Моделирование взаимодействия звеньев волновых зубчатых передач

Решетневскце чтения

УДК 621.833.16

В. И. Усаков, Р. С. Лукин, В. Д. Вавилов Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗВЕНЬЕВ ВОЛНОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Рассмотрено моделирование контактного взаимодействия зубьев волновой зубчатой передачи. Показано влияние разности коэффициентов смещения и степени модификации профиля волнообразователя на величину контактного давления и характер кромочного взаимодействия зубьев.

Актуальной задачей при проектировании необслуживаемых механизмов приводов космических аппаратов является обеспечение заданного срока службы. Данная задача представляется одной из наиболее приоритетных в совокупности с задачей обеспечения минимальной массы и габаритов. Одними из основных элементов необслуживаемых волновых зубчатых передач (ВЗП), подверженных сильному износу, являются зубья гибкого колеса, а также дорожки качения гибкого подшипника.

Существует ряд известных и реализованных конструктивных методов по повышению ресурса внутреннего колеса гибкого подшипника, в частности обеспечение его относительного поворота для более равномерного износа за счет ввода дополнительного ряда тел качения.

Рассмотрены аспекты по управлению характером взаимодействия зубьев, применимые для ВЗП с коротким гибким колесом (ГК), где контакт ГК происходит одновременно с жестким колесом (ЖК) и зубчатой полумуфтой (ПМ).

Повреждение рабочих поверхностей зубьев является следствием сильного приработочного износа с образованием большого количества продуктов износа, работающих как абразив и приводящих к загустева-нию смазки. При этом чем меньше модуль передачи, тем более передача склонна к повреждениям, возникающим вследствие налипания части продуктов износа на рабочую поверхность зубьев. Данное обстоятельство обусловлено совокупностью нескольких факторов, в частности кромочным взаимодействием вершин зубьев, выбором материалов, смазки [1].

Решение задачи выбора материалов, нанесению приработочных покрытий и смазки для трущихся поверхностей, работающих в безатмосферной среде, подробно рассмотрено в работе [2]. Однако для волновых передач методика по выбору конструктивных параметров передачи для обеспечения заданного контактного взаимодействия в явном виде отсутствует. На данном этапе предлагается решать частную задачу по исследованию контактного взаимодействия зубьев передачи с целью определения характера этого взаимодействия.

Формулируя задачу выбора коэффициентов смещения как обеспечение заданных изгибных, знакопеременных напряжений в зоне впадины зуба, обеспе-

чение равенства зазоров в передачах ГК и ЖК, ГК и ПМ, а также обеспечение минимальной разницы угла между профилями зубьев в точках кромочного контакта в зоне входа в зацепления, можно говорить о достаточной выносливости зуба. Используя морфологический подход для формирования конечно-элементных моделей ВЗП с варьируемыми коэффициентами смещения ЖК и полумуфты при заданных коэффициентах смещения ГК, выбранных на предварительном этапе по условию заданного минимума напряжений в выкружке зуба, можно говорить об оптимальной конструкции ВЗП, реализованной на этапе эскизного проектирования, с некоторой степенью условности.

Дальнейший анализ, при варьировании величины нагрузки, позволяет исследовать изменение характера взаимодействия звеньев под нагрузкой. Безлюфто-вость зацепления за счет регулировки величины деформации для компенсации приработочного износа можно реализовать на любом этапе расчета путем предварительной деформации соответствующих элементов волнового генератора.

Рассмотрены базовые аспекты и ограничения по выбору коэффициентов смещения, позволяющих управлять характером контактного взаимодействия на этапе проектирования ВЗП с применением модельного подхода для анализа (реализованного в виде конечно-элементного расчета) и морфологического подхода для формирования спектра расчетных моделей.

Предложено рассматривать систему проектных параметров ВЗП во взаимосвязи с условиями эксплуатации с учетом минимизации износных процессов и обеспечения заданной точности отработки угловых перемещений.

Библиографические ссылки

1. Усаков В. И. Обеспечение работоспособности механизмов приводов космических аппаратов // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. науч. конф. : в 2 ч. Ч. 1 / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. С. 251-252.

2. Дроздов Ю. Н., Павлов В. Г., Пучков В. Н. Трение и износ в экстремальных условиях : справочник. М. : Машиностроение, 1986.

Механика специальных систем

V. I. Usakov, R. S. Lukin, V. D. Vavilov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

MODELING THE INTERACTION OF THE WAVE GEAR UNITS

In the paper we examine modeling of teeth contact wave gear. Shows the impact on the value of offset coefficient and degree of modification of the profile of the wave generator of contact pressure and character of the teeth edging.

© Усаков В. И., Лукин Р. С., Вавилов В. Д., 2012

УДК 621.313.13.1

А. А. Фадеев, К. Г. Анисимова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛИНЕЙНОГО ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ПРИВОДА

Представлена схема и рассмотрены возможности стенда для исследования линейного электродинамического привода.

Современные линейные электроприводы находят широкое применение на транспорте, в машино- и приборостроении благодаря компактности, низкой энергоемкости, высокому быстродействию, простоте и технологичности конструкции. Одними из перспективных направлений использования линейных электродинамических приводов являются медицинская техника и кузнечное оборудование [1].

Однако линейные электродинамические приводы мало изучены. Проектирование таких приводов связано с определенными трудностями структурного анализа и моделирования из-за особенностей конструктивного исполнения.

С другой стороны, для повышения эффективности привода и изучения возможности использования его в технологических процессах необходимо провести дополнительные исследования: как моделирование функциональной структуры привода при различных

режимах работы, так и натурные исследования отдельных образцов на стендах [2].

Представленная структурная схема такого стенда (рис. 1) предполагает взаимодействие следующих элементов: на линейный электродинамический привод (ЛЭДП) от источника питания (ИП) подается напряжение на обмотку возбуждения (ОВ) индуктора и обмотку якоря (ОЯ). С помощью нагрузочного устройства (НУ) возможно изменение нагрузки на штоке двигателя. Режим работы двигателя (вибрационный или ударный) и изменение нагрузки регулируется с помощью системы управления (СУ) напрямую оператором (ручное управление) или программно, с помощью компьютера (ПК). Для снятия показаний параметров работы привода используют датчики (Д1, Д2, Д3), состав которых зависит от программы исследования. Это могут быть датчики линейного перемещения, тензодатчики, вибродатчики, датчики температуры и т. д.

Рис. 1. Структурная схема стенда для исследования линейного электродинамического привода