Mogilev, Belarus
Mogilev, Belarus
Mogilev, Belarus
Mogilev, Belarus
VAC 2.3.7 Компьютерное моделирование и автоматизация проектирования
UDK 621.833 Зубчатые колеса (шестерни). Профили зубьев. Зубчатые передачи. Зубчатые механизмы
BBK 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
The study objective is to develop a computer model of an eccentric gear with a parallel arrangement of input and output shafts, as well as an evaluation of their main performance indicators. The paper presents the basic block diagram of an eccentric gear with parallel arrangement of input and output shafts. A layout variant and a computer model of the gear are developed, its operation is simulated and the results of computer study are obtained. A computer model and a method for evaluating the main performance indicators allow optimizing gear parameters, as well as improving its structure. The research methods are based on the tools of the automated design system, which gives the opportunity to simulate mechanisms, including toothed gears. Various kinematics and dynamics analysis tools built into the computer-aided design system allow reading angular velocities and torques. These values serve as the basis for evaluating the efficiency and error of rotation of eccentric gear links. The novelty of the work is in the study of a new mechanism that allows the creation of small-sized drive devices with a parallel arrangement of input and output shafts. Study results include an evaluation of the efficiency and error of rotation of the the eccentric gear output shaft.
computer modeling, eccentric gear, indicators, satellite, wheel
Введение
Многообразие применяющихся общемашиностроительных приводных устройств предопределяет расширение ассортимента редукторных механизмов, отличающихся компоновочными решениями и эксплуатационными показателями. Известны ременные, цепные и одноступенчатые зубчатые механические передачи с параллельным расположением входного и выходного валов. Как правило, данные передачи не обеспечивают передаточное отношение более 10, что существенно ограничивает сферу их применения. Такие передачи, соединенные в многоступенчатом редукторе, предопределяют относительно большие его габариты [1-10].
Возможно создание редукторов с параллельным расположением входного и выходного валов на основе особых зубчатых передач. Этими передачами являются эксцентриковые передачи с параллельным расположением входного и выходного валов, обеспечивающие значительные передаточные отношения: от 10 до 70 [4].
Основная кинематическая схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
На рис. 1 показана кинематическая схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов [1]. Данная передача содержит входной вал 1, расположенный на неподвижных подшипниковых опорах 2 и 5. На входном валу 1 жестко посажен кривошип 3. Кривошип 3 составляет с сателлитом 6 вращательную пару с помощью опорной втулки 4. На заданном расстоянии от оси вращения входного вала 1 расположены опорные втулки 7 и 16, которые соединены с дополнительными кривошипами 10 и 17, посаженными на опорные подшипники 8 и 15. На внутренней поверхности сателлита 6 имеется внутренний зубчатый венец 9, ось которого расположена на расстоянии L от оси вращения входного вала 1 [2]. На выходном валу 14, расположенном на подшипниковых опорах 12 и 13, посажено центральное колесо 11 с наружными зубьями, входящими во взаимодействие с внутренними зубьями зубчатого венца 9.
Рис. 1. Кинематическая схема эксцентриковой
передачи с параллельным расположением
входного и выходного ее валов
Fig. 1. Kinematic diagram of an eccentric
transmission with a parallel arrangement
of its input and output shafts
При вращении входного вала 1 за счет поступательного движения сателлита 6 происходит взаимодействие внутреннего зубчатого венца 9 с наружным центральным колесом 11. Передаточное отношение эксцентриковой передачи определяется отношением количества зубьев внутреннего зубчатого венца 9 и количеством зубьев центрального колеса 11.
Разработка компоновочного варианта редуктора на основе эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
Для создания компьютерной модели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов необходимо разработать компоновочный вариант соответствующего редуктора. На рис. 2 и 3 показаны виды компоновочного варианта редуктора.
На входном вале 1 расположен эксцентриковый кривошип 2, представляющий собой эксцентриковую часть входного вала 1. На наружной поверхности эксцентрикового кривошипа 2 с помощью подшипников посажен сателлит 4, на котором размещены оси 7, входящие в неподвижные отверстия крышках корпуса 5, 6. Причем основная ось расположения всех осей 7 на корпусе сателлита 4 находится на расстояние L от оси эксцентрикового кривошипа 2. На внутренней поверхности сателлита 4 имеется венец, состоящий с указанными выше осями 7, входящий в зацепление в зубья наружного колеса 8, ось которого параллельна оси входного вала 9.
Рис. 2. Вид редуктора с разрезом
Fig. 2. View of the gearbox with a section
Рис. 3.Вид редуктора (без крышки корпуса 6)
Fig. 3. Type of gearbox (without housing cover 6)
Разработка компьютерной модели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
|
16 |
Рис. 4. Вид компьютерной модели эксцентриковой передачи
с параллельным расположением входного и выходного валов
Fig. 4. View of a computer model of an eccentric transmission
with a parallel arrangement of input and output shafts
Для компьютерного исследования эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов в среде САПР NX необходимо создать объекты симуляции.
Создание контактов осуществляется с помощью меню «3D контакт», в котором задаются контактирующие поверхности осей 4 и внутренних зубьев сателлита 5 и назначаются коэффициенты статического и динамического трения. С помощью меню «Движитель» задается угловая скорость вращения входного вала 2. Следующим шагом является создание на центральном колесе 6 вращающего момента сопротивления. Также задаются параметры решения: количество шагов – 300 и время – 10 секунд. Затем данное решение запускают на расчет.
Чтобы вывести полученные результаты в виде графических зависимостей, необходимо произвести следующие действия. С помощью контекстного меню «Solution» выбираем опцию «XY-Graphing». Для получения необходимых для исследования зависимостей строим следующие графики: «RZ, Displacement», «RZ, Velocity», «TZ, Torque», «FM, Forse». Для обработки и оценки полученных результатов необходимо экспортировать данные результаты в таблицы Excel.
В качестве выходных показателей эксцентриковой передачи, были взяты: плавность вращения выходного вала, КПД зацепления, а также силы в зацеплении зубьев сателлита.
Результаты компьютерных исследований передачи эксцентрикового типа с параллельным расположением валов
|
17 |
Рис. 5. Зависимость погрешности вращения выходного вала
от угла поворота входного вала эксцентриковой передачи с параллельным
расположением входного и выходного валов
Fig. 5. The dependence of the error of rotation of the output shaft on the angle
of rotation of the input shaft of an eccentric transmission
with a parallel arrangement of the input and output shafts
Рис. 6. Зависимость КПД от угла поворота входного вала эксцентриковой
передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
Fig. 6. The dependence of efficiency on the angle of rotation of the input shaft
of an eccentric transmission with a parallel arrangement of the input and output shafts
Рис.7. График зависимости сил в зацеплении от угла поворота входного
вала эксцентриковой передачи с параллельным расположением
входного и выходного валов
Fig. 7. Graph of the dependence of the forces in the engagement
on the angle of rotation of the input shaft of the eccentric transmission
with a parallel arrangement of the input and output shafts
|
18 |
Результаты графических зависимостей позволяют определить основные показатели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов при передаточном отношении редуктора, равном 24, мощности входного вала 2 кВ, скорости вращения входного вала 1500 об/мин.
Погрешность вращения выходного вала составляет 10-19 угловых минут. Среднее значение КПД зацепления не превышает 75 %. Силы в зацеплении не превышают 10000 Н.
Заключение
Показана основная структурная схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов, на основе которой разработан компоновочный вариант и компьютерная модель. Разработана компьютерная модель и методика для оценки основных показателей, позволяющая получать осуществлять оптимизацию основных параметров, а также совершенствование структуры эксцентриковой передачи при параллельном расположении входного и выходного валов.
1. Makarevich SD, Makarevich AS. Results of computer studies of eccentric gear with parallel arrangement of input and output shafts with one power flow. Proceedings of the International Scientific and Technical Conference: Materials, Equipment and Resource-saving Technologies; 2020 Apr 23-24; Mogilev: Interstate Educational Institution of Higher Education "Belarusian-Russian University", 2020. p.89-90.
2. Gromyko PN, Khatetovsky SN, Yurkova VL. Use of an elongated epicycloid for forming gear surfaces of excentric gears. Vestnik of Belarusian-Russian University. 2019;1:14-21.
3. Makarevich AS, Gromyko PN. Eccentric gears with parallel arrangement of input and output shafts. Proceedings of the 55th Student Scientific and Technical Conference of the Belarusian-Russian University; 2019 May 03-04; Mogilev: Belorussian-Russian University; 2019.
4. Gromyko PN, Khatetovsky SN. Modeling of eccentric transmission operation in presence of elastic deformations of contacting links. Advances in Engineering Research. 2018;158:160-164.
5. Gromyko PN. Computer modeling of planetary precession transmissions: monograph. Mogilev: Belarusian-Russian University; 2007.
6. Gromyko PN, Khatetovsky SN. Comparative analysis of eccentric gears with different types of gear engagement. Collection of Scientific Papers: Actual Issues of Mechanical Engineering. Minsk: United Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus. 2020;9:199-202.
7. Gromyko PN, Khatetovsky SN. Minimization of the overall dimensions of eccentric gears on the basis of improving the gearing geometry of the contacting wheels. Collection of Scientific Papers: Actual Issues of Mechanical Engineering. Minsk: United Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus. 2019;8:67-70.
8. Gromyko PN, Trusov IV, Khatetovsky SN. Reduction of the cost to manufacture eccentric gears based on the use of special profile teeth of contacting wheels. Proceedings of the International Scientific and Technical Conference: Materials, Equipment and Resource-saving Technologies. Mogilev: Belarusian-Russian University, 2020. p. 77.
9. Gromyko PN, Khatetovsky SN. Influence of manufacturing and assembly errors on the performance characteristics of eccentric gears. Collection of papers of International Scientific and Technical Conference dedicated to the 50th anniversary of machine-building specialties and the 15th anniversary of the Scientific and Technological Park of Polotsk State University: Innovative Technologies in Mechanical Engineering. Novopolotsk: Polotsk State University, 2020. p. 165-167.
10. Khatetovsky SN, Gromyko PN. Modification of eccentric gear teeth. Mogilev: Belarusian-Russian University; 2020.
