CC BY
11Решетневскуе чтения. 2014
Технический эффект заключается в обеспечении возможности замены частей карданного шарнира без демонтажа всей карданной передачи за счет использования сборного карданного шарнира со сменными втулками [5].
Библиографические ссылки
1. Меновщиков В. А., Ереско С. П. Исследование и совершенствование игольчатых подшипников карданных передач транспортно-технологических машин : монография. Красноярск : Изд-во КрасГАУ, 2006. 283 с.
2. Ереско Т. Т., Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. Современное состояние вопроса по исследованию пластического деформирования при статическом контактном нагружении игольчатых подшипников // Механики - XXI веку : материалы 13-й Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, Братск : Изд-во БрГУ, 2014. С. 37-40.
3. Малаховский Я. Э., Ивавнов Ю. Б. Автомобильные сцепления. Методы испытания автомобилей и его механизмов (НАМИ). М. : Машгиз, 1951. Вып. 1. 108 с.
4. Патент РФ на изобретение № 2224917 Карданный шарнир / Сигаев А. М., Пастухов А. Г., Деревян-кин В. Н. (РФ) ; Заявка №2002113785, приоритет 27.05.2002. Опубл. 27.02.2004.
5. Патент РФ на полезную модель № 141878 Карданный шарнир / Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско С. П., Ереско Т. Т. (РФ); Заявка № 2014102339,
приоритет от 24.01.2014. Опубл. 20.06.2014 Бюл. № 17. 2 с.
References
1. Menovchikov V. A., Eresko S. P. Research and improvement of needle bearings driveline transport and technological machines : monograph. Atlanta : Publishing House of the KrasGAU 2006. 286 p.
2. Eresko T. T., Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A. State of the art on the study of plastic deformation under static loading pin needle bearings // Proceedings of the 13th All-Russia with international participation of scientific and technical conference "XXI century Mechanics" Bratsk BrSU, 2014. p. 37-40.
3. Malakhovskii J. E., Ivavnov J. B. Car Clutch. Methods of test vehicles and its mechanisms (NAMI). MY. 1, Moscow, Mashgiz 1951. 108 s.
4. RU Patent № 2224917 Cardan / Sigayev A. M., Shepherd A. G., Derevyankin V. N. (Russian Federation); Application № 2002113785 priority 27.05.2002. Publ. 27.02.2004.
5. RU Patent for utility model № 141878 Cardan / Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A., Eresko S. P., Eresko T. T. (Russian Federation); Application number 2014102339 priority from 01.24.2014. Publ. 20.06.2014. Bull. № 17. 2 р.
© Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско Т. Т., 2014
УДК 621.833.12
ВЫБОР ИНСТРУМЕНТАРИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОЛНОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ С ЗАДАННЫМИ ВЫХОДНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
Р. С. Лукин, Н. И. Козлова
Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79
Е-mail: rlukin@sfu-kras.ru
Обосновывается выбор инструментария, используемого для проектирования волновой зубчатой передачи, для выбора проектных и конструктивных параметров таким образом, чтобы обеспечить заданные выходные характеристики. Использование связки «численные методы и методы конечных элементов» для анализа характера контактного взаимодействия позволяет сократить время, затрачиваемое на оценку несущей способности и упругой податливости деформированной волновой передачи.
Ключевые слова: волновая зубчатая передача, метод конечных элементов, контактное взаимодействие, кромочный эффект.
THE CHOICE OF INSTRUMENTS TO IMPLEMENT A METHODOLOGY DESIGN HARMONIC DRIVE WITH GIVEN OUTPUT CHARACTERISTICS
R. S. Lukin, N. I. Kozlova
Siberian Federal University 79, Svobodny prosp., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. Е-mail: rlukin@sfu-kras.ru
The choice of the equipment used for the design of the harmonic drive to select the design and the design parameters so as to achieve a desired output characteristics. Using a bunch of "numerical methods and finite element methods" to
Механика специальных систем
analyze the nature of the contact interaction can reduce the time required to assess the carrying capacity and the elastic compliance of the deformed harmonic drive.
Keywords: harmonic drive, finite element method, the contact interaction, edge effect.
Современные методики проектирования волновых зубчатых передач (ВЗП) основаны на выборе параметров таким образом, чтобы обеспечить заданную несущую способность, предотвращение интерференции зубьев, а также снижение напряжений во впадине гибкого колеса (ГК). Вместе с тем методики выбора коэффициентов смещения, выбора способа получения ГК, а также процесс нарезания зубьев не учитывают особенностей эксплуатации космического аппарата [1]. Использующийся инструмент либо позволяет на этапе проектирования оценить характер взаимодействия недеформированных колес (расчет зазоров, угла касательной в точке контакта кромки зуба), либо требует проведения натурных экспериментов [5]. Использование численного эксперимента для анализа контактного взаимодействия зубчатых передач получило широкое распространение в недавнее время, это связано с ростом вычислительных мощностей, а также упрощением механизма проведения расчета. Многие результаты принадлежат ряду отечественных авторов [1], в том числе и для анализа контактного взаимодействия в ВЗП [3]. Зарубежные исследователи также затрагивают вопрос напряженного состояния ГК, расположенного на кулачковом генераторе [4]. Однако данные исследования носят несистемный характер и в основном затрагивают вопросы усталостной выносливости ГК, в частности его впадины. Вопросы же контактного взаимодействия зубьев гибких и жестких колес практически не рассматриваются.
Необходимость поиска значений контактных давлений в зоне зацепления связана прежде всего с анализом процесса износа зубьев, одной из основных причин выхода из строя ВЗП в связи с потерей точности. Поиск скоростей величины скольжения в зоне контакта связан с дифференцированием уравнения профиля кулачка генератора, эта задача математическая и не требует серьезных численных ресурсов. Поиск контактных давлений связан с построением модели плоского зацепления гибкого и жесткого колес. При этом ГК должно быть предварительно деформировано до рабочего состояния с помощью кулачка, что обеспечивает правильность оценки напряжений во впадине зуба.
Использование аналитических зависимостей позволяет выбрать основные параметры передачи еще на начальном этапе с использованием критериальных или экспертных оценок. Главную трудность здесь представляет выбор конструктивных параметров в условиях использования стандартного инструмента и оборудования для производства зубчатых колес. Поэтому на первом этапе проектирования выбор чисел зубьев и модуля при рассчитанном потребном диаметре ГК осуществляется чаще с использованием экспертной оценки (учитывает опыт производства и эксплуатации). Использование методов конечных элементов (МКЭ) позволяет обосновать выбор коэффициентов смещения и форму профиля кулачка по по-
лученной зоне зацепления и значению контактных давлений при различных удельных нагрузках [3]. Также немаловажной задачей является выбор формы ГК, при этом используются разные подходы при проектировании передачи со «стаканом» или коротким ГК. Для короткого ГК производится оценка с использованием МКЭ депланации его сечения под действием сил в зацеплении; при этом учитывается зазор в гибком подшипнике. Для «стакана» определяется его радиальная (влияющая на КПД ВЗП) и крутильная податливость, которая в ряде случаев меньше, чем податливость короткого колеса.
Использование МКЭ также позволяет оценить податливость передачи в целом произведением ее декомпозиции на взаимодействующие элементы. Данный способ обоснования решений по выбору конструкции, например зубчатого колеса или корпуса, все чаще находит распространение в современной отечественной промышленности для анализа высокоточных изделий (привода линейного перемещения станков, системы наведения антенн космической связи).
Использование взаимодействия CAD/CAE-пакетов позволяет добиться принятия правильных конструкторских решений, а также обосновать проектные решения в более короткие сроки. Использование открытых программных интерфейсов данных пакетов позволяет автоматизировать создание расчетных моделей в случае необходимости.
Библиографические ссылки
1. Вавилов Д. В., Ереско С. П., Иптышев А. А., Усаков В. И. Методология компьютерного моделирования зубчатых передач с нормированием показателей точности // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. С. 173-176.
2. Ueura K., Kiyosawa Y., Kurogi J., Kanai S., Miyaba H., Maniwa K. et al. Tribological aspects of a strain wave gearing system with specific reference to its space application // Journal of Engineering Tribology 222. 2008. C. 1051-1061.
3. Лукин Р. С., Усаков В. И., Вавилов Д. В., Ип-тышев А. А. Моделирование взаимодействия звеньев волновых зубчатых передач // Вестник СибГАУ. 2013. № 1(47). С. 118-122.
4. Rheaume F.-E., Champliaud H., Liu Z. Understanding and modelling the torsional stiffness of harmonic drives through finite-element method // Journal of Mechanical Engineering Science. 2009. № 223. Р. 516-524.
5. Tjahjowidodo T., Al-Bender Farid, van Brussel H. Theoretical modelling and experimental identification of nonlinear torsional behaviour in harmonic drives // Mechatronics. 2013. № 23. Р. 497-504.
References
1. Vavilov D. V., Eresko S. P., Iptyshev A. A., Usakov V. I. Metodologija komp'juternogo modeliro-
Решетневские чтения. 2014
vanija zubchatyh peredach s normirovaniem pokazatelej tochnosti. Sovremennye tehnologii. Sistemnyj analiz. Modelirovanie. 2011, p. 173-176.
2. Ueura K., Kiyosawa Y., Kurogi J., Kanai S., Miyaba H., Maniwa K. et al. Tribological aspects of a strain wave gearing system with specific reference to its space application. In Journal of Engineering Tribology 222. 2008, p. 1051-1061.
3. Lukin R. S., Usakov V. I., Vavilov D. V., Iptyshev A. A. Modelirovanie vzaimodejstvija zven'ev volnovyh zubchatyh peredach. Vestnik Sibirskogo gosudarstven-nogo ajerokosmicheskogo universiteta im. akademika M. F. Reshetneva. 2013. № 1(47), p. 118-122.
4. Rheaume F.-E., Champliaud H., Liu Z. Understanding and modelling the torsional stiffness of harmonic drives through finite-element method. In
Journal of Mechanical Engineering Science 223. 2009, p. 516-524.
5. Tjahjowidodo T., Al-Bender Farid, van Brussel H. Theoretical modelling and experimental identification of nonlinear torsional behaviour in harmonic drives. In Mechatronics 23. 2013, p. 497-504.
© Лукин Р. С., Козлова Н. И., 2014
УДК 62-233.3/.9
О ПРОБЛЕМАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАЛОГАБАРИТНОЙ ЛЕБЕДКИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕДАЧИ ВНУТРЕННЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ С МАЛОЙ РАЗНОСТЬЮ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ
И. Ю. Пикалов, А. П. Смирнов
Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: smirnov1286@gmail.com
Описаны проблемы автоматизированного проектирования цилиндрических зубчатых передач по методике, основанной на объектно-ориентированной модели, в которой в качестве базовой единицы проектирования рассматривается зубчатое колесо в паре, а не сама зубчатая передача.
Ключевые слова: объектно-ориентированная модель, объектно-ориентированная декомпозиция, малогабаритная лебедка, цилиндрические зубчатые передачи внешнего и внутреннего зацепления.
ABOUT THE PROBLEMS OF COMPUTER AIDED DESIGN OF SMALL-SIZED WINCHES WHEN BASED ON INTERNAL GEAR WITH A SMALL DIFFERENCE BETWEEN THE NUMBER OF TEETH
I. Y. Pikalov, A. P. Smirnov
Siberian Federal University 79 Svobodniy prosp, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. E-mail: smirnov1286@gmail.com
In this article, a description cylindrical gears computer aided design problems according to the method based on object-oriented model wherein as the design basic unit is seen the gear in pair, but not the gear.
Keywords: object-oriented model, object-oriented decomposition, small-sized winch, cylindrical external and internal gears.
В ходе постоянного движения научно-технического прогресса происходит поиск новых способов и методов проектирования существующих объектов, которые, как предполагается, должны привести к снижению временных и материальных затрат на производство изделий. Одним из таких изделий являются зубчатые передачи, процесс проектирования которых считается одним из самых сложных среди процессов производства машиностроительной продукции. В связи с этим работой над вопросом совершенствования методик проектирования зубчатых передач занимается большое количество коллективов, в
том числе и коллектив кафедры КТОМСП ПИ СФУ.
Одним из результатов работы в данном направлении является разработанная методика проектирования цилиндрических зубчатых передач, основанная на объектно-ориентированной модели взаимодействия цилиндрической зубчатой передачи внешнего и внутреннего зацепления [1]. В качестве сущностей в представленной объектно-ориентированной декомпозиции рассматривается не только зубчатая передача, как в большинстве методик проектирования, но и зубчатые колеса в отдельности, причем у каждого зубчатого колеса имеются свои собственные параметры, опи-
