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

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.

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]