Разработка усовершенствованной силовой одноволновой зубчатой передачи для приводов металлургических машин

ВЕСТНИК

ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Вып.№8

1999г

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 621.833.002.5

Маргулис М.В.Х. Суханов Д.В. "

РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ СИЛОВОЙ ОДНОВОЛНОВОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ПРИВОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН

На основе анализа требований к приводам металлургических машин разработана новая конструкция одноволновой зубчатой передачи, позволяющая существенно улучшить технико-экономические показатели этих приводов. Приведена ее принципиальная кинематическая схема.

Ддя традиционных приводов основного оборудования металлургических машин (миксеров. конвертеров, прокатных станов) характерны следующие: особенности:

- передача больших мощностей (в пределах ~ 400-2000 кВт) о существенными динамическими нагрузками;

- знакопеременные циклические нагрузки на приводы, сопровождаемые значительными перегрузками при пуске и топможении в процессе работы, которые: могут привести к разрушению привода и аварийным ситуациям, опасным для жизни людей, а также к большим материальным потерям;

- большие удельные материале- и энергоемкости:

- высокие требования по надежности и долговечности.

Перечисленные особенности вынуждают разработчиков металлургического оборудования устанавливать высокие коэффициенты запасов прочности (свыше двух единиц) при разработках передаточных механизмов приводов, что приводит к завышению их массы, а также увеличивает соответственно нагрузки на базовые конструкции и масс)' последних. Это приводит к многократному увеличению материальных затрат в целом.

Одним из направлений дальнейшего совершенствования металлургического оборудования является совершенствование приводов, включающих двигатель и передаточный механизм. Это объясняется тем, что привод в значительной мере оказывает влияние на все технико-экономические показатели любой машины Совершенствование приводов машин возможно как за счет применения более экономичных высокооборстных двигателей, так и благодаря использованию передаточных механизмов, включающих прогрессивные виды передач, таких как волновые, планетарные и другие [1].

Волновые передачи позволяют существенно снизить массу, габаритные размеры и динамику привода при достаточно высоком уровне КПД и надежность) в работе [1]. В настоящее время созданы работоспособные приводы с двухволновыми передачами, способными передавать большие крутящие моменты порядка Твых = 80.. 3000 кН м. при этом передаточное число в одной ступени может находиться в пределах и = 30....500 [2, 5]. Масса этих приводов в 2 - 2.5 раза меньше, чем у аналогичных приводов с неволновыми передачами.

Разработка новых конструкций приводов ориентирована на решение следующих задач.

1. устранение избыточных связей в передаточном механизме и повышение КПД;

2. создание технологичных деталей и узлов;

1 111 ТУ, д-р техн. наук, проф.

2 ГТГТУ, аспирант.

3. повышение ресурса и надежности в работе;

4. снижение материалоемкости, габаритных размеров и себестоимости изготовления приводов.

Учитывая, что одноволновые передачи более компактны и менее металлоемки из-за вдвое большего передаточного отношения в одной ступени, чем у двухволновых передач, нами была разработана оригинальная конструкция высокомомеетиой одноволновой передачи Твых=150 кНм, и = 371. Ранее высокомоментные одноволновые передачи не создавались из-за силовой неуравновешенности генератора волн, так как радиальные силы действуют на него односторонне, а не двухсторонне (симметрично) как в двухволновой передаче Это вызывало высокую виброактивность, ограничивало их надежность и величины передаваемых крутящих моментов. Разработанная одноволновая передача позволяет устранить указанные недостатки и обеспечивает передачу больших крутящих моментов при отсутствии избыточных связей, а также обеспечивает требуемую надежность.

На рисунке изображена принципиальная схема одноволн овой зубчатой передачи

с однодисковым генератором волн. Входной вал 2 соединен с генератором: волн 7 с помощью муфты 1. Жесткое колесо 4 закреплено в корпусе 3. Выходной вал 6 соединен с; гибким колесом 5.

Разработанный образец такой передачи состоит из технологичных деталей. Корпус редуктора имеет удобные поверхности для базирования и закрепления, является достаточно жесткой деталью, что позволяет при сто изготовлении применять высокоскоростную автоматическую обработку на станках с ЧПУ. Все базовые поверхности корпуса соосны, обрабатываются с одной установки, что положительно влияет на точность и себестоимость его изготовления.

Анализ изгибной и крутильной жестокостей ОВЗП с использованием работ [3,4] показал, что в новой конструкции они существенно выше, чем у ВЗП аналогичных эксплуатационных параметров других конструктивных исполнений основных звеньев (генератора волн, гибкого и жёсткого колес). Эти характеристики ВЗП прямо связаны с надёжностью, так как одна из причин сбоев в работе привода есть так называемый "проскок" зубьев гибкого колеса под нагрузкой. Кроме того, в ней решён вопрос силового уравновешивания генератора волн, минимизирующий динамические нагрузки.

В новой, запатентованной авторами, конструкции ОВЗП использованы самоустанавливающиеся узлы, позволяющие снижать точностные требования к сборке и эксплуатации. Применение в передаче однодискового генератора волн позволяет упростить его конструкцию, уменьшить массу, осевые размеры и сохранить известные преимущества дисковых генераторов: малый приведенный момент инерции на входном валу передачи и возможность простой балансировки вращающихся групп масс. Благодаря новому конструктивному решению ОВЗП силовой поток в приводе замыкается на жёстком колесе, стакане корпуса и посредством гибкого колеса передается на выходной вал. Это позволяет в 3 - 4 раза снизить массу корпуса передачи - наиболее массивной детали передачи. В настоящее время изготавливается опытно-промышленный образец такой передачи, который в содружестве с концерном "АЗОВМАШ" будет исследован на работоспособность в режимах работы конвертеров.

Рис. 1 -Принципиальная схема одноволновой зубчатой передачи: 1-зубчатая муфта; 2-входной вал, 3-корпус, 4-жест-кое колесо; 5-гибкое колесо; 6-выходной вал; 7-од нод исковы й генератор волн.

Выводы

Разработана новая высокоэффективная конструкция ОВЗП для приводов металлургических машин, не имеющая избыточных связей, что существенно снижает точностные требования для ее изготовления, а также за счет значительного увеличения жесткости узла, воспринимающею рабочие нагрузки, снижена масса корпуса в несколько раз, что соответственно снижает себестоимость изготовления такой передачи.

Перечень ссылок

1. Маргулис М. В. Снижение материалоёмкости машин - К.: О-в о Знание УССР, 1985.-32 с. - (Серия VIII Новое в науке, технике, производстве; № 24).

2. Волков Д.П., Крайнев А.Ф., Маргулис М.В. Волновые зубчатые передачи. - К.: Техника, 1976-222 с.

3. Маргулис М.В., Волков Д.11. Методика расчета радиальной жесткости корпуса высокомомент-ной крупногабаритной волновой зубчатой передачи /УВестн. машиностроения. -1984. - № 10. -С. 11-14.

4. Маргулис М.В., Волков Д.11. Расчет крутильной жесткости си ловой волновой зубчатой передачи с дисковым генератором //Вестн. машиностроения. - 1987. - № 6. - С. 17-20.

5. Маргулис М.В., Сойбельман И.В. Разработка силового передаточного механизма с волновой роликовой передачей //Вести. Приазов. гос. техн. ун-та: Сб. науч. тр.- Мариуполь, 1995,- Вып. № 1. С.115-118.

Суханов Дмитрий Валентинович. Аспирант окончил Г1ГТУ в 1996 году. Основное направление научных исследований - разработка и создание приводов механизмов металлургических машин.

Маргулис Михаил Владимирович. Д-р техн. наук, проф. Окончил ЛГТУ в 1960 году. Основное направление научных исследований - разработка и создание высокоэкономичных приводных устройств машин широкого диапазона.