наука — производству
Э.Н ПАНКРАТОВ, В.В ШУМСКИЙ, С.В. ЛУШНИКОВ
ООО «Сибирская Машиностроительная Компания» ООО «НТО Приборсервис»
На современном российском рынке промышленной продукции все более ужесточаются потребительские требования к поставляемой продукции, ее качеству и надежности. Особенно это характерно для предприятий нефтегазовой отрасли, которые одни из первых получили возможность приобретать новейшее как отечественное, так и импортное оборудование и производить сравнительные оценки.
В данной ситуации российские производители вынужденно пересматривают требования к нагрузочной способности, массо-габаритам, точности, энергопотреблению и ресурсу работы исполнительных механизмов широкого класса машин и систем. Ужесточение перечисленных требований еще более актуально для изделий, эксплуатирующихся в сложных климатических условиях, удаления от ремонтных баз и промышленных центров. Комплекс этих задач уже очень трудно решить на базе типовых решений.
В середине 80-х годов в Томском НИИ Технологии машиностроения был произведен интенсивный поиск новых типов редукционных передач, удовлетворяющих высоким требованиям к надежности, ресурсу работы, перегрузочной способности и КПД. Среди них, к наиболее перспективным могут быть отнесены волновые передачи с промежуточными звеньями, в которых силовая передача крутящего момента осуществляется обкатными движениями, при которых сопротивление трения почти не возникает. К достоинствам передачи необходимо отнести компактность, малый момент инерции, высокую точность, высокий коэффициент полезного действия, высокую надежность, большой срок службы, большие перегрузочные резервы, малый вес, бесшумность работы. Теория зацепления данных передач была разработана под руководством д.т.н. А.Е. Беляева в Томском политехническом университете. Сибирская машиностроительная
ВОЛНОВЫЕ РЕДУКТОРЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ЗВЕНЬЯМИ
4 д
Ош
Рис. 1. Принципиальная схема передачи с промежуточными звеньями
1 -эксцентриковый генератор; 2-промежуточное тело качения (шарик ими ролик); 3-сепаратор; 4-про(рильнай Венец с Внутренними зубьями
компания (г. Томск) является разработчиком более 40 видов редукторов ВППЗ.
Принципиальная схема передачи представлена на рис. 1. Передача содержит эксцентриковый генератор 1, выполненный в виде диска, установленного на опорах качения на ведущем валу со смещением «аи» относительно оси вращения вала, промежуточные тела качения
2 (шарики или ролики), сепаратор 3, профильный венец с внутренними зубьями 4. При вращении ведущего вала эксцентриковый диск генератора 1 вызывает радиальные перемещения шариков (роликов) 2 в пазах сепаратора 3, которые, обкатываясь при этом по внутреннему профилю зубчатого венца 4, вызывают его вращение при закрепленном сепараторе 3, или поворачивают сепаратор
3 при закрепленном профильном венце 4. Как правило, количество рабочих профилей на венце на один больше, чем шариков, поэтому за полный оборот ведущего вала при неподвижном сепараторе венец 4 поворачивается в том же направлении на угол, равный шагу профиля.
Как следует из принципиальной схемы механизм передачи является дифференциальным, т.е. имеет два выхода при одном входе, что позволяет создавать различные компоновки исполнительных силовых механизмов. Также из принципа работы передачи видно, что она является аналогом традиционной волновой передачи, в которой функции гибкого колеса имитируются сепаратором с подвижными в радиальном направлении промежуточными телами качения.
Для определения основных геометрических параметров передачи ее работу целесообразно описать с использованием заменяющего оксиального кривошипно-ползунного механизма (рис. 2). В качестве ведущего кривошипа здесь является эксцентриковый генератор, т.е. длина ведущего кривошипа равна величине эксцент-
риситета aw, функцию воображаемого шатуна выполняет отрезок прямой Щ , соединяющий центры шарика Ош и генератора Ог, который, как известно, проходит через точку касания шарика с генератором, тогда
наука — производству £
rs = 0,5 ■ (d+ dj,
(1)
где Д, — диаметр шарика;
Д, — диаметр эксцентрикового диска генератора.
Поскольку пазы сепаратора, являющиеся направляющими, радиальные, то центр шарика перемещается по оси паза. Тогда
У= ик ■ смф + Щ2 + а2яп2<$)'/2, (2)
где У — расстояние от центра шарика Ош до центра профильного венца Ов;
ф — текущий угол поворота входного звена.
Соотношение (2), определяющее положение центра шарика, является основным геометрическим соотношением передачи с промежуточными телами качения, из которого выводятся другие геометрические параметры передачи. Например, для получения профиля венца необходимо перейти в систему координат, жестко связанную с вращающимся венцом. Поскольку при закрепленном сепараторе профильный венец вращается в и раз медленнее генератора, то
и=г+1, (3)
где г — количество промежуточных тел в одном ряду сепаратора.
Тогда переход в новую систему координат осуществляется поворотом системы координат на угол ф/и. В новой системе координат центр шарика Ош опишет центровой профиль венца. Истинный профиль опишет точка К на шарике. Поскольку отрезок ОшК перпендикулярен к касательной в точке К профиля, то угол а является углом передачи движения для профиля.
Из рис. 2 следует, что
tga = У,/У„ (4)
где Уг — радиальная составляющая скорости V движения центра шарика;
V — тангенциальная составляющая скорости V движения центра шарика;
Vr — определяется дифференцированием уравнения (2) по ф с учетом, что производная от ф по времени есть постоянная угловая скорость w вращения входного звена :
К = -(а™' ^пф) / (Щ2 + ак^т2ф)1/2,
Из рис. 2 следует, что ^т = У ■ п/Ц
Тогда из уравнения (4), (5), (6) следует, что
(5)
(6) (7)
tga = -(Ц ■ ак ■ япф) / (Щ2 + ак2$т2ф)1/2, Параметрические уравнения профиля венца запишутся в виде:
Xn = Y ■ sin ф / U + 0,5Dm ■ sin(a + ф / U), Yn = Y■ cos ф/U+ O,5D0 ■ cos(a + ф/U). (8)
Полученные соотношения в общем виде задают положение всех элементов передачи.
Ось текущего положения эксцентрика для точки К
Рис. 2. Схема геометрических и кинематических соотношений осноВних элементов передачи с промежуточными звеньями
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА ВОЛНОВОЙ ПЕРЕДАЧИ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ЗВЕНЬЯМИ
ВЫСОКОЕ ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО
Диапазон передаточных отношений редукторов ВППЗ: одноступенчатых — 6...60, двухступенчатых — до 3500; дифференциальных — до 1000; многоступенчатых — свыше 1000 000.
ВЫСОКИЕ КРУТЯЩИЕ МОМЕНТЫ НА ВЫХОДНОМ ЗВЕНЕ, БОЛЬШИЕ ПЕРЕГРУЗОЧНЫЕ РЕЗЕРВЫ И ВЫСОКАЯ ЖЕСТКОСТЬ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЗВЕНЬЕВ
В конструкции ВППЗ нагрузка передается с помощью шариков или роликов с углом зацепления от 90 до 180 градусов. То есть при передаточном отношении на одной ступени — 60, в зацеплении одновременно находится до 30 тел качения, что позволяет передавать крутящие моменты в 5-10 раз больше относительно зубчатых передач, с многократной кратковременной перегрузкой и практически без упругих деформаций при равных массогабаритных показателях.
КОМПАКТНОСТЬ
По сравнению с зубчатой передачей, при равных передаточных числах и крутящих моментах, ВППЗ меньше по габаритам в 2-6 раз в зависимости от типоразмера.
ВЫСОКИЙ КПД
КПД ВППЗ составляет 0,8-0,9, в бессепараторной конструкции передачи КПД составляет 0,97.
2/2003
29
^ наука — производству
МАЛЫЙ УГЛОВОЙ ЗАЗОР
За счет большой жесткости кинематических звеньев ВППЗ при номинальных нагрузках общий угловой зазор (люфт) составляет в град.: особо точные — до 0,05; повышенной точности — до 0,12; нормальной точности — до 0,8.
ВЫСОКАЯНАДЕЖНОСТЬ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНЫЙ СРОК СЛУЖБЫ
Волновая передача с промежуточными звеньями обладает простой компоновкой, прочной конструкцией и обладает длительным сроком службы. Применение пластичной смазки в конструкции не требует контроля за уровнем смазки и значительно уменьшает затраты на техническое обслуживание. При применении перманентной смазки имеется возможность создания специальных необслуживаемых механизмов со сроком службы до 15 лет.
На сегодняшний день волновые редукторы с промежуточными звеньями эксплуатируются в теплоэнергетической, нефтегазовой, горношахтной, строительной, пищевой, химической и других отраслях промышленности.
Усилиями компаний НТО «Приборсервис» и «Сибирская машиностроительная компания» разработаны и запущены в производство волновые редукторы мощностью от 10 Вт до 50 кВт и более, с передаточными отношениями от 6 и свыше 1 000 000. На базе данных редукторов разработаны и производятся компактные гидравлические и электромеханические лебедки, в которых редуктор встроен в барабан намотки троса. Это позволяет значительно снизить габариты и более чем в два раза снизить массу.
С 2001 г. компаниями разработана и серийно производится новая конструкция перемешивателей бурового раствора ПБРТ-55, которая обладает рядом преимуществ. Основной ее особенностью является примене-
Технические характеристики:
Частота вращения мешалки, об/мин.........60
Ресурс работы, ч......................50 000
Мощность эл. двигателя, кВт..............5,5
Масса, не более, кг.......................220
ние волнового редуктора с промежуточными звеньями, который является практически необслуживаемым механизмом и обладает повышенным ресурсом (до 50 000 часов), высокой надежностью и перегрузочной способностью. Так как редуктор работает на пластичной смазке, то перемешиватель практически не требует обслуживания, что является незаменимым качеством в условиях работы буровой установки. Применение нового редуктора позволило снизить массу с 400 кг до 220 кг, благодаря высокому КПД редуктора в конструкции применен электродвигатель 5,5 кВт вместо 7,5 кВт, что снижает энергопотребление на более чем 25%, при этом крутящий момент на мешалке увеличен на 10%. Без каких-либо доработок перемешиватели ПБРТ-55 устанавливаются вместо прежних конструкций переме-шивателей. Точное фланцевое соединение электродвигателя с редуктором позволило исключить из конструкции соединительную муфту, предназначенную для соединения вала электродвигателя с редуктором и являющуюся слабым звеном из-за несоосной установки элект
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.