Технология проектирования зубчатых передач с использованием имитационного моделирования и программных пакетов инженерного анализа
Представлена имитационная модель зубчатого зацепления, полученного методом обкатки на типовом оборудовании. Она позволяет анализировать характер взаимодействия зубьев и синтезировать передачи применительно к условиям эксплуатации на этапе проектирования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.01.2019 |
| Размер файла | 403,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Технология проектирования зубчатых передач с использованием имитационного моделирования и программных пакетов инженерного анализа
Усаков В.И., Ереско С.П., Скорняков С.Н.
(КГТУ, г. Красноярск, РФ)
The method of a simulation modeling and choice of parameters gears at a design stage, powering up synthesis of a toothing, the kinematic analysis of transmission and an estimation intense the deformed condition is offered in view of collective interaction tooths. The method is realized with engaging packages ADAMS, ANSYS and specially designed program "GEARS".
В докладе представлена имитационная модель зубчатого зацепления, полученного методом обкатки на типовом оборудовании, позволяющая анализировать характер взаимодействия зубьев и синтезировать передачи применительно к условиям эксплуатации на этапе проектирования.
Исследование, в контексте полиструктурного подхода, реализуется в два основных этапа: на первом - анализ взаимодействия зубьев без учета податливостей зубьев; на втором - с учетом податливостей при их коллективном взаимодействии. В качестве базовых пакетов для моделирования зацепления нами выбраны ADAMS и ANSYS.
Профиль зуба, нарезаемого реечным инструментом, представляется огибающей последовательных положений режущей кромки инструмента, определяется тремя кривыми, описывающими профили боковой поверхности, выкружки и дна впадины и аппроксимируется сплайнами по задаваемому количеству контрольных точек.
Формирование расчетной схемы имитационной модели зубчатого зацепления и задание исходных данных “вручную” - длительный и трудоемкий процесс. Для автоматизации создания такой модели нами разработана программа “Gears”, позволяющая по заданным параметрам получать имитационную модель зацепления “эвольвентных” зубчатых колес, нарезаемых методом обкатки на типовом оборудовании, применительно к таким системам как ADAMS и ANSYS. Процесс передачи данных осуществляется с помощью файла обмена. Файл является текстовым и содержит набор макрокоманд, присущих конкретному пакету программ. При создании файла обмена открывается диалоговое окно (рис. 1) в котором пользователь задает необходимые параметры. При выполнении команды “Создать файл обмена” открывается стандартное диалоговое окно Windows “Сохранить как”, в котором можно задать имя выходного файла и его тип (для ANSYS или ADAMS).
Реализована также возможность визуализации процесса нарезания колеса (рис. 2), с заданными параметрами. При этом, возможно задавать скорость анимации, останавливать анимацию и перебирать кадры вручную, экспортировать текущий кадр в графический файл типа EMF и BMP.
Рис. 1. Диалог создания файла обмена
зубчатый передача имитационный моделирование
Рис. 2. Визуализация процесса нарезания
Моделирование в ADAMS. Геометрические модели шестерни и колеса - это двумерные объекты, включающие в себя сплайны. Каждый сплайн описывает профиль впадины между зубьями и строится по 50 и более точкам. Центры зубчатых колес имеют только одну степень свободы - вращение вокруг собственной оси Z. Между сплайнами шестерни и колеса устанавливается контакт (с учетом отрыва), посредством которого шестерня взаимодействует с колесом. Шестерне задается постоянная угловая скорость, а к колесу прикладывается постоянный момент нагрузки. В результате решения задачи в такой постановке можно получить такие характеристики, как положения, скорости, ускорения, реакции в опорах, силы взаимодействия и другие.
Моделирование в ANSYS. При расчетах напряженно-деформированного состояния элементов зацепления рассматривается плоская двумерная задача. Шестерня и колесо строятся не полностью, а только их сегментами (рис. 3), значения центральных углов которых достаточны для обеспечения построения расчетной схемы в пределах линии их зацепления. Это позволяет экономить машинное время в процессе решения. Сегмент включает в себя целое число зубьев, задаваемое пользователем с учетом обеспечения полной картины взаимодействия зубьев на входе и выходе. Начальные углы поворота сегментов также задает пользователь. Каждый зуб формируется из сплайнов боковых поверхностей и дуг окружностей, описывающих вершины. В точках закрепления шестерни и колеса центральные части сегментов не разбиваются на элементы объема. Они отсекаются и заменяются “спицами”- жесткими балочными элементами. Зубья разбиваются на элементы категории “двумерное тело” с учетом заданного пользователем уплотнения сетки конечных элементов (КЭ) в определенных участках сечения. В числе свойств указанных элементов указывается длина контактной линии. Между зубьями шестерни и колеса, контакт между которыми подлежит исследованию, встраиваются GAP-элементы с определенными свойствами, такими как жесткость, коэффициент трения и др. В узлах, являющихся центрами вращения шестерни и колеса, степени свободы по осям UX и UY отсутствуют. Шестерне задается постоянная угловая скорость, а к колесу прикладывается момент сопротивления.
Далее выбирается тип анализа (динамический или статический), задаются его параметры и производится запуск на выполнение расчета.
Рис. 3. Модель зацепления в ANSYS
Рис.4. Напряженно-деформированное состояние зубьев в момент пересопряжения
С использованием такой модели анализировалось влияние нагрузки на характер пересопряжения зубьев (поиск точки входа в зацепление). Решать такую задачу в статической постановке с учетом податливости зубьев при их коллективном взаимодействии нерационально. Поэтому проводился динамический анализ на малом интервале времени работы передачи, в который точно попадает момент входа зуба в зацепление (рис. 4) с данными, полученными на первом этапе.
В частности, рассматривалась передача с параметрами: m- 0.3, Aw- 15мм, z1- 20, z2- 80, x1- 0, x2- 0. При моменте сопротивления 1Н относительный угол поворота шестерни в момент входа зубьев в зацепление составил 0.03Рад. При моментах сопротивления 5Н и 10Н этот угол составил 0.02 и 0.015 Рад., соответственно. Таким образом, при повышении нагрузки, вход зубьев в зацепление происходит раньше, а, следовательно, угол между касательными к профилям в точке контакта увеличивается.
Развитие предложенного метода заключается, в частности, в учете податливости валов, опор, несущих конструкций и погрешностей изготовления и сборки, что может вносить существенный вклад в характер взаимодействия зубьев, например, влиять на несопряженность их профилей.
Податливости валов, опор и несущих конструкций можно учесть, заменяя жесткое закрепление центров колес упругими элементами с определенными значениями жесткостей. Неравномерность распределения давления вдоль зуба учитывается при моделировании колес в объеме с учетом податливостей опор.
Таким образом, метод, реализованный в имитационной модели зубчатого зацепления, позволяет уже на этапе проектирования формировать расчетные схемы применительно к условиям эксплуатации, существенно сокращать затраты на получение проектных решений, и, в конечном итоге, сократить время на проектирование передачи с заданными показателями качества.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Виды зубчатых передач. Параметры цилиндрических зубчатых передач внешнего зацепления. Виды разрушения зубьев. Критерии расчета зубчатых передач. Выбор материалов зубчатых колес и способов термообработки. Допускаемые напряжения при пиковых нагрузках.
курс лекций [2,2 M], добавлен 15.04.2011Зубчатые механизмы, в которых движение между звеньями передается последовательным зацеплением зубьев. Классификация зубчатых передач. Элементы теории зацепления передачи. Геометрический расчет эвольвентных прямозубых передач. Конструкции зубчатых колес.
презентация [462,9 K], добавлен 24.02.2014Геометрия зубчатого зацепления. Циллиндрические, конические, червячные, прямозубные, шевронные колеса. Основные параметры рейки. Геометрические размеры передач. Ряды зубчатых колес. Построение картины скоростей для планетарного зубчатого механизма.
презентация [217,1 K], добавлен 04.09.2013Изучение теоретических основ нарезания зубчатых колес методом обкатки зубчатой рейкой. Построение профилей колес с помощью прибора. Фрезерование зубьев цилиндрического колеса. Форма зуба в зависимости от смещения. Положение рейки относительно колеса.
лабораторная работа [1,8 M], добавлен 04.06.2009Виды планетарных передач и их проектирование. Передаточное отношение планетарной передачи и определение числа ее зубьев. Построение планетарного механизма. Виды зубчатых колес. Качественные показатели зацепления. Построение трех зубьев 1-го и 2-го колес.
учебное пособие [1002,1 K], добавлен 04.06.2010Синтез и анализ стержневого и зубчатого механизмов. Кинематическое исследование стержневого механизма, его силовой анализ для заданного положения. Синтез зубчатого зацепления и редуктора. Проверка качества зубьев. Построение эвольвентного зацепления.
курсовая работа [996,2 K], добавлен 07.07.2013Конструктивные особенности и параметры цилиндрических и конических зубчатых передач. Насадной зубчатый венец. Скольжение зубьев в процессе работы передачи. Силы в прямозубой цилиндрической передаче. Критерии работоспособности закрытых зубчатых передач.
презентация [178,1 K], добавлен 25.08.2013Классификация зубчатых колес по форме профиля зубьев, их типу, взаимному расположению осей валов. Основные элементі зубчатого колеса. Расчет основных геометрических параметров цилиндрической зубчатой передачи. Измерение диаметра вершин зубьев колеса.
презентация [4,4 M], добавлен 20.05.2015Проектирование червячной передачи. Проектирование цилиндрической зубчатой передачи. Расчет мертвого хода редуктора. Точность зубчатых и червячных передач. Допуски формы и расположения поверхностей зубчатых колес, червяков. Конструктивные элементы валов.
курсовая работа [85,3 K], добавлен 02.05.2009Геометрические параметры конических зубчатых передач. Силы в конических зубчатых передачах. Передаточное число как отношение числа зубьев ведомой шестерни к ведущей. Приведение прямозубого конического колеса к эквивалентному прямозубому цилиндрическому.
реферат [2,5 M], добавлен 15.03.2014Виды повреждений зубчатых колес и причины их возникновения. Типы поверхностных макроразрушений материала зубьев. Зависимость между твердостью рабочих поверхностей зубьев и характером их повреждений. Расчет нагрузочной способности зубчатых колес.
реферат [24,1 K], добавлен 17.01.2012Выбор электродвигателя и расчет основных параметров для всех ступеней передачи. Расчет зубчатых передач редукторов. Методика проектирования ременной передачи, ее структура и назначение. Предварительная компоновка редуктора, его промежуточный расчет.
курсовая работа [270,3 K], добавлен 03.01.2011Область применения конического редуктора. Материалы зубчатых колес и способы упрочнения зубьев. Определение основных параметров конической передачи. Силы зацепления конической передачи, коэффициенты нагрузки. Подшипники качения быстроходного вала.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 20.12.2012Области применения и типы зубчатых передач. Осциллограммы усилий в зубьях зацепления. Неравномерное распределение нагрузки по ширине зуба. Влияние направления качения и скольжения в контакте зубьев на поведение усталостных микротрещин в материале зуба.
лекция [101,9 K], добавлен 24.12.2013Конструкция, основные механические характеристики и принципы волновых передач. Работа с зубчатой волновой передачей. Конструкция волнового зубчатого редуктора. Расчет волновых зубчатых передач, причины неработоспособности. Дисковый генератор волн.
реферат [2,4 M], добавлен 23.01.2009Нарезка конического зубчатого колеса с числом зубьев 49, которое работает в зацеплении с колесом с числом зубьев 23. Расчётные перемещения и уравнение кинематического баланса. Схема и определение угла зацепления, проверка условия зацепляемости.
лабораторная работа [100,2 K], добавлен 29.03.2011Проектирование как особый вид инженерной деятельности. Составные элементы инженерного проектирования. Освоение нового изделия. Научно-технические расчеты на чертеже. Примеры оформления текстовой и чертежной документации при освоении нового изделия.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 21.09.2010Кинематические диаграммы толкателя. Начальный радиус и профиль кулачка. Подбор чисел зубьев планетарной передачи. Геометрический расчёт зацепления. Определение момента инерции маховика. Приведение внешних сил. Работа и величина движущего момента.
курсовая работа [378,8 K], добавлен 18.04.2016Методика проектирования поверхности фигуры человека и одежды в трёхмерной среде. Разработка моделей женской одежды с использованием геометрических объёмных форм. Анализ способов проектирования рукавов геометрической объёмной формы в трёхмерной среде.
дипломная работа [8,3 M], добавлен 13.07.2011Классификация зубчатых передач по эксплуатационному назначению. Система допусков для цилиндрических зубчатых передач. Методы и средства контроля зубчатых колес и передач. Приборы для контроля цилиндрических зубчатых колес, прикладные методы их применения.
реферат [31,5 K], добавлен 26.11.2009
