Определение основных критериев работоспособности волновых реечных передач Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Механика специальных систем

В [2] получено выражение для определения динамической силы в начальный момент реверса (рис. 2):

F =

дин

= пЧр.я • Кя • В •(Uя • РЯ + • dcр.я • Nя • В) (1)

R Р2 ,

ЛЯ.А. ' Я

где dср.я - средний диаметр якоря, мм; Кя - число витков якоря; Вз - магнитная индукция в зазоре, Тл; ия -напряжение питания обмотки якоря, В; Ур - реверсивная скорость движения якоря, мм/мин; Яя.а. - активное сопротивление катушки якоря, Ом; РЯ - коэффициент, принятый при расчете активной длины якоря, учитывающий отношение tф (толщина магнитного фланца) и /ая (длина обмотки)

Выделим из выражения (1) параметр х, который характеризует конструкционные параметры якоря:

х =

П dср.я • • Вз

(2)

Преобразовав выражение (1) относительно х, получим квадратное уравнение для определения основных геометрических и конструкционных параметров якоря исходя из заданных силовых параметров:

V,

p х2-

U я

■х - ^дин = 0.

(3)

1Я.А. Я. А.

Анализ уравнения показывает, что первый член уравнения показывает увеличение динамической силы за счет реверсивного хода якоря, второй член характеризует статическую силу за счет взаимодействия магнитных полей обмоток якоря и индуктора.

Таким образом, используя выражение (3) и варьируя параметрами выражения (2) можно произвести расчет линейного электродинамического привода с заданными динамическими характеристиками и оптимальными конструкционными параметрами.

Библиографические ссылки

1. Абрамов А. Д. Создание размерного ряда ручных редкоударных электромагнитных машин для транспортного строительства : монография / отв. ред. В. А. Каргин. Новосибирск : Изд-во СГУПС, 2012. 153 с.

2. Шестаков И. Я., Стрюк А. И., Фадеев А. А. Линейные электродинамические двигатели. Конструирование. Практическое использование : монография / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. 148 с.

References

1. Abramov A. D. Sozdanie razmernogo ryada redkoudarnih electromagnitnih machine dlya transportnogo stroitelstva (Creating a size range of manual seldom striking electromagnetic vehicles for the transport of construction). SibTU, 2012, 153 p.

2. Chestakov I. Y., Struk A. I., Fadejev А. А. Lineynye electrodinamicheskie dvigately. Konstruirovanie. Practicheskoe ispolzovanie (Linear electrodynamic motors. Design. Practical use). SibGAU, 2011, 148 p.

© Фадеев А. А., Еремин Д. В., 2013

УДК 621.83.061.4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ КРИТЕРИЕВ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВОЛНОВЫХ РЕЕЧНЫХ ПЕРЕДАЧ

М. В. Шевчугов, Р. С. Лукин

Сибирский федеральный университет Россия, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79. E-mail: [email protected]

Показаны основные критерии для расчета работоспособности волновых реечных передач на основе клинового толкателя и ролика, работающих в составе приводов поступательного перемещения автоматизированного технологического оборудования.

Ключевые слова: волновая реечная передача, жесткость передачи, критерии работоспособности, прецизионный привод.

DETERMINATION OF MAIN CRITERIA OF WORKABILITY OF WAVE AND RACK-AND-PINION DRIVES

M. V. Shevchugov, R. S. Lukin

Siberian Federal University 79, Svobodnyi prosp., Krasnoiarsk, 660041, Russia. E-mail: [email protected]

The paper shows the basic criteria for calculating the workability of wave and rack-and-pinion drives on the basis of a wedge follower and a roller working as parts of drives offorward movement of automated processing equipment.

Keywords: wave rack-and-pinion drive, stiffness of drive, workability criteria, precision drive.

Решетневскуе чтения. 2013

0.021416 Мак

0.019481

0.017046

0.014611

0.012175

0.0097403

0.0073053

0.0048702

0.0024351

О Min

а б

Характер деформации основных элементов ВРП, мм: а - деформация клиньев толкателей; б - деформация подшипника толкателя при взаимодействии с кулачком вала

Проектирование волновых реечных передач (ВРП) затруднено вследствие отсутствия проработанной методики для оценки работоспособности данной передачи, применимой на этапе проектирования. Основной проблемой современного машиностроения при обосновании выбора металла для изготовления деталей точных приводов линейного перемещения (реечные, шарико-винтовые), работающих в том числе и в составе прецизионного оборудования, является неизменность жесткостных параметров материала (модуль упругости) при широкой возможности выбора с точки зрения обеспечения прочности.

В ВРП предлагается решать проблему точности отработки линейного перемещения привода за счет обеспечения постоянного беззазорного зацепления несколькими клиньями в процессе работы [1]. При этом, как и обычные реечные передачи, они не имеет ограничений по длине направляющих.

Для силовых передач (к которым относится ВРП) основными критериями являются: способность передачи рабочей нагрузки; высокая точность позиционирования, обеспечиваемая высокой жесткостью и беззазорностью зацепления, исключающая его влияние на качество выходной поверхности; высокий КПД, позволяющий снизить тепловую нагрузку на привод в процессе работы; высокая износостойкость рабочих поверхностей, находящихся в контакте; простота и ремонтопригодность.

В качестве инструмента для определения прочности и жесткости основных элементов конструкции был использован метод конечных элементов (МКЭ). Для определения жесткости толкателя, установленного в направляющих, была использована теория контактного взаимодействия твердого упруго-пластичного тела с учетом начальных зазоров. По результатам МКЭ расчета при разных значениях начального зазора в направляющих составлена регрессионная зависимость для оценки жесткости толкателя в зависимости от зазора в направляющих и фазы зацепления (см. рисунок а). Данная зависимость (с учетом того что в зацеплении находится не менее двух клиньев) позволяет на этапе проектирования оценить неравномерность распределения нагрузки между клиньями в процессе зацепления.

Оценка подшипника, входящего в состав толкателя, также производилась МКЭ вследствие сложного характера нагружения по внешнему кольцу. В процессе расчета учитывалась тугая посадка внутреннего кольца на ось, выбор зазоров между телами, расположение тел качения относительно нагрузки. Характер деформации наружного кольца под действием номинальной нагрузки на толкателе показан на рисунке б.

Оценку теплового состояния передачи целесообразно производить на основании анализа потерь в узлах трения. Используя зависимость (1) для определения КПД, полученную для данного типа ВРП с направляющими скольжения, можно получить потери на трение при заданных конструктивных размерах и параметрах трения:

П = 0,998-^-, (1)

tan(a+arctg( f)) + /Б (1 + 2V L1)

где а - угол профиля толкателя; / /Б - коэффициенты трения пары сталь-сталь и сталь-бронза; L1 и L2 -длина направляющей и консольной части толкателя. Полученная зависимость позволяет на этапе проектирования оценить тепловой режим привода по стандартным зависимостям для расчета теплового режима.

Предложенный в работе подход позволяет на этапе проектирования оценить работоспособность ВПР по критерию прочности, жесткости с помощью МКЭ.

Библиографическая ссылка

1. Limarenko G. N., Shevchugov M. V., Avramenko V. E., Masalsky G. B. Mechatronical module development on the basis of wave rack gear for working members drive of automatized machines // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2013. № 2. С. 229-237.

Reference

1. Limarenko G. N., Shevchugov M. V., Avramenko V. E., Masalsky G. B. Mechatronical module development on the basis of wave rack gear for working members drive of automatized machines // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2013. № 2. С. 229-237.

© Шевчугов М. В., Лукин Р. С., 2013