Некоторые методы повышения КПД планетарной передачи

Дата публикации: 2020-06-06 09:21:31
Статью разместил(а):
Черепнина Татьяна Юрьевна

Некоторые методы повышения КПД планетарной передачи

Some methods to increase planetary gear efficiency

 

Авторы:

Никитин Сергей Викторович

к.т.н., доцент кафедры «Детали машин и теория механизмов», Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), г. Москва, Россия.

e-mail: svnikitin007@mail.ru

Nikitin Sergey Viktorovich 

Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor of Department «Machinery Parts and Theory of Mechanisms», Moscow Automobile and Road State Technical University (MADI), Moscow, Russia.

e-mail: svnikitin007@mail.ru

Костюк Ирина Владимировна

доцент кафедры «Детали машин и теория механизмов», Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), г. Москва, Россия.

e-mail: kmf@madi.ru  

Kostyuk Irina VLadimirovna

Assistant Professor of Department «Machinery Parts and Theory of Mechanisms»Moscow Automobile and Road State Technical University (MADI), Moscow, Russia.

e-mail: kmf@madi.ru

Рогов Вячеслав Романович

к.т.н., доцент кафедры «Детали машин и теория механизмов», Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), г. Москва, Россия.

e-mail: abisul@mail.ru  

Rogov Vyacheslav Romanovich

Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor of Department «Machinery Parts and Theory of Mechanisms»Moscow Automobile and Road State Technical University (MADI), Moscow, Russia.

e-mail: abisul@mail.ru

Черепнина Татьяна Юрьевна

к.и.н., доцент кафедры «Детали машин и теория механизмов», Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), г. Москва, Россия.

e-mail: 2783974@gmail.com 

Cherepnina Tatyana Yuryevna

Candidate of Historical Sciences, Assistant Professor of Department «Machinery Parts and Theory of Mechanisms»Moscow Automobile and Road State Technical University (MADI), Moscow, Russia.

e-mail: 2783974@gmail.com 

Аннотация. В статье рассмотрены особенности работы планетарной передачи, методика расчёта КПД. Проанализированы факторы, влияющие на КПД планетарной передачи. Предложены методы повышения КПД.

Abstract. The article discusses the features of planetary gears, as well as the methodology for calculating the efficiency. The factors affecting efficiency of a planetary gear have been analyzed. Methods for increasing efficiency have been proposed. 

Ключевые слова: Коэффициент полезного действия, планетарная передача, ресурс механической системы.

Keywords: Efficiency, planetary gear, mechanical system resource.

Тематическая рубрика: Технические науки и технологии.

 

Коэффициент полезного действия (КПД) любой механической системы является определяющим при принятии решения об эксплуатации этой системы. Однако, существующие методы определения КПД не учитывают ряд эксплуатационных факторов, позволяющих значительно повысить КПД системы.

Особенность работы планетарных передач состоит в том, что одна часть мощности передается в относительном движении зубчатых колес, а другая – в переносном (вращается водило). Работа зубчатой передачи связана с потерями мощности на преодоление сил сопротивления в зацеплениях. В относительном движении эти потери учитываются. КПД внешнего зацепления , внутреннего . В них так же входят потери в подшипниках, в уплотнениях и на разбрызгивание смазки. Передача мощности вращающемся водилом происходит без потерь.

Таким образом,  и определяется режимом работы водила или. Для ряда авН.

В случае когда ведущим является, водило, то есть, одно из колес остановлено, а другое является ведомым, крутящий момент на ведомом колесе.

 - вспомогательный коэффициент определяется по таблице 1

 - коэффициент безопасности определяется по таблице 2.

Таблица 1.

Вспомогательный коэффициент

Модуль

1

1,5

1,75

2

2,5

3

3,5

4

YS

1,1

1,08

1,05

1,04

1,02

1

0,98

0,97

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модуль

4,5

5

5,5

6

7

8

9

10

YS 

0,96

0,955

0,95

0,945

0,93

0,92

0,91

0,9

Таблица 2.

Предел выносливости при изгибе, коэффициент

Термическая или химико-термическая обработка

Твердость зубьев

Сталь

МПа

 при вероятности и разрушении 0,99

на поверхности

в сердцевине

Нормализация, улучшение

HB 180… 350

Углеродистые и легированные стали

1,8 HHB

1,75

Объемная закалка

HRC 45…55

Стали легированные: 40XH, 40XHMA, 40X 

550

550

500

1,85

Закалка ТВЧ по контуру зубьев

( мм), толщина закаленного слоя у переходной поверхности 0,2 m- -0,4m 

HRC 45…58

HB 269…302

Стали легированные, содержащие углерода 0,35 - 05% и никель 1% и более (40XH, 40XHMA)

700

1,75

Прочие легированные стали, содержащие углерод 0,35-0,45 % (40X, 35 XM, 45ХЦ)

600

Закалка ТВЧ сквозная (m< 3 мм), закаленный слой распространяется на все сечение зуба, толщина слоя между зубьями 0,5m -1,0 m 

HRC 45…58

HRC 45…55

Стали легированные, содержащие углерода 0,35 - 05% и никель 1% и более

(40XH, 40XHMA)

600

1,75

Прочие легированные стали, содержащие углерод 0,35-0,45 % (40X, 35 XM, 45ХЦ)

500

Цементация с автоматическим регулированием процесса

HRC 57…63

 

Стали содержащие никель более 1% и хром 1%  и менее (20XH, 20XHM, 12XHЗА)

950

1,55

Безникелевые стали (18ХГТ, 20Х)

820

Цементация

HRC 55…63

 

Стали содержащие никель более 1%  (например, 20ХНЗА)

800

1,75

Прочие легированные стали (например, 18ХГТ)

700

Нитроцементация

HRC 57…63

 

Молибденовые стали (25ХГМ, 25ХГНМ)

1000

1,55

Безмолибденовые стали (25ХГТ, 30ХГТ, 35Х и др.)

750

Азотирование

HRC 50…56

 

40Х, 40ХНМА и другие

 

1,75

             

- коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки (реверсивности);

- при одностороннем приложении нагрузки.

 

Уравнение энергетического баланса .

Представим его в безразмерной форме, для этого разделим на 

откуда , где  - —коэффициент относительных потерь.

Коэффициент потерь мощности в зацеплении

где коэффициент, учитывающий смещение;  (без смещения);

Коэффициент трения зависимости от смазки, шероховатости и скорости скольжения. Более точно, где  - суммарная скорость качения м/с.

Из формулы видно, что  уменьшается с увеличением числа зубьев и передаточного числа.

Для внутреннего зацепления принимают меньшие значения  и знак минус. Для конических передач .

Потери на размешивание и разбрызгивание масла растут с увеличением ширины колес, глубины нагружения, вязкости масла и окружной скорости.

Как видно из представленного выше расчета, не учтен ряд факторов оказывающих влияние на КПД передачи, напрямую зависимого от условий эксплуатации и хранения [1]. В частности, не учитываются свойства смазки [2].

Известны технологии, позволяющие значительно снизить трение в трибосопряжениях, в том числе физико-химическим методом, что способствует увеличению КПД [3]. В расчетах отсутствуют корректирующие коэффициенты, учитывающие влияние на КПД методов ремонта [4].

Таким образом, для проектировочных расчетов рекомендуется прибегнуть к математической модели, учитывающей не только указанные выше факторы, но и целый ряд других [5]. При этом необходимо при решении данной многокритериальной задачи определить весовые коэффициенты, то есть степень влияния каждого фактора на КПД системы [6]. Таким образом, будет создан алгоритм проектирования и управления качеством механической системы [7]. Необходимо, при определении весовых коэффициентов влияния факторов на КПД передачи учесть имеющиеся статистические данные, полученные при мониторинге эксплуатации аналогичных систем [8].  Значимыми для проектировочного расчета являются результаты систем автоматизированного контроля, фиксирующих эксплуатационные показатели системы, в том числе КПД [9].

В настоящее время при высоких требованиях к эффективности и энергосбережению при эксплуатации механических систем не достаточно проводить проектировочные расчеты, не учитывающие множество факторов, имеющих место в процессе работы системы.

Для создания адекватного требованием механизма, в частности зубчатой передачи, обеспечения КПД необходимо свести проектирование к решению многокритериальной задачи математическими методами.

 

Список литературы:

1. Гайдар С.М., Карелина М.Ю. Инновационное техническое средство для нанесения защитной молекулярной пленки на поверхность машин // Техника и оборудование для села. - 2015. - №3. - С. 26-28.

2. Гайдар С.М., Карелина М.Ю. Адсорбция фтор-пав и ее влияние на смазку трибосопряжений в условиях граничного и гидродинамического трения // От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии. Тезисы докладов Пятой Международной конференции. - Ижевск:  Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, 2015.  - С. 44-45. 

3. Карелина М.Ю., Гайдар С.М. Технология повышения износостойкости поверхностей трибосопряжений физико-химическим методом // Грузовик. - 2015. - №3. - С. 12-16. 

4. Карелина М.Ю., Титов Н.В., Коломейченко А.В., Виноградов В.В., Петриков И.А., Поджарая К.С. Импортозамещающая технология восстановления и упрочнения рабочего оборудования строительных и дорожных машин // Строительные и дорожные машины. - 2015. - №8. - С. 34-37. 

5. Гриб В.В., Карелина М.Ю., Петрова И.М., Филимонов М.А. Разработка алгоритма прогнозирования и мониторинга ресурса механических систем // Современные проблемы теории машин. - 2013. - №1. - С. 77-79. 

6. Карелина М.Ю., Арифуллин И.В., Терентьев А.В. Аналитическое определение весовых коэффициентов при многокритериальной оценке эффективности автотранспортных средств // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). - 2018. - №1 (52). - С. 3-9. 

7. Карелина М.Ю., Арифуллин И.В., Терентьев А.В. Система управления качеством эксплуатации автомобиля // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). - 2019. - №2 (57). - С. 34-42. 

8. Maksimychev O.I., Ivakhnenko A.M., Ostroukh A.V., Ephimenko D.B., Zbavitel P.Y., Karelina M.Y. Technology of monitoring and control algorithm design for earth-moving machine // International Journal of Applied Engineering Research. - 2016. - №Т. 11. № 9. - С. 6430-6434. 

9. Maksimychev O.I., Ostroukh A.V., Pastukhov D.A., Nuruev Y.E.-O., Karelina M.Y., Zhankaziev S.V. Automated control system of road construction works // International Journal of Applied Engineering Research. - 2016. - №Т. 11. № 9. - С. 6441-6446.