научная статья по теме МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ УТОЧНЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ САТЕЛЛИТНЫХ УЗЛОВ ПЛАНЕТАРНЫХ ПЕРЕДАЧ Машиностроение

Текст научной статьи на тему «МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ УТОЧНЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ САТЕЛЛИТНЫХ УЗЛОВ ПЛАНЕТАРНЫХ ПЕРЕДАЧ»

ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ МАШИН

№ 2, 2012

УДК 621.001.5

© 2012 г. Леонтьев М.Ю., Насонов Д.А., Бедный И.А.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ УТОЧНЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ САТЕЛЛИТНЫХ УЗЛОВ ПЛАНЕТАРНЫХ ПЕРЕДАЧ

Рассмотрены практические способы контроля комплексных погрешностей са-теллитных узлов планетарных редукторов, используемые заводами-изготовителями. Сформулированы предложения по повышению точности определения названных погрешностей. Представлена математическая модель, реализующая указанные предложения.

Работоспособность, прочность и виброактивность зубчатых редукторов, выполненных по планетарной схеме, в значительной степени зависит от равномерности распределения нагрузки по параллельным потокам передаваемой мощности (между сателлитами) [1, 2]. Соблюдение этого условия во многом определяется погрешностями изготовления и сборки сателлитных узлов [3 и др.].

В работе [1] предложено в процессе сборки редуктора минимизировать приведенные погрешности посредством регулировки межцентровых расстояний сателлитов с помощью эксцентриковых втулок, устанавливаемых в расточки водила под опорные шейки их осей. Однако для реализации данного предложения необходимо максимально точное определение фактических значений погрешностей сателлитных узлов, что, как показывает опыт изготовления элементов планетарной ступени в рамках "комплексного точностного параметра" (далее "ктп") ведущих отечественных производителей планетарных редукторов большой мощности [3], является весьма нетривиальной задачей.

Рассматриваемые погрешности рассчитываются по данным технологических карт контроля точности, заполняемых специалистами ОТК завода-изготовителя на основе первичных результатов прямых и косвенных измерений планетарного механизма.

Изначально комплексный точностной параметр был разработан для планетарных редукторов с прямозубыми цилиндрическими зубчатыми колесами [1]. Впоследствии он был распространен на шевронное зацепление и неоднократно уточнялся [4 и др.]. Последняя уточненная версия комплексного точностного параметра была приведена в работе [5], где на основе экспериментальных данных была выявлена корреляция этого с зубцовой вибрацией планетарного редуктора.

Согласно [5] комплексные погрешности изготовления и сборки сателлитных узлов шевронного планетарного редуктора можно определить как

А, = cos J —П— У А^, +! + А е;°в + Ае°с + 2А8Г - Щ , (1)

^cos (n/zc) ¿—I ' cos aTJ

k = 1

где A; — погрешности суммарных зазоров в зацеплениях полушевронов сателлитов с центральными колесами для случая, когда нумерация сателлитов от i до zc совпадает с

направлением окружных сил на их осях (с направлением крутящего момента на солнечной шестерне), причем погрешности определяются отдельно для каждого полушеврона; aT = arctgtg an / cos вд — угол зацепления в торцовом сечении (делительный угол профиля в торцовом сечении), определяемый из соотношения; an — угол профиля исходного контура рейки в нормальном сечении; вд — угол наклона зуба на дели-i - 1

тельном цилиндре; ^ AXk к +1 — накопленные ошибки хордальных расстояний между

к = 1

и , и . ов . тв . ,ов . oc . Tc . ,oc

первой и ;-й осями расточек в щеках водила; Ae, = Adt - Ad, , Aet = Adt — Adt — погрешности диаметральных зазоров в соединениях осей с водилом и сателлитами, отнесенные к полушевронам сателлитов; A di — погрешности диаметров расточек под оси в щеках водила; Adc — погрешности средних по длине полушевронов диаметров

А ^Ов

расточек в сателлитах под оси; A dt — погрешности диаметров посадочных шеек осей

oc

под установку в щеки водила; Ad, — погрешности средних по длине полушевронов

„ » 1,ocв

диаметров посадочных поверхностей осей под сателлиты; Ao, — погрешности отнесенных к полушевронам тангенциальных составляющих эксцентриситетов посадочной поверхности i-й оси под сателлит относительно ее посадочных поверхностей под установку в водило; Ab; — постоянные составляющие погрешности толщины зубьев ;-го сателлита по полушевронам.

При использовании выражения (1) для расчета комплексного точностного параметра наибольшие трудности возникают с определением хордальных расстояний между расточками под сателлиты в водиле AXk к + х. Это связано с отсутствием у большинства отечественных производителей редукторов большой мощности современного высокоточного оборудования, позволяющего получать координаты расточек столь крупногабаритных и имеющих сложную геометрию узлов, как водило (рис. 1), путем прямых измерений.

На практике ошибки взаимного расположения расточек в водиле определяются по результатам измерения межцентровых расстояний и скрещивания специальных контрольных валов, устанавливаемых с заданной точностью в указанные расточки. В общем случае измерениям на каждой из щек водила подлежат расстояния между осями расточек под сателлиты и центральной осью водила (далее — радиальные межцентровые расстояния) и между осями соседних расточек под сателлиты (далее — хордальные межцентровые расстояния). Скрещивания осей определяются для расточек водила под сателлиты относительно центральной оси и между осями соседних расточек под сателлиты.

В работе [1] из всех названных параметров для определения искомых погрешностей изготовления водила рекомендуется использовать только хордальные межцентровые расстояния, пренебрегая всеми остальными измерениями. Представляется, что такое искусственное сужение используемых в расчетах исходных данных едва ли оправдано, поскольку может давать значительное отклонение получаемых результатов от фактических значений искомых ошибок.

Для повышения точности их определения в работе [6] были предложены математическая модель и алгоритм численного решения, позволившие получать искомые координаты расточек под сателлиты в водиле с учетом всех контролируемых параметров. При этом были преодолены вычислительные трудности, связанные с необходимостью решения переопределенной (число записанных уравнений превысило количество не-

Рис. 1 Рис. 2

Рис. 2. Схема измерения взаимного расположения расточек под ось первого сателлита относительно центральной оси водила

известных) и несовместной (из-за неизбежных погрешностей измерения) системы уравнений.

Рассмотрим разработанную 3Б модель на примере определения координат расточек в водиле планетарной ступени с пятью сателлитами (рис. 1). Для составления модели введем декартову систему координат с центром в плоскости носовой щеки водила таким образом, чтобы центральные расточки водила определяли координатную ось X, а центр расточки под ось первого сателлита определял направление координатной оси У (рис. 1). Обозначения остальных параметров иллюстрируют рис. 2—4.

На рис. 2 точками Р0 и Р'0 обозначены центры левой и правой расточек водила под опорные шейки, точками Р1 — Р[ — центры расточек под ось первого сателлита. Из-за погрешностей изготовления точка Р[ может отклоняться от плоскости, определяемой точками Рь Р0 и Р0, а величина отклонения характеризует скрещивание оси первого сателлита относительно центральной оси водила, принимаемой за базу (ось X, рис. 1).

В результате измерений радиальных межцентровых расстояний водила определяются величины Я1 ^ Я5, Я'1 ^ Я'5, ^ ¿5 (рис. 3). За положительное значение Si на

рис. 3 принято смещение точки Р\ относительно Р, вокруг оси X (ось Р0— Р'0) против

часовой стрелки, если смотреть с конца оси X. Штрихами обозначены центры расточек на правой щеке, без штрихов — на левой.

Измерением хордальных межцентровых расстояний водила и скрещивания осей соседних расточек под сателлиты определяются величины к, = |Р(Р(-_ 1 (рис. 4),

к' = \Р\Р\_ 1 и 8,-, где - = 1^5. При этом в силу цикличности индексации, имеем к1 = Р1Р5 , к\ = |Р 1 Р5| . Нумерация центров расточек Р, осуществляется против часовой стрелки, если смотреть с конца оси X.

Если в качестве допущения считать, что обе щеки водила параллельны, т.е. центры всех расточек лежат либо в плоскости У2 (левая щека), либо в плоскости, параллельной У2 (правая щека), то, не сводя задачу к двумерной, можно исключить из расчетов координату X.

рМ 1 1

V "2- --3 1

Р2 я2 1

? г

Я3// Я-

Р3 <Р>3

у

51

Я1

Я5 ^<5

Р5„ 5

Я5 Р

я*

Я4 V

\ ср

^4

Р

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 3. Вид на центры расточек Р, Р'. водила с конца оси X

Рис. 4. Схема расположения центров расточек в плоскости УХ щеки водила Р и угловых величин для тригонометрических соотношений а

Учитывая, что точки Р0Р0 приняты за базовые, а направление оси У определяется центром первой расточки (координата z точки Р1 равна нулю), в качестве неизвестных имеем у—z координат центров расточек под оси сателлитов на левой и правой щеках, т.е. 19 величин.

Обозначив угловые величины в соответствии с рис. 4, можно записать группу из 19 тригонометрических соотношений связывающих результаты измерений и координаты центров расточек на левой щеке водила (9 неизвестны)

У\ = ^ ¿2 = ^2С08 (а2), У 2 = ^П (а2), ¿2 = ^СОв (а1), - У1 + У2 = -¿2^ (а1), ...

(2)

Аналогичные 20 уравнений можно записать и относительно у—z координат центров расточек на правой щеке (10 неизвестных) - система уравнений.

Угловые величины а,- в полученных системах уравнений взяты в предположении, что точки Р\—Р5 (рис. 4) и Р1 — Р5 образуют правильные пятиугольники. В реальности же, при наличии погрешностей изготовления водила, правильность этих пятиугольников нарушается. Следовательно, зависимость расчетных координат от измеряемых параметров носит нелинейный характер, а системы (2) представляют собой линеаризованную математическую модель, позволяющую, как это показано в работе [6], получать приемлемые для практического использования приближенные решения.

Для учета всех имеющихся результатов измерений, запишем еще две группы уравнений. Первую группу из 9 уравнений относительно 19 неизвестных получим из рассмотрения скрещивания (параметры осей расточек под сателлиты относительно центральной оси водила, являющейся базой

- ¿2 + ¿2 = ^^ (а2), — У2 + У2 = —^2С0в (а2),

(3)

Вторая группа уравнений получается при анализе скрещивания осей расточек под соседние сателлиты 8. В этом случае, в отличие от предыдущего

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком