Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
На правах рукопису
УДК 621.83
ГРИБАНОВА ЮЛІЯ ВІКТОРІВНА
Багатокритеріальна оптимізація
зубчатих циліндричних передач Новікова
Спеціальність 05.02.02 –Машинознавство
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Луганськ –
Дисертацією є рукопис
Робота виконана на кафедрі "Машинознавство" Східноукраїнського дер-жавного університету Міністерства освіти України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Шишов Валентин Павлович,
Східноукраїнський державний університет,
завідуючий кафедрою "Машинознавство"
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Кириченко Анатолій Федорович,
Харківський державний технічний університет,
професор кафедри нарисної геометрії та графіки
Кандидат технічних наук, доцент
Полетучій Олександр Іванович,
Харківський державний аерокосмічний університет "ХАІ",
доцент кафедри проектування літаків та вертольотів.
Провідна установа – Харківський інститут машин та систем
НАН України, м. Харків
Захист відбудеться "17" лютого 2000 р. о 15-30 годині на засіданні спеці-алізованої вченої ради Д29.051.03 Східноукраїнського державного університету за адресою:
, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20 а
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Східноукраїнського держав-ного університету за адресою:
, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20 а
Автореферат розісланий "10" січня 2000 року.
Учений секретар
спеціалізованої вченої ради ____________ Осенін Ю.І.
загальна характеристика роботи
Машинобудування –стратегічно важлива галузь народногоспо-дарського комплексу України, що визначає науково-технічний прогрес.
Циліндричні зубчаті редуктори –масова продукція машинобудування –багато в чому визначають довговічність, надійність і конкурентоздатність механізмів, в яких вони застосовуються. В умовах економічної кризи підвищення ефективності редукторів має велике народногосподарське значення. Зростаючі ж вимоги до збільшення окружних швидкостей, навантаження і ресурсу, до зменшення габаритів і маси редукторів все в меншій мірі задовольняються традиційними передачами, які не відповідають в ряді випадків вимогам ринкового господарства за такими параметрами як одинична потужність, точність, питома матеріало- і енергоємність, конкурентоздатність.
Одним з найбільш реальних шляхів забезпечення подальшого прогресу в редукторобудуванні є застосування зачеплення Новікова, несуча здатність якого вища за несучу здатність аналогічних традиційних передач; застосування передач Новікова за незмінної навантажувальної здатності дозволяє значно зменшити габарити і масу, при незмінних габаритах –подовжити термін служби приводу.
Актуальність теми. В наш час розв'язані не всі проблеми нової теорії зачеплення. Так, одне з головних питань, яке вирішується установами при впровадженні передач Новікова, –вибір оптимального початкового кон-туру, оскільки таких запропоновано більше сотні, однак не існує єдиної думки про те, який початковий контур є кращім. Більш того, досвід промислової експлуатації засвідчує: зубчаті передачі Новікова з відомими початковими контурами не в повній мірі реалізують техніко-економічні можливості нового зачеплення.
Значне ж відставання досліджень з точності виготовлення і допусків зубчатих передач Новікова від рівня їх промислового застосування і повна відсутність відповідної нормативно-технічної документації спонукає виробника підбирати самостійно –наприклад, за аналогією з евольвент-ними передачами –параметри, що контролюються і допуски зубчатих коліс, передач та зуборізного інструменту. При цьому пошук оптимального варіанту допусків затягується на роки і здійснюється, головним чином, методом "проб і помилок", коли продукція вже випускається. Це –друга проблема.
Таким чином, актуальною науково-технічною задачею є багато-критеріальна оптимізація зубчатих циліндричних передач Новікова, що включає:
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилось в рамках робіт і на основі програми Луганського відділення Транспортної Академії України; за планом науково-дослідних робіт Східноукраїнського державного університету (СУДУ; тема ГН-31-98); на основі програм науково-технічного співробітництва СУДУ і ВО "Луганський верстатобудівний завод".
Мета і задачі дисертації. Мета дослідження –підвищення технічного рівня зубчатих передач і редукторів шляхом багатокритеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова.
Задачі дослідження:
Наукова новизна одержаних результатів. В роботі одержані таки нові результати:
Практичне значення одержаних результатів.
Згадані матеріали використовуються в проектних і дослідницьких підрозділах ВО “Луганський верстатобудівний завод”, що сприяє більш повній реалізації навантаження і ресурсу, підвищенню надійності і зниженню рівня шуму зубчатих передач і редукторів за рахунок вибору оптимальних початкових контурів, оптимальних допусків і технологічних шляхів їх забезпечення. Техніко-економічна ефективність досягається за рахунок збільшення надійності та довговічності зубчатих передач і редукторів, за рахунок зниження питомої металоємності і зменшення маси машин і верстатів, що ними комплектуються.
Крім того, матеріали дослідження використовуються в навчальному процесі СУДУ.
Результати дослідження можуть бути використані машинобудівними підприємствами і проектними установами при розробці технології зубчатих циліндричних передач Новікова, можуть бути враховані при розробці геометрії початкових контурів, норм точності і допусків зубчатих циліндричних передач Новікова на рівні керівних документів і державних стандартів.
Особистий внесок пошукача.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертацій-ної роботи доповідались, обговорювались і одержали позитивну оцінку: на Міжнародних науково-технічних конференціях "Проблеми якості і довговічності зубчатих передач і редукторів" (1997, 1998 –Севастополь); на IV та V Міжнародних науково-практичних конференціях "Університет і регіон" (1998, 1999 –Луганськ); на Симпозіумі "Наука Луганщини в кон-тексті розвитку регіону" (1999 –Луганськ); на науково-практичній конфе-ренції "Промисловий транспорт: наука, виробництво, кадри" (1999 –Луганськ); на IX Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми розвитку рейкового транспорту” (1999 –Крим, Алушта).
Публікації. За результатами дисертації опубліковано 13 робіт, в тому числі 8 статей в наукових журналах, 3 статті в збірниках наукових праць, 1 брошура і тези Міжнародної науково-технічної конференції, де пошукачу належить розробка алгоритмів і методики багатокритеріальної оптимізації, обробка результатів чисельного дослідження, формулювання висновків.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти глав, додатку. Повний обсяг дисертації 189 сторінок, 24 рисунка на 9 сторінках, 27 таблиць на 24 сторінках, додаток на 19 сторінках, 127 літературних джерел на 13 сторінках.
Основний зміст роботи
Перший розділ присвячен стану питання, меті і задачам дослід-ження.
Класичні системи зачеплення в своєму розвитку досягли апогею. Подальше збільшення навантажувальної здатності і ресурсу евольвентних передач можливе лише за рахунок збільшення їхньої маси і габаритів. Одним з реальних шляхів забеспечення подальшого прогресу в редукторобудуванні є застосування зачеплення Новікова, несуча здатність якого вища за несучу здатність аналогічних традиційних передач. Застосування передач Новікова при незмінній навантажувальній здатності дозволяє зменшити габарити і масу, а при незмінних габаритах –подовжити термін служби приводу.
Великий внесок в дослідження і вирішення проблем зубчатих передач Новікова, їх популярізацію і промислове впровадження зробили В.О.Чесноков, Р.В.Федякін, О.В.Павленко, М.Д.Генкін, Е.Г.Гінзбург, М.І.Гребенюк, В.М.Грибанов, І.М.Гришель, О.У.Дергаусов, М.І.Догода, М.Л.Єріхов, Г.О.Журавльов, К.І.Заблонський, М.Я.Іткіс, О.Ф.Кириченко, М.М.Краснощьоков, В.М.Кудрявцев, Ф.Л.Литвин, В.І.Печений, О.Г.Рейзін, Е.Г.Рослівкер, Ф.М.Севрюк, В.П.Шишов, О.С.Яковлєв, інші вчені.
Одне з головних питань, яке розв?язується на емпіричному рівні установами при впровадженні передач Новікова, –вибір оптимального початкового контура, оскільки таких запропоновано близько сотні, єдиної ж думки про те, який початковий контур є кращім, не існує. Більш того, досвід експлуатації свідчить: передачі Новікова з відомими початковими контурами не в повній мірі реалізують можливості нового зачеплення. Це –перша проблема.
Другим головним питанням, що розв?язується на емпіричному рівні, є вибір норм і показників точності, призначення допусків для передач Новікова, оскільки в наш час для нового зачеплення ще не розроблена нормативно-технічна документація з точності виготовлення. Це –друга проблема.
Викладене визначило мету дослідження –підвищення технічного рівня зубчатих передач і редукторів шляхом багатокритеріальної опти-мізації циліндричних передач Новікова на основі розв?язання трьох основопологаючих задач, що включають:
Другий розділ присвячен побудові математичної моделі багато-критеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова.
Математична оптимізаційна модель –це взаємопов?язані системи рів-нянь і алгоритми ії розв?язання, що дозволяють здійснити багатокрите-ріальний синтез нових початкових контурів, проводити порівняльний багатокритеріальний аналіз передач з різними початковими контурами, проводити дослідження сприйнятності передач до похибок і здійснювати оптимізацію допусків на виготовлення циліндричних передач Новікова.
Критерії оптимізації –якісні показники, прйняті в машинознавстві для оцінки локально-кінематичних і гідродинамічних явищ в зоні контакту зубців, для оцінки навантажувальної здатності передач та їхної сприй-нятності до похибок:
Тертя, знос і припрацювання зубців, ККД передачі знаходяться в прямій залежності від , , . Швидкості , чинять сут-тєвий вплив на утворення масляного клину –з їх збільшенням покра-щуються умови для утворення масляного клину і навпаки. Кут , головні кривизни, що визначають приведену кривизну , а також і чинять суттєвий вплив на навантажувальну здатність передач –більш висока навантажувальна здатність буде у тих передач, у яких кут більше, а характеристики , і менші, і навпаки.
Алгоритм порівняльного багатокритеріального аналізу передач з різними початковими контурами базується на дослідженні функціонала (-критерія)
(10)
де вагові коефіцієнти, що характерізують значущість критеріїв (3). Верхні індекси (1) і (2) відносяться до 1-ї і 2-ї передач, які порівню-ються. При цьому:
–перша передача оптимальніша за другу, якщо ;
–друга передача оптимальніша за першу, якщо ;
–передачі рівнооптимальні, якщо .
В (10) прийнято: зменшення (збільшення) числа означає покращення (погіршення) -го якісного показника (в протилежному випадку розгляда-ється критерій ).
Для забеспечення норм контакту зубців, кінематичної точності, плавності роботи передачі і бічного зазору в зубцях, які вимагаються, необхідно знати залежність координат точок контакту на активних поверхнях зубців і залежність закону передачі обертання від похибок. З цією метою при моделюванні верстатного зачеплення розглянуто нарізання циліндричних коліс інструментом реєчного типу,початковий контур якого має вигляд, позначений на рис.1, одержані однопараметричні сімейства інструментальних поверхонь і ортів нормалей до них
В дисертації в розгорнутому вигляді виписані рівняння (14), (15) і побудований алгоритм обчислення коефіцієнтів впливу рядів (16).
При розрахунку допусків важливе місце займає контактно-метрологічна задача, яка заключається в наступному. Миттєвий контакт –площадка з центром в точці максимального контактного напруження. Виходячи з того, що площадки не повинні виходити за межі активних поверхонь (рис.5), необхідно: одержати функціональну залежність координат від похибок ; визначити граничні значення і похи-бок, при яких площадки усьома своїми точками розміщуються на активних поверхнях в 100% передач, межі ж площадок при цьому дотикаються меж активних поверхонь припустимої зони розміщення по висоті зуба.
|
Рис.5 До постановки контактно-метрологічної задачі |
Рис.6 До теоретико-ймовірносних оцінок |
Граничні значення і є "жорсткими" при їхній монтажно-технологічній реалізації. Доцільніше розширити межі припустимих змін похибок (рис.6)
,
дозволивши частині контактних точок виходити за межі активних повер-хонь, якщо з деякою прийнятною надійністю (ймовірністю ) можна чекати відсутності даного негативного явища.
Алгоритм, який реалізує задачу, в дисертації побудований. Він спирається на розв?язування контактної задачі теорії пружності по методу Герца і на апарат теорії ймовірностей.
Третій розділ присвячен чисельній багатокритеріальній оптимізації геометрії початкового контура.
На основі розв?язку системи (6) за критеріями (1) синтезовані 18 покращених початкових контурів. В табл.1 подані двоє з них (НС –безпо-середнє сполучення головки і ніжки зуба; Ц –циліндричне колесо, пере-дача).
Таблиця 1 Результати синтезу початкових контурів (мм)
|
Початковий контур |
Значення критеріїв, що задаються |
Варійовані параметри |
|
НС-1Ц |
3,434 |
,156 |
,575 |
,037 |
,350 |
,680 |
o |
|
НС-2Ц |
2,807 |
,144 |
,627 |
,075 |
,400 |
,800 |
o |
|
Початковий контур |
Варійовані параметри |
||||||
|
НС-1Ц |
0,701 |
,801 |
,191 |
,740 |
,290 |
,350 |
|
|
НС-2Ц |
0,790 |
,905 |
,182 |
,626 |
,295 |
,355 |
Результати порівняльного аналізу передач з 12-ма домінуючими початковими контурами, частина яких представлена таблицями 2 і 3, дозволяє зробити наступні висновки.
Таблиця 2 Порівняння початкових контурів за локально-кінематико-гідродинамічними критеріями
|
Початковий контур |
Порівняння за –критеріями |
Порівняння за –критерієм |
|
ГОСТ 15023– |
1 |
|||||
|
ЮТЗ– |
1,57 |
,57 |
,97 |
,97 |
,57 |
,13 |
|
Дон– |
1,31 |
,31 |
,97 |
,97 |
,30 |
,06 |
|
НС–Ц |
1,21 |
,21 |
,95 |
,00 |
,20 |
,01 |
|
НС–Ц |
1,23 |
,23 |
,95 |
,00 |
,20 |
,01 |
Таблиця 3 Порівняння початкових контурів за –, ж–і –критеріями
|
Початковий контур |
|||
|
ГОСТ 15023– |
1 |
||
|
ЮТЗ– |
1,92 |
,53 |
,99 |
|
Дон– |
1,30 |
,41 |
,72 |
|
НС–Ц |
0,80 |
,39 |
,52 |
|
НС–Ц |
0,80 |
,51 |
,60 |
В плані -критерію відомі початкові контури є рівнооптимальними. Подальше зменшення тертя в зачепленні і зносу зубців, збільшення товщини масляної плівки і ККД передач можливе за рахунок синтезу початкових контурів на базі кривих, відмінних від дуг кіл сучасних початкових контурів. Арбітрами оптимальності початкових контурів є: -критерій, за яким домінують початкові контури НС–Ц і НС–Ц (забеспечують передачам на 20% менші напруження в корені зуба, ніж початковий контур ГОСТ 15023-76), і -критерій, за яким домінує початковий контур НС–Ц (забеспечує передачам в 2,5 рази меншу сприйнятність до похибок, ніж початковий контур ГОСТ 15023-76). За -критерієм (частковий випадок -критерія; , ) у "грубо" виготовлених передач з початковими контурами НС–Ц і НС–Ц напруження в корені зуба майже в 2 рази менше, ніж у аналогічних передач з початковим контуром ГОСТ 15023-76. Точність виготовлення передач Новікова –фактор більш важливий (), ніж потенціальна навантажу-вальна (на злам) здатність, закладена в зубцях геометрією початкового контура.
Четвертий розділ присвячен чисельному дослідженню точності син-тезованих передач.
Досліджувався широкий діапазон початкових контурів, передаточ-ного числа, нормального модуля, міжосевої відстані.
Вплив похибок на положення точок контакту по висоті зубців відображено в табл.4 (),
Таблиця 4 Вплив домінуючих похибок на положення точок контакту
по висоті зуба (мм)
|
Початковий контур |
Коефіцієнти впливу похибок |
|
НС–Ц |
-2,806 |
1,403 |
,806 |
1,274 |
1,403 |
|
НС–Ц |
-3,613 |
1,807 |
,613 |
1,968 |
1,807 |
|
ГОСТ 15023– |
-7,015 |
3,508 |
,015 |
3,185 |
3,508 |
|
ЮТЗ– |
-3,741 |
1,871 |
,741 |
1,871 |
1,871 |
|
Дон– |
-2,887 |
1,444 |
,887 |
1,444 |
1,444 |
з якої видно, що коефіцієнти впливу
. (17)
Вплив похибок на двоточечний контакт зубців відображено в табл.5 (мм, мм, ).
Таблиця 5 Характеристика відхилення двоточкового контакту
|
Похибки |
Характеристика відхилення двоточкового контакту |
|
НС–Ц |
НС–Ц |
ГОСТ 15023– |
РД2Н24–– |
|
|
,022408 |
,022410 |
,022610 |
,022567 |
|
|
,011297 |
,011285 |
,011304 |
,011315 |
|
|
,022602 |
,022587 |
,022588 |
,022603 |
|
|
,045008 |
,045009 |
,045198 |
,045132 |
Основний результат дослідження –формули
для обчислення оптимальних (з точки зору рівномірності розподілу навантаження між головкою і ніжкою зуба) допусків. Вплив похибок на інваріантний відносно початкового контура, отже, формули (20) справед-ливі для передач з любим початковим контуром.
Ступінь і характер впливу похибок на кінематичну точність і плавність роботи передач Новікова є інваріантними відносно початкового контура. Порівняльне ж дослідження (табл. 6) показало: з точки зору кінематики передачі Новікова, в цілому, в такій же мірі сприйнятливі до
Таблиця 6 Вплив похибок на кінематичну точність і плавність роботи
|
Коефіцієнти , , впливу похибок |
||
|
Зачеплення Новікова |
Евольвентне зачеплення |
|
,0024 |
,0050 |
|||||
|
,0024 |
,0050 |
|||||
|
,0015 |
,0000 |
,00000003 |
,0017 |
,0006 |
,00000656 |
|
|
,0051 |
,0052 |
,00000636 |
,0439 |
,0010 |
,00000518 |
|
|
,0062 |
,0088 |
,00000762 |
,0447 |
,0008 |
,00000416 |
|
|
,0027 |
,0094 |
,00000762 |
,0233 |
,0027 |
,00000418 |
|
|
,0029 |
,0029 |
,00290000 |
,0027 |
,0027 |
,00270000 |
похибок, як і аналогічні евольвентні передачі. Отже допуски з ГОСТ 1643-81 на багато показників кінематичної точності і плавності роботи евольвентних передач можна рекомендувати в якості таких і для аналогічних передач Новікова. В дисертації про це сказано докладно.
П'ятий розділ присвячен оптимізації допусків синтезованих зубчатих циліндричних передач Новікова.
У відповідності з практикою нормування точності передач зачеплен-ням для передач Новікова з початковими контурами НС–Ц і НС–Ц розра-ховані допуски на похибки, що чинять вплив на умови контактування зуб-ців, кінематичну точність і плавність роботи передач; розраховані допуски на точність виготовлення відповідних черв?ячних фрез.
|
Похибка профіля |
Відхилення товщини зуба |
Радіальне биття по вершинах зубців |
|
Рис.7 Геометрія деяких похибок черв?ячної фрези |
Відповідно дослідженням глави 4 і співвідношенням (21)
–формули розрахунку допусків похибок черв?ячних фрез через допуски (відзначені "хвилею") ГОСТ 16771-81, ГОСТ 18692-73. Допуски на решту параметрів призначаються за ГОСТ 16771-81, ГОСТ 18692-73.
Приводяться відповідні таблиці розрахованих допусків, контактно-метрологічний аналіз (табл.7) і експериментальна статистика (табл.8) яких свідчать –надійність розроблених допусків практично дорівнює одиниці. Наприклад, значення ймовірності для 12-го ступеня точності (СТ, табл.7) свідчить про те, що в партії з 100 передач, які виготовляються за 12-м СТ, у 85 передач СТ буде 5-го, 6-го, 7-го, … і лише у 15 передач СТ буде 12-го, 11-го, 10-го,…
Таблиця 7 Контактно-метрологічний аналіз розроблених допусків
|
СТ |
, град |
град |
, град |
, мкм |
||
|
5 |
,0 |
,0 |
,0 |
,9999 |
||
|
6 |
,7 |
,3 |
,3 |
,9999 |
||
|
7 |
,8 |
,2 |
,2 |
,9997 |
||
|
8 |
,4 |
,6 |
,6 |
,9973 |
||
|
9 |
,5 |
,5 |
,5 |
,9808 |
||
|
10 |
,5 |
,5 |
,5 |
,9424 |
||
|
11 |
,4 |
,6 |
,6 |
,8590 |
||
|
12 |
,4 |
,6 |
,6 |
,8468 |
Таблиця 8 Експериментальна статистика розроблених допусків
|
Похибки, мкм |
, мм |
Ескіз розміщення робочих смужок після приопрацю-вання |
|
розрах. |
факт. |
||||||||
|
-120 |
-10 |
-60 |
,8 |
,8 |
|||||
|
90 |
80 |
-40 |
,9 |
,9 |
|||||
|
-30 |
35 |
-25 |
,6 |
,6 |
В абсолютному ж розумінні надійність допусків не нижча , оскільки із зниженням точності виготовлення вимоги до передач знижу-ються і навпаки.
Суть експериментального дослідження (табл.8) полягає у встановлен-ні адекватності математичної моделі і реальної дійсності шляхом порівнян-ня розрахованої і фактичної відстані між серединами робочих смужок контакту на зубцях.
Завершує дослідження аналіз можливих методів і засобів контролю зубчатих циліндричних коліс і передач Новікова.
висновки
Застосування зубчатих передач Новікова, замість аналогічних зубчатих евольвентних передач, дозволяє значно покращити експлуатаційні характеристики і підвищити конкурентоздатність редукторів. Однак більш широке, ніж в наш час, впровадження у вітчизняній промисловості нового прогресивного зачеплення стримується невирішенністю ряду проблем, серед яких найбільш важливими є проблема оптимальності початкового інструментального контура і проблема оптимальної точності виготовлення зубчатих коліс, передач і зуборізного інструменту.
Проведене дослідження присвячене деякому заповненню прогалин в розв?язанні згаданих оптимізаційних проблем.
В роботі поставлені і розв?язані наступні задачі.
1. Визначені напрям і методи розв?язування проблеми багато-критеріальної оптимізації (синтезу-аналізу) зубчатих циліндричних передач Новікова на базі існуючої технології виготовлення.
Критерії оптимізації –якісні показники передач зачепленням, прий-няті в машинознавстві для оцінки їхньої несучої здатності, ресурсу, тертя, зносу, ККД, умов утворення масляного клину, сприйнятливості до похибок виготовлення та монтажу.
. Побудована математична модель багатокритеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова, що включає взаємопов?язані системи рівнянь і алгоритми іх розв?язання:
– алгоритми синтезу геометрії початкових контурів, які забезпечу-ють передачам задані експлуатаційні характеристики;
– алгоритм порівняльного аналізу передач з різними початковими контурами;
– алгоритм дослідження сприйнятливості передач до похибок виготовлення і монтажу;
3. Для зубчатих циліндричних передач Новікова синтезовані нові початкові контури НС–Ц і НС–Ц.
На основі порівняльного багатокритеріального аналізу доведено:
– початкові контури НС–Ц і НС–Ц забеспечують передачам на 20-25% менші напруження в корені зуба і в 2-3 рази меншу сприйнятливість до похибок, ніж початковий контур за ГОСТ 15023-76;
– подальше зменшення тертя в зачепленні і зменшення зносу зубців, збільшення товщини масляної плівки і ККД передач Новікова можливе лише за рахунок синтезу початкових контурів на базі кривих, відмінних від дуг кіл сучасних початкових контурів;
– точність виготовлення передач Новікова є фактором більш важливим, ніж потенціальна навантажувальна (на злам зубців) здатність, закладена в зубцях геометрією початкового контура;
– підвищення точності виготовлення передач Новікова економічно доцільне.
4. Досліджена сприйнятливість зубчатих циліндричних передач Новікова з початковими контурами НС–Ц і НС–Ц до похибок виготов-лення і монтажу: встановлені ступінь і характер впливу похибок на коор-динати точок контакту зубців, на кінематичну похибку передачі і на спектр частотних складових кінематичної похибки –на характеристики, які регла-ментуються стандартами у вигляді норм контакту зубців, норм кінема-тичної точності та норм плавності роботи передачі.
5. Розроблена методика розрахунку і розраховані оптимальні гранич-ні відхилення і допуски на точність виготовлення зубчатих циліндричних коліс і передач Новікова з початковими контурами НС–Ц і НС–Ц
Проаналізовані можливі методи і засоби контролю точності виготовлення і монтажу нового зачеплення.
. Розроблена методика розрахунку і розраховані оптимальні граничні відхилення і допуски на точність виготовлення черв?ячних фрез з початковими контурами НС–Ц і НС–Ц.
. Адекватність теоретичного моделювання та експериментального дослідження підтверджена результатами розв?язання контактно-метрологіч-ної задачі в теоретико-ймовірносному аспекті та статистикою експеримен-ту, відповідно до яких надійність (ймовірність, оптимальність) розроблених граничних відхилень і допусків практично дорівнює одиниці.
Згадані матеріали використовуються в проектних і дослідницьких підрозділах ВО "Луганський верстатобудівний завод", що сприяє більш повній реалізації навантаження і ресурсу, підвищенню надійності і зниженню рівня шуму зубчатих передач і редукторів за рахунок вибору оптимальних початкових контурів, оптимальних допусків і технологічних шляхів їх забезпечення. Техніко-економічна ефективність досягається за рахунок збільшення надійності та довговічності зубчатих передач і редукторів, за рахунок зниження питомої металоємності і зменшення маси машин і верстатів, що ними комплектуються.
Крім того, матеріали дослідження використовуються в навчальному процесі СУДУ.
Результати дослідження можуть бути використані машинобудівними підприємствами і проектними установами при розробці технології зубчатих циліндричних передач Новікова, можуть бути враховані при розробці геометрії початкових контурів, норм точності і допусків зубчатих циліндричних передач Новікова на рівні керівних документів і державних стандартів.
Таким чином, математична модель багатокритеріальної оптимізації зубчатих циліндричних передач Новікова, нові синтезовані початкові контури, що забеспечують передачам Новікова більш високі, в порівнянні з відомими початковими контурами, експлуатаційні характеристики, методики розрахунку і розраховані на їхній основі таблиці оптимальних граничних відхилень і допусків на точність виготовлення зубчатих коліс, передач і черв?ячних фрез з синтезованими початковими контурами –головний науковий і практичний результат роботи.
список опублікованих робіт за темою дисертації
анотації
Грибанова Ю.В. Багатокритеріальна оптимізація зубчатих циліндрич-них передач Новікова. –Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02 –Машинознавство. –Східноукраїнський державний університет, Луганськ, 2000.
Застосування зубчатих передач Новікова, замість аналогічних евольвентних передач, покращує експлуатаційні характеристики редукторів. Широке впровадження прогресивного зачеплення стримується невирішенністю проблем, серед якиїх –проблема оптимальності почат-кового контура і проблема оптимальної точності виготовлення.
Робота присвячена заповненню прогалин в розв?язуванні згаданих оптимізаційних проблем. Критерії оптимізації –якісні показники, прийняті для оцінки несучої здібності, ресурсу, тертя, зносу, ККД, умов утворення масляного клину і сприйнятливості передач до похибок виготовлення і монтажу.
Побудована математична модель багатокритеріальної оптимізації ци-ліндричних передач Новікова. Синтезовані нові початкові контури, що забеспечують передачам на 20-25% менші напруження в корені зуба і в 2-3 рази меншу сприйнятливість до похибок, ніж відомі початкові контури.
Досліджена сприйнятливість передач Новікова до похибок, розроб-лені методики розрахунку і розраховані оптимальні допуски на точність виготовлення коліс, передач і черв?ячних фрез з новими початковими контурами.
Ключові слова: багатокритеріальна оптимізація, зубчата цилін-дрична передача Новікова, синтез, аналіз, початковий контур, точність, допуски.
Грибанова Ю.В. Многокритериальная оптимизация зубчатых цилин-дрических передач Новикова. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.02 –Машиноведение. –Восточноукраинский государственный университет, Луганск, 2000.
Одним из наиболее реальных путей обеспечения дальнейшего прогресса в редукторостроении является применение зацепления Новикова, несущая способность которого выше несущей способности аналогичных традиционных передач. Применение зубчатых передач Новикова при неизменной нагрузочной способности позволяет значительно уменьшить габариты и массу, при неизменных габаритах –удлинить срок службы привода. Однако более широкое, нежели в настоящее время, внедрение в промышленности прогрессивного зацепления сдерживается нерешенностью ряда проблем.
Так, одна из главных проблем, которую решают организации при внедрении передач Новикова, –выбор оптимального исходного инструмен-тального контура, поскольку таковых предложено более сотни, однако не существует единого мнения о том, какой исходный контур является лучшим. Более того, опыт промышленной эксплуатации свидетельствует: передачи Новикова с известными исходными контурами не в полной мере реализуют технико-экономические возможности нового зацепления.
Значительное же отставание исследований по точности изготовления и допускам передач Новикова от уровня их промышленного применения и отсутствие соответствующей нормативно-технической документации вы-нуждает изготовителя подбирать самостоятельно –например, по аналогии с эвольвентными передачами –контролируемые параметры и допуски колес, передач и зуборезного инструмента. При этом поиск оптимального варианта допусков затягивается на годы и осуществляется, главным образом, методом "проб и ошибок". Это –вторая проблема.
Диссертационное исследование посвящено некоторому восполнению пробелов в решении упомянутых оптимизационных проблем. Критерии оптимизации –качественные показатели передач зацеплением, принятые в машиноведении для оценки их несущей способности, ресурса, трения, износа, КПД, условий образования масляного клина, восприимчивости к погрешностям изготовления и монтажа.
Построена математическая модель многокритериальной оптимизации зубчатых цилиндрических передач Новикова, включающая взаимосвязан-ные системы уравнений и алгоритмы их решения: алгоритмы синтеза геометрии исходных контуров, обеспечивающих передачам заданные эксплуатационные характеристики; алгоритм сравнительного анализа передач с различными исходными контурами; алгоритм исследования восприимчивости передач к погрешностям изготовления и монтажа.
Для зубчатых цилиндрических передач Новикова синтезированы новые исходные контуры НС–Ц и НС–Ц. На основе сравнительного многокритериального анализа доказано, что: исходные контуры НС–Ц и НС–Ц обеспечивают передачам на 20–% меньшие напряжения в корне зуба и в 2–раза меньшую восприимчивость к погрешностям, чем исходный контур по ГОСТ 15023-76; дальнейшее уменьшение трения в зацеплении и уменьшение износа зубьев, увеличение толщины масляной пленки и КПД передач Новикова возможно лишь за счет синтеза исходных контуров на базе кривых, отличных от дуг окружностей современных исходных контуров; точность изготовления передач Новикова является фактором более важным, чем потенциальная нагрузочная (по излому зубьев) способность, заложенная в зубьях геометрией исходного контура; повышение точности изготовления передач Новикова экономически целесообразно.
Исследована восприимчивость зубчатых цилиндрических передач Новикова с исходными контурами НС–Ц и НС–Ц к погрешностям изготовления и монтажа: установлены степень и характер влияния погрешностей на координаты точек контакта зубьев, на кинематическую погрешность передачи и на спектр частотных составляющих кинематической погрешности –на характеристики, которые регламентируются стандартами в виде норм контакта зубьев, норм кинематической точности и норм плавности работы передачи.
Разработана методика расчета и рассчитаны оптимальные предельные отклонения и допуски на точность изготовления зубчатых цилиндрических колес и передач Новикова с исходными контурами НС–Ц и НС–Ц. Проанализированы возможные методы и средства контроля точности изготовления и монтажа нового зацепления.
Разработана методика расчета и рассчитаны оптимальные предельные отклонения и допуски на точность изготовления червячных фрез с исходными контурами НС–Ц и НС–Ц.
Адекватность теоретического моделирования и экспериментального исследования подтверждена результатами решения контактно-метро-логической задачи в теоретико-вероятностном аспекте и статистикой эксперимента, согласно которым надежность (вероятность, оптимальность) разработанных предельных отклонений и допусков практически равна единице.
Результаты исследования могут быть использованы машино-строительными предприятиями и проектными организациями при разработке технологии изготовления зубчатых цилиндрических передач Новикова, могут быть использованы при разработке геометрии исходных контуров, норм точности и допусков зубчатых цилиндрических передач Новикова на уровне руководящих документов и государственных стандартов.
Ключевые слова: Зубчатая цилиндрическая передача Новикова, многокритериальная оптимизация, синтез, анализ, исходный контур, точность, допуски.
Gribanova Y. V. Multicriterion optimization of Novikov cylindrical gearing. Manuscript.
Thesis for a Candidate of technical science degree, speciality 05.02.02 - science of machines. - East Ukrainian State University. Lugansk 2000.
The application of Novikov gearing instead of analogical involute gearing improves the operating characteristic of reduction gear. Wide integration of progressive catching is restrained by unsettled problems, among them is the problem initial contour optimization and the problem of optimal manufacturing accuracy.
The work is devoted to making up a deficiency in settling of this problems. The optimization criteria are the qualitative index considered for estimation of carrier capacity, resource, friction, wear, efficiency, conditions of formation of oil wedge and gear receptivity to errors of manufacturing and erection.
The mathematical model of multicriterion optimization of Novikov gearing was constructed. New initial contours providing the gearings 20-25% less stress in the tooth root and 2-3 times less error susceptibility then known were synthesized.
The receptivity of Novikov gearing to errors was researched, the methods of calculation were worked out and the optimal tolerance to manufacturing accuracy of wheels, gearings, hob cutters with new initial contours was researched.
Key words: Multicriterion optimization, Novikov cylindrical gearing, synthesis, analysis, initial contour, accuracy, tolerance.
Документ1