Исследование и пути повышения динамического качества планетарного цевочного редуктора тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

рг6 од

а 7 МА'А

1 ' акддащя наук беларуси

институт надежности млщн

На правах рукописи

БИРЮКОВ Павел Маратович

яссл 1у';/)вание и пути ловыйш ДИНЛМИ'ШЛЮГО ¡{ачествд планетарного ¡{точного рвдукгорл

Спет:пяьность 01.02.06 - динамика, прочность машин,

приборов и аппаратуры'

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1993

Работа выполнена в Институте надежности машин АН Беларуси

НаучкЫе руководители

Официальные оппоненты

Ведущая организация

Член-корреспондент АНЬ, доктор технических наук, профессор Берестнев О.В.

кандидат технических наук старший научный сотрудник Янкевич Н.Г.

доктор технических наук, профессор Скойбеда А.Т. ;

кандидат технических Наук старший научный сотрудник Дзюнь В.А.

Могилевское производственное объединение "Химволокно" им.В.И.Ленина

Защита состоимся

"28 " 1.ШгЛ

_1993 года в

/4

сов на заседании специализированного совета Д.006.27.01 при Институте надежности машин АН Беларуси (220732, г.Минск, ул.Ско-рины, 12. Институт надежности машин АН Беларуси).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан "¿с

1993 г.

ч

Ученый секретарь _ / _ ,___-—

специализированного совета,

кандидат технических наук, с.н.с. Андрияшин В.А

СБ;-'|ЛЛ ХЛРШЕРИСТШ Р/ЬШЪ'

Среди плавных задач развития современного илинноитроения важнее место занимает обеспечение высокого динамического качества проектируемого изделия. Дингчмическое качество механизма определяется ого способностью к коэбуеденив колеблпи" и переда!очными свойствами, т.о. реакцией деталей и узлов ¡1а внешнее и внутреннее воздействии.

Обьектсм пропедеишги исследования килюется плаиегарныП пеночин"' редуктор (ЩР). Он спроектирован и изготовлен па ослопе иоуедичи 1(41-V , р зацеплении и»ю|юР реализован многопарны" контакт, и обладает рнсокоР нагр$эолгсг способность»» хорошими клееогабар;ггнум« и рцб'роакустическиия характеристиками. Исслс-дуеим" 1ЩР работает и составе привода |;енг]«й|уги непрерывного дегствия технологически'" линии как силовая передача, к надежности и долговечности которой пргдьяплшгея высокие требовать;. Динамические пронесен, возникающие при эксплуатации механизма на рабочих рь.кпмах, существенно сшгкакт надежность привода. Поэтому исследование динамического качества ЯЦР с опенки!' его иоа-мо/кных резонансных зон п разработка рекомендаций по их исключению из области рабочих режимов имеют важное практическое знече-ние.

Несмотря на несомненные успехи, уже достигнутые с области анализа геометрии и кинематики 1ЩР, вопросы их динамики пока мало исследованы. Существующие методы оценки динамических характеристик планетарных механизмов с эвольвентным зубчатым зацеплением, изготовленных по схемам £К-Н и ЗК, без учета особенностей конструкции 11ЦР применять нецелесообразно, поскольку это приводит к существенном погрешностям расчета. Специфика ие следуемых 1ЩР связана, преэде всего, с особенностями конструктивной К-Н-У схсш и миогопарнэстью цевочного зацепления в трохоидноР передаче. Поэтому исследовании динамического качества ПНР обладают несомненно? научно? новизной. Л все более широкое применение передач этого типа в технологических комплексах подтверждает практическую полезность работы в этом направлении.

Цель работы - теоретическое и экспериментальное исследова-, ние динамического качества планетарного цевочного К-Н-У редук-

хора и разработка практических рекомендаций по его улучшению.

»'в т оды и с с л ед э в а н и н. Научные результаты диссертационно'"1 •работы получены на основании динамического и математического моделирован ял с использоианием дифференциальных уравнений движения, методов линейной алгебры, прикладной теории колебаний, численных методов решения задач на ЭВЛ. Полученные расчетные данные проверены я подтверждены экспериментальными исследованиями виброактивюсги, проведенными на образцах 11ЦР с использованием современной- измерительной и контрольно-регистрируэдиР аппаратуры .

Научная новизна. В ходе выполнен»я работы выявлено, научно обосновано и экспериментально подтверждено наличие в исследуемых передачах, кроме крутильно-поперечннх, продольно-поворотных колебани", возникновение которых связано с особенностями конструкции и силового нагруження ¿злов рыполненных по схеми ¡¿-II-V . Ир» этом установлено, что продольно-поворотные колебания по амплитудному ¿ровню превышай г крутильно-лоперечные в области низких и средних частот (до 500 Гц).

Разработана расчетная методика опенки динамического качества ПЦР с прогнозированием мест повышенной виброакт »юности, саз-даны его механическая, динамическая и математическая модели, учитывающие наличие кругильно-псперзч>и.ч н продольно-поворотных колебаний;.

Предложено при проведении динамических расчетов планетарных механизмов сложние плоскопараллельное движение сателлита представлять последовательностью элементарных поворотов вокруг мгновенных центров вращения, что упрощает проведение математического моделирования процесса колебаний и повышает точность расчета.

Практическая ценность и реализация результатов исследования . Практическая ценность результатов диссертационной работы состоит в представляемой возможности на стадии проектирования ГЩР управлять их динамическим качеством, достигаемый при этом вывод работы механизма из резонансных зон осуществляется за счет подбора рациональных с точки зрения динамического качества значений! упруго-инерционных, кинематических и эксплуатационных параметров ИГР. Зто позволяет уже на стадии проектирования меха-

ннзма обеспечить его надежность н требуемые динамические свойства.

Разработанная расчетная методика оценки динамического качества ПЦР дает возможность также прогнозировать места, повышенной пиброактквности и успешно регаать вопросы вибродиагностики механизма. Результаты, полученные при вибродиагностике ПЦР на этапе проектирования и доводки конструкции, способствуют сокращению затрат времени на конструкторскую доработку-и служат основой совершенствования механизма для обеспечения надежности и долговечности.

Результаты исследования реализованы при проектировании и изготовлении ПЦР для №0 "Химволокно", а также при разработке методики яибродиагностикн приводов этого типа.

Апробация.работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции "Повышение технического уровня, надежности и долговечности машин" (г.Минск, 2990 г.), на Всесоюзном семинаре "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики" (г.Суздаль, 1992 г.), на научных семинарах ИЦЦЫАШ АНБ (г.Минск, 1993 г.).

Публикации. Основное содержание работы отражено в брошюре, изобретении, двух статьях и тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 116 наименований, приложения и содержит III страниц машинописного текста, 36 рисунков, 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении о<?снована актуальность теш, приведены краткая характеристика работы, названы основные теоретические положения, практические приложения и результаты внедрения.

В первой главе проведен анализ работ по расчету.и конструированию ПЦР. Кинематическая схема исследуемого механизма представлена на рис.1. Редуктор, разработанный на основе трохоидноЙ передачи по схеьэ H-H-V , обычно включает несколько планетар-

них рядов, каждый из которых содержит: диаыетралыю смещенные' сателлиты (звено а), установленные с возможностью поворота на эксцентрике ведущего вала (звено Н), неподвижный ошшикл (звено в), представляющий собой обойму с равномерно расположенными по окружности цевками и фланец ведомого вала с механизмом параллельных кривошипов (звено V/ ). -

Анализ известных работ по расчету ПЦР показал, что в настоящее время геометрия и кинематика редуктора исследованы довольно глубоко. Разработаны мзгодики расчета и выбора рациональных, по условиям контактной прочности, геометрических параметров передачи, определена нагруженлость ее элементов с убегом их податливости и погрешностей изготовления и сборки, предложены методы формообразования профиля сателлита. В то же время, динамика ДЦР изучена мало, в этом направлении сделаны только первые иаги. Разработана динамическая модель крутильных колебаний в песочном зацеплении без учета влияния других узлов механизма и наличия поперечных и осевых колебаний. Получены зависимости, позволяющие определить жесткостные характеристики отдельных пар трохоидной передачи.

тттттгп

Рмс.1. Кинематическая схема К-Н-У планетарного невочного редуктора.

Ближайшим аналогом ПЦР является планетарный механизм с эвольвентныы зацеплением. Проведен критический анализ теорети ческих и экспериментальных работ по динамике зубчатых передач

т

V/

и механизмов.

Широкий круг вопросов по статике И динамике планетарных зубчатых механизмов рассмотрен в работах Э.Л.Айрапетова.В.Л.Вей-ца, М.Д.Генкина и др. Если на первых этапах исследования проводились па чисто крутильной схеме, то в дальнейшем изучение динамики велось с учетом упругих деформаций зубьев, повышенной податливости ободьев и плавающей подлески централью« колес. В настоящее время динамика планетарных механизмов 2К-11 и ЗК исследуется на основе рассмотрения колебаний всей механической системы (от двигателя до нагружающего устройства). Динамическая модель представляется и веде многомассовой системы, н которой учитываются как крутильные, так и поперечные колебания сателлитов.

Вместе с тем, для ЩР нецелесообразно применение без внесения уточнений известных методик оценки динамического качества планетарных механизмов 2К-11 и ЗК. Это связано с его качественно новыми особенностями, которые механизм приобретает от использования конструктивной схемы 1С—11— V , и особенно многопарности зубчато-цевочного зацепления.

На основании проведенного анализа поставлены следующие задачи исследования:

1) разработать физические и математические модели динамических процессов в ЩР, исследовать их на ЭВМ и при непосредственных испытаниях образцов приводов ;

2) создать расчетную методику оценки динамического качества механизма с прогнозированием мест повышенной виброактивности ;

3) провести экспериментальную проверку предложенных методик и разработать рекомендации по улучшению динамического качества исследуемых редукторов.

Во второй главе разработан методический подход к построению расчетной динамической модели ЩР схемы К-Н-У (рис.2) с учетом наличия крутильно-поперечных и продольно-поворотных колебаний . Он включает анализ кинематических особенностей ЩР ; определение причин и источников возбуждения колебаний ; построе- ■ ние механической и динамической моделей с оценкой инерционных и упругих характеристик ее элементов.

При составлении динамической модели были приняты следующие допущения и предпосылки: система рассматривалась как линейная ;

инерционные свойства Механической систеш отображались сосредоточенными массами в определенных точках ; массы соединены без-

Рчс.2. Расчетная динамическая модель крутильно-попереч-ных (а) ц продольно-поворотных (б) колебаний ПцР.

Выявлены и изучеьы причины возникновения колебаний в механизме. Они связаны с силовым возбуждением вибраций от неуравно- ' вешенных центробежных сил инерции и усилий в контакте, а также кинематическим возбуждением в цевочном зацеплении и механизме параллельных кривошипов. На основании анализа особенностей конструктивной и силовой схем ПЦР установлено, что в передаче имеют место, кроме крутильио-поперечных колебаний, смещения сателлитов и эксцентрика вдоль центральной оси редуктора, вызываемые неуравновешенными радиальными нагрузками (рис.3). Это приводит к появ-г лению продольно-поворотных колебаний в ПЦР.

Установлено также, что возбуждение колебаний в ПЦР из-за изменения жесткости передачи по фазе зацепления незначительно. Это связано с тем, что упругие характеристики многопарного цевочного. зацепления изменяются не более чем на 2-5^ при пересо-. прякении зубьев. х

Определены.упруго-инерционные и демпфирующие характеристики элементов динамической модели ПЦР. Жесткостныё параметры мно-

гопарного контакта, представленного в виде схемы с параллельным соединением упругих элементов, оценены как интегральные величины.

а)

5)

Рмс.З. Продольно-поворотные колебания узла эксцентрик с сателлитами" ПЦР

а) исходное положение ; _

б) оксцентргк повернут на 160и относительно исходного положения.

В третьей главе предложена методика оценки динамического качества планетарного цепочного редуктора на стадии его проектирования, которая включает:

- создание математическое модели процесса колебаний в ПЦР схемы К-Н- V ;

- аналитическое определение спектров собственных и вынужденных частот и форм колебаний с последующим их анализом ;

- оценку возможных резонансных зон механизма по частотной диаграмме ;

- разложение дискретных составляющих спектра собственных частот по элементам динамической модели и узлам механизма ;

- исследование динамики ПЦР с помощью передаточной функции.

Известные методы динамических расчетов планетарных механизмов изначально допускают значительные погрешности при проектных расчетах в связи с представлением движения сателлита в виде относительного перемещения - вращения вокруг его центра масс 0 , или двух составных движений: переносного поступательного, определяемого смещением центра масс 0 сателлита, и относительного вращательного вокруг этого центра {рис.4). В первом случае планетарный редуктор рассматривается как обычный зубчатый механизм, что искажает кинематическую схему передачи. При представлении

перемещения сателлита в виде суммы переносного и относительного движений возникают трудности в связи с необходимостью выделения составляющих жесткостей зацепления и, соответственно, потенциальных энергий для каждого из этих двух движений при составлении уравнений движения звеньев механизма.

Предложено при проведении математического моделирования динамических процессов в планетарных механизмах сложное плоскопараллельное движение сателлита представлять последовательностью {элементарных поворотов вокруг мгновенных центров вращения N (см.рис.4), которые для трохоидной передачи расположены на расстоянии = ( А - эксцентриситет передачи, £2 - число зубьев сателлита) от геометрической оси сателлита. Перемещение его описывается одной независимой обобщенной координатой -углом поворота относительно точки N . При этом методически упрощается составление уравнений движения звеньев ПЦР и повышается точность расчета, так как отпадает необходимость разделения жесткости зацепления, потенциальной и кинетической энергии сателлита на две составляющие: для его переносного и относительного движений.

Рчс.4. Сложное плоскопараллельное перемещение сателлчта.

¿^тематическая модель свободных колебаний исследуемого ПЦР разработана на основании его динамической модели и уравнений Лпграэда 2-го рода движения элементов передачи. Выражения его .кинетической и потенциальной энергий имеют вид:

¿4 !,

11 = I (* 1С£ ^о-^-'л/л

*с' | + Огй);

где , - угловое отклонение и скорость г -го элемен-

та от положен;;!! ратпоесип при вряшптелыюы движении ;

С; ~ момент инерции и крутильная жесткость ( -го учэстг.а динамической модели;

(1,1). ¿1, ¿\ - геометрические параметры ПЦР. Подставив .и в уравнения Лагрантл 2-го рода, получим систему уравнений сг.ободних колебаний звеньев ПЦР схемы К-Н-V без учета диссипации энергии:

32 р - с; -ф2) »С3 (,р2- ^)

^ й - ^ - #) -Ь+

+ -Л А~ ^

Ъ Ь' с1' + ^ Г^-^}=О,

7 " $

J9 А ~ V ¿г ^ - ^

О м.тгс ктгической модели учитываются крутильные колебания поех масс относитзльно собственных осей, поперечные сателлитов >.;\ !■;; опорах к продольно-поиоротнч'е снеденкя узла "эксцентрик п сгл'<-'«лк7омнп вдоль центральной оси редуктора. „

По специально разработанной программе ,,/)ШАМ СУ СЮ на 0В!Д рассчитан спектр собственных частот и форм колебании. Установлено, что разработанная математическая модель оОяодаит устойчивость» к случайному разбросу глерцпопно-хесткоетных иарп-г.отров, связанному с погрешностями их расчета, изготовления и сборки деталей. Так» при п?личине разброса подотлииосгсР упруги* учясткор р'ючетг;)"■ динпкичесгоР модели в пределах относи гелг.ное исмонсинс; чкагот спектра в средне*' состав »лс !!•::'.;г: из киясьлтики гминьез ПЦР аналитически определены гину;:.-деиные частот!,!. На основании результатов расчета с цолыи оценки зозп'жнух резонансних зон работы механизма построена его частотная ди'дграк.ла (рис .13).

По графике в зависимости от скорости вращения "входного вила редуктора (-0 изображали: частоты свободных и гштк-денних. колебатг'1: оборотная , зубцоиые и Jк вид'"' ргриховкх вертикальных прямых показаны границы рабочего диапазона скоростей .

В

СО'¡0г, рад/с

Г»с.О. Чпстотная диаграмма ПДР.

iia частотно." дичгрпмч« области ноакс.:шых резонансных зон нсо.еннома находятся в мостах пересечения линиП собственных и тч<у/;деннь:х частот. Уствмовлсио, что эти области при эксплуатации иеслрдуекогэ ЩР о рабочем диапазоне скоросте" приходятся ка след>?л!кс "астотн; j - 4*30 Гц в злил'сде"станл 5-оП собстяенноЯ частот с 1-ой гармоникой зубиопой Jz (точка А) ; J- «

- y:jO ¡ц - б-oî* собственней частоты Jcf, с I—ofî и 2-е fi Х'армони-.чами соотн«стнешю fz и j-y (точка L).

Ирооодено разложение (цдсмги^ет«ация) дискретных составляющих cîK-Kipi собот'-ггикх частот 1ЩР по элементам сто динамической подели. Цель стого стана состон: в определении степени влияния вчу гр-п::н:с (;черционно~у.есткос:тнн;<) параметров редуктора на его дено'-нчоекпо еео^етрс.. ГЛ.чод рмле-хт'пя спектра собственных частот' Jcl на состапл'т:<;:;г,е пключаит многошаговое варьирование на СШ значениями упрухо-инерпиэикых характеристик детале" и структур!а.-: 1 составом модели. D результате анализа установлено, ч ."о на резонаненне частоты паи,более сильно члигвт следующие параметры дннг.'.чге^скоп тделп: для J ~ 4СО Гц - Jj , Pj , В g ;

для J ■= г.т - „7,, , е,( , eg .

Ркполнеио исследование динамики редуктора с помощью переда-то'-ноР' функции. Эта характеристика динамического качества ПЦР используется для анализа его работы в различных частотных диапазонах. Она является показателем реакции системы на входное воздействие п заокыжости от упруго-инерционных и демпфирующих характеристик деталей. Преобразовав систему дифференциальных уравнений двшениг зпеньео ПЦР по Лапласу и приведя к операторному виду, получено внрат.енпе для передаточной функции U. (jeu) с учетом допущения о линейности процессов в механизме.

Передаточная функция системы имеет вид:

lL(Jcj) = (-ù>2[J]*jb>[B] + [Cj)~\

еде [3] , [3] и LC] - матрицы соответственно моментов инерции, кооОНлщиснгов сопротивления и яесткостеК элементов систеш ;

СО - частота колебании ;

j - мнимая единица, VJ = -I.

Проведено моделирование на ЭВМ но расчетной программе „ W-FUMC процесса нагруяения исследуемого ПЦР единичными • Пл'опн.'.'ни воздействиями для диапазона частот до 2 кГц. Динаиичес-

кос нагружение трохоидноИ передачи связано с неточностями изготовления и монтажа цевочного зацепления, действием неуравновешенного изгибающего момента в узле "эксцентрик с сателлитами1,' неравномерности крутящего момента на выходном валу. Б результате выявлен ряд частотных зон вблизи значений собственных частот исследуемого ПЦР (рис.6), п пределах которых наблодаются экстремумы модуля передаточной 4ункД11« .

Р четвертой главе приведены методика кепитанкй и результаты экспериментальных исследований виброакустической активности исследуемых ПЦР. Испытания редуктора проводились в условиях, приближенных к эксплуатационным, на универсальном стенде с разомкнутым силовым контуром, в широком диапазоне скоростей и нагрузок. Для замера параметров вибрации и шума использовался комплекс современной вибро- и шумоизмерительной аппаратуры производства фирм „Bzu.eE (5 К/¿ее (Дания) и Я^Т (Германия). Измерительные вибродатчики были установлены на корпусе ПЦР в местах с наибольшей концентрацией силовых линий виброполя, в непосредственной близости от наиболее виброактивных уалов: области цевочного зацепления, около опор входного и выходного валов. Оси датчиков были сориентированы в тангенциальном, радиальном и осевом направлениях редуктора для измерения кругильно-поперечных я продольно-поворотных колебаний. На каждом из нагрузочных и скоростных режимов проведен узкополосный спектральный анализ вибрации ПЦР по дейст-

вутацим значениям виброускорениА в диапазоне частот 20...10000Гц.

Анализ полученных результатов экспериментальных исследований виброактивности ПЦР позволил установить преобладание в спектре вибрации пс аьтлитуднену уровню (п области низких и средних частот до 500 Гц) осскых (продольно-поворотных) колебаний, которые Ьренивдпт крутильно-поперочиио. в тангенциальном направлении э среднем на Л. . .5 дБ, а 1> учдиалыюм - на В.. .10 дБ (рис. 7).

5, дБ

80-

70

60

i*W\

р"с.7. Граф*« ог-^бапц-'х пмплятуд В','браускорен"й,, u)t ~ 250 ррд/с, Тг = 40011-м: i - продольно-поворотные колебпи"я ; 2 м 3 - кру-т"льно-поперечные.

Определен реальный спектр собственных частот исследуемого ПЦР. Сопоставичольнн:' анализ расчетных и экспериментальных значений частот показал их удовлетворительную сходность. Среднее значение относительно"' погрешности расчета составило 12%, что допустимо при исследованиях динамических систем в инженерной практике. Экспериментально подтверждена возможность появления резонансных состояний механизма в пределах J = '330... 460 Гц и

- 750...600 Гц при эксплуатации на рабочих режимах.

Таким образом, экспериментально иодтпер'едена адекватность динамическо* и матемагическо" моделей колебаний элементов ПцР реальный процессам, про исход,пцим в механической системе при эксплуатации на рабочих режимах.

В пятой глазе рассмотрены вопроси управления динамическим качеством ПЦР на этапе проектирования путем подбора рациональных значений упруго-инерционных и кинематических параметров. В ре-

зультате проведения теоретических и экспериментальных исследований динамического качества ПЦР были выявлены резонансные зоны работы механизма ( J= 430 Гц и 800 Гц), которые приво-

дят к повышению виброактивности и динамической нагруженности деталей Механической системы. Для недопущения резонанса собственную и вынужденную частоты следует "развести" таким образом, чтобы отношение их значений -находилось в пределах: jsljc с О,В или > Это иожет быть достигнуто путем подбора ра-

циональных с точки зрения динамического качества значений упруго-инерционных параметров модели, определяющих резонансную частоту (для J = 430 Гц - J3 , е3 , Q3 , для / - 800 Гц -Зд , fy , ), или выбором кинематических (число зубьев са-таллита , пальцев механизма параллельных кривошипов Кп )

и эксплуатационных (скоростной режим) характеристик.

Выбор рациональных значений параметров исследуемого ЩР осуществлялся на основании частотной диаграммы с использованием ЭВМ. Установлено, что отстройку от резонанса целесообразно проводить путем вывода частотных резонансных зон за нижнюю границу рабочего режима эксплуатации. Это достигается путем уменьшения значений собственных частот jes ~ 430 Гц и j¿>6 = 800 Гц, либо увеличения значений вынужденных и J¡¿ .

для уменьшения значений собственных частот необходимо увеличить определяющие их моменты инерции J и податливости G динамической модели. Вместе с тем, увеличение значений моментов инерции нежелательно, поскольку это приводит к повышению веса и размеров конструкции ПЦР. Поэтому основным путем уменьшения значений собственных частот выбрано изменение упругих характеристик. Результаты, расчетов по .выбору рациональных значений параметров ПЦР приведены в таблице I.

Таблица I

Области рациональных значений параметров ПЦР

а -0.46.I0-4 или 1 0,34-10-4

3 1 = 0,76-I0-J

V 0,3-10-4 1№1 0,43.10-6

, А . les= 0,95-10-'

Упругие, Н -м

1С

Продолжение таблицы I

— - ' —.....[ Кинематические | I --------т--- - 28...32

Ял •=14... 16

Эксплуатационные,I рад/с I ы, = 260 1 20

Проведена вибродиагностика ПЦР на стадии проектирования и доводки конструкции. В результате замера и. анализа вибраций в информативных точках ЩР установлено, что повышенная виброактивность в отдельных местах конструкции является следствием резонанса. Теоретически и экспериментально выявлены частотные, резонансные зоны: / = 430...460 Гц и / = 750...800 Гц, возникающие при эксплуатации ЩР на рабочих режимах. В результате совместного анализа форм свободных колебаний, частотной диаграммы и передаточной функции 11 (¿со) выявлены участки системы ЛЦР с ожидаемой повышенной виброактивностью. Установлено, что такими деталями являются эксцентрик ( ) и сателлиты ( Зц , ^ )* совершающие одновременно крутильные и продольно-поворотные колебания.

В ходе эксплуатационных наблюдений установлено, что "слабым" звеном ЛЦР, лимитирующим его работоспособность, служит подшипниковый узел сателлитов. Причиной его выхода из строя является усталостное повреждение Материала. Оно проявляется в виде выкрашиваний материала дорожек и тел качения и происходит из-за больших действующих нагрузок и скоростей и высокой внброактив-ности рядом расположенных деталей: эксцентрика и сателлитов.

Таким образом, полученные результаты вибродиагностики ПЦР способствуют сокращении затрат времени на конструкторскую доработку и служат основой совершенствования конструкции для обеспечения надежности и долговечности.

В приложениях приведены программы расчетов спектра собствен-^ них частот и форм колебаний, передаточной функции ПЦР, акт внедрения результатов работы в производство.

ОБЩИЕ ВЫЗОДН

1. Установлены основные возбудители вибрации в ЛЦР схемы Н-Н-У- , которыми являются неуравновешенные центробежные силы инерции и переменные составляющие усилив в контакте, вызываемые преимущественно кинематическим возбуждением в цепочном зацеплении и механизме параллельных кривошипов вследствие погрешностей их изготовления и упругих деформаций.

Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено наличие в 'передаче, кроме крутильно-поперечных, также продольно-поворотных колебаний узла "эксцентрик с сателлитами", возникновение которых связано с конструктивными особенностями механизма.

2. Разработана методика оценки динамического качества ПЦР на стадии проектирования, которая вклпчает моделирование динамических процессов в механизме, аналитическое определение спектров собственных и вынужденных частот и форм колебаний с разложением дискретных составляющих по элементам динамической 'модели и узлам ПЦР* выявление возможных резонансных режимов и исследование динамики ПЦР с помощью передаточной функции.

Предложенная методика позволяет прогнозировать места повышенной виброактивносту, управлять динамическим качеством ПЦР на стадии.проектирования, а также успешно решать вопросы вибродиаг- . ностики механизма.

3. Созданы динамическая VI математическая модели, учитывающие наличие крутильно-поперечных и продольно-поворотных колебаний в исследуемой системе ПЦР. С целью упрощения процедуры составления уравнений движения звеньев системы и повышения точности расчетов предложено при проведении динамических расчетов планетарных механизмов сложное плоскопараллельное движение сателлита представлять последовательностью элементарных поворотов вокруг мгновенных центров вращения.

4. На основании математической модели по программе „ 01N А М СУС10 аналитически рассчитан спектр собственных частот и форм колебаний ПЦР. Установлено, что модель обладает устойчивостью к случайному разбросу инерционно-жесгкостных параметров, связанному с погрешностями расчета, изготовления и сборки деталей. При величине разброса податливостей упругих участков динамической модели в пределах -20% относительное изменение частот спектра в

среднем составило 6-7$.

5. Установлена возможность возникновения резонансных зон в области частот: £ - 430...460 Гц и $ ~ ООО...930 Гц при эксплуатации исследуемого ГЩР на рабочих режимах. Проведено разложение дискретных составляющих спектра собственных частот ПЦР по элементам его динамической модели. Определены наиболее сильно пцнкщив упруго-инерционные параметры на возможные резонансные частоты: для / = 460 Гц - Jx , Р, , ва ; для / =■ 930 Гц -

7 е, Р

6. В результате стендовых экспериментальных исследований виброакустичсской активности ПЦР подтверждена адекватность динамической и математической моделей колебании звеньев механизма реальным процессам, происходящим в системе при эксплуатации на рабочих ре;ш.тах.

Подтверждено наличке в ПЦР продольно-поворотных (ссзвих) колебаний, которые по амплитудному уровню в области низких и средних частот (до 500 Гц) превышают крутильно-поперечные колебания в тангенциальном направлении в среднем на 4...5 дБ, а в радиальном - на 8...10 дБ.

Определен реальный спектр собственных частот исследуемого ПЦР. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений частот показало кх удовлетворительную сходимость. Среднее значение относительной погрешности расчета составило 12$, что вполне допустимо при исследованиях динамических систем в инженерной практике.

7. Разработаны практические рекомендации по улучшению динамического качества ПЦР. С целью выхода из возможных резонансных зон работы определены области рациональных значений упруго-инерционных и кинематических параметров деталей ПЦР, а также приемлемых режимов эксплуатации.

8. Проведена вибродиагностика ПЦР на стадии проектирования и доводки конструкции. В результате совместного анализа форм свободных колебаний, частотной диаграммы и передаточной функции выявлены наиболее вибрсокгивные и резошшсоопасные узлы мехвниз-. ма. Установлено, что наиболее пиброционно нагруженными деталями являются эксцентрик ( З3 ) и сателлиты ( Зц , 3$ ), совершающие одновременно крутильные и продольно-поворотные колебания. В ходе эксплуатационных наблюдений за приводами исследуемого типа подтверждены выводы вибрационной диагностики и установлено, что

"слабым" зээном 11ЦР схемы К-Н- V , лимитирующим его работоспособность по критерию контактной выносливости, слукит подшипниковый, yaeji сателлитов. Ограбатываотся рекомендации по повышению его работоспособности и ресурса совершенствованием методов химико-термической обработки.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

рчОогвх:

1. Берестнеы О.В., Бирюков ПЛ., Янкевич Н.Г. Методика оценки динамического качества планетарного цевочного редуктора. - Минск: ВДШИ АНБ. 1992 - 54 с.

2. Беростнев О.Б., Бирюков П.Ii., Янкевич Н.Г. Анализ динамики планетарного Цевочного редуктора // Весц1 АПБ. Сер.ф1з.-тохн.навук, 1992, № 3. С.41-47.

3. Берестнев O.D., Бирюков П.М., Янкевич Н.Г. Исследование и оценка динамического качества планетарного цевочного редуктора // üccnl AHB. Сер.ф1з.-тэхн.навук, 1993, № 1.*С.49-53.

4. Бирюков U.M., Янкевич Н.Г. Методика виброакустической диагностики привода оборудования с планетарным цевочным редуктором систем энергетики // Методы диагностики состояния оборудования систем энергетики при эксплуатации: Тез.докл. - Иваново: ИЭИ. 1993.

5. Стенд для испытания зубчатых передач ./ Пол.решение от 0.05.92 по заявке П 421/28 (038691). - Ü.M.Бирюков, М.П.Бирюков, Л.В.Короткевич, К.Т.Беляк.

Соискатель

Бирюков П.М.