WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Ковальков Алексей Александрович

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ

МАШИН НА ОСНОВЕ СПИРОИДНЫХ ПЕРЕДАЧ С УЧЕТОМ

ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РАБОТЫ

Специальность 05.05.04 - “Дорожные, строительные

и подъемно-транспортные машины”

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск – 2006

Работа выполнена в Сибирском государственном университете путей сообщения

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Анферов Валерий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук Абраменков Дмитрий Эдуардович кандидат технических наук Репин Анатолий Антонович

Ведущая организация – Новосибирский государственный технический университет

Защита состоится 22 декабря 2006г. в 1100 ч на заседании диссертационного совета Д 003.019.01 в Институте горного дела Сибирского отделения Российской академии наук (630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД СО РАН.

Автореферат разослан « » _ 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук Попов Н.А.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Подавляющее большинство механизмов подъемнотранспортных, строительных и дорожных машин имеют в своем составе двигатель и зубчатые передачи в виде одного или системы редукторов. Вопросам проектирования и исследования механизмов этих машин посвящено большое количество работ Айрапетова Э.Л., Волкова Д.П., Гольдфарба В.И., Дроздова Ю.Н., Иванова М.Н., Крайнева А.Ф., Кудрявцева В.Н., Решетова Д.Н., Снесарева Г.А., Терехова А.С., Часовникова Л.Д., Чернавского С.А. и др. ученых, в которых рассмотрены вопросы выбора типов передач, геометрического и силового расчета, расчета на прочность и долговечность, разработки методов исследования и определения основных эксплуатационных показателей и многих других. В этих работах проектные расчеты отдельных узлов строятся на основе расчета на прочность, определения показателей надежности и долговечности. При всем этом закладываемые коэффициенты запаса прочности, определяемые эмпирическим путем, гарантируют безотказную работу механизмов подъемно-транспортных машин (ПТМ) в течение заданного промежутка времени.





Узлами и элементами, от работы которых в наибольшей степени зависит надежность и долговечность механизма ПТМ в целом, являются зубчатые передачи. Рассчитав по принятым в проектировании методикам критерии их надежности и долговечности, гарантируют бесперебойную работу механизмов на определённый промежуток времени. Однако при всем этом плохо поддаётся учёту процесс нагрева элементов зубчатых передач, работающих, главным образом, в условиях повышенного трения. Особую актуальность эта проблема приобрела в редукторах червячного класса, которые нашли широкое применение в механизмах, где скорости перемещения рабочих органов, как правило, невысоки, а тенденция применения высокооборотных малогабаритных двигателей требует применения зубчатых передач, реализующих большие передаточные числа. При работе они часто выходят из строя по причине заедания, возникающего из-за превышения допустимой температуры в зоне зацепления передачи. Известны случаи, когда в такой ситуации происходил разрыв масляной пленки в контакте и передача выходила из строя в результате интенсивного износа зубьев колеса. В связи с этим, вопрос расчета передач червячного класса на нагрев на стадии их проектирования требует к себе такого же внимания, как и расчеты на прочность и долговечность.

В настоящее время все большее применение в ПТМ находит новая разновидность передач червячного класса – спироидная. По технологии изготовления она аналогична червячным цилиндрическим, а значит, более технологична по сравнению с глобоидными передачами. В ней значительно более полно реализуются большие коэффициенты перекрытия, что делает ее предпочтительнее гипоидных и червячных цилиндрических передач. Спироидная передача является высоконагруженной передачей червячного класса. Она имеет меньшие габариты по сравнению с такой же червячной цилиндрической передачей при одинаковых передаваемых вращающих моментах на валу колеса. Для спироидного редуктора вопрос теплоотвода от поверхности корпуса становится чрезвычайно актуальным.

Таким образом, использование спироидных передач в механизмах ПТМ является весьма перспективным, а исследования, направленные на разработку метода расчета их на нагрев, являются актуальными.

Цель работы: Разработка метода теплового расчета редукторов со спироидными передачами.

Идея работы заключается в учете теплового режима работы редукторов на основе спироидных передач при проектировании механизмов ПТМ.

Задачи исследований:

1. Натурные испытания спироидных редукторов ПТМ для определения их эксплуатационных показателей.

2. Оценка метода роликовой аналогии с целью определения коэффициента трения в зацеплении при проектировании спироидных передач.

3. Разработка метода теплового расчета спироидных редукторов и создание новых технических решений, направленных на снижение трения в зацеплении.





Методы исследований. Стендовые испытания натурных образцов и исследование коэффициента трения спироидного зацепления на физической модели, применение основных положений законов теплофизики и теории трения, а также численных методов линейной алгебры для решения уравнений, полученных при использовании теории подобия.

Основные научные положения:

1. Нагрузочную способность спироидных редукторов механизмов ПТМ с углом подъема винтовой линии витков червяка 70, работающих при высокой продолжительности включения и непрерывном режиме, необходимо определять с учетом термической мощности.

2. С целью получения достоверных результатов КПД и термической мощности спироидных редукторов ПТМ на этапе их проектирования коэффициент трения в зацеплении целесообразно определять методом роликовой аналогии.

3. Коэффициент внутренней теплоотдачи для схем с верхним расположением червяка и смазкой окунанием зависит от внешнего диаметра венца и среднего радиуса окружности спироидного колеса, глубины его погружения в масло, высоты зубьев, частоты вращения, характеристик и количества масла в корпусе.

Для повышения термической мощности тяжело нагруженных спироидных редукторов при работе на номинальном моменте требуется дополнительная подача масла в зону зацепления и применение 4 группы трансмиссионных легированных масел 18 класса вязкости.

Достоверность научных результатов подтверждена достаточным объемом натурных испытаний спироидных редукторов для механизмов ПТМ в условиях близких к эксплуатационным и исследований на модели, имитирующей спироидное зацепление; применением современной аппаратуры и методов обработки результатов.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Установлена зависимость КПД спироидных редукторов от делительного угла подъема винтовой линии витков червяка. Определена группа трансмиссионного масла, обеспечивающего минимальные потери на трение в зацеплении.

2. Предложен метод физического моделирования теплонапряженного контакта спироидного зацепления, позволяющий определять коэффициент трения в передаче на стадии рабочего проектирования редуктора.

3. Разработан метод теплового расчета редукторов со спироидными передачами. Предложены технические решения для дополнительной подачи смазки в зацепление передачи и обеспечения ее повышенной противозадирной стойкости.

Личный вклад автора состоит в постановке и проведении экспериментов по исследованию процесса нагрева спироидных редукторов с различными передаточными числами, физическому моделированию зацепления передачи; в обработке и анализе полученных экспериментальных данных; в создании новых технических решений, обеспечивающих надежную смазку зацепления передачи с верхним расположением червяка.

Практическая ценность работы заключается в создании стенда для проведения исследований спироидных редукторов с целью определения их эксплуатационных показателей, а также экспериментального стенда для исследования коэффициента трения в спироидном зацеплении на модели; в разработке метода теплового расчета редукторов ПТМ на основе спироидных передач; в создании новых технических решений, обеспечивающих надежную смазку зацепления передачи при использовании жидких смазочных материалов (патенты РФ на полезную модель №42606, №46826).

Реализация работы в промышленности. Результаты работы использованы при проектировании кабелесборочного механизма электропогрузчиков со спироидным редуктором для ООО «Новосибирская Электро – Техническая Компания», а также при разработке технического проекта лебедки пассажирского лифта грузоподъемностью 420 кг.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях Новосибирского государственного технического университета (Новосибирск, 2002, 2003 гг.); на научно-технических конференциях СГУПСа (Новосибирск, 2002, 2004 гг.); на 10-й и 11-й международных научнопрактических конференциях “Современные техника и технологии” (Томск, ТПУ, 2004, 2005 гг.); на научно-технической конференции “Теория и практика зубчатых передач” (Ижевск, ИжГТУ, 2004 г.); на научно-технической конференции, посвященной 60-летию Института горного дела СО РАН (Новосибирск, 2004 г.);

на 5-м Международном симпозиуме по трибофатике (Иркутск, ИрГУПС, г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ (в том числе патента на полезную модель и 1 патент на изобретение).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, заключения и списка литературы. Содержит 98 страниц машинописного текста, включая 21 рисунок, 18 таблиц и список литературы из 95 наименований.

Автор благодарен д.т.н. проф. Смоляницкому Б.Н., к.т.н. Ткачуку А.П., оказавшим внимание и поддержку при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведены основные особенности работы механизмов ПТМ и применяемых в них передач червячного класса; произведен анализ их достоинств и недостатков, в результате чего из всего многообразия выделена спироидная передача с цилиндрическим червяком, которая находит все большее применение в механизмах ПТМ, например, в приводах транспортеров, конвейеров, механизмах подъема и др.

В нашей стране и за рубежом выполнено большое количество работ, относящихся к теории зацепления, геометрическому и силовому расчетам, проектированию, технологии изготовления и эксплуатации спироидных передач. Авторы наиболее значительных работ в России: Гольдфарб В.И., Голубков Н.С., Георгиев А.К., Анферов В.Н., Кунивер А.С., Трубачев Е.С., Шубин В.А., Троицкий И.М., Ганьшин В.А., Езерская С.В., Кузлякина В.В., Лагутин С.А., Зотов Б.Д., Модзелевский В.А., Фефер А.М, Маньшин С.Д., Абрамов А.И., Кошкин Д.В.; за рубежом: Saari O.E., Nelson W.D., Brinza J.E., Buckingham E., Bohle F., Briant R.C., Litvin F., Bennet A.W., Carroll C., Macfarland W.C., Schrempp E.

Рассмотрены существующие виды отказов передач данного класса и вызывающие их причины. Проанализированы основные методы расчета при проектировании передач, гарантирующие надежную работу червячных редукторов в составе механизмов ПТМ.

Основным содержанием главы является освещение малоизученного вопроса, связанного с проблемой теплового расчета спироидных редукторов, который имеет для них решающее значение из-за специфических особенностей передачи.

Эта проблема весьма актуальна и требует детального рассмотрения, так как она напрямую связана с расчетом КПД передачи и возможностью предотвращения отказов по критерию заедания активных поверхностей зубьев колеса и витков червяка. Актуальность задачи становится все большей в связи с использованием в качестве материала венцов спироидных колес безоловянистых бронз, чугуна и сталей. Поставлены задачи исследований.

Во второй главе произведен анализ существующих конструкций стендов, предназначенных для исследования эксплуатационных показателей передач червячного класса, и, с точки зрения поставленных задач, выбрана наиболее оптимальная схема; представлена конструкция испытательного стенда, программа и методика экспериментальных исследований, приведены результаты оценки нагрева трансмиссионных масел в спироидных редукторах РС31,5, а также результаты натурных экспериментов по определению их КПД в зависимости от делительного угла подъема линии витков червяка.

При исследовании теплового режима работы и оценки потерь, связанных с нагревом элементов спироидных редукторов, необходимо обеспечить постоянство характера нагружений зубьев, точность измерения вращающих моментов на валах передачи и температуры в характерных точках.

В результате проведенного анализа спроектирован и изготовлен стенд по разомкнутой схеме нагружения (рисунок 1) с использованием в качестве нагружающего элемента механический тормоз дискового типа. Стенд получился компактным, поскольку испытываемые передачи имеют небольшую передаваемую мощность, и позволил, не имея в своем составе мультипликатора, упростить систему измерения и повысить ее точность.

Для решения поставленных задач стенд был оборудован универсальным восьмиканальным терморегулятором ТРМ-138, индивидуальные преобразователи которого фиксировали температуру подшипниковых узлов, масла в корпусе, окружающего воздуха и нагрузочного устройства с точностью 0,10С.

Система управления стенда (рисунок 2) предусматривает контроль вращающих моментов на валах редуктора (датчики 9 - 10), частоты вращения вала электродвигателя (датчик 11), температуры окружающей среды (датчики 7 - 8) и масла в редукторе (датчик 6), температуры нагрузочного устройства (датчик 5) и подшипниковых узлов (датчики 1 - 4), а также позволяет обрабатывать и отображать полученные результаты в режиме реального времени. Фрикционная дисковая муфта использовалась как нагрузочное устройство. Ее система охлаждения исключала температурные искажения в процессе исследований. Для тарировки системы измерения применены рычажные динамометры.

Эд – электродвигатель постоянного тока на балансирных опорах; АЦП – аналогово-цифровой преобразователь; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

ПЧ-1,5 – блок управления электродвигателем; 1, 2, 3, 4 – датчики температуры подшипниковых узлов; 5 – датчик температуры нагрузочного устройства;

6 – датчик температуры масла в редукторе; 7, 8 - датчики температуры окружающего воздуха; 9, 10 - датчики измерения вращающих моментов Т1 и Т2;

Рисунок 2 – Схема стенда для проведения экспериментальных исследований Объектом исследований являлись спироидные цилиндрические передачи с бронзовыми колесами с различными передаточными числами (таблица 1).

Программа натурных исследований предусматривала:

- оценку трех марок трансмиссионных масел, получивших широкое распространение в механизмах подъёмно-транспортных, строительных и дорожных машин, и выбор одного из них, имеющего лучшие характеристики по температурному режиму и КПД;

- исследование теплового режима работы спироидных редукторов с передаточными числами, характерными для механизмов ПТМ;

ТАБЛИЦА 1 – Исследованные спироидные цилиндрические передачи - вращающий момент Т2, Нм линии витков червяка - получение информации об их КПД в зависимости от делительного угла подъёма линии витков червяка.

Для исследований теплового режима работы спироидных редукторов оценивались три марки отечественных трансмиссионных масел: ТМ-4- (“LUXOIL”), ТМ-4-18 (“U Tech Forward”) Новокуйбышевского завода масел и присадок и ТМ-5-18 (“ТАД-17”) Омского НПЗ (рисунок 3).

Рисунок 3 – Графики зависимостей температуры масла от времени работы редукторов РС31,5-81 (1) и РС31,5-11 (2) при Т2=28Нм Оценку проводили в редукторах РС31,5-11 и РС31,5-81 с алюминиевым корпусом, в результате чего для дальнейших исследований в качестве смазки было выбрано масло ТМ-4-18 (“U Tech Forward”). По интенсивности нарастания и абсолютной величине оно имело наименьший рост температуры, а значит, потери на трение были наименьшими.

Натурные исследования показали, что у редукторов с передаточными числами 11 и 23 нагрева масла до предельной температуры не наблюдалось (таблица 2), следовательно, нагрузочная способность зацепления по условию контактной прочности зубьев реализовалась полностью. Для редукторов с передаточными числами 49 и 81 при номинальном моменте присутствовал перегрев (см.

таблицу 2). Очевидно, их нагрузочная способность лимитируется нагревом масла до максимальной температуры. После охлаждения такие редукторы снова запускались и методом постепенного увеличения нагрузки определялся момент Т2, при котором температура масла была близка к tм=100 0C, но не превышала это значение.

ТАБЛИЦА 2 – Зависимость температуры масла от времени работы спироидного редуктора с различными парами на номинальном моменте в непрерывном режиме Параметры =19044/49// (и12=11) 38,5 52,6 57,3 59,0 61,5 62,5 62,5 62, =9041/25// (и12=23) 41,3 58,6 67,2 73,7 78,0 81,4 81,9 82, =3027/58// (и12=49) 47,4 62,6 71,2 81,7 89,9 95,3 99,8 102, =2002/30// (и12=81) 61,3 112,7 - - - - - В результаты были получены критерии оценки нагрузочной способности исследуемых редукторов:

1) при делительном угле подъёма линии витков червяка 19044/49// и 9041/25// оптимальное значение нагрузочного момента по условию контактной прочности зубьев достигается при максимальном КПД;

2) для редукторов с углом подъема линии витков червяка 3027/58// и 2002/30// критерием ограничения передаваемого момента является нагрев масла до максимальной температуры.

На рисунке 4 представлены зависимости КПД спироидных редукторов РС31,5 от вращающего момента рi = f(Т2) при различных значениях делительного угла подъёма линии витков червяка в непрерывном режиме работы. На рисунке 5 изображен обобщенный график КПД в зависимости от делительного угла подъема винтовой линии витков червяка.

Рисунок 4 – Графики зависимостей КПД спироидных редукторов РС31.5 от вращающего момента Т2 при различных значениях делительного угла подъёма линии витков червяка в непрерывном режиме работы Такая зависимость для рассматриваемых редукторов получена впервые и позволяет прогнозировать их КПД при проектировании механизмов ПТМ в интервале делительных углов подъёма линий витков червяка 2 - 200.

В третьей главе рассмотрены вопросы физического моделирования спироидного зацепления для определения коэффициента трения.

Рисунок 5 – График зависимости КПД от делительного угла подъема винтовой Известно, что коэффициент трения в зацеплении передач червячного класса изменяется в широких пределах в зависимости от материала колеса, твердости и шероховатости витков червяка, скорости скольжения звеньев передачи, а также сорта смазки. Принимаемое в расчете значение коэффициента трения оказывает существенное влияние на точность оценки КПД передачи, а следовательно, и термической мощности редуктора, содержащего спироидную пару.

Наиболее точные значения могут быть получены путем проведения натурных исследований передач. Такой подход к решению задачи помимо высоких материальных затрат удлиняет сроки создания новой техники. Поэтому наряду с натурными экспериментами используются исследования на физических моделях.

Эти методы применяли для изучения процессов трения и изнашивания Генкин М.Д., Дроздов Ю.Н., Кудрявцев В.Н., Райко М.В., Часовников Л.Д., Анферов В.Н. и другие исследователи. Роликовая аналогия, представляющая собой метод физического моделирования, базируется на общности физикомеханических процессов, происходящих в зоне контакта звеньев передачи и экспериментальных образцов. В этом случае коэффициент трения определяется экспериментально с учетом силовых и геометро-кинематических показателей спироидного зацепления, а также применяемых конструкционных и смазочных материалов, твердости и шероховатости контактирующих поверхностей. Имея такие данные, возможно с большей точностью производить расчеты КПД и действующих в передаче сил.

Проанализировав известные схемы узлов трения роликовых машин, для исследования коэффициента трения в спироидном зацеплении принята схема, представленная диском и роликом (рисунок 6). Сообщив им независимые частоты вращения от индивидуальных приводов, можно обеспечить требуемую по трения веденного радиуса кривизны n контактирующих поверхностей в общем нормальном сечении, перпендикулярном к контактной линии. Величина n, являющаяся одним из важнейших геометрических показателей зацепления, равна rp (радиус кривизны плоского диска в указанном сечении равен бесконечности).

В результате для исследования коэффициентов трения в спироидном зацеплении разработан стенд (рисунок 7, 8). Привод ролика жёстко закреплен на плите, но при необходимости может быть смещён относительно неё в перпендикулярном к оси привода направлении. Смещение ролика относительно диска в указанном направлении изменяет угол между линией контакта образцов и скоростью скольжения в интервале 45–90.

На роликовом стенде могут проводиться экспериментальные исследования при нагрузках до 1000 Н в диапазоне скоростей скольжения 0 – 13,5 м/с.

Смазывание образцов осуществляется погружением диска и части ролика в масляную ванну, температура масла в которой поддерживается в пределах 20-120 0С для имитации температурного режима работы передачи.

Электрическая схема стенда обеспечивает независимое управление приводами диска и ролика. Электродвигатели имеют открытое обдуваемое исполнение, что обеспечивает хорошие условия охлаждения при высоких нагрузках и скоростях.

1 – рама; 2 – ролик; 3 – привод ролика на балансирных опорах; 4 – бронзовый диск; 5 – привод диска; 6 – поворотная платформа; 7 – динамометр Рисунок 8 – Конструктивная схема роликового стенда Конструкция стенда позволяет производить предусмотренные методикой измерения: контроль нагрузки в контакте, вращающего момента на валу ролика, температуры смазки в картере и частоты вращения образцов.

Целью проведенных на роликовом стенде исследований было определение коэффициента трения скольжения между образцами, моделирующими зацепление спироидной передачи кабелесборочного механизма с и12 = 11 при использовании различных смазочных материалов. Приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей n соответствовал радиусу ролика rp = 17 мм, а длина единичной линии контакта равнялась ширине ролика bp = 3,5 мм.

Методика обработки результатов исследований включала вычисление по зафиксированным значениям вращающих моментов на валу ролика и силы нормального давления ролика к диску Q значений fci и определение среднего значения fc.

Коэффициент трения скольжения fсi:

где Ттрск - вращающий момент от сил трения скольжения в контакте образцов:

где Тизм1 - момент на валу электродвигателя в случае, когда окружные скорости ролика и диска не равны; Тизм2 – момент, когда окружные скорости равны и трение скольжения между ними отсутствует V1=V2 (чистое качение).

Результаты исследований коэффициентов трения на модели (таблица 4) хорошо согласуются с натурными экспериментами.

ТАБЛИЦА 4 - Сравнение полученных значений коэффициентов трения при исследованиях на модели с натурными экспериментами (“U Tech Forward”) Доказана эффективность применения метода роликовой аналогии с точки зрения достоверности получаемых результатов, производительности и экономичности, а значит, его использование позволит определять КПД спироидных редукторов на стадии их проектирования.

Четвертая глава посвящена созданию метода теплового расчета спироидных редукторов.

При непрерывном режиме работы термическая мощность спироидных редукторов, в особенности с большими передаточными числами, определяет его нагрузочную способность.

В общем случае расчет термической мощности редукторов производится по известной формуле:

где К - коэффициент теплопередачи редуктора; Fk- площадь наружной поверхности корпуса; - коэффициент, учитывающий отвод тепла через основание редуктора; tм - предельно допустимая, объёмная температура масла в редукторе (tм=1000С); tо – температура окружающего воздуха.

Из группы параметров, определяющих теплоотдачу спироидного редуктора, для детального исследования был выбран коэффициент теплопередачи К, как величина, в основном создающая неопределенность в расчете.

Коэффициент теплопередачи в общем виде определяется из выражения:

где 1 - коэффициент внутренней теплоотдачи; - коэффициент оребрения (отношение площади наружной поверхности корпуса к внутренней); - средняя толщина стенки редуктора; w - коэффициент теплопроводности материала корпуса; 2 - коэффициент внешней теплоотдачи.

Решающее значение для величины коэффициента теплопередачи К имеют коэффициенты 1 и 2.

Передача тепла при внутреннем теплообмене происходит в основном конвекцией. Этот процесс играет заметную роль в теплообмене редуктора с окружающей средой. При определённых условиях (значительный объём масляной ванны, высокая частота вращения спироидного колеса и т.д.) коэффициент теплоотдачи 1 может стать равным 2.

Анализ результатов натурных экспериментов позволил составить перечень факторов, определяющих процесс внутреннего теплообмена. Таким образом, коэффициент теплоотдачи внутри спироидного редуктора был представлен, как функция от параметров:

где, а, - кинематическая вязкость, температуропроводность и теплопроводность масла; h - глубина погружения колеса в масло при неработающей передаче; 2 – угловая скорость колеса; R2ср, b2 – средний радиус окружности колеса и высота его зубьев; de2 - внешний диаметр венца колеса; Vм - объём масляной ванны редуктора.

где, с – соответственно плотность и теплоемкость масла.

Использование методов теории подобия и размерностей дало возможность получить функциональную обобщенную зависимость:

где Nu – критерий Нуссельта; Re—критерий Рейнольдса; Vск - объём части спироидного колеса, погружённой в масло.

Обобщив результаты натурных исследований, критериальное уравнение, описывающее внутренний теплообмен в спироидных редукторах с верхним расположением червяка и смазкой окунанием, имеет вид:

Формула (12) дает возможность определять коэффициент теплоотдачи внутри корпуса спироидного редуктора с верхним расположением червяка и смазкой окунанием.

При проектировании редуктора со спироидной передачей необходимо уметь достоверно оценивать КПД его зацепления.

КПД зацепления спироидной пары зац:

где моменты относительно осей червяка Т1 и колеса Т2 создаются лишь соответствующими окружными составляющими результирующей силы:

где d1 - делительный диаметр червяка; d2ср - диаметр окружности колеса по середине зубьев; Fn – сила нормального давления в контакте (рисунок 9).

В пятой главе предложены конструктивные решения, обеспечивающие снижение потерь мощности в спироидных редукторах и повышающие противозадирную стойкость зацепления и долговечность передачи.

Анализ существующих исполнений спироидных редукторов показал, что наиболее распространенным оказался вариант с верхним расположением червяка, поскольку он является наиболее целесообразным для спироидных моторредукторов с точки зрения минимизации их габаритов.

Рисунок 9 - Схема сил, действующих в спироидном зацеплении при Однако, именно в таких случаях во время эксплуатации вероятно возникновение граничного трения в контакте зубьев, так как зона зацепления наиболее удалена от масляной ванны, из-за чего снижается КПД передачи и, как следствие, сокращается срок службы механизма ПТМ в целом. Для устранения этого недостатка были созданы устройства для дополнительной подачи смазки в зацепление спироидной передачи.

Одно из таких устройств содержит шестерню 1 (рисунок 10), взаимодействующую с ободом 2, закрепленным на цилиндрической поверхности спироидного колеса, выполненным в виде шестерни цилиндрической передачи. Шестерня расположена на валу 3 с подшипниками, установленными в корпусе редуктора. Зубья смазочной шестерни 1 шире, чем у обода 2 и сдвинуты в сторону зубьев колеса для подачи в зону зацепления масла.

Другое устройство содержит подающий смазку обод 1 (рисунок 11), закрепленный на спироидном колесе, в котором, со стороны зубчатого венца выполнены глухие отверстия 2, равномерно расположенные по окружности обода и наклоненные под острым углом к его образующей. Угол =15…400 наклона отверстий к образующей обода позволил обеспечить эффективную подачу смазки в зону зацепления. При этом уровень масла в корпусе должен быть не ниже 1/ диаметра колеса.

Рисунок 10 - Устройство для подачи смазки в зону зацепления спироидной передачи, содержащее смазочную шестерню Рисунок 11 - Устройство для подачи смазки в зону зацепления спироидной передачи, содержащее обод с глухими отверстиями Таким образом, разработанные устройства для дополнительной подачи смазки в зацепление спироидной передачи в схемах с верхним расположением червяка, позволили увеличить ее КПД и снизить теплонапряженность контакта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложен научно обоснованный метод расчета редукторов на основе спироидных цилиндрических передач на нагрев, имеющий существенное значение для повышения надежности и долговечности механизмов ПТМ в целом, заключающийся, в отличие от ранее известных методов расчета, наличием информации о КПД спироидных редукторов в интервале делительных углов подъёма линий витков червяка 2 – 200, коэффициенте внутренней теплоотдачи от масла к внутренней стенке корпуса, полученного с помощью теории подобия и размерностей, а также в предложении использовать для определения коэффициента трения в зацеплении передачи метод роликовой аналогии.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Создан испытательный стенд для оценки теплового режима работы спироидных редукторов с межосевым расстоянием 31,5 мм и различными передаточными числами, который в автоматическом режиме позволяет измерять вращающие моменты Т1 и Т2, температуру по восьми каналам, обрабатывать и отображать полученные результаты в режиме реального времени.

2. Получены зависимости нагрева трех основных групп масел. Установлено, что наилучшую теплоотдающую способность имеет масло 4 группы 18 класса вязкости. На основе экспериментальных данных по нагрузочной способности впервые построена зависимость КПД спироидных редукторов от угла подъема линии витков червяка, позволяющая прогнозировать их КПД при проектировании механизмов ПТМ в интервале углов подъёма линий витков червяка 2 - 200.

3. Создан испытательный стенд для исследования коэффициента трения в спироидном зацеплении методом роликовой аналогии, который позволяет производить предусмотренные методикой измерения: контроль нагрузки в контакте, вращающего момента на валу ролика, температуры смазки в картере и частоты вращения образцов в интервале от 30 до 2360 об/мин.

4. Проведенные на роликовом стенде исследования доказали эффективность использования метода роликовой аналогии при расчете на нагрев с точки зрения достоверности получаемых результатов. Полученные значения коэффициентов трения являются важнейшей информационной базой, используемой при определении КПД и действующих в передаче сил.

5. Обобщив результаты натурных экспериментов, впервые получено критериальное уравнение, описывающее внутренний теплообмен в спироидных редукторах с верхним расположением червяка и смазкой окунанием. Разработан метод расчета их на нагрев.

6. Получено два патента на устройства для дополнительной подачи смазки в зацепление спироидных передач. Результаты работы использованы при проектировании кабелесборочного механизма электропогрузчиков со спироидным редуктором для ООО «Новосибирская Электро – Техническая Компания» и при разработке технического проекта лебедки пассажирского лифта грузоподъемностью 420 кг.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих трудах:

1. Ковальков А.А. К вопросу расчета на нагрев редукторов приводов подъемно-транспортных машин со спироидными передачами [Текст] / А.А. Ковальков // Интеллектуальный потенциал Сибири : тезисы докладов / Новосибирский гос. архитектурно-строительный ун-т. – Новосибирск, 2002. – С. 90.

2. Ковальков А.А. Расчет на нагрев редукторов со спироидными передачами.

[Текст] / А.А. Ковальков // Материалы научно-технической конференции “Наука и молодежь 21 века”. – Новосибирск, 2003. – С. 96 – 97.

3. Анферов В.Н. Основные положения теплового расчета спироидных редукторов. [Текст] / В.Н. Анферов, А.А. Ковальков // Сборник докладов научнотехнической конференции с международным участием “Теория и практика зубчатых передач”. – Ижевск, 2004. – С. 182 – 186.

4. Ковальков А.А. Применение метода роликовой аналогии для определения коэффициента трения в спироидной цилиндрической передаче. [Текст] / А.А.

Ковальков // Материалы научно-технической конференции “Наука и молодежь 21 века”. – Новосибирск, 2004. – С. 131 – 132.

5. Ковальков А.А. Повышение надежности спироидных редукторов конструктивными методами. [Текст] / А.А. Ковальков // Труды 11-й международной научно-практической конференции. – ТПУ. – Томск. Т.1. 2005. – С. 194 – 195.

6. Анферов В.Н. Оценка КПД спироидного зацепления при помощи метода роликовой аналогии. [Текст] / В.Н. Анферов, А.А. Ковальков // Труды 5-го Международного симпозиума по трибофатике. – Иркутск, 2005. Т.3. – С. 242 – 7. Анферов В.Н. Результаты исследований КПД редукторов с цилиндрической спироидной передачей. [Текст] / В.Н. Анферов, А.А. Ковальков // Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых. Выпуск №6. ИГД СО РАН, Новосибирск, 2006. – С. 80 – 84.

8. Пат. на полезную модель 42606 Российская Федерация, МПК7 F 16 H 57/04.

Устройство для подачи жидкой смазки к узлам и деталям передач [Текст] / А.А. Ковальков, В.Н. Анферов; заявитель и патентообладатель Сибирский государственный университет путей сообщения. - № 2004120156/22; заявл.

05.07.04; опубл. 10.12.04, Бюл. № 34. – 1с. : ил.

9. Пат. на полезную модель 46826 Российская Федерация, МПК7 F 16 H 57/04.

Устройство для подачи жидкой смазки к узлам и деталям передач [Текст] / А.А. Ковальков, В.Н. Анферов; заявитель и патентообладатель Сибирский государственный университет путей сообщения. - № 2005107431/22; заявл.

16.03.05; опубл. 27.07.05, Бюл. № 21. – 1с. : ил.

10. Заявка № 2005116095 на изобретение. Спироидная передача / В.Н. Анферов, В.И. Гольдфарб, А.А. Ковальков; патентообладатель Сибирский государственный университет путей сообщения // Выдано положительное решение с приоритетом от 26.05.05.

Сибирский государственный университет 630049, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук,

 
Похожие работы:

«КАЗАЧЕК Семен Викторович НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИН И КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ АКУСТОУПРУГОСТИ 05.02.11 – Методы контроля и диагностика в машиностроении АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2010 Работа выполнена в Нижегородском филиале Учреждения Российской Академии наук Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН и в ООО Инженерная фирма ИНКОТЕС. Научный руководитель : доктор технических...»

«МИХАЙЛОВСКИЙ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ МЕТОД ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ, ЖИВУЧЕСТИ И ТЕХНИЧЕСКОГО РИСКА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (химическая промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет инженерной экологии (ФГБОУ...»

«Гришина Елена Александровна ГАЗОДИНАМИКА И РАСЧЕТ ЭЖЕКЦИОННЫХ И ВИХРЕВЫХ ПНЕВМОЗАТВОРОВ Специальность 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2013 2 Работа выполнена на кафедре Гидравлика и гидропневмосистемы Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Южно-Уральский государственный университет (научный...»

«ШИШМАРЕВ КИРИЛЛ СЕРГЕЕВИЧ ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ШРИФТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В ВЫВОДНЫХ УСТРОЙСТВАХ ПОЛИГРАФИИ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2013 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет печати имени Ивана...»

«Ноздрин Глеб Алексеевич МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА ВО ВНУТРЕННЕМ КОНТУРЕ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный политехнический университет на кафедре Двигатели,...»

«Рожкова Елена Александровна ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ НЕПОДВИЖНЫХ НЕРАЗБОРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С РАВНООСНЫМ КОНТУРОМ С НАТЯГОМ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Чита – 2014 2 Работа выполнена в Забайкальском институте железнодорожного транспорта филиале федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального...»

«Кулагин Дмитрий Александрович ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАНИНЫ ПРЕССА СИЛОЙ 750 МН И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ БЕЗОТКАЗНУЮ РАБОТУ ПРЕССА Специальность 05.02.09 Технологии и машины обработки давлением Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010 год Работа выполнена в ОАО АХК Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика А.И....»

«ХО ВЬЕТ ХЫНГ ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КИПЕНИИ ХЛАДАГЕНТА R410A И ЕГО СМЕСИ С МАСЛОМ НА ТРУБАХ С РАЗВИТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ В ИСПАРИТЕЛЯХ СУДОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН Специальность 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Астрахань - 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«Скляров Андрей Анатольевич ПРИКЛАДНЫЕ МЕТОДЫ СИНЕРГЕТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ИЕРАРХИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМИ МОБИЛЬНЫМИ РОБОТАМИ Специальность 05.02.05 Роботы, мехатроника и робототехнические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Таганрог 2013 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В настоящее время, в связи с нарастающей автоматизацией сфер жизнедеятельности человека, робототехнические системы (РТС) нашли свое...»

«Елин Андрей Владимирович Повышение эффективности и качества обработки полимербетонов шлифованием (на примере синтеграна) Специальность 05.03.01 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2008 Работа выполнена в ГОУ ВПО Российском университете дружбы народов Научный руководитель : Рогов Владимир Александрович доктор технических наук, профессор Зав. Кафедрой...»

«Шилин Максим Андреевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТУПЕНЕЙ ГАЗОВЫХ ТУРБИН ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 1 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Брянский государственный технический...»

«Лясникова Александра Владимировна ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ ДЕТАЛЕЙ В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ С УЧЕТОМ ЭЛЕКТРОПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ Специальности: 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки 05.09.10 - Электротехнология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Саратов Работа выполнена в ГОУ ВПО Саратовский...»

«Чурилова Татьяна Валерьевна ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ С ГИБКИМИ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ОБОЛОЧКАМИ ИЗ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ ТИПА 18-10 Специальность 05.02.01 – Материаловедение (Машиностроение в нефтегазовой отрасли) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2004 4 Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Научный руководитель доктор технических наук, профессор, Абдуллин Ильгиз Галеевич. Официальные...»

«МОРГАЛИК Борис Маркович ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ МЕХАНИЧЕСКИХ ТРАНСМИССИЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СПОСОБОМ 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Могилев – 2013 2 Работа выполнена в Государственном учреждении высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет на кафедре Строительные, дорожные, подъемно-транспортные машины и оборудование....»

«ГОЦЕЛЮК ТАТЬЯНА БОРИСОВНА ИССЛЕДОВАНИЕ РОСТА НЕСКВОЗНЫХ ТРЕЩИН В ЭЛЕМЕНТАХ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 05.07.03 – прочность и тепловые режимы летательных аппаратов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет и в Федеральном государственном унитарном предприятии Сибирский...»

«УДК 621.81 АБОРКИН Артемий Витальевич ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН СО СВАРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2010 Работа выполнена на кафедре Технология машиностроения ГОУ ВПО Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых Научный руководитель – доктор технических наук, профессор...»

«КОНДРЕНКО Виталий Андреевич ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК (на примере дизелей типа ЧН 12/12) 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул-2008 Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии 15 Центральный автомобильный ремонтный завод Министерства обороны РФ Научный руководитель : доктор...»

«АЛТУНИН ВИТАЛИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООТДАЧИ К УГЛЕВОДОРОДНЫМ ГОРЮЧИМ И ОХЛАДИТЕЛЯМ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Специальность: 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Казань – Работа выполнена на кафедре Конструкции, проектирования и эксплуатации артиллерийских орудий и...»

«НИКИФОРОВ ИГОРЬ ПЕТРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНУТРЕННЕГО ШЛИФОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ПОНИЖЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 05.03.01 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург 2007 2 Работа выполнена на кафедре Технология конструкционных материалов государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский...»

«Савельев Николай Вячеславович ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКИ НАГРУЖЕННЫХ ШАРНИРОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ Специальность 05.02.13 – машины, агрегаты и процессы (металлургического производства) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новокузнецк 2011 г. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирский...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.