Научная статья на тему 'Некоторые особенности функционирования многопоточных зубчатых трансмиссий в структуре электроприводов'

Некоторые особенности функционирования многопоточных зубчатых трансмиссий в структуре электроприводов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
184
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТРАНСМИССИЯ / ЭЛЕКТРОПРИВОД

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Сидоров П. Г., Савельева Л. В.

Рассмотрен кеазидифференциалъный принцип функционирования многопоточных неделимых рычажно зубчатых передач и обоснована возможность построения параметрического ряда её выходных параметров по скорости и моменту в одном неизменном габарите.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Сидоров П. Г., Савельева Л. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SOME FEATURES OF FUNCTIONING OF MULTILINE GEAR TRANSMISSIONS IN STRUCTURE OF ELECTRIC DRIVES

The quasidifferential principle of functioning of multiline indivisible lever tooth gearings is observed and possibility of construction of a parametric row of its target parameters on speed and the moment in one invariable gabarit is proved.

Текст научной работы на тему «Некоторые особенности функционирования многопоточных зубчатых трансмиссий в структуре электроприводов»

проектирование электрических машин малой мощности. М.: Высшая школа, 2002. 511 с.

2. Марков А. М. Ступичный асинхронный тяговый электродвигатель с внешним ротором и жидкостным охлаждением // Труды Псковского политехнического института.№ 15.3. С. 319—322.

3. Кобелев A.C. Интеллектуальная полная расчетная подсистема проектирования асинхронных машин // Изв. вузов. Машиностроение. Специальный выпуск. Эффективные методы автоматизации и планирования производства. 2012. С. 24—33.

A.S. Kobelev

DEVELOPMENT OF ACTIVE PARTS FOR SERIES OF ASYNCHRONOUS MOTOR WITH OUTWARD SQUIRELL-CAGE ROTOR

The first stage of work - electromagnetic design of motor active part - on creation of series of three-phase asynchronous motors with outward squirrel-cage rotor for centrifugal blower drives is offered. Questions of minimization of dimension type number and end coil length are discussed.

Key words: reversed construction asynchronous motor, centrifugal blower drive, designing.

Получено 3.12.12

УДК 621.833

П.Г. Сидоров, д-р техн. наук, проф., зав. каф, (4872) 33-23-80, pmdm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ), Л.В. Савельева, магистрант, (4872) 33-23-80, pmdm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ).

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МНОГОПОТОЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ ТРАНСМИССИЙ В СТРУКТУРЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Рассмотрен квазидифференциалъный принцип функционирования многопоточных неделимых рычажно-зубчатых передач и обоснована возможность построения параметрического ряда её выходных параметров по скорости и моменту в одном неизменном габарите.

Ключевые слова: трансмиссия, электропривод.

Современный редукторный электропривод (ЭП) должен обладать следующими характеристиками: малой удельной массой = 0,03...0,035 кг массы на 1Нм воспроизводимого момента); большим ресурсом работы (20000 ч.); высоким КПД (0,9 и выше); энергосбережением как на стадии проектирования, так и на стадиях

производства и эксплуатации (до 20-50 %); низкой стоимостью производства; возможностью многовариантного воспроизведения выходных параметров по скорости и моменту в одном габарите и др.

Безредукторные ЭП с регулируемым электродвигателем (ЭД) при всех их достоинствах имеют малую мощность, громоздки и достаточно дороги, поэтому перспектива на ближайшее время остаётся за редукторными ЭП, в состав которых входят ЭД и дискретно регулируемые или нерегулируемые многопоточные зубчатые трансмиссии, обладающие вышеперечисленными характеристиками.

В отличие от известных многозвенных рядовых и планетарных зубчатых передач [2] в многосателлитном исполнениях многопоточные зубчатые передачи относятся к разряду неделимых двухступенчатых передач [1, 3, 4] с двумя планетарными ступенями, параллельно смонтированными на одном общем водиле.

На рис. 1 рассматривается кинематическая схема одного силового потока многопоточной рычажно-зубчатой передачи «3к — 2g — Ь» [3]. Для лучшего понимания её функционирования, две планетарные ступени представлены на схеме сдвинутыми на 180 . Используя метод плоских сечений, известный из механики деформированного твёрдого тела [1], рассечём виртуально кинематическую схему по рис. 1, б, плоскостью АА , расположенной между ступенями и перпендикулярной основной оси передачи.

а) б) в)

Рис. 1. Кинематическая схема неделимой двухступенчатой многопоточной рычажно-зубчатой передачи « 3к — — Ь » с одним сателлитом в зубчатых ступенях

Рассмотрим равновесие двух его частей, уравновесив их равнодействующими моментами сил упругости звеньев (водила h и входного вала двухвенцового малого центрального колеса).

На рис. 1,а представлена левая часть - четырёхзвенный планетарный

механизм, содержащий три подвижных звена (входное центральное колесо сателлит gl, водило h) и опорное звено ¿1, жёстко закреплённое на корпусе, образующих между собой и корпусом три низших рн = 3 и две высших рв = 2 кинематических пары. Степень подвижности этого механизма по формуле Чебышева [1, 2] равна W = 1, а это означает, что быстроходная рядовая планетарная ступень преобразует параметры вращательного движения с передаточным числом

Ь1 = Л—ТТ к =! ,

и = 1 — и\ = 1 +

шк он»! _

1 1 1 ^

однако имеет два зависимых входа (отбора мощности) на малом центральном колесе с моментом Та и на водиле с моментом ТЬ.

На рис. 1,в изображена правая часть исходного механизма -пятизвенный планетарный механизм, содержащий четыре подвижных звена (входное центральное колесо 02, сателлит g2, водило к и выходное центральное колесо ¿2), и корпус, образующие между собой четыре низших рн = 4 и две высших рв = 2 кинематических пары. Степень подвижности

этого механизма по формуле Чебышева W = 2 и означает, что тихоходная планетарная ступень является дифференциальным механизмом с двумя входами на звеньях 02 с моментом Та^ и к с моментом Тк и одним выходом на

звене ¿2, который складывает два входных вращательных движения с угловыми скоростями и ®к и моментами Та^ и Тк в одно вращательное движение

с угловой скоростью Ю»2 и движущим моментом, определяемым входными моментами.

В неделимом передаточном двухступенчатом исполнении (рис. 1,б) многопоточная передача «3k — 2 g — к » с одним активным сателлитом в первой и второй ступенях представляет собой шестизвенный рычажно-зубчатый механизм с пятью подвижными звеньями (012, gl, g 2, ¿2, к^), образующими между собой и корпусом пять низших рн = 5 и четыре высших рн = 4 кинематических пары. Степень подвижности такого механизма по известной формуле Чебышева равна единице W = 1, а следовательно неделимая многопоточная передача имеет один вход 012 и выход Ь2 . При пяти основных

звеньях (четыре центральных колеса 01; 02; ¿1; ¿2 и водило к) два основных звена 012 и ¿2 являются входом и выходом, одно выполняет роль стойки или опорного звена ¿1, а водило к^, как следует из рис. 1,б, выполняет роль промежуточного звена и передаёт движущий момент с первой на вторую планетарные ступени. Заметим при этом, что сателлиты не участвуют в передаче движущего момента, а выполняют только рычажно-усилительную роль в планетарных кинематических связях между основными звеньями передачи (центральными колёсами) « 01 — ¿1» и « 02 — ¿2 ».

Это важная особенность многопоточных трансмиссий подтверждается выражением для её передаточной функции [ 1 ]

Ю«12 ®h _ Ю«12 ®

а^П

и

а12 Ь2

_ и\ • иь1

гЫ

ступеней

Щ2 ®П ®П ®ь

hb 2'

(1)

2

где ^П и и

Ы1

Пь2 - передаточные числа первой и второй планетарных

z

Ы

ии\ _ 1 - и". _ 1 + ^

а, п а, ь

1 11 у

а,

тЛ _Л

ипь2 _ т ь

^ • z

ь а

иь2 п

1 -т

ь2 ь

za • zb

1 — а2 Ь1

zb2 • z а1 zb1 • za2

(2)

Здесь za^ ; za^ ; Zb1 ; Zb2 - числа зубьев центральных зубчатых звеньев.

Выражения (1) и (2) подтверждают, что сателлиты, с одной стороны, не участвуют в формировании передаточных функций, а, с другой, в структуре второй планетарной ступени способствуют вентильной (односторонней) проводимости мощности с входа а^ на выход ¿2, а не наоборот.

Параллельное размещение двух планетарных ступеней на одном объединённом водиле накладывает жёсткие требования на суммы чисел зубьев центральных колёс их ступеней [1, 3, 4], которые представляются как

^ _ zal + Чх _ + Ч2 _ сош1. (3)

Выражение (3) формализует одну из главных отличительных особенностей многопоточных зубчатых передач, из которой следует исключительно важная взаимосвязь между числами зубьев всех её зубчатых звеньев:

zal — za2 _ Ч 2 - Чх _ - ^ _ ^ пРи 1 ^ ^ ^ 10. (4)

Из соотношений (4) можно заключить, что для всех случаев конструктивного исполнения многопоточной передачи «3k — 2g — П » должны

выполняться условия: Zb^ > Zb1; za^ > za^ ; Zg^ > Zg^, при которых

обеспечивается попутное (в одну сторону) вращение всех основных звеньев передачи либо по, либо против часовой стрелки.

В работе [1] из условия качения подвижного аксоида Ц сателлит g2

по виртуальному неподвижному аксоиду Ць (формируемому мгновенной

осью абсолютного вращения и качения сателлита g2) согласно теореме Пуансо [1] установлены величины абсолютной и относительной угловой скорости сателлита g2 во вращении вокруг мгновенной абсолютной

1

1

п

и относительной осей его вращения, которые позволяют выразить передаточную функцию многопоточной трансмиссии через число зубьев её звеньев [1,3] по формуле

Ub , -= ^ при 1 <Az< 10. (5)

°12 b2 zfl1 - za2 Az Р ^

Из совместного рассмотрения выражений (4) и (5) приходим к важному выводу, что, задаваясь неизменными параметрами зубчатых звеньев тихоходной ступени za^, Zg^ и zь^, параметры зубчатых звеньев

быстроходной ступени следует однозначно определять [3, 4] с помощью выражений:

zbx = zb2 - Az; Za1 = za2 + Az; Zg1 = zg2 - Az} при 1 < Az < 10. (6)

Варьируя параметром Az, многопоточную трансмиссию можно комплектовать ни одним, а несколькими комплектами сменных зубчатых звеньев быстроходной ступени (a1, g1, b), с разностью чисел зубьев в один, два или несколько зубьев (Az < 10). Заметим при этом, что передаточное

число при неизменных габаритах (неизменном межосевом расстоянии

*

a*; = 0,25 • z^ = const в модулях рабочих зацеплений или

о

* cos20

aw = aw • m--= const в мм) будет дискретно изменяться в ту или

cos a w

другую сторону, что обеспечивает универсальность трансмиссии и широкую унификацию её деталей. Такими свойствами и достоинствами (вторая отличительная особенность) не обладает ни одна из известных силовых трансмиссий.

Укажем при этом, что комплектация трансмиссии сменными звеньями не нарушает условия соосности передачи в целом, т.к.

zaj + zgj = zhx - zgj = za2 + zg2 = zb2 - zg2 = const. (7)

Более того, при использовании коррегированных зубчатых звеньев формулу (7) можно представить в общем виде как [3, 4]

za1 + zg1 = zb1 zg1 = za2 + zg 2 = zb 2 z g 2

cos a w cos aw , cos a w cos a w ,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

w a1g 1 wg1b1 w a2g2 wg2b2

const , (8)

где а™ , алл, , , а, а, - углы зацеплении в высших

wglbl wa2g 2 wg2b 2

кинематических парах передачи.

Из соотношения (8) следует, что в многопоточных передачах углы во всех рабочих зацеплениях равны между собоИ и могут варьироваться на

о о

усмотрение проектировщика в широком диапазоне: 20 <аw < 30 .

Третья главная отличительная особенность многопоточных трансмиссиИ состоит в передаче энергетического потока с входа на выход короткими рычажно-усилительными параллельными цепями. При этом число

потоков мощности Кр определяется не только числом сателлитов в зубчатой ступени, но и параметрами её рабочих зубчатых зацеплений, а именно

коэффициентом

перекрытия

8а^1 8 8 а2 g 2 8 g2b2 8а [1, 3, 4]:

К

Рг

а,

её

а

рабочих

зацеплениях

(9)

где ас. - число сателлитов по развёртке центральных колёс; 8

а

коэффициент перекрытия в рабочем зацеплении высшей кинематической пары, обеспечивающий многопоточность зацеплений на рабочем участке линий зацепления и возможность асинфазности движения в силовых потоках.

Асинфазность движения в силовых потоках как их четвёртая отличительная особенность достигается подбором чисел зубьев зубчатых звеньев, а именно некратностью чисел зубьев по отношению к числу сателлитов (кинематических потоков):

z

z

z

Ф ц.ч.;

Ф ц.ч.;

(10)

Ф ц.ч.; "у Ф ц.ч.

С2 / аС2

Заметим при этом, что условие сборки многопоточной передачи обеспечивается кратностью сумм чисел зубьев её центральных колёс к числу её сателлитов в ступени:

z Ъ _ ^

а,

а,

_ ц.ч. (11)

*С1 "с2

Многопоточность и асинфазность движений в силовых потоках передачи впервые в практике машиностроения обеспечивают многократное резервирование триботехнической и прочностной надёжности многопоточного привода (объекта проектирования) в ограниченных габаритах за счёт управления реальными максимальными контактными и изгибными напряжениями в высших кинематических парах на стадии проектирования и снижения их величины до значений, гарантирующих высокую «абсолютную» надёжность по определению академика В.П. Глушко. Такой подход к проектированию позволяет перейти на мелкомодульные зубчатые звенья с относительно большим числом зубьев. Применение в передачах зубчатых звеньев с большим числом зубьев (Zg > 50) вместо традиционных

малых zа > 17 гарантируют плавность, высокие скорости движения, минимальные боковые зазоры и бесшумность работы.

Отсутствие избыточных связей в современных многопоточных передачах [1] гарантирует их нечувствительность к неточности изготовления, монтажа и упругим деформациям звеньев при работе.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что многопоточные трансмиссии безальтернативны в приводах и машинах нового поколения

в

и любого базирования (наземного, подземного, воздушного или водного) по всем критериям их технического уровня и качества.

Список литературы

1. Сидоров П.Г., Пашии А.А., Плясов А.В. Многопоточные зубчатые трансмиссии: теория и методология проектирования / под общей ред. П.Г. Сидорова. М. : Машиностроение, 2011. 340 с.

2. Планетарные передачи: справочник. / В.И. Кудрявцев [и др.]; под общей ред. В.И. Кудрявцева и Ю.И. Кудрявцева. M.;JI.: Машиностроение, 1977. 556 с.

3. Патент RU №2402707, опубл 27.10.2010, Бюл. № 30.

4. Патент RU №2457385, опубл 27.10.2012, Бюл. № 21.

P. G. Sidorov, L. V. Savelyeva

SOME FEATURES OF FUNCTIONING OF MULTILINE GEAR TRANSMISSIONS IN STRUCTURE OF ELECTRIC DRIVES

The quasidifferential principle offunctioning of multiline indivisible lychazhno-tooth gearings is observed and possibility of construction of a parametric row of its target parameters on speed and the moment in one invariable gabarit is proved.

Key words: a toothed wheel, the carrier, the satellite, the planetary train.

Получено 3.12.12

УДК 621.678

E.B. Шалобаев, канд. техн. наук, проф., +7-921-988-00-86; shalobaev47@mail.ru (Россия, г. СПб, НИУ ИТМО), В.М. Медунецкий, д-р техн. наук, проф., +7-965-762-50-01, vm57med@yandex.ru (Россия, г. СПб, НИУ ИТМО), P.P. Магдиев, канд. техн. наук, доц., +7-921-967-60-74, magdi@mail.ru (Россия, г. СПб, НИУ ИТМО),

B.Е. Старжинский, д-р техн. наук, проф.,. +3-75-297-31-51-15,

shilko mpri@mail.ru (Беларусь, г. Гомель, ИМС им. В.А. Белого НАН Б)

C.В. Шилько, канд. техн. наук, доц., +3-75-232-77-46-38; (Беларусь, г. Гомель, ИМС им. В.А. Белого НАН Б)

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС, ВЕНЦЫ КОТОРЫХ ВЫПОЛНЕНЫ ИЗ ПЛАСТМАСС И КОМПОЗИТОВ

Показаны пути обеспечения качественных показателей зубчатых колес, венцы которых выполнены из пластмассовых и композиционных материалов. Исследованы методы литья под давлением. Изложены технологии быстрого прототипирования.

Ключевые слова: зубчатые колеса, пластмассовых и композиционных материалов

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.