авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Повышение эффективности автоматизированного проектирования цепных муфт на основе создания их математической модели

На правах рукописи

Сергеев Сергей Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦЕПНЫХ МУФТ НА ОСНОВЕ СОЗДАНИЯ ИХ

МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курск 2007 2

Работа выполнена на кафедре «Машиностроительные технологии и обо рудование» ГОУ ВПО Курский государственный технический университет

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор П.Н. Учаев

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Л.М. Червяков Доктор технических наук, профессор А.В. Олейник

Ведущая организация: ФГОУ ВПО Курская государственная сельскохозяйственная академия, г. Курск

Защита состоится «6» ноября 2007 г. в 12.00 часов на заседании диссерта ционного совета К212.142.01. при ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН» по адресу: 127994, Москва, Вад ковский пер., 3а.

Отзыв о работе, заверенный печатью, в 2-х экземплярах, просьба направ лять по указанному адресу в диссертационный совет К212.142.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»

Автореферат разослан «2» октября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук И.М. Тарарин КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Перед машиностроением стоят задачи значи тельного повышения качества промышленной продукции при непрерывном росте ее объема, а также создания новых конкурентоспособных образцов. Наи более эффективным направлением в решении этих задач является улучшение эксплуатационных показателей механизмов и машин. Уже на стадии проекти рования новых машин должна быть обеспечена их надежность, исключено от рицательное влияние работы передаточных механизмов (в том числе муфт) на технологический процесс.

Муфты, используемые во многих машинах и механизмах, – ответствен ные узлы, часто определяющие надежность всего машинного агрегата. Стои мость муфты невелика по сравнению со стоимостью основного оборудования, однако выход из строя муфты увеличивает время простоя оборудования, что приводит к значительным материальным потерям.

Цепные муфты являются муфтами общего назначения и широко распро странены в различных отраслях машиностроения. Например, число цепных муфт, выпускаемых ежегодно только сельхозмашиностроением, составляет около 1,5 млн. шт. Однако срок их службы в большинстве случаев составляет 30-50% ресурса машин.

Основная цель исследования цепных муфт – создание инженерного мето да выбора типоразмера муфты в соответствии с условиями монтажа и работы, а также заданным сроком службы. При проектировании муфт рекомендуется ис пользовать численные методы, такие как метод конечных элементов или мето дов оптимизации, реализация которых возможна лишь с помощью ЭВМ. Кроме того, необходимо прогнозировать пути и направления совершенствования кон струкции муфт.

Анализ методов обеспечения надежности технических систем позволил сделать вывод, что для обеспечения надежности муфт на стадии проектирова ния необходимы аналитические и экспериментальные методы оценки их на дежности на основе системно-структурного подхода с использованием соответ ствующих математических средств.

Интенсификация процессов проектирования привела к широкому приме нению вычислительной техники, что открывает новые возможности для повы шения эффективности проектирования. Эти возможности нашли свое выраже ние в развивающейся совокупности методов и средств автоматизированного проектирования, получивших название CALS-технологий (Continuous Acquisi tion and Life-Cycle Support). Трудами Ю.М. Соломенцева, В.Г. Митрофанова, Г.Д. Волковой, В.В. Павлова, А.Ф. Прохорова, А.И. Половинкина, Дж. К.

Джонса, С.А. Шептунова, С.Г. Емельянова, Л.М. Червякова и др. внесен значи тельный вклад в методологию автоматизированного проектирования на отдель ных этапах жизненного цикла изделия, так и в совокупности для всех этапов.

В результате разработки систем автоматизированного проектирования создано информационное пространство для автоматизированной поддержки решений, начиная от применяемых средств машинной графики и заканчивая множеством стандартов и различных численных методов (например, методов конечных и граничных элементов).

При проектировании изделий заданного типа возникает задача выбора средств поддержки процесса проектирования с минимальной информационной избыточностью. Кроме того, сами средства поддержки для решения одной и той же задачи различаются методами и подходами к решениям. Поэтому из множества вариантов средств поддержки необходимо выбирать такие средства, или разрабатывать новые, которые обеспечивали бы создание рационального изделия в короткие сроки.

Например, при проектировании цепных муфт возникает в общем случае задача выбора параметров конструкции из значительного количества вариантов на основании интерактивного подхода с использованием традиционных мето дов проектирования, в которых может быть использован также метод конечных элементов, но не всегда ясно, в каких случаях может быть использован тот или иной вариант или метод.



Таким образом, существенное повышение конкурентоспособности изде лия за счет сокращения временных и материальных затрат на проектирование может быть достигнуто использованием рационального сочетания как традици онных методов проектирования, так и CAE/FEM-систем (Computer Aided Engi neering/Finite Element Modeling).

В данной работе на базе разработанных математических моделей создана система автоматизированного проектирования (САПР) цепных муфт.

Цель работы. Повышение технико-экономических показателей цепных муфт на основе разработки новых научно-технических решений и автоматизи рованной системы проектирования.

Объект исследования. Система автоматизированного проектирования цепных муфт общемашиностроительного применения.

Методы исследования. Математическое моделирование, аналитические методы и теоретические положения ИПИ-технологии.

Научная новизна работы заключается в:

- обосновании и предложении системно-структурного подхода к иссле дованию и проектированию цепных муфт, охватывающего особенно сти постановки задачи структурно-параметрической оптимизации конструкции звездочек и математические модели для оценки влияния конструктивно-технологических факторов на выходные показатели этих деталей;

- решении задачи параметрической оптимизации звездочек для цепных муфт, на основе разработки новых конструкций звездочек и муфт;

- создании системы автоматизированного проектирования и конструи рования цепных муфт, обеспечивающей определение оптимального сочетания конструктивно-технологических параметров цепных муфт и их основных деталей, соответствующей минимуму среднегодовых потерь при эксплуатации.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что разра ботанный метод и программное обеспечение дают возможность:

- определять численные значения параметров, необходимые для расчета динамики привода с цепными муфтами и оценки нагруженности его деталей;

- прогнозировать нагрузочную способность и ресурс цепных муфт;

- осуществлять синтез конструкций муфт еще на стадии проектирова ния;

- снижать сроки их исследования и внедрения.

Достоверность основных научных положений и выводов по работе подтверждается компьютерным моделированием процессов проектирования и конструирования цепных муфт.

Корректность разработанных математических моделей звездочек и муфт подтверждаются хорошей сходимостью результатов теоретических исследова ний с данными промышленных испытаний.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены и об суждены на 4-ой Международной научно-технической конференции «Совре менные инструментальные системы, информационные технологии и иннова ции» (Курск, 2006), на 7-ой Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы в машиностроительном и строи тельном комплексах» (Орел, 2006), на семинарах кафедр «Машиностроитель ные технологии и оборудование» и «Технология и оборудование пищевых про изводств» (КурскГТУ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 3 па тента и 2 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ.





Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 167 наименований и приложений. Работа содержит 215 страниц машинописного текста, 52 рисунка и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ состояния автоматизированного проек тирования.

На основании работ Ю.М. Соломенцева, В.Г. Митрофанова, Г.Д. Волко вой, В.В. Павлова, А.Ф. Прохорова, А.И. Половинкина, Дж. К. Джонса, С.А.

Шептунова, С.Г. Емельянова, Л.М. Червякова и других авторов разработана структура САПР и показано, что современное проектирование должно вестись на основе понятия жизненного цикла изделия (CALS-технологий) и информа ционных и функциональных стандартах, а также систем трехмерного графиче ского моделирования и систем проектировочных и проверочных расчетов.

Проведенный анализ показал следующее, основной эффект от использо вания вычислительных систем в машиностроении получается в сфере автома тизированной генерации чертежей, в автоматизированном документообороте, а также в ускорении этапов проектирования изделия за счет замены дорогостоя щего натурного эксперимента вычислительным.

Замена натурного эксперимента вычислительным возможна только при создании новых изделий, в то время как в технике чаще всего встречаются слу чаи проектирования изделий, принадлежащих к одному типу и чаще всего про ектирование ведется на основе накопленных знаний, полученных как при по мощи натурного, так и численного эксперимента.

Поэтому не всегда необходимо использовать сложные CAD/CAE системы. Целесообразна для этих целей разработка такой методологии проек тирования, которая позволяла бы из множества методик поддержки процесса принятия решений выделить необходимое количество, так чтобы оно покрывало множество всех этапов проектирования.

Логика подсказывает, что основа технического задания содержит все воз можные решения конкретной задачи;

каждое решение является комбинацией элементарных решений, характеризуемых определенным содержанием;

каждое решение имеет недостатки, число которых можно свести к минимуму в процес се разработки;

решение с минимальным числом недостатков является рацио нальным.

Это осуществляется по пути логического и целенаправленного поиска, который на основании накопленного опыта позволяет в каждом элементе кон струкции, в каждом решении найти недостатки и преимущества и таким обра зом найти решение с наименьшим количеством недостатков и разработать тех ническую документацию для практической реализации идеи, проекта.

Поэтому разработка логических принципов построения трехмерных мо делей из набора элементов конструкции и установление на каждом этапе при нятия технических решений их связи с задачами информационной поддержки потребовало:

1. Разработки комбинации возможных конструктивных решений элемен тов конструкции;

2. Разработки логики проектирования цепных муфт;

3. Установления связи между логическими и математическими моделями;

4. Разработки структуры базы данных для поддержки процесса принятия решений при автоматизированном проектировании цепных муфт.

Вторая глава посвящена систематизации научных основ теории иссле дования и оптимального проектирования новых и совершенствования сущест вующих конструкций цепных муфт.

Показаны возможные пути повышения качества проектирования цепных муфт. Изложена сущность функционально-стоимостного анализа цепных муфт и системно-структурного подхода к их разработке. Раскрыто содержание авто матизированного проектирования цепных муфт и их подсистем, включая соз дание параметрических рядов изделий и процедуру их оптимизации. Дано опи сание физических моделей цепных муфт и их основных деталей. Приведены математические модели для оценки влияния конструктивно-технологических факторов на выходные параметры этих изделий, в том числе на их технико экономические показатели.

Установлено, что процесс автоматизированного проектирования цепных муфт многоэтапный. При переходе к автоматизированной системе проектиро вания необходимо развитие и совершенствование всего комплекса объектов в направлении в направлении разработки адекватных математических моделей и создания средств и методов, обеспечивающих использование математического моделирования и ЭВМ в процессе проектирования. Схема расчетов цепных муфт должна охватывать расчеты, подтверждающие его работоспособное со стояние и надежность, а также технико-экономические расчеты.

Задача оптимизации цепных муфт многовариантна. Она сводится к со вершенствованию конструкции и синтезу приводных цепей и звездочек, созда нию научно обоснованных методик проектирования муфт, нормированию ре жимов испытания цепей и муфт.

САПР цепных муфт создается в две стадии. На первой стадии осуществ ляется автоматизация традиционной технологии проектирования (средний уро вень автоматизации), а на второй – комплексная автоматизация с учетом разви тия автоматизированного оборудования и технологии производства на базе гибких производственных систем (высокий уровень автоматизации).

Показано, как разрабатываемая на первой стадии САПР цепных муфт со ответствует среднему уровню автоматизации. Эта система универсальна: она позволяет выполнять оптимальный синтез цепных муфт с использованием бан ка, накопленных проектных решений в типовых ситуациях и при отсутствии готовых решений.

В разработанных физических моделях цепных муфт и их подсистемах па раметры этих изделий ранжированы. Предложенные математические модели позволяют устанавливать зависимость выходных характеристик от входных па раметров, оценивать влияние технологических факторов на показатели качества изделия и выявить пути снижения технологического разброса этих показателей.

Предложенная математическая модель является универсальной: она предназна чена для оптимального синтеза как цепных муфт, так и их подсистемы – звез дочек.

Установлено, что задача оптимального проектирования цепных муфт и их подсистем является многокритериальной, причем универсальная математиче ская модель, соответствующая условной оптимизации, имеет следующий вид:

optF ( x) = {max F1 ( x), min F2 ( x)};

G ( x) N ;

0 x V, (1) { } { } где F1 ( x ) = f K ( x ), K = 1, K1 ;

F2 ( x ) = f K ( x ), K = 1, K 2 ;

K1 K 2 = K, К – множество индексов критериев.

Показано, как можно использовать модель (1) для исследования и проек тирования муфт.

В соответствии с полученными результатами установлены задачи опти мального синтеза цепных муфт и основные направления повышения их качест ва. Это предопределило весь комплекс дальнейших исследований цепных муфт.

В третьей главе получили развитие вопросы геометрии и кинетостатики зацепления цепи и звездочки-полумуфты. Главное вниманию уделено рассмот рению геометрических форм расположения звеньев на зубьях звездочек в зави симости от типа и параметров профиля и соотношения между текущим значе нием шага звеньев цепи Рс и хордальным шагом звездочки Рz. Выполнены ки нетостатическое исследование цепного зацепления применительно к муфтам основных типов с учетом влияния центробежных сил инерции, развиваемых звеньями цепи, на распределение нагрузки между шарнирами цепи.

Оценено качество конструкции цепных муфт по трем критериям: компен сирующей способности;

степени неравномерности распределения нагрузки ме жду основными несущими элементами в зависимости от точности изготовления самих муфт и монтажа соединяемых валов и износа деталей;

силовому воздей ствию, оказываемому муфтами на валы и опоры. Приведены соответствующие расчетные схемы и математические модели.

Определены кинематические параметры машинного агрегата с цепными муфтами при радиальном и угловом смещениях осей соединяемых валов. Пока зано, что муфты типа МЦО и МЦД являются асинхронными. Причем перемен ность угловой скорости ведомого вала определяет собственную динамику при вода и дополнительные динамические нагрузки на его звенья. Муфта типа МЦПВ при определенных условиях может быть синхронной.

Интегральным критерием качества цепных муфт является их КПД. По КПД можно прогнозировать ресурс муфт, определяемый износом элементов цепей и звездочек. Предложены математические модели расчета КПД цепных муфт. Результаты расчета показывают, что наиболее значительной является мощность потерь на трение между шарниром и зубьями звездочек. Потерями в других кинематических парах можно пренебречь. Наименьший КПД – у муфты типа МЦО (муфта с однорядной цепью), а наибольший – у МЦПВ (муфта с промежуточным валом). Другие типы муфт по потерям мощности занимают промежуточное положение между МЦО и МЦПВ.

Разработана методика, позволяющая выявить оптимальные геометриче ские параметры профиля зубьев звездочек-полумуфт цепных муфт.

На основании предложенной методики и с учетом требований, предъяв ляемых к профилю, осуществлено их нормирование.

Предложен новый тип профиля зубьев звездочки-полумуфты назначение которого – повысить нагрузочную способность и долговечность муфты.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной звездочке цепной муфты радиус кривизны рабочей части профиля зубьев (рис. 1) выпол нен равным rИ r1 A, где r1 – радиус кривизны рабочей части существующего профиля;

A – коэф фициент уменьшения радиуса кривизны рабочей части профиля, равный A=, где – угол, определяющий размер рабочей части профиля зубьев, 120° 56° = 18° ;

1 – начальный угол профиля зуба, 1 = 35°, при z z чем z – число зубьев звездочки.

Рис. 1. Участок зубчатого венца звездочки-полумуфты O – центр кривизны впадины зубьев;

O И – центр кривизны рабочей части профиля зубьев;

E и F – точки, опреде ляющие начало и конец рабочей части профиля зуба;

r – радиус впадин;

r и rИ – радиус кривизны рабочей части су ществующего и предложенного профиля;

– угол впадины зубьев, определяющий начало рабочего участка профиля;

– угол определяющий размер рабочей части профиля зубьев;

1 и 2 – начальный и конечный угол профиля зуба.

При зацеплении звездочки муфты с цепью ролики последней взаимодей ствуют с рабочей частью зубьев уменьшенного радиуса кривизны. Вследствие чего контакт роликов с зубьями является более плотным, что обусловливает снижение контактных напряжений в сопряжении этих деталей.

Оценка эффективности параметрической оптимизации профиля показала, что в предлагаемом профиле величина максимального давления от 6,7 до 40, % ниже, чем при вогнутом, выпуклом, прямом и эвольвентном.

Таким образом цепная муфта в которой используется звездочка с пред ложенным профилем зубьев, обеспечивает возможность повышения нагрузоч ной способности до 28% и увеличения срока службы более чем в 1,5 раза по сравнению с муфтой содержащей звездочку с вогнутым профилем зубьев по ГОСТ 591, при неизменной материалоемкости муфты.

В четвертой главе «Методика выбора цепных муфт» рассмотрен ряд во просов, связанных с синтезом цепных муфт, причем важное место в работе за нимает решение задач оптимального проектирования.

Рассмотренная методика оптимизации надежности цепных муфт дает возможность обеспечить требуемую вероятность их безотказной работы при минимальных затратах материальных ресурсов.

В этой же главе рассмотрены алгоритмы определения основных парамет ров, нагрузочной способности и предварительного (проектировочного) расчета цепных муфт, а также технико-экономических расчетов.

Логическим завершением работы является созданная система автомати зированных расчетов цепных муфт. С этой целью разработана основная про грамма «SAIRM» (см. рис. 2), позволяющая осуществлять анализ и оптималь ный синтез цепных муфт. Дана схема алгоритма этой программы. Она состоит из пакета прикладных программ, предназначенных для машинной реализации всего комплекса инженерных расчетов, начиная с определения параметров де талей (цепи и звездочек-полумуфт) цепных муфт (их входных параметров) и кончая структурно-параметрической оптимизацией этих изделий. Дано наиме нование и описано функциональное назначение каждой из программ.

ENTER 1 – расчет кинематических параметров цепных муфт: линейных и угловых перемещений, скоростей и ускорений их деталей, включая определе ние: приведенного углового зазора между полумуфтами (мертвого хода) в зави симости от разницы в шагах звеньев цепи и зубьев звездочек;

суммарных пере мещений шарниров относительно зубьев, и угловых перемещений соседних звеньев цепи, обусловленных смещениями осей соединяемых валов;

нормаль ной составляющей скорости удара шарниров цепи о зубья звездочек;

ENTER 2 – силовой расчет цепных муфт, заключающийся в оценке: сте пени неравномерности распределения нагрузки между шарнирами цепи и зубь ями звездочек (коэффициента концентрации нагрузки) в зависимости от точно сти изготовлении деталей муфты, износа цепи и звездочек и смещений осей ва лов;

действия центробежных сил инерции на натяжение цепи;

силового воздей ствия муфт на валы и опоры;

Рис. 2. Схема алгоритма программы «SAIRM»

ENTER 3 – расчет крутильной жесткости муфт;

ENTER 4 – определение коэффициента динамичности нагрузки при пуске (в том числе обусловленного «мертвым ходом»), торможении и установившем ся режиме работы привода в зависимости от степени износа цепи и зубьев звез дочек, смещений осей валов, динамических характеристик двигатели, тина ис полнительного механизма (характера нагрузки на привод), угловой скорости муфты;

ENTER 5 – вероятностный расчет цепных муфт на прочность, устанавли вающий связь между конструктивно-технологическими показателями муфт и их основных элементов и надежностью и позволяющий определять интенсив ность отказов и гамма-процентный ресурс муфт, обусловленный сопротивлени ем усталости приводных цепей;

ENTER 6 – детерминистический расчет среднего ресурса цепи, обуслов ленного износостойкостью ее шарниров;

ENTER 7 – детерминистический расчет на износ звездочек, позволяющий устанавливать допустимый износ зубьев, обусловленный динамичностью на грузки при пуске привода и их сопротивлением усталости, и средний ресурс звездочек;

ENTER 8 – расчет надежности и долговечности цепных муфт по износу, заключающийся в определении гамма-процентного ресурса цепи и звездочек и требуемого количества этих деталей на назначенный ресурс привода;

ENTER 9 – определение массы основных деталей: цепи, звездочек, кожу ха (литого или точеного) и муфты;

ENTER 10 – определение относительных потерь мощности в шарнирах, между роликами и зубьями полумуфт, обусловленных радиальным и угловым смещениями осей валов;

ENTER 11 – расчет допустимых значений радиального, углового и осево го смещений осей валов для основных типов цепных муфт;

ENTER 12 – расчет суммарных среднегодовых стоимостных потерь (при веденных затрат) С, зависящих от стоимости изготовления муфт, интенсивно сти их отказов и назначенного срока службы технологического оборудования, в котором установлены эти муфты, и связанных с простоем данного оборудова ния и ремонтом муфт;

ENTER 13 – минимизация суммарных среднегодовых стоимостных по терь.

ENTER 14 – распределение пределов выносливости приводных цепей.

Организация связей внутри подсистем предусматривает как совершенст вование ее отдельных модулей, так и развитие всей подсистемы за счет вклю чения в нее новых звеньев.

Решение проектных задач с использованием составленных программных модулей можно осуществлять как для отдельного типа муфт, так и в комплексе, сравнивая между собой показатели качества муфт, т.е. выполняя их структурно параметрическую оптимизацию.

Основное взаимодействие пользователя и программы строится посредст вом набора диалоговых окон (см. рис. 3 и 4).

Результат машинного синтеза и анализа цепных муфт – выпуск комплекта конструкторско-технологической документации, необходимой для их качест венного изготовления.

По результатам расчета производится построение трехмерной модели спроектированной цепной муфты в системе КОМПАС-График V8 Plus (рис. 5).

Основная программа позволяет представить по желанию пользователя выходные параметры исследуемых муфт по одному из вариантов:

первый вариант – печатаются выходные параметры одной муфты, обес печивающей минимальное значение среднегодовых стоимостных потерь С;

второй – печатаются параметры всех исследуемых муфт, в порядке воз растания среднегодовых стоимостных потерь для последующего их анализа проектировщиков.

Предложенные математические модели, позволяющие устанавливать ми нимально допустимую толщину зубьев по назначенной степени их изнашива ния и определять степень изнашивания по результатам обмера зубьев звездочек в условиях эксплуатации.

Рис. 3. Пример диалоговых окон: ввод исходных данных Рис. 4. Пример диалоговых окон: результаты расчета Рис. 5. Пример диалоговых окон: трехмерная модель цепной муфты Для оценки степени изнашивания зубьев звездочек по результатам их об мера в процессе испытания и (или) эксплуатации цепных муфт (рис. 6) в соот ветствии с предложенными математическими моделями разработана программа AКSIZ.

Для построения твердотельной модели цепной муфты были использованы системы автоматизированного проектирования КОМПАС-3D и Solid Works. Для выполнения инженерных расчётов использовались программы Excel и Borland Delphi.

Программы КОМПАС-3D и Solid Works – системы автоматизированного проектирования Computer Aided Design (CAD-системы). Эти системы позволя ют проектировать технические изделия с помощью вычислительных машин:

разрабатывать чертежи и схемы на базе интерактивной графики, а также выпол нять моделирование проектируемого объекта.

На первом этапе проектирования уточняется поставленная задача, и опре деляются свойства, которыми должно обладать изделие.

На втором этапе, на основе кинематиче ских характеристик, полученных на пер вом этапе, производится расчёт элементов передающей системы. Для проведения этих инженерных расчётов применяются программы Excel и Borland Delphi. В зави симости от выбранной CAD-системы мо делирование твердотельных элементов может быть как традиционным (AutoCAD), так и параметрическим (Solid Works, КОМПАС-3D).

Рис. 6. Расчетная модель Целесообразность использования пара оценки изнашивания зубьев метрического моделирования определяется в каждом конкретном случае отдельно.

На третьем этапе проектирования, создаётся компоновочная твердотель ная модель муфты.

Четвёртый этап конструкторского проектирования является заключитель ным. К нему необходимо приступать, имея готовую твердотельную модель из делия, которая прошла все испытания (т.е. модель отвечает всем требованиям указанных заказчиком, выдержала все проверочные расчёты и достигла своих оптимальных характеристик). На данном этапе на основе полученной твердо тельной модели с помощью CAD-систем производится разработка технической документации изделия.

Главное достоинство систем автоматизированного проектирования заклю чается в возможности получения чертежей на основе созданной твердотельной модели изделия. При использовании параметрической CAD-системы легко по лучить твердотельную модель и рабочие чертежи изделий одного типа с разны ми геометрическими размерами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Развита методика физического и математического моделирования про цессов, сопровождающих работу цепных муфт.

2. Предложены математические модели для оценки коэффициента дина мичности системы с цепными муфтами при различных сочетаниях нагрузки, действующей на ведущую и ведомую массы, причем исследован как переход ный, так и установившийся режимы работы привода.

3. Предложены формулы, позволяющие определить КПД цепных муфт.

Расчеты по ним показывают, что, наиболее значительные потери мощности происходят из-за трения между роликами и зубьями полумуфт. Другими поте рями можно пренебречь. Наименьший КПД – у муфты МЦО;

наибольший – у МЦПВ.

4. Разработана методика, позволяющая выявить оптимальные геометри ческие параметры профиля зубьев звездочек-полумуфт цепных муфт. На осно вании предложенной методики и с учетом требований, предъявляемых к про филю, осуществлено их нормирование.

5. Предложен новый тип профиля зубьев звездочки. В предлагаемом про филе величина максимального давления ролика цепи на зуб полумуфты от 6, до 40,6 % ниже, чем при вогнутом, выпуклом, прямом и эвольвентном. Таким образом, цепная муфта, в которой используется звездочка с предложенным про филем зубьев, обеспечивает возможность повышения нагрузочной способности до 28% и увеличения срока службы более чем в 1,5 раза по сравнению с муфтой содержащей звездочку с вогнутым профилем зубьев по ГОСТ 591, при неиз менной материалоемкости муфты.

6. Разработана и внедрена автоматизированная система проектирования цепных муфт, обеспечивающая их синтез с выполнением процедуры структур но-параметрической оптимизации и позволяющая заменить проведение боль шей части натурных испытаний машинным экспериментом, сократить сроки проектирования, ускорить процесс внедрения новых образцов муфт.

7. На основе теоретического и экспериментального исследований с уча стием автора разработаны и изготовлены образцы новых конструкций цепных муфт, а также модернизированной звездочки для цепной муфты, защищенных патентами Российской Федерации и внедренными в 2007 году на ОАО «Гео маш», прогнозируемый годовой экономический эффект составляет 170 тысяч рублей.

8. Разработан программный продукт, включающий ряд взаимодействую щих подсистем предназначенных для контроля степени изнашивания зубьев звездочек в условиях эксплуатации.

9. Архитектура программного комплекса информационной системы по строена с использованием технологии «клиент-сервер». Выбранный подход, а также используемые инструментальные средства, позволяют достичь приемле мого быстродействия работы приложения, обеспечить его надежное функцио нирование, масштабируемость и удобство использования.

10. Формирование структуры баз данных информационной системы в со ответствии с концепцией CALS позволяет при использовании в процессе экс плуатации специализированного интерфейса обмена данными STEP интегриро вать разработанный пакет с различными CAD/САМ системами.

11. Полученные результаты нашли отражение в учебном пособии «Осно вы машиноведения. Конструирование, производство и эксплуатация». Книга 3.

Муфты и тормоза приводов машин: [Текст]: 4-е изд., исправл. / П.Н. Учаев, С.Г.

Емельянов, И.С. Захаров [и др.];

под общ. ред. П.Н. Учаева, М.: Высш. шк., 2006, 296 с.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Учаев, П.Н. Сравнение КПД цепных муфт [Текст] / П.Н. Учаев, С.Г.

Емельянов, С.А. Сергеев. Современные инструментальные системы, информа ционные технологии и инновации. Сборник материалов 4-ой Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2006. с. 128-132.

2. Сергеев, С.А. Конструкция и эксплуатационные возможности комби нированной упруго-цепной муфты [Текст] // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов 4-ой Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2006. с.

206-207.

3. Пат. №55059 Российская Федерация, МПК F16D 3/54. Звездочка цепной муфты / Учаев П.Н., Емельянов С.Г., Сергеев С.А.;

заявитель и патен тообладатель ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет».

№2006107594/22;

заявл. 10.03.2006;

опубл. 27.07.2006 Бюл. №21.

4. Пат. №55905 Российская Федерация, МПК F16D 3/54. Цепная муфта/ Учаев П.Н., Емельянов С.Г., Сергеев С.А.;

заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Курский государственный технический университет».

№2006110055/22;

заявл. 28.03.2006;

опубл. 27.08.2006 Бюл. №28.

5. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006613694 Российская Федерация. Система автоматизированных инженер ных расчетов цепных муфт [Текст] / Учаев П.Н., Емельянов С.Г., Сергеев С.А.;

заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Курский гос. технич. университет.

Зарегистрир. в Реестре прогр. для ЭВМ 24.10.2006.

6. Учаев, П.Н. К проектированию зуборезного инструмента и звездочек цепных муфт [Текст] / П.Н. Учаев, С.Г. Емельянов, С.А. Сергеев. Фундамен тальные и прикладные проблемы в машиностроительном и строительном ком плексах. Сборник материалов 7-ой Международной научно-технической кон ференции. Орел: ОрелГТУ, 2006. с. 92-97.

7. Пат. №60157 Российская Федерация, МПК F16D 3/54. Комбиниро ванная упруго-цепная муфта / Учаев П.Н., Емельянов С.Г., Сергеев С.А.;

заяви тель и патентообладатель ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет». №2006110740/22;

заявл. 03.03.2006;

опубл. 10.01.2007 Бюл. №1.

8. Сергеев, С.А. К повышению нагрузочной способности цепных муфт [Текст] / С.А. Сергеев // Известия Тульского государственного университета.

Тула: ТулГУ, 2006. с. 171-174.

9. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007612399 Российская Федерация. Автоматизированный контроль степени изнашивания зубьев звездочек [Текст] / Учаев П.Н., Емельянов С.Г., Сергеев С.А.;

заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Курский гос. технич. универси тет. Зарегистрир. в Реестре прогр. для ЭВМ 07.06.2007.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.