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:

Р. М. Игнатищев засл деятель науки iconПахолков 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...

Р. М. Игнатищев засл деятель науки iconПромышленности, науки

Р. М. Игнатищев засл деятель науки iconРабочая программа учебной дисциплины ф тпу 01 21/01 министерство образования и науки российской федерации

Р. М. Игнатищев засл деятель науки iconПримерная программа подготовки водителей транспортных средств категории "Е" утв приказом Министерства образования и науки РФ от 18 июня 2010 г

Р. М. Игнатищев засл деятель науки iconПримерная программа подготовки водителей транспортных средств категории "В" утв приказом Министерства образования и науки РФ от 18 июня 2010 г

Р. М. Игнатищев засл деятель науки iconУрока по физике «Душа науки это практическое применение её открытий»
Ознакомление учащихся с основными физическими характеристиками и принципом работы трансформатора

Р. М. Игнатищев засл деятель науки iconЭкзаменационные вопросы содержание, цели и задачи дисциплины бжд. Этапы научной деятельности науки о бжд

Р. М. Игнатищев засл деятель науки iconПрограмма для проведения вступительных испытаний в магистратуру по направлению 110800 «Агроинженерия»
Программа составлена на основе Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования утвержденного приказом...

Р. М. Игнатищев засл деятель науки iconВсе 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