of the shell of the HA is associated with bending stresses and their size decreases with decreasing shell thickness. The maximum stresses associated with the edge effect occur near the end of the shell, connected to the ring gear, where a smooth transition should be provided, which takes into account the negative stress concentration factor. When the thickness of the HA is halved (h = 6.75 mm), the tangential tensile stresses increase to t max = 40 MPa, and the bending stresses as a result of the edge effect decrease to values of the same order. The maximum compressive and tensile stresses are equal to each other in order. The maximum compressive and tensile stresses are equal in absolute value = - 26 MPa, = +26 MPa. It is established that the reduction of the maximum normal bending stresses to the level of the maximum tangential torsional stresses tmax improves the stress-strain state of the HA, increases the load capacity and service life of highly loaded VGHR. The performed researches allow to establish stresses and deformations of GK necessary for optimization of parameters of VGHZP. The distribution of the normal load on the HA from the action of the GC, the dependence of the radial force R acting on the disks, on the value of the torque M2 is obtained experimentally. On the basis of experimental researches it is established that efficiency of VGHR accepts the maximum value at nominal loading, thus frequency of rotation of an input shaft is regulated within. At maximum load, the efficiency decreases by 3% and at the speed of the input shaft is With increasing speed n1 within (50… 750) rpm, the efficiency decreases by 2%. The goal set in the dissertation is achieved, the formulated tasks are successfully solved. The obtained scientific results are used in heavy engineering as guiding technical materials for design and design work of wave reducers. According to the results of the performed researches, 16 large-sized wave reducers with a total weight of 112492 kg with reduced dimensions, weight by 77218 kg (40.7%) and labor intensity of manufacturing by 4250 standard hours (30.8%) lower than the existing ones were developed and introduced into production. The economic effect from the introduction of the developed wave reducers at PJSC NKMZ amounted to UAH 2,205,934.