CC BY
4Транспортное машиностроение. 2022. № 08(8). С. 13-21. ISSN 2782-5957 (print) Transport Engineering. 2022. no. 08(8). P. 13-21. ISSN 2782-5957 (print)
Машиностроение Mechanical engineering
Научная статья
Статья в открытом доступе
УДК 621.833
doi: 10.30987/2782-5957-2022-8-13-21
РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСЦЕНТРИКОВЫХ ПЕРЕДАЧ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ВХОДНОГО И ВЫХОДНОГО ВАЛОВ
Петр Николаевич Громыко1, Дмитрий Михайлович Макаревич2Н, Станислав Николаевич Хатетовский3, Андрей Сергеевич Макаревич4
1,2,з,4 Белорусско-Российский университет, Могилев, Республика Беларусь
1 grom_7@tut.by; https://orcid.org/0000-0001-7770-0257
2 makarevitchdm@yandex.by; https://orcid.org/0000-0002-6418-0173
3 mechlab@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0003-3991-3627
4 andreimakarevich1996@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-0653-8077
Аннотация
Целью исследования является разработка компьютерной модели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов, а также оценка основных эксплуатационных показателей.
В статье представлена основная структурная схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов. Разработан компоновочный вариант и компьютерная модель передачи, произведена симуляция ее работы и получены результаты компьютерных исследований. Компьютерная модель и методика оценки основных эксплуатационных показателей позволяют оптимизировать параметры передачи, а также усовершенствовать ее структуру.
Методы исследования базируются на инструментарии системы автоматизированного проектирования, который позволяет осуществлять симуляцию механизмов, в том числе зубчатых пере-
дач. Встроенные в систему автоматизированного проектирования различные инструменты анализа кинематики и динамики позволяют считывать угловые скорости и крутящие моменты. Данные значения служат основой для оценки коэффициента полезного действия и погрешности вращения звеньев эксцентриковой передачи.
Новизна работы заключается в исследовании нового механизма, позволяющего создавать малогабаритные приводные устройства с параллельным расположением входного и выходного валов.
Результаты исследования включают оценку коэффициента полезного действия и погрешности вращения выходного вала эксцентриковой передачи.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, эксцентриковая передача, показатели, сателлит, колесо.
Ссылка для цитирования:
Громыко П.Н. Разработка компьютерной модели для оценки основных показателей эксцентриковых передач с параллельным расположением входного и выходного валов /П.Н. Громыко, Д.М. Макаревич, С.Н. Хатетовский, А. С. Макаревич // Транспортное машиностроение. - 2022. - № 8. - С. 13- 21. do¡: 10.30987/2782-5957-2022-813-21.
Original article Open Access Article
DEVELOPMENT OF A COMPUTER MODEL TO EVALUATE THE MAIN INDICATORS OF ECCENTRIC GEARS WITH A PARALLEL ARRANGEMENT OF INPUT AND OUTPUT SHAFTS
©Громыко П.Н., Макаревич Д.М., Хатетовский С.Н., Макаревич А.С., 2022
13
Pyotr Nikolaevich Gromyko1, Dmitry Mikhailovich Makarevich2H, Stanislav Nikolaevich Khatetovsky3, Andrey Sergeevich Makarevich4
1,2,3,4 Belarusian-Russian University, Mogilev, Republic of Belarus
1 grom_7@tut.by; https://orcid.org/0000-0001-7770-0257
2 makarevitchdm@yandex.by; https://orcid.org/0000-0002-6418-0173
3 mechlab@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0003-3991-3627
4 andreimakarevich1996@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-0653-8077
Abstract
The study objective is to develop a computer model of an eccentric gear with a parallel arrangement of input and output shafts, as well as an evaluation of their main performance indicators.
The paper presents the basic block diagram of an eccentric gear with parallel arrangement of input and output shafts. A layout variant and a computer model of the gear are developed, its operation is simulated and the results of computer study are obtained. A computer model and a method for evaluating the main performance indicators allow optimizing gear parameters, as well as improving its structure.
The research methods are based on the tools of the automated design system, which gives the opportunity to simulate mechanisms, including toothed
gears. Various kinematics and dynamics analysis tools built into the computer-aided design system allow reading angular velocities and torques. These values serve as the basis for evaluating the efficiency and error of rotation of eccentric gear links.
The novelty of the work is in the study of a new mechanism that allows the creation of small-sized drive devices with a parallel arrangement of input and output shafts.
Study results include an evaluation of the efficiency and error of rotation of the the eccentric gear output shaft.
Keywords: computer modeling, eccentric gear, indicators, satellite, wheel.
/Reference fo r citing,
Or o myk o PN, Ma karevich DM, Kh atetovsky SN, Ma karevich AS, D evelopment of a computer model to evaluate the main indicators of eccentric gears with parallel arrangement of input and output sha fts, Transport En gineering,
2022;8:13-21 do, 10,30987/2782-5957-2022-8-13-21,
Введение
Многообразие применяющихся общемашиностроительных приводных устройств предопределяет расширение ассортимента редукторных механизмов, отличающихся компоновочными решениями и эксплуатационными показателями. Известны ременные, цепные и одноступенчатые зубчатые механические передачи с параллельным расположением входного и выходного валов. Как правило, данные передачи не обеспечивают передаточное отношение более 10, что существенно огра-
ничивает сферу их применения. Такие передачи, соединенные в многоступенчатом редукторе, предопределяют относительно большие его габариты [1-10].
Возможно создание редукторов с параллельным расположением входного и выходного валов на основе особых зубчатых передач. Этими передачами являются эксцентриковые передачи с параллельным расположением входного и выходного валов, обеспечивающие значительные передаточные отношения: от 10 до 70 [4].
Основная кинематическая схема эксцен жением входного и выходного валов
На рис. 1 показана кинематическая схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов [1]. Данная передача содержит входной вал 1, расположенный на неподвижных подшипниковых опорах 2 и 5. На входном валу 1 жестко посажен кривошип 3. Кривошип 3 составляет с сателлитом 6 вращательную пару с помощью опорной втулки 4. На заданном расстоянии
шковой передачи с параллельным располо-
от оси вращения входного вала 1 расположены опорные втулки 7 и 16, которые соединены с дополнительными кривошипами 10 и 17, посаженными на опорные подшипники 8 и 15. На внутренней поверхности сателлита 6 имеется внутренний зубчатый венец 9, ось которого расположена на расстоянии от оси вращения входного вала 1 [2]. На выходном валу 14, расположенном на подшипниковых опорах
12 и 13, посажено центральное колесо 11 с модействие с внутренними зубьями зубча-наружными зубьями, входящими во взаи- того венца 9.
Рис. 1. Кинематическая схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного ее валов
Fig. 1, K, nematic diagram of an eccentric transmission with a parallel arrangement of its input and output sha fts
При вращении входного вала 1 за счет поступательного движения сателлита 6 происходит взаимодействие внутреннего зубчатого венца 9 с наружным центральным колесом 11. Передаточное отношение
эксцентриковой передачи определяется отношением количества зубьев внутреннего зубчатого венца 9 и количеством зубьев центрального колеса 11.
Разработка компоновочного варианта редуктора на основе эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
Для создания компьютерной модели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов необходимо разработать компоновочный вариант соответствующего редуктора. На рис. 2 и 3 показаны виды компоновочного варианта редуктора.
На входном вале 1 расположен эксцентриковый кривошип 2, представляющий собой эксцентриковую часть входного вала 1. На наружной поверхности эксцентрикового кривошипа 2 с помощью под-
шипников посажен сателлит 4, на котором размещены оси 7, входящие в неподвижные отверстия крышках корпуса 5, 6. Причем основная ось расположения всех осей 7 на корпусе сателлита 4 находится на расстояние I от оси эксцентрикового кривошипа 2. На внутренней поверхности сателлита 4 имеется венец, состоящий с указанными выше осями 7, входящий в зацепление в зубья наружного колеса 8, ось которого параллельна оси входного вала 9.
Рис. 2. Вид редуктора с разрезом
Fg. 2. Vi
ew of the gearbox with a section
Рис. 3. Вид редуктора (без крышки корпуса 6)
Fig. 3. Ty,
ype of gearbox (without housing cover
6)
Разработка компьютерной модели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
Исследование зубчатых передач методами компьютерного моделирования рассмотрено в работах [1, 3, 4]. Компьютерная модель эксцентриковой передачи изображена на рис. 4: 1 - эксцентриковый
кривошип; 2 - входной вал; 3 - неподвижный крышка корпуса; 4 - ось сателлита; 5 - сателлит; 6 - центральное наружное колесо.
Рис. 4. Вид компьютерной модели эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
Fig. 4. V/ ew of a computer model of an eccentric transmission with a parallel arrangement of input and output sha fts
Для компьютерного исследования эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного ва-
лов в среде САПР МХ необходимо создать объекты симуляции.
Создание контактов осуществляется
с помощью меню «3 О контакт», в котором задаются контактирующие поверхности осей 4 и внутренних зубьев сателлита 5 и назначаются коэффициенты статического и динамического трения. С помощью меню «Движитель» задается угловая скорость вращения входного вала 2. Следующим шагом является создание на центральном колесе 6 вращающего момента сопротивления. Также задаются параметры решения: количество шагов - 300 и время - 10 секунд. Затем данное решение запускают на расчет.
Чтобы вывести полученные результаты в виде графических зависимостей,
необходимо произвести следующие действия. С помощью контекстного меню «Solution» выбираем опцию «XY-Graphing». Для получения необходимых для исследования зависимостей строим следующие графики: «RZ, D isplacement», «RZ, He loc ity», « TZ, To rqu e», «FM, Fo rse».
Для обработки и оценки полученных результатов необходимо экспортировать данные результаты в таблицы Excel.
В качестве выходных показателей эксцентриковой передачи, были взяты: плавность вращения выходного вала, КПД зацепления, а также силы в зацеплении зубьев сателлита.
Результаты компьютерных исследований ным расположением валов
Ниже приведены графики (рис. 5-7), отражающие зависимости погрешности вращения выходного вала, КПД зацепления зубчатой пары и значений реакций в подшипниковых опорах от угла поворота входного вала эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов [2, 5].
Результаты графических зависимостей позволяют определить основные показатели эксцентриковой передачи с па-
передачи эксцентрикового типа с параллель-
раллельным расположением входного и выходного валов при передаточном отношении редуктора, равном 24, мощности входного вала 2 кВ, скорости вращения входного вала 1500 об/мин.
Погрешность вращения выходного вала составляет 10-19 угловых минут. Среднее значение КПД зацепления не превышает 75 %. Силы в зацеплении не превышают 10000 Н.
Рис. 5. Зависимость погрешности вращения выходного вала от угла поворота входного вала эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
Fig. 5. Th e dependence of the error of rotation of the output shaft on the angle of rotation of the input shaft of an eccentric transmission with a parallel arrangement of the input and output shafts
Рис. 6. Зависимость КПД от угла поворота входного вала эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
Fig. 6. Th e dependence of efficien cy on the angle of rotation of the input shaft of an eccentric transmission with a parallel arrangement of the input and output sha fts
Рис.7. График зависимости сил в зацеплении от угла поворота входного вала эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов
Fig. 7. Graph of the dependence of the forces in the engagement on the angle of rotation of the input shaft of the eccentric transmission with a parallel arrangement of the input and output shafts
Заключение
Показана основная структурная схема эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов, на основе которой разработан компоновочный вариант и компьютерная модель. Разработана компьютерная модель и методика для оценки основных показа-
телей, позволяющая получать осуществлять оптимизацию основных параметров, а также совершенствование структуры эксцентриковой передачи при параллельном расположении входного и выходного валов.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Макаревич С.Д., Макаревич А.С. Результаты компьютерных исследований эксцентриковой передачи с параллельным расположением входного и выходного валов с одним потоком мощности. Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы Международной научно-технической конференции. Белорусско-Российский университет, Могилев, 23-24 апреля 2020 г. - Могилев: Межгосударственное образовательное учреждение высшего образования «Белорусско-Российский университет», 2020. С.89-90.
2. Громыко П.Н., Хатетовский С.Н., Юркова В.Л. Использование удлиненной эпициклоиды для формообразования зубчатых поверхностей передач эксцентрикового типа. Вестник Белорусско-Российского университета. 2019; №1:1421.
3. Макаревич А.С., Громыко П.Н. Передачи эксцентрикового типа с параллельным расположением входного и выходного валов. 55-я студенческая научно-техническая конференция Белорусско-Российского университета: материалы конф. 03-04 мая 2019 г. / М-во образования Респ. Беларусь, М-во науки и высшего образования Рос. Федерации, Белорус.-Рос. ун-т; ред-кол.: М. Е. Лустенков (гл. ред.) [и др.]. - Могилев: Белорусс.-Рос.ун-т, 2019. - C. 106-108.
4. Gromyko P.N., Khatetovsky S.N. Modeling of eccentric transmission operation in presence of elastic deformations of contacting links. Advances in Engineering Research. 2018;158:160-164.
5. Громыко П.Н. и др. Компьютерное моделирование планетарных прецессионных передач: монография. Могилев: Белорус.-Росс. ун-т, 2007. 271 с.
REFERENCES
1. Makarevich SD, Makarevich AS. Results of computer studies of eccentric gear with parallel arrangement of input and output shafts with one power flow. Proceedings of the International Scientific and Technical Conference: Materials, Equipment and Resource-saving Technologies; 2020 Apr 2324; Mogilev: Interstate Educational Institution of Higher Education "Belarusian-Russian University", 2020. p.89-90.
2. Gromyko PN, Khatetovsky SN, Yurkova VL. Use of an elongated epicycloid for forming gear surfaces of excentric gears. Vestnik of Belarusian-Russian University. 2019;1:14-21.
3. Makarevich AS, Gromyko PN. Eccentric gears with parallel arrangement of input and output shafts. Proceedings of the 55th Student Scientific and Technical Conference of the Belarusian-Russian University; 2019 May 03-04; Mogilev: Belorus-sian-Russian University; 2019.
4. Gromyko PN, Khatetovsky SN. Modeling of eccentric transmission operation in presence of elastic de-
6. Громыко П.Н., Хатетовский С.Н. Сравнительный анализ эксцентриковых передач с различными видами зацепления зубчатых колес. Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. Минск: Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, 2020. Вып. 9. С. 199-202.
7. Громыко П.Н., Хатетовский С.Н. Минимизация габаритных размеров эксцентриковых передач на основе совершенствования геометрии зацепления контактирующих колес. Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. Минск: Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, 2019. Вып. 8. С. 67-70.
8. Громыко П.Н., Трусов И.В., Хатетовский С.Н. Снижение себестоимости изготовления передач эксцентрикового типа на основе применения специальных профилей зубьев контактирующих колес. Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы междунар. науч.-техн. конф. - Могилев: Бело-рус.-Рос. ун-т, 2020. С. 77.
9. Громыко П.Н., Хатетовский С.Н. Влияние погрешностей изготовления и сборки на эксплуатационные характеристики передач эксцентрикового типа. Инновационные технологии в машиностроении: сб. материалов междунар. науч.-техн. конф., посвященной 50-летию машиностроительных специальностей и 15-летию научно-технологического парка Полоцкого государственного университета. Новополоцк: Полоц. гос. ун-т, 2020. С. 165-167.
10. Хатетовский С.Н., Громыко П.Н. Модификация зубьев колес передач эксцентрикового типа. Могилев: Белорус.-Росс. ун-т, 2020. 180 с.
formations of contacting links. Advances in Engineering Research. 2018;158:160-164.
5. Gromyko PN. Computer modeling of planetary precession transmissions: monograph. Mogilev: Belarusian-Russian University; 2007.
6. Gromyko PN, Khatetovsky SN. Comparative analysis of eccentric gears with different types of gear engagement. Collection of Scientific Papers: Actual Issues of Mechanical Engineering. Minsk: United Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus. 2020;9:199-202.
7. Gromyko PN, Khatetovsky SN. Minimization of the overall dimensions of eccentric gears on the basis of improving the gearing geometry of the contacting wheels. Collection of Scientific Papers: Actual Issues of Mechanical Engineering. Minsk: United Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus. 2019;8:67-70.
8. Gromyko PN, Trusov IV, Khatetovsky SN. Reduction of the cost to manufacture eccentric gears
based on the use of special profile teeth of contacting wheels. Proceedings of the International Scientific and Technical Conference: Materials, Equipment and Resource-saving Technologies. Mogilev: Belarusian-Russian University, 2020. p. 77. 9. Gromyko PN, Khatetovsky SN. Influence of manufacturing and assembly errors on the performance characteristics of eccentric gears. Collection of papers of International Scientific and Technical Con-
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент RU 2292494 C2. Муфта равных угловых скоростей и регулирующая система для нее. [Текст] / Томпсон Гленн Александр. -№2003131326/11 ; заяв. 26.03.2002; опуб. 27.01.2007. - 3 с.
2. Попок, Н. Н., Хмельницкий, Р. С., Гвоздь, Г. И., Анисимов, В. С. Многоцелевая обработка поверхностей деталей на станках с ЧПУ // Инновационные технологии в машиностроении / Эл. сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. Новополоцк, 21-22 апр. 2020 г. / Полоц. гос. ун-
BIBLIOGRAPHIC LIST
1. Thompson GA. Patent RU 2292494 C2. Clutch of equal angular velocities and regulating system for it. no. 2003131326/11. 2007 Jan 27.
2. Popok NN, Khmelnitsky RS, Gvozd GI, Anisi-movVS. Multipurpose surface treatment of parts on CNC machines. Electronic collection of papers of international scientific and technical conference of Novopolotsk: Innovative Technologies in Mechani-
Информация об авторах:
Громыко Петр Николаевич - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» Белорусско-Российского университета, AuthorlD: 797186. Макаревич Дмитрий Михайлович - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Технологии металлов» Белорусско-Российского университета, AuthorlD: 800921.
ference dedicated to the 50th anniversary of machine-building specialties and the 15th anniversary of the Scientific and Technological Park of Polotsk State University: Innovative Technologies in Mechanical Engineering. Novopolotsk: Polotsk State University, 2020. p. 165-167.
10. Khatetovsky SN, Gromyko PN. Modification of eccentric gear teeth. Mogilev: Belarusian-Russian University; 2020.
т ; под. ред. В. К. Шелега; Н. Н. Попок. - Новополоцк, 2020. - С. 83-86.
3. Гончаров, П. С. Расчет параметров прецессионного редуцирующего механизма с подвижными роликами для электропривода сельскохозяйственной лебедки : автореферат дис. ... канд. техн. наук: 05.02.02 "Машиноведение, системы приводов и детали машин" / П. С. Гончаров ; Павел Станиславович Гончаров; ГУВПО "Белорусско-Российский университет"; Науч. рук. д-р техн. наук, проф. П. Н. Громыко. - Могилев, 2013. - 24 с.
cal Engineering; 2020 Apr 21-22; Novo-polotsk:Polotsk State University, 2020. p. 83-86.
3. Goncharov PS. Calculation of the parameters of a precession reducing mechanism with movable rollers for the electric drive of an agricultural winch [abstract of the dissertation]. [Mogilev (Belorussia)]: Belarusian-Russian University; 2013.
Хатетовский Станислав Николаевич - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Металлорежущие станки и инструменты» Белорусско-Российского университета, АиШогГО: 800906.
Макаревич Андрей Сергеевич - аспирант кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» Белорусско-Российского университета.
Gromyko Pyotr Nikolaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Metal-cutting Machines and Tools, Belarusian-Russian University, AuthorlD: 797186.
Makarevich Dmitry Mikhailovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Metal Technologies, Belarusian-Russian University, AuthorlD: 800921.
Khatetovsky Stanislav Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Metal-cutting Machines and Tools, Bel-arusian-Russian University, AuthorlD: 800906. Makarevich Andrey Sergeevich, Post graduate student of the Department of Metal-cutting Machines and Tools, Belarusian-Russian University.
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare no conflicts of interests.
Статья опубликована в режиме Open Access. Article published in Open Access mode.
Статья поступила в редакцию 10.01.2022; одобрена после рецензирования 15.04.2022; принята к публикации 25.07.2022. Рецензент - Петрешин Д.И., доктор технических наук, доцент, директор учебно-научного технологического института Брянского государственного технического университета, член редколлегии журнала «Транспортное машиностроение».
The article was submitted to the editorial office on 10.01.2022; approved after review on 15.04.2022; accepted for publication on 25.07.2022. The reviewer is Petreshin D.I., Doctor of Technical Sciences, Director of the Educational and Scientific Technological Institute of Bryansk State Technical University, member of the Editorial Board of the journal Transport Engineering.
