Параметричний синтез енергоощадного багатомасового ланцюгового привода - Полуян, Анатолій Вікторович (Національний університет "Львівська політехніка", 2015)
У дисертаційній роботі відображено застосування розробленого нового підходу до розрахунку, конструювання та оптимізації ресурсозберігаючих багатомасових ланцюгових приводів, який базується на врахуванні реальних динамічних процесів, що відбуваються під час їх роботи, використовуючи полімерні композити для виготовлення зірочок та ланцюгів і переходом на автоматизоване оптимальне проектування, що дає змогу вибирати сукупність значень їх параметрів, при яких ще на стадії проектування забезпечується висока динамічна якість передач і приводів, зниження віброактивності, матеріаломісткості та енергоспоживання. Розроблено програмний продукт "Расчёт n-массовой цепной передачи", який дозволяє підібрати оптимальні параметри багатомасової ланцюгової передачі, при яких буде забезпечена її висока динамічна якість, коефіцієнт корисної дії, термін служби. Були комплексно досліджені та проаналізовані кінематика, динаміка та напружено-деформований стан елементів ланцюгових приводів в металевому та полімерному виконанні 2-о, 3-и, 4-и та 6-ти масових ланцюгових передач, враховуючи: жорсткість, демпфування, випадкові коливання, нелінійність деформації матеріалів, інерційність системи та статичне і динамічне тертя в контактних парах. The dissertation shows the creation theoretically based and practically confirmed design techniques multimass chain drives. The approach takes into consideration real dynamic processes that occur during the operation of the drives using polymer composite materials for producing chains and sprockets and switching over to automated optimal design. It allows selecting the collection of their quantity values, ensuring high dynamic quality of gears and drives, reduction of vibration, energy and material consumption in the process of designing. The software "Calculation n-mass of chain transmission" was developed. It allows selecting the optimal parameters of multimass chain transmission ensuring its high dynamic quality, performance and durability. Kinematics, dynamics and deflected mode of chain drive elements in metal and polymer 2, 3, 4 and 6-mass chain transmissions were analyzed fully, considering stiffness, damping, random vibrations, nonlinearity of materials deformation, time lag of the system and static and dynamic friction in contact pairs. В диссертационной работе отражено создание теоретически обоснованной и практически подтверждённой методики проектирования многомассовых цепных приводов, основанная на учёте реальных динамических процессов, происходящих во время их работы, используя полимерные композиты для изготовления звёздочек и цепей, и переходом на автоматизированное оптимальное проектирование, позволяет подобрать совокупность значений их параметров, при которых ещё на стадии проектирования обеспечивается высокое динамическое качество передач и приводов, снижение виброактивности, материалоёмкости и энергопотребления. Были комплексно исследованы и проанализированы кинематика, динамика и напряженно-деформированное состояние элементов цепных приводов в металлическом и полимерном исполнении 2-х, 3-х, 4-х и 6-ти массовых цепных передач, учитывая: жесткость, демпфирование, случайные колебания, нелинейность деформации материалов, инерционность системы, статическое и динамическое трение в контактных парах. Во время проведения компьютерного исследования использовались инкрементные методы управления нагрузкой, которые применяют итерационные схемы Ньютоновского типа: алгоритм Ньютона-Рафсона и переменный алгоритм Ньютона-Рафсона, позволяющие комплексно исследовать кинематику и динамику многомассового цепного привода, поскольку учитываются: жёсткость, демпфирование, случайные колебания, нелинейность деформаций деталей цепной передачи, инерционность системы, статическое и динамическое трение в контактных парах. При проведении натурных экспериментов использовались методы численного анализа дифференциальных уравнений, теории механизмов и машин, механики деформируемого твердого тела, конечно-элементный анализ, методы вычислительной математики, методы программирования, методы оптимизации, а также метод тензометрии, который позволяет получить данные об изменении нагрузки в пластинах звеньев цепи с помощью датчиков омического сопротивления. Разработан программный продукт "Расчёт n-массовой цепной передачи", который позволяет, в зависимости от поставленной задачи оптимизации многомассового цепного привода, подобрать оптимальные параметры передачи, при которых будет обеспечено высокое динамическое качество, коэффициент полезного действия, срок службы передачи и рассчитаны все необходимые данные для дальнейшего его объёмного моделирования. Комплексно исследована и проанализирована кинематика и динамика цепных приводов в металлическом и полимерном исполнении 2-х, 3-х, 4-х и 6-ти массовых цепных передач, по всем координатным осям и проекциям на соответствующие им плоскости, учитывая: жесткость, демпфирование, случайные колебания, нелинейность деформаций материалов, инерционность системы, статическое и динамическое трение в контактных парах. Также комплексно исследована и проанализирована динамика напряженно-деформированного состояния элементов цепных приводов в металлическом и полимерном исполнении цепных передач, которая подтверждает существование возникающих вибрационных нагрузок, которые многократно действуют и сосредоточены в местах мікроударного взаимодействия ролика цепи со звёздочками, и как результат такого влияния, возникают большие локализованные напряжения и упругие перемещения в материале, что и является причиной разрыва пластин звеньев металлической цепи. В результате проведения натурных и компьютерных исследований оказалось, что применение полимерных деталей в цепной передачи снижает динамическую нагрузку в цепном приводе. Сравнение результатов натурального и компьютерного исследований, показало небольшое расхождение их значений, что свидетельствует об эффективности использования программного комплекса "SolidWorks" для проектирования, прогнозирования поведения и имитации движения цепной передачи и привода в целом различной сложности при заданных условиях эксплуатации: наибольшее значение динамической нагрузки в ведущей ветви цепного контура имеет место в металлическом исполнении передачи, причем расхождение между теоретическим и экспериментальным значениями составляет 5,6%; наименьшее значение динамической нагрузки в ведущей ветви цепного контура имеет место при работе полимерной цепи на полимерных звёздочках, причём расхождение между теоретическим и экспериментальным значениями составляет 1,9%.
Parametric synthesis energy-efficient multimass chain drive
Параметрический синтез энергосберегающего многомассового цепного привода
Keywords: багатомасовий ланцюговий привод; динаміка напружено-деформованого стану; аналіз кінематики та динаміки; моделювання та проектування деталей; оптимізація ланцюгового привода; multimass chain drive; the dynamics of the stress-strained state; analysis kinematics and dynamics; modelling and designing parts; optimization chain drive; многомассовый цепной привод; динамика напряженно-деформированного состояния; анализ кинематики и динамики; моделирование и проектирование деталей; оптимизация цепного привода