Р. М. Игнатищев засл деятель науки icon

Р. М. Игнатищев засл деятель науки









Скачать 167.27 Kb.
НазваниеР. М. Игнатищев засл деятель науки
Размер167.27 Kb.
ТипДокументы

ВВЕДЕНИЕ В СИНУСОЭКСЦЕНТРИКОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ




Р. М. Игнатищев – засл. деятель науки Республики Беларусь, д-р техн. наук, проф.



1. Предисловие


Основная накопившаяся о синусоэксцентриковых передачах (СЭП) информация отражена в [1 – 11]. Начальные изложения, как правило, оказываются сложными, неполными, логически плохо увязанными, трудно воспринимаемыми читателями. Основная причина этому: отсутствие результатов, появляющихся лишь в последующих исследованиях. Автор считает: настало время систематизировать накопленное и дать более стройное изложение вопроса.


2. Станочное зацепление для формирования элементарной

структурной составляющей СЭП и основные её геометрические параметры


Необходимые для построения раздела изображения представлены на рис.1.





Рис.1. Изображения к составлению аналитического описания кругосинусоид, к пояснениям станочного зацепления и к констатации возможного у этой передачи явления заострения

(1-2-3) – механизм формирования канавок для СЭП. Состоит из последовательно соединённых малого 1 (длина OB=А), большого 2 (длина BC=R) кривошипов и производящего круга 3 (производящего канавку круга, радиусом r ; при фрезерованиях этим кругом является поперечное сечение вращающейся пальцевой фрезы). Положение тел 1, 2 определяется углами и . 3 - произвольное положение производящего круга; его центр С при изменениях переменных и описывает на плоскости окружность, а на XY линию 4 – кругосинусоиду; XY – неподвижная (иначе: основная, базовая) система отсчёта; - система отсчёта с началом во времени совпадающим с шарниром В и перемещающаяся поступательно относительно XY. 5 – положение производящего круга в момент формирования центром С максимума кругосинусоиды. 6 – внешняя и 7 – внутренняя границы получающейся канавки (внутренняя и внешняя эквидистанты кругосинусоиды 4). Кругосинусоида является замкнутой, волнообразной (по отношению к окружности 8) линией. Радиус окружности кругосинусоиды 8 оказывается равным длине R большого кривошипа, а амплитуда - длине А малого кривошипа. М – вершина внутренней границы канавки; может получаться срезано-заострённой (это понятие аналогичное известным - из теорий зубчатых и кулачковых механизмов); - величина срезания профиля; срезание считается отсутствующим, если .

Пусть Z – число волн кругосинусоиды; волна – это часть кругосинусоиды, содержащая три точки своего пересечения с окружностью 8 (по рис.1) – одна точка пересечения расположена посередине волны, две по концам.

Одно из главных преимуществ СЭП – многопарность зацепления, причём, в отличие от промышленно-традиционных случаев, эта многопарность распределена по всему углу в 3600 (у простой же циклоидно-цевочной передачи многопарность распределена по углу 1800, а у волновой многопарность хотя и двухсторонняя, что предпочтительней по отношению к циклоидно-цевочной передаче, но имеются пропуски – примерно от 900 до 180 и с 270 до 3600).

Пусть S – полный комплект промежуточных тел, размещаемый в кругосинусоидной канавке (шариков, цевок и пр.; для конкретности, что не влияет на общие результаты, будем иметь ввиду шарики).

Построить СЭП с условием S = Z автору статьи не удалось. Но если


,


то возникает долго мучивший автора вопрос: «какие может принимать значения » ?

Перехожу к анализу, дающему ответ на данный вопрос.

Ограничиваемся рассмотрением случая: центры шариков полного их комплекта распределены по углу радиан равномерно, т.е. следуют через каждые




радиан; причём


второе в (1) означает: «при равномерном вращении малого кривошипа равномерно вращается и большой кривошип», а также то, что к рассмотрению принимаем два варианта (первый – кривошипы имеют однонаправленное вращение - знак «плюс»; второй – направления вращений кривошипов противоположные - знак «минус»).

Обозначаем также:




Из рис.1 видно:

для варианта -







для второго варианта -







После возведения в квадраты и сложения уравнений (21), с использованием известных тригонометрических формул, получаем:




Из (22), аналогично:




Т.к. R и A величины постоянные, то экстремальные значения переменная принимает при тех же значениях , при которых принимает свои максимумы и минимумы функция


которая для первого варианта равна




для второго


Пусть - радиус-векторы, определяющие в системе XY положения центров первого, второго и т.д. последнего (номер «S») шариков. Их модули – переменные во времени величúны. Переменны и полярные их углы (), но друг от друга эти углы отличаются на постоянные величúны. Когда центр шарика находится на вершине кругосинусоиды, модуль его радиус-вектора имеет максимальное значение. Ясно, что . Значения полярных углов в моменты прохождения центрами шариков вершин кругосинусоид (что происходит в различные моменты времени) определяются из выражений:




- при первом варианте и




- при втором варианте.

При этом, что отображено выражениями (3) и (4), угловые расстояния между каждой парой соседних векторов и одинаковы –





при первом варианте и




при втором варианте.

Т.е. число Z волн кругосинусоиды с числом S шариков оказывается связанным соотношением ( радиан делится на угловой шаг )




- при варианте «сонаправленные вращения кривошипов» и




- при варианте «противоположные вращения кривошипов».

Итак, кругосинусоиды, в удобных для вертикально-фрезерных станков с ЧПУ переменных при нарезании канавок одной фрезой, принимают вид (при организации серийных производств целесообразно делать многофрезную головку):




при использовании первого варианта зацепления -




при использовании второго варианта зацепления.

(71) и (72) описывают кривые, относящиеся к классу хорошо известных (ещё до Клавдия Птолемея; примерные годы жизни: 100 – 178) эпи- и гипоциклоид.

Традиционные аналитические исследования форм кругосинусоид целесообразно вести в относительных единицах (что позволяет на единицу понижать число переменных), т.е. традиционно используемые аналитически-числовые исследования, например первого варианта зацепления, целесообразно проводить по уравнениям:




(7)

В СЭП-зацеплениях необходимо уметь анализировать не только кругосинусоиды, но также величины срезания . Важным параметром СЭП, влияющим на КПД, является и средний угол заострения вершин (и впадин) канавок; эти углы целесообразно иметь в интервалах 60…900; большего сообщить автор пока не может – из-за малой накопленности результатов исследований в этом направлении.

Автору не удалось обозримо-аналитически описать эквидистанты кругосинусоид (с целью последующего традиционно-аналитического их исследования). Но они, относительно несложно, поддаются компьютерному графо-аналитическому исследованию (использовалась программа Excel), что иллюстрировано на рис.2 (где h – это выраженный в долях A радиус r производящего круга).

Изложенный метод позволяет составить многотомную книгу, но автор не видит в этом необходимости – считает более практичным проводить такие многофакторные исследования непосредственно на станках с ЧПУ, в процессе создания конкретных экспериментальных и промышленных образцов СЭП.

Из пар зацепляющихся шестерён построено огромное число различных структур зубчатых механизмов, в частности планетарных. Громадное количество различных редуцирующих устройств можно построить и из рассмотренного простейшего зацепления кругосинусоидной канавки с промежуточными телами (шариками, роликами, надетыми на них игольчатыми подшипниками и т.д.).





Рис.2. Примеры кругосинусоид и фрагменты исследования явления заострения вершин


3. Кинематика приоритетного структурного варианта СЭП

(приоритетного с точки зрения начала инновационного процесса)


Состоит из двух элементарных зацеплений, имеющих общий малый кривошип и жёстко связанные между собой большúе кривошипы. Изображён на рис.3: a – неподвижная канавка = корпус с кругосинусоидной канавкой; b – эксцентрик = объединённые в одно звено малые кривошипы (с противовесами); c - водило = объединённые в одно звено два больших кривошипа, каждый со своим рядом шариков - один ряд шариков расположен в неподвижной канавке, второй в подвижной; d – подвижная канавка = ведомый вал с кругосинусоидной канавкой. Обозначения:

- угловая скорость звена; первый символ в индексе при идентифицирует звено, об угловой скорости которого ведётся речь; второй символ идентифицирует систему отсчёта, в которой находится человек, оценивающий величину этой угловой скорости. Например, - это угловая скорость звена «с» (водила) относительно звена «d» (относительно подвижной кругосинусоиды).

На основании закона сложения угловых скоростей и принятого выше условия станочного зацепления (1) записываем:











Рис.3. Конструктивная схема приоритетной СЭП с фрагментом её изображения, используемого для вывода формулы передаточного отношения


Из (8) и (9):





Откуда


СЭП работоспособны при неполных комплектах промежуточных тел и, поэтому, формулы для вычисления их передаточных отношений U целесообразно выражать через числа волн кругосинусоид. Из (10):







Третий и четвёртый варианты дают меньшие значения передаточных чисел.

Формула для вычисления передаточных отношений, объединяющая все варианты рассмотренной СЭП (приоритетной для начала инновационного процесса):





- можно в одной ступени получать практически любые значения передаточных чисел. В частности: 36, 44, 49, 56, 64, 77, 81, 91, 100, 121, 133, 144, 153, 169, 175, 196, 225, 255, 280, 340, 408, 435, 495, 615, 736, 900, 1024 и т.д.


4. Некоторые из накопленных опытных данных


При выполнении работы [9] изготавливалось, а затем испытывалось (в цевочном исполнении - ; диаметр цевок 2 мм; диаметр мотор-редуктора 50 мм) 3 опытных образца из стальных термообработанных деталей. Проведенная опытная проверка полностью подтвердила изложенное в разделах 1-3 и перспективность приоритетной СЭП по другим показателям.

Созданные инженером (затем к.т.н.) В.И.Довженко опытно-промышленные образцы одной из разновидностей СЭП с 2000 г. до настоящего времени успешно работают в установке шлакового переплава завода «Могилёвтрансмаш».

5. Оценки, рекомендации, мнения автора


СЭП дают конструкторам новые компоновочные возможности – подобно синусошариковым передачам (незаменимым при создании силовых редуцирующих узлов с передаточными отношениями 1,5-7,0 и располагаемых в скважинах малого диаметра – 50…127 мм) для СЭП также имеются доступные им, и пока не занятые традиционными передачами, эксплуатационно-промышленные ниши; в частности СЭП позволяют создавать высоко моментные редуцирующие узлы, вписывающиеся в щелеобразные пространства - могут иметь форму диска, малой толщины (с ведущим валом в виде шкива ремённой передачи). С рядом других оригинальных конструктивных решений, найденных на основе простейшего зацепления кругосинусоидной канавки с промежуточными телами, можно ознакомиться в [1-10].

У СЭП практически нет проблем с изгибной прочностью, которые имеют место у зубчатых передач. Что же касается контактной прочности, то твёрдости поверхностей промежуточных тел максимальные, используемые в промышленности - 57…63 HRC (у сопряжённых поверхностей на 5-10 единиц меньше).

Причём у традиционных эвольвентных передач имеет место явление монотонно существенного возрастания, во времени, контактных напряжений в околополюсных зонах активных поверхностей зубьев. Обусловлено это сильным влиянием на радиусы кривизны эксплуатационно-нормальных износов. Например, максимальный по профилю износ (посередине ножки зуба) величиной всего 0,1 мм у зубчатого колеса с модулем 10 мм при 29 зубцах приводит к увеличению кривизны (в опасной по питтингу зоне – в околополюсной зоне) в 3 раза. А для работающего на Могилёвском «Химволокно» в составе мультипликатора зубчатого колеса с 285 зубцами и модулем 4,5 мм (в нормальном сечении) кривизна увеличивается (в опасной по питтингу зоне) в три раза при максимальном по профилю износе всего в 0,01 мм; при износе же в 0,05 мм эта кривизна возрастает в 10 раз. У СЭП нет явления повышения во времени контактных напряжений. И если она правильно спроектирована, изготовлена и эксплуатируется, то питтинг у неё не появится.

У приоритетной СЭП мало число деталей (по сравнению с трёх- и более ступенчатыми зубчатыми редукторами; шарики в счёт не идут), технологии изготовления простые - для изготовления канавок режущий инструмент прост (особенно для малых размеров) и видна несложность производства штампов; нет необходимости в шлифованиях - шарики, иголки являются и рабочими телами, и выглаживающим инструментом. Для водил – литьё с последующей калибровкой кондукторами. Всё это не может не приводить к существенно меньшим себестоимостям, по сравнению с зубчатыми аналогами.

Приведенный выше ряд передаточных чисел начат с числа «36». Не потому, что СЭП не подвластны меньшие значения передаточных чисел. Потому, что нарождающиеся технологии будут входить в соревнование с технологиями, отработанными в течение сотни лет, всем миром. Это обязывает инновационный процесс начинать с соревнований не с одно- и двухступенчатыми зубчатыми передачами, а с пяти- (и выше), четырёх- и трёхступенчатыми. Тогда более разительно будут видны себестоимостные преимущества новых передач.

Всегда ли следует стремиться в знаменателе формулы (11) иметь значение «1»?

Нет. Возможности, по передаточным отношениям, у одноступенчатых СЭП большúе, но чаше встречаются передаточные отношения меньшие сотни и знаменатель можно принимать бóльшим единицы (2, 3) – потому, что несущая способность СЭП определяется, с не большúми погрешностями, значениями диаметров кругосинусоид; и если Вы уменьшите, к примеру, диаметр шарика в 2 раза, то их количество в зацеплениях также возрастёт в два раза, но это даст увеличение плавности хода, а также уменьшит осевой размер и массы противовесов.

СЭП отличается многопарностью зацепления – в любой момент времени силовой момент (Нм) передаётся примерно каждыми двумя из трёх шариков (цевок, игольчатых подшипников и т.д.), а максимальное число находящихся в зацеплении промежуточных тел S = Z + 1; при этом, нагруженные шарики равномерно распределены по углу 3600 (по всей окружности), что графически иллюстрировано на рис.4.

Преимущество sinЭП (это подшипниковая СЭП – на цевки надеты игольчатые подшипники): КПД не ниже, чем в зубчатых передачах. Потому, что у sinЭП во всех кинематических парах чистое качение; в зубчатых же передачах - качение с проскальзыванием.

Неожиданное для многих (по наблюдениям автора): несмотря на необходимость в sinЭП иметь большое количество игольчатых подшипников (10…20 и более), их доля в себестоимости всего 1…3 %. Что же касается надёжности, то уместна широко вошедшая в жизнь аналогия: электронные устройства имеют высокую надёжность, несмотря на множество содержащихся в них сопротивлений, ёмкостей, диодов и прочего; но ведь подшипники - это также очень хорошо отработанные в производстве и высоко надёжные (на заданный срок службы) узлы.

Понятно, что на sinЭП целесообразно идти из-за КПД - при большúх мощностях - 10, 100, 1000 и более кВт.

Преимущество sinЭЦ (промежуточными телами являются цевки = иголки): нет более простой передачи (структура + технология изготовления = малая стоимость) для мини- и микроредукторов (вписывающихся в кубы со стороной 10…50 мм). КПД sinЭЦ = КПД простых циклоидно-цевочных передач (без подшипников на цевках).

Оценка sinЭШ (промежуточными телами являются шарики). Свободное (но с малым зазором) размещение шариков в гнёздах обеспечивает ему КПД больший, чем у sinЭЦ - не меньший, чем КПД у волновых и простых циклоидно-цевочных передач. Если речь вести о 90 % потребностей, то для целей позиционирования нет лучшего редуктора, чем sinЭШ:

по многопарности зацепления, распределённого по углу 3600, он не уступает лучшему из известных решений - волновым передачам и превосходит простые циклоидно-цевочные (у которых многопарность односторонняя - распределена по углу 1800), но существенно превосходит волновые передачи по диапазону охватываемых передаточных отношений, долговечности и себестоимости изготовления;

нет проще механизма для устранения зазоров (способом вращения винтов, крепящих крышку к корпусу; для повышения плавности регулировки целесообразно использовать мелкие резьбы).




Рис.4. – Графическое представление многопарности зацепления


СЭП целесообразно включить в широкий инновационный процесс. Поясняю.

Продукция редукторостроения весьма многообразна – ориентировочно оценивается 150-ю тысячами (!) различных возможных изделий, отличающихся огромным разнообразием предъявляемых к ним комплексов технико-экономических показателей. Наиболее часто встречающимися элементами этих совокупностей различных комплексов являются:

различия в потребных частотах вращения тихоходных валов и в применяемых двигателях;

уровни кинематической точности (для телескопов и прицелов – одни; для бетономешалок и пилорам – другие);

сроки службы, наработки на отказ, безотказности (сегодня для шпиндель-редукторов к турбо- и электробурам 150 часов наработки на отказ – хорошо, 500 часов – отлично, практически недостижимо; а для автомобильных редуцирующих узлов 1000 часов мало; различное отношение и к признаку «безотказность» - для вертолётного редуктора одно, для редуктора транспортёра, перемещающего сумки пассажиров на таможенном контроле, другое);

уровни шума и вибраций (одно дело – пассажирский лифт и другое – дробилка);

окружающая среда – взрывоопасность (есть сверхкатегорные угольные шахты и есть металлорежущие цеха); химическая стойкость; работа в экваториальном поясе и за Полярным кругом; и т.п.;

масса и геометрические формы редукторного привода;

КПД, термическая мощность, энергосбережение;

величùны длительно передаваемого момента и пиковые, ударные его значения; радиальные нагрузки на выходные концы валов;

эксплуатационные расходы по поддержанию редукторного привода в работоспособном состоянии и ремонтопригодность; возможности наладить у себя (потребителя) вспомогательное производство потребных редукторных приводов (например, на территории Могилёвского завода «Химволокно» с такой целью в своё время был организован ремонтно-механический завод с цехом по производству зубчатых колёс);

цена, себестоимость, прибыль и многое другое;

в доведении каждого изделия до промышленного применения должны участвовать изготовители (заводы), ибо никто лучше заводчан не знает, что у них есть и «где лежит» (на какой станок, или технологию можно ориентироваться, а на какую нет, хотя в сопоставлении она может быть гораздо лучшей).

Для СЭП структура, геометрия и кинематика характеризуются достаточной ясностью, расчётной беспроблемностью и точностью (что и показано выше); нет и проблем с прочностными расчётами – они вписываются в рамки, отработанные наукой, вошедшей в учебники и справочники по деталям машин. Это, и упомянутые 150 тысяч, позволяют рекомендовать хозяйственным структурам широко включать СЭП в свои планы инновационной деятельности.


БИБЛИОГРАФИЯ


1. А. с. 1216498 SU, МПК F 16 H 13/08. Планетарная передача / Р. М. Игнатищев. - № 3795289; заявл. 02.10.1984; опубл. 07.03.1986, Бюл. № 9.- 2 с.: ил.

2. А. с. 1704531 SU, МПК F 16 H 13/08, 1/32. Планетарная передача / Р. М. Игнатищев. - № 43122275; заявл. 17.07.1987; опубл. заказ 85/ДСП.- 6 с.: ил.

3. А. с. 1788826 SU, МПК F 16 H 1/34, 25/06. Планетарная передача / Р. М. Игнатищев. - № 4419685; заявл. 03.05.1988; опубл. заказ 11/ДСП.- 6 с.: ил.

4. Пат. 4045 BY, МПК F 16 H 1/00. Синусоэксцентриковая передача / Р. М. Игнатищев. - № u 20070369; заявл. 14.05.2007; опубл. 30.12.2007 // Афiцыйны бюлетэнь / Дзярж. пат. ведамства Рэсп. Беларусь.- 8 с.: ил.

5. Пат. 4255 BY, МПК F 16 H 1/00. Синусоэксцентриковая передача для привода гибких связей / Р. М. Игнатищев. - № u 20070572; заявл. 02.08.2007; опубл. 28.02.2008 // Афiцыйны бюлетэнь / Дзярж. пат. ведамства Рэсп. Беларусь.- 6 с.: ил.

6. Пат. 4305 BY, МПК F 16 С 3/00, F 16 D 17/00, F 16 H 25/00. Синусоэксцентриковая передача для отсчётных устройств и позиционирований / Р. М. Игнатищев. - № u 20070598; заявл. 17.08.2007; опубл. 30.04.2008 // Афiцыйны бюлетэнь / Дзярж. пат. ведамства Рэсп. Беларусь.- 6 с.: ил.

7. Пат. 4306 BY, МПК, F 16 H 3/00, В 60 К 17/00. Синусоэксцентриковая коробка передач / Р. М. Игнатищев. - № u 20070584; заявл. 09.08.2007; опубл. 30.04.2008 // Афiцыйны бюлетэнь / Дзярж. пат. ведамства Рэсп. Беларусь.- 7 с.: ил.

8. Пат. 4317 BY, МПК, F 16 H 1/32, F 16 H 59/00, H 02 К 7/00. Синусоэксцентриковый мотор-редуктор / Р. М. Игнатищев. - № u 20070591; заявл. 14.08.2007; опубл. 30.04.2008 // Афiцыйны бюлетэнь / Дзярж. пат. ведамства Рэсп. Беларусь.- 6 с.: ил.

9. Создание научных, конструкторских и технологических предпосылок для разработки и разработка экспериментальных образцов синусоигольчатых редуцирующих узлов малых габаритов с передаточным отношением из интервала 100-1000: отчёт о НИР (заключ.) / Могилёвский машиностр. инст.; рук. Р.М.Игнатищев; исполн.: А.И.Крез [и др.].- Могилёв, 1991.- 29с.: ил., библиогр.: с.29.- № ГР 0191.0007220, инв. № 03920005292, ВНТИЦ.

10. Игнатищев, Р.М. Шестерням весомая поддержка – синусоэксцентриковые передачи.–Могилёв: УПКП МОТ Соболя, 2007. - 24 с.: ил.

11. Игнатищев, Р.М. Руслану Игнатищеву 70 лет - жизнь прожита в науке – эстафета молодым.–Могилёв: УПКП МОТ Соболя, 2009. – 36 с.- С.29-33.


СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ


Игнатищев Руслан Михайлович, заслуженный деятель науки Республики Беларусь, доктор технических наук, профессор, проживает по адресу: 212033, г. Могилёв, ул. Королёва, д. 27, кв.55. Телефоны: 264921 – кв.; 8 103753288352 – мобильный. E-mail: ruslan-ignatishhev@yandex.ru.

Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:



Пахолков Николай Александрович д-р экон наук, профессор, заслуженный деятель науки рф, заведующий кафедрой менеджмента гоу впо вологодский государственный т
Пахолков Николай Александрович – д-р экон наук, профессор, заслуженный деятель науки рф, заведующий кафедрой менеджмента гоу впо...



Промышленности, науки



Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 01 21/01 министерство образования и науки российской федерации



Примерная программа подготовки водителей транспортных средств категории "Е" утв приказом Министерства образования и науки РФ от 18 июня 2010 г



Примерная программа подготовки водителей транспортных средств категории "В" утв приказом Министерства образования и науки РФ от 18 июня 2010 г



Урока по физике «Душа науки это практическое применение её открытий»
Ознакомление учащихся с основными физическими характеристиками и принципом работы трансформатора



Экзаменационные вопросы содержание, цели и задачи дисциплины бжд. Этапы научной деятельности науки о бжд



Программа для проведения вступительных испытаний в магистратуру по направлению 110800 «Агроинженерия»
Программа составлена на основе Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования утвержденного приказом...



Все разделы науки физики пронизаны понятием скорости света. Вчастности, постоянство скорости света заложено в основу и сто и ото, в которых с использованием мат
Всё-таки, первопричиной событий является не фиксированность скорости света, а те физические явления (причины), которые приводят к...

Поделиться в соцсетях



Авто-дневник






База данных защищена авторским правом ©ucheba 2000-2018

обратиться к администрации | правообладателям | пользователям

разработчик i-http.ru

на главную