Научная статья на тему 'Решение проблемы слойности многосателлитных самоустанавливающихся планетарных механизмов'

Решение проблемы слойности многосателлитных самоустанавливающихся планетарных механизмов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
176
50
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СЛОЙНОСТЬ / САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ ПЛАНЕТАРНЫЙ МЕХАНИЗМ / МНОГОСАТЕЛЛИТНОСТЬ / PLY RATING / SELF-PLANETARY GEAR / MULTYSATELLITE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Андреева Яна Андреевна, Жуков Иван Алексеевич

Приводится и обосновывается формула для определения максимального количества слоев планетарной передачи. Определяется необходимое и достаточное количество слоев.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Андреева Яна Андреевна, Жуков Иван Алексеевич

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

Solution of the problem of self-aligning layers of multysatellite planetary mechanisms

Formula for determining the maximum number of layers of the planetary gear is proved. Necessary and sufficient number of layers are determined.

Текст научной работы на тему «Решение проблемы слойности многосателлитных самоустанавливающихся планетарных механизмов»

УДК 621.01

Я.А. Андреева, И.А. Жуков

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ СЛОЙНОСТИ МНОГОСАТЕЛЛИТНЫХ САМОУС-ТАНАВЛИВАЮЩИХСЯ ПЛАНЕТАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Решение задач исследований анализа и синтеза механических систем, содержащих зубчатые и рычажные звенья, начинается с разработки кинематических схем, т.е. с изучения строения, структуры механизма. Как правило, кинематические или структурные схемы изображают в плоскости движения составляющих механизм звеньев, т.е. в плоскости, перпендикулярной геометрическим осям используемых в схемах кинематических пар

- шарниров. Такой подход не дает исчерпывающих сведений в доказательство работоспособности создаваемого механизма. Не каждая схема, прорисованная в плоскости движения звеньев, оказывается проворачиваемой, т.е. реально работоспособной. Изображение механизмов в профильной плоскости дает наглядное представление

о том, как должны быть расположены звенья, чтобы они «не мешали» друг другу при движении. На практике проблема слойности механизмов [1, 2] передается на рассмотрение конструкторов, которые занимаются проектированием уже кинемати-

в том, что в них используются высшие кинематические пары, пары четвертого класса, которые не требуют совместного - связанного движения звеньев. Являясь парами неудерживающими, звенья в них контактируют в точках, последовательно входящих в соединение, и поэтому не возникает надобности в создании для них параллельных слоев. Одноподвижные кинематические пары -шарниры связывают геометрические оси звеньев постоянно, и выстроить такие пары в один слой, зачастую, не представляется возможным. Именно поэтому планетарный механизм, показанный на рисунке 1, создается в три слоя - по числу использованных в нем вращательных кинематических пар.

В работах [3-5] доказано, что для создания без избыточных связей планетарных механизмов с числом сателлитов больше одного, необходимо дополнительные сателлиты устанавливать через посредство соединения групп рычажных звеньев, как это показано для двух- [6] трех- [7] и четырех-

чески и динамически исследованных механизмов.

Профильное рассмотрение механизмов широко используется для исследования сложных зубчатых редукторов - планетарных и замкнутых дифференциальных. На рисунке 1 показан односател-литный планетарный механизм, изображенный в фасной (рис. 1,а) и профильной плоскостях (рис. 1,б). Такой механизм работает в трех слоях: I -слой, в котором работают центральное колесо и сателлит; II - слой, в котором устанавливается шарнир, соединяющий сателлит и водило; III -слой, в котором соединяется водило со стойкой (опорным колесом).

Принципиальная особенность кинематических цепей зубчато-рычажных механизмов заключается

сателлитных [8] механизмов на рисунке 2. При таком исполнении механизмов обеспечивается свободное, безызносное движение сателлитов, увеличивается срок службы планетарного редуктора и мощность передается всеми сателлитами за все время работы механизма.

При создании самоустанавливающихся планетарных механизмов, в состав которых входят не только зубчатые колеса, но и рычажные звенья, число слоев, в которых этот механизм может быть размещен, рассчитывается согласно

fmax~ р5 -к+\ (1)

где /тах - максимальное количество слоев,

р5 - число кинематических пар пятого класса

- шарниров,

к - количество сателлитов планетарной передачи.

2 >

1

А

А', А''-

4,5\

С', С^

V

^ю Ме

Мо'

6"

»

ІІ8'-

1 В''

8

I II III IV V

Рис. 3. Трехсателлитный планетарный механизм в профильной плоскости

Обратимся к рассмотрению слойности трехса-теллитного планетарного механизма [7], показанного на рис. 2,б. Этот механизм включает в себя три сателлита (к=3), и семь вращательных кинематических пар (Р5 = 7). Согласно (1), механизм может быть выполнен пятислойным:

/тах~7-3+1~5

Схема такого механизма в профильной плоскости показана на рис. 3.

Количество слоев может быть уменьшено за счет расположения некоторых рычажных звеньев в один слой. Так на рис. 4 представленные возможные конструктивные варианты расположения трехсателлитного планетарного механизма по слоям в зависимости от расположения шарниров и исполнения рычажных звеньев 3, 6 и 7. На рис. 4,а механизм выполнен четырехслойным за счет расположения шарниров В и Е в одном слое II. На рис. 4,б показан механизм, расположенный в трех слоях за счет установки шарнира ю в пространстве между сателлитами 4 и 5 слоя I. На рис. 4,в также показан трехслойный планетарный механизм, в

котором в одном слое расположены вращательные пары В, Б и Е.

Необходимо отметить, что формула (1) применима для определения максимального количества слоев, в которых может быть расположен механизм, только для планетарных передач, т.к. фактически все рычажные звенья, входящие в их состав, вращаются вокруг неподвижной центральной геометрической оси, что позволяет разместить несколько шарниров одного звена в один слой.

Входящая в формулу (1) цифра «1» отражает слой расположения вращательной кинематической пары, образованной водилом и неподвижным звеном - корончатым колесом. В некоторых системах автоматизированного проектирования механических систем смоделированный в трёхмерном пространстве планетарный механизм легко может быть поделен по слоям посредством представления механизма в профильной плоскости. Очевидно, что в силу совмещения шарниров О и О' в одном слое (центральное звено и водило вращаются относительно одной неподвижной оси), максимальное количество слоев планетарного механизма определится по формуле /тах= Р5 -к. Так, на рис. 5 показана трехмерная модель трехсателлит-ного планетарного механизма, выполненного в соответствии с конструктивным решением проблемы слойности, при котором механизм размещается в 4 слоя.

Результаты определения максимального количества слоев для многосателлитных самоустанав-ливающихся планетарных механиз-мов сведены в табл. 1, из которой очевидно, что

fmax= к+2 (2)

Таблица 1. Количество слоев, в которых размещаются многосателлитные самоустанавливаю-щиеся планетарные механизмы

Рисунок № 1 2,а 2,б 2,в

Кол-во сателлитов, к 1 2 3 4

Кол-во кинематических пар, р5 3 5 7 9

Максим/ кол-во слоев,. ^тах 3 4 5 6

Из формул (1) и (2) выражается условие

р5 =2к+1 (3)

которое определяет количество кинематических пар пятого класса, входящих в состав планетарно-

а)

б)

1/

О М

А'А-

4,5\ С', С""

МВ

V

Е

■А

ю

^7

6

В',В''

М^'

1^

О М

А',А''

74,5-

С', С''

МВ

V

М^'

Е

|УЬ|в',в"

1/ °і==і

А',А'і

4,5\ С',

Мв

V

шю

МО'

Ше

* 6

г|В',Вл

I II III

IV

її

ш

и

ш

Рис. 4. Варианты конструктивных решений трехсателлитных планетарных механизмов

го механизма, необходимое для и устранения в нём избыточных связей и обеспечения самоуста-навливаемости.

Исследование планетарных механизмов в фасной плоскости позволяет решать ряд важных задач при проектировании, а именно:

• определять необходимое и достаточное число слоев механизма;

• находить минимальные расстояния между продольными осями звеньев (слоями), что

позволит уменьшить моменты сил, приводящих к изгибу звеньев;

• находить рациональные варианты

конструктивных исполнений механизма.

Таким образом, исследуя проблему слойности на этапе проектирования новых самоустанавли-вающихся планетарных механизмов, можно делать выводы об их полной работоспособности и решать задачу оптимизации габаритных размеров.

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

8

8

8

2

2

2

I

I

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дворников, Л.Т. Исходные основания к изучению проворачиваемости и слойности плоских рычажных механизмов // Машиностроение. - 2006. - №12. - С. 3-16.

2. Гудимова, Л.Н. Проблема слойности плоских шарнирных рычажных механизмов / Л.Н. Гудимо-

ва, Л.Т. Дворников, Н.С. Большаков // Известия Томского политехнического университета. - 2009. - Т. 314. - № 2. - С. 35-39.

3. Дворников, Л.Т. Проблема избыточных связей в планетарных зубчатых механизмах и ее разрешение / Л.Т. Дворников, В.В. // Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 316. - № 2. - С. 13-15.

4. Дворников, Л.Т. К задаче о самоустанавливаемости планетарных многосателлитных механизмов / Л.Т. Дворников, Я.А. Андреева // Успехи современного естествознания. - 2011. - №7. - С. 69.

5. Андреева, Я.А. Проблемы совершенствования трехсателлитных планетарных механизмов / Я.А. Андреева, И.А. Жуков // Вестник СибГИУ. - 2012. - №1. - С. 23-26.

6. Патент №2342573, РФ, МПК F16H1/48. Самоустанавливающийся планетарный механизм / Сибирский государственный индустриальный университет; Л.Т. Дворников, В.В. Дмитриев, В.С. Бондаренко. - Опубл. в Б.И., 2008. - №36.

7. Патент №2419006, РФ, МПК F16H1/48. Самоустанавливающийся планетарный механизм / Сибирский государственный индустриальный университет; Л.Т. Дворников, В.В. Дмитриев, Я.А. Андреева.

- Опубл. в Б.И., 2011. - №14.

8. Заявка на изобретение №2012112774. Самоустанавливающийся четырехсателлитный планетарный редуктор / Сибирский государственный индустриальный университет; Л.Т. Дворников, С.П. Герасимов, Е.В. Дворникова; приоритет от 02.04.2012г.

□ Авторы статьи:

Андреева Яна Андреевна, старший лаборант каф. теории механизмов и машин и основ конструирования СибГИУ, email: [email protected]

УДК 621.7

Р.А. Анзыряев, Е.Ю. Татаркин

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ ПУАНСОН-СВЕРЛАМИ С РАЗЛИЧНЫМИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ

При пластическом сверлении пуансон-сверлом с конической формой рабочей части [1, 2] преобладающим видом брака является формирование разрывов в зоне выхода инструмента (рис.

1).

Разрывы приводят к разрушению деталей машин в процессе их эксплуатации. Для объяснения причин возникновения разрывов выдвинута гипотеза: разрывы возникают, когда коническая часть инструмента выходит из зоны обработки. В этот момент на стенку втулки действует резко увеличивающаяся радиально направленная сила. Разрывы могут формироваться и при снижении пластичности обрабатываемого металла на этапе формообразования крепежного элемента. Температура на поверхности трения для обеспечения максимального повышения пластичности обрабатываемого металла должна быть выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры перегрева и пережога. Это достигается применением в процессе пластического сверления пуансон-сверла с криволинейной формой рабочей части, позволяющей избежать резкого увеличения радиальной силы в зоне выхода рабочей части инструмента, а также поддерживать оптимальную температуру и

пластичность обрабатываемого материала. Для экспериментальной проверки гипотезы, которая объясняет формирование разрывов металла в крепежном элементе, был изготовлен инструмент с криволинейной формой рабочей части (рис. 2, а).

Пуансон-сверло изготавливалось из цилинд-

Рис.1. Разрывы в теле узла крепления

Жуков Иван Алексеевич, канд. техн.наук, доцент, зам. зав. каф. теории механизмов и машин и основ конструирования СибГИУ, email: [email protected]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.