CC BY
18
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
Вип.№ 16
2006 р.
МАШИНОБУДУВАННЯ
УДК 621.833
Маргулис М.В.1, Шурина М.Л.2, Генералов O.A.3
РАЗРАБОТКА УНИФИЦИРОВАННОГО ПРИВОДА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ С ВОЛНОВОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
Впервые разработан унифицированный привод с волновой зубчатой передачей с малым передаточным отношением для механизмов передвижения шлаковозов и скраповозов. Обоснована технико-экономическая эффективность создания и внедрения данного привода, масса которого уменьшена в 1,8 раза по сравнению с цилиндрическим. Приведена конструктивная схема разработанного привода с волновой зубчатой передачей, на который подана заявка на изобретение. Дан сравнительный анализ исходного цилиндрического и внедряемого волнового передаточного механизмов на наличие избыточных связей. Показано, что разработанный механизм не имеет избыточных связей, что позволяет уменьшить требования к точности его элементов и себестоимость изготовления, а также увеличить надежность привода.
В настоящее время ОАО «Азовмаш» осуществляет серийное производство скраповозов и шлаковозов, передаточным механизмом которых является трехступенчатый цилиндрический редуктор с косозубыми передачами и передаточным отношением U=100, имеющий массу 880 кг. Кроме значительных габаритов и массы данный механизм обладает недостаточной технологичностью, большой трудоемкостью изготовления, и, как следствие, значительной себестоимостью.
С целью улучшения конструкции приводов указанных машин и минимизации их себестоимости за счет снижения массоемкости и трудоемкости изготовления привода передвижения, а также для улучшения динамических характеристик машины в целом, целесообразно в качестве передаточного механизма передвижения использовать волновую зубчатую передачу (ВЗП), [1, 2, 3]. Учитывая это, нами в творческом сотрудничестве с концерном «Азовмаш» был разработан передаточный механизм передвижения, содержащий ВЗП с необходимыми характеристиками: U=100, мощностью N=11 кВт, частотой вращения двигателя п=700 об/мин, входным моментом - Мвх =130 Нм, выходным моментом - Мвых = 9,77 кНм.
На рис. 1 приведена конструкция привода с силовой ВЗП, включающая в себя эксцентриковый вал 1, соединенный посредством двойной зубчатой муфты с электродвигателем (на рисунке не показаны), на котором смонтирован на подшипниках 2,3 генератор волн (ГВ), состоящий из трех дисков (крайних - 4, 5 и среднего - 6); на ГВ опирается гибкое колесо (ГК) 7, представляющее собой гибкую оболочку диаметром 365 мм с зубчатым венцом т=1,75 мм, z=201, которое входит в зацепление с жестким колесом (ЖК) 8, неподвижно установленным в корпусе. В ГК установлено подкладное кольцо 9, которое предохраняет ГК от повреждений при контакте с дисками ГВ. На внутренней стороне ГК имеется шлицевый венец т=5 мм, который входит в зацепление с двойной зубчатой муфтой 10,передающей вращающий момент с ГК на выходное звено 11. Выходное звено представляет собой полый вал
ПГТУ. д-р техн. наук, проф.
2ПГТУ, аспирант
3 ОАО «Азовмаш», инж.
со шлицевыми венцами ш=5 мм, передающий вращающий момент на колеса тележки шлаковоза.
Для улучшения условий сборки корпус редуктора выполняется разъемным и состоит из передней и задней крышек 12,13, цилиндрических частей 14, 15, между которыми крепится ЖК
Рис. 1 - Конструктивная схема передаточного механизма с ВЗП
Работает привод следующим образом: от электродвигателя через двойную зубчатую муфту (на рисунке не показаны) вращающий момент передается на ГВ, который вращает диски 4,5, обкатывающие подкладное кольцо 9 и, деформируя его вместе с ГК 6, вводит в зацепление зубья ГК и ЖК 7. Вращающий момент от ГК через подвижное шлицевое соединение с двойной зубчатой муфтой 10 передается на выходной вал 11, приводящий во вращение колеса тележки шлаковоза.
Масса его составляет 250 кг. В сравнении с заменяемым редуктором данная ВЗП имеет следующие преимущества:
- уменьшение массы привода в 1,8 раза, несмотря на то, что привод включает две ВЗП, приводимые во вращение одним электродвигателем (Кэд=22 кВт);
- повышение кинематической точности передачи и уменьшение динамических нагрузок за счет наличия многопарности зон зацепления и демпфирования колебаний гибким колесом;
- увеличение КПД вследствие малых потерь на трение[3].
Кроме того, схема волнового редуктора рациональнее исходной, т. к. не имеет избыточных связей, как показал кинематический анализ, приведенный ниже. Число избыточных связей определяется по формуле Малышева [4]:
Я = \¥-6*п+5*Ру+4*Р1у+3*Рш + 2*Рп+ 1*РЬ (1)
где д - число избыточных связей; - подвижность механизма; п - число подвижных звеньев;
Pv .Pi-число кинематических пар соответственно V ... I классов. На рис. 2 изображена кинематическая схема исходного цилиндрического редуктора. Подвижных звеньев на схеме девять ( выходной вал электродвигателя, четыре вала редуктора и четыре зубчатых колеса).
Рис. 2 - Кинематическая схема цилиндрического редуктора
Здесь девять пар V класса (подшипники), 3 пары III класса (зубчатые зацепления) и одна пара II класса (двойная зубчатая муфта). Таким образом, число избыточных связей цилиндрического редуктора равно:
q = 1 - 6*9 + 5*9 + 3*3 + 2 = 3.
На рис. 3 приведена кинематическая схема ВЗП. Она имеет десять подвижных звеньев и пять пар V класса, пять пар IV класса , четыре пары III и одну пару II класса.
q = 1 - 6*10 + 5*5 + 5*4 + 3*4 + 2 = 0.
V
II
/
7 in
V
IV .IV IV
V
V
8
V
шГ
III IV
10
IV
Рис. 3 - Кинематическая схема ВЗП.
Схема, изображенная на рис. 3, не имеет избыточных связей, а значит, позволяет расширить допуски на размеры деталей ВЗП, уменьшить трудоемкость их изготовления и повысить надежность механизма. Редукторы с ВЗП для тяжелонагруженных металлургических машин успешно применялись ранее, например, в конструкциях конверторов, миксеров, рудоразмольных мельниц и т. д. [5]. Применение ВЗП в этих механизмах привело к уменьшению габаритных размеров и массоемкости, что дало существенный технико-экономический эффект.
Эти механизмы имеют характерные для ВЗП большие передаточные отношения (11>200). Основной особенностью данной ВЗП является относительно малое значение ее передаточного отношения - и =100. Эта величина II лежит в диапазоне, широко распространенном для механизмов приводов машин. Для таких величин передаточных отношений прогрессивные ВЗП практически не применялись, т. к. при малых передаточных отношениях увеличивается высота зубьев волнового зацепления (Ъ3). Это вызывает значительное возрастание радиальной деформации ГК в районе волнового зацепления при входе-выходе зубьев, следствием чего является рост напряженного состояния оболочки, что лимитирует долговечность ГК и механизма в целом [6].
В настоящее время в ОАО «Азовмаш» планируется изготовление опытного образца разработанного передаточного механизма с ВЗП. Он будет испытан в цехе № 17 в рабочем режиме по программе, разработанной в ПГТУ, учитывающей условия эксплуатации. Испытания выявят возможности использования и необходимость разработки новых приводов с ВЗП с малыми передаточными отношениями для тяжелонагруженных металлургических машин с целью их последующего широкого внедрения.
Выводы
1. Обоснована необходимость замены традиционных передаточных механизмов металлургических машин ВЗП с малыми передаточными отношениями, применение которых позволит существенно снизить массоёмкость привода, уменьшить динамические нагрузки и увеличить КПД, вследствие малых потерь на трение.
2. Разработана рациональная конструкция силовой ВЗП для механизма передвижения скраповозов и шлаковозов, позволяющая получить высокий технико-экономический эффект за счет уменьшения массы в 1,8 раза и требований к точности его элементов, что в совокупности снижает себестоимость изготовления привода.
Перечень ссылок
1. ВолковД.П. Волновые зубчатые передачи.//'/.П.Волков., А.Ф.Крайнев, М.В.Маргулис-К..: Техника, 1976.-222с.
2. Волков Д.П. Волновые зубчатые передачи../Д.П.Волков., А.Ф.Крайнев, М.В.Маргулис-Будапешт: МИС-ЦАКИ, 1984.-317с.
3. МаргулисМ.В. Снижение материалоемкости машин./М.В.Маргулис. - К.: Знание, 1985.-64с.
4. Решетов Л.Н. Конструирование рациональных механизмов./ Л.Н Решетов. - М.: Машиностроение, 1972.-256с.
5 Маргулис М.В. Пути совершенствования приводов машин различного назначения./МЯМаргулис //Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: 36. наук, пр.- Мар1уполь,2000,-Вип. №10,- С.133-138.
6. Маргулис М.В.Создание высокоэкономичных силовых волновых передач с новыми видами зацеплений для передаточных механизмов с малыми передаточными отношениями./МВ.Маргу.тс Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: 36. наук, пр.- Мар1уполь, 2005.-Вип. №15,- С.97-100.
Статья поступила 20.01.2006
