Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: XIV Международной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (Россия, г. Новосибирск, 10 октября 2012 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Машиностроение и машиноведение

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Титов В.А., Колбасина Н.А., Мерзликина Н.В. [и др.] СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД К СОЗДАНИЮ ОРИГИНАЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ СЫРЬЯ И МАТЕРИАЛОВ // Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. XIV междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2012.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

 

Статья опубликована в рамках:
 
Выходные данные сборника:

 

 

СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД К СОЗДАНИЮ ОРИГИНАЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ СЫРЬЯ И МАТЕРИАЛОВ

 

Титов Валерий Архипович

канд. техн. наук, доцент кафедры «Стандартизация, метрология и управление качеством» Сибирский федеральный университет, г. Красноярск

E-mail: titov-var@mail.ru

Колбасина Наталья Анатольевна

канд. техн. наук, доцент кафедры «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» Сибирский федеральный университет, г. Красноярск

E-mail: natalya-Kolbasina@yandex.ru

Мерзликина Наталья Викторовна

старший преподаватель кафедры «Стандартизация, метрология и управление качеством» Сибирский федеральный университет, г. Красноярск

E-mail: mnv190573@mail.ru

Пикалов Юрий Анатольевич

канд. техн. наук, доцент кафедры «Стандартизация, метрология и управление качеством» Сибирский федеральный университет, г. Красноярск

E-mail: uapikalov@mail.ru

Секацкий Виктор Степанович

канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Стандартизация, метрология и управление качеством» Сибирский федеральный университет,

 г. Красноярск

E-mail: sekackiy@rambler.ru

 

MODERN APPROACH TO THE CREATION OF THE ORIGINAL GEARS FOR SHREDDERS OF RAW MATERIALS

Valery A. Titov

candidate of technical sciences, associate professor Siberian Federal University, Krasnoyarsk

Natalya N. Kolbasina

candidate of technical sciences, associate professor Siberian Federal University, Krasnoyarsk

Natalya V. Merzlikina

senior instructor Siberian Federal University, Krasnoyarsk

Yuri A. Pikalov

candidate of technical sciences, associate professor Siberian Federal University, Krasnoyarsk

Viktor S. Sekatsky

candidate of technical sciences, associate professor, Head of the standardization and quality control department Siberian Federal University, Krasnoyarsk

 

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются основные элементы программно-математического комплекса создания специальных зубчатых передач измельчителей. Программно-математический комплекс впервые разработан для проектирования оригинальных зубчатых передач с использованием математических моделей и современных вычислительных пакетов, встраиваемых в CALS-технологии. Полученные результаты предназначены для создания измельчителей материалов на основе торцевых зубчатых передач и передач внутреннего зацепления.

ABSTRACT

This article discusses the basic elements of complex mathematical software and the creation of special gear grinders. Software-math complex was first developed for the design of special gear with the use of mathematical models and modern computational packages, embedded in CALS-technology. The results are intended to create a sizer-based materials end gears and gear internal gear.

Ключевые слова: специальные зубчатые передачи; измельчители материалов.

Key words: special gears; grinders materials.

 В настоящее время в сельском хозяйстве для приготовления комбикормов широко применяются молотковые (роторные) дробилки. В них реализован способ измельчения сырья ударом быстровращающихся молотков (бил). Эти дробилки измельчают хрупкие материалы, для чего зерно сушат до влажности не более 16 %, затрачивая при этом значительные энергоресурсы.

Молотковые (роторные) дробилки с трудом измельчают такое ценное по кормовым свойствам и урожайности зерно как овес, которое представляет из себя композицию твердой оболочки и мягкой сердцевины.

Из теории и практики измельчения известно, что наиболее энергоэффективным является способ так называемого «экструзионного» измельчения [3, 8], который заключается в одновременном воздействии на сырье сжимающих и сдвигающих усилий в закрытом объеме с последующим продавливанием через отверстия в решетке (фильеры) — этот способ позволяет измельчать зерно любой влажности и овес без существенной потери производительности. Поиск механизмов, реализующих этот способ измельчения, показал, что он частично реализуется в двухвалковых дробилках с сегментными валами [3, 6, 7, 9], но для зерна они малопригодны. Другим механизмом, реализующим этот способ, является измельчитель на основе торцевой зубчатой передачи [1, 3, 8].

При выполнении проекта Сибирского федерального университета в 2008 г. на тему «Создание универсальных дезинтеграторов на основе торцевой зубчатой передачи для измельчения широкого спектра материалов» мы столкнулись с невозможностью применения ранее сделанных наработок по проектированию геометрии этих передач [3] из-за несоответствия применяемых методик и приемов современным требованиям.

Подобные трудности возникли и при выполнении проекта по ФЦП на тему «Создание параметрического ряда универсальных измельчителей, реализующих способ экструзионного измельчения, для переработки сельскохозяйственного сырья» (2009—2010 г.г.).

Фактически перед нами стала задача по разработке аппарата проектирования оригинальных зубчатых передач для измельчителей сырья и материалов, опираясь на теорию зубчатых передач, возможности ПК и современных пакетов прикладных программ. Для этого был разработан программно-математический комплекс для создания оригинальных зубчатых передач измельчителей [7].

На рис. 1 представлены твердотельные модели измельчителей на основе торцевой зубчатой передачи (рис. 1,а) и передачи внутреннего зацепления (рис. 1,б).


Описание: C:\Documents and Settings\Yury\Рабочий стол\Картинки для презентации\Дезинтегратор.jpg

 а)


Описание: F:\ИЗ 06.01.00.00.00\ИЗ 06.01.00.00.00 Измельчитель. Изображения\из 06.01.00.00.00  измельчитель.вид спереди.разрез.tif

 

б)

Рисунок 1. Твердотельные модели измельчителей на основе оригинальных передач

 

Рабочим органом измельчителя является или торцевая зубчатая передача (рис. 2,а), или оригинальная цилиндрическая зубчатая передача внутреннего зацепления (рис. 2,б).

Сечение зубьев торцевой и цилиндрической передач по своей конфигурации идентичны. Поэтому при их проектировании применен единый подход.

Описание: Безымянный.bmp

а)

б)

Рисунок 2. Специальные зубчатые передачи

Современный подход к проектированию технических объектов подразумевает реализацию автоматизированного создания твердотельных моделей объектов, что позволяет на любом этапе проектирования изменить необходимые параметры модели для достижения оптимальных характеристик конструкции. Процесс создания шестерен и колес данных передач включает несколько этапов и достаточно трудоемок.

Специфика этих передач определена требованиями к измельчителям, основой которых они являются — это производительность, массогаборитные характеристики, ограничение по шумности работы. Исходя из этих требований передачи должны быть крупномодульными с числом зубьев шестерни z1=4-6 и передаточным отношением i21=1,5÷2, плавность их работы должна быть достаточно высокой [7].

Полное математическое описание геометрии таких передач, дающего возможность варьирования параметров для выбора оптимального, приведено в работах авторов данной статьи [5, 1].

В рамках работ, проводимых в лаборатории «Энергоэфективные способы измельчения» СФУ, реализован синтез геометрий передач для измельчителей, совместимых с CALS-технологиями создания машин [1, 5]. Созданы процессорные модули на основе вычислительных пакетов типа COSMOS, ANSYS и т. д. для их использования в системах автоматического проектирования.

На рис. 3 представлена структура программно-математического комплекса создания специальных зубчатых передач измельчителей.

Рисунок 3. Структура программно-математического комплекса

 

На первом этапе работы необходимо определить входные данные для проектирования.

Первоначальные параметры передачи (диаметр колеса, модуль, количество зубьев) задаются исходя из необходимой производительности для насыпных материалов и/или размера кусков измельчаемых материалов.

Модуль передач определяется по следующим формулам [7]. При измельчении кускового материала

 

                                                             (1)

При измельчении насыпного материала

 

                                                (2)

 

На втором этапе определяется геометрия профилей зубьев передачи исходя из условия их сопряженности. На основе уравнений (3, 4) профилей зубьев колеса и шестерни соответственно проводится расчет геометрических характеристик профилей колеса и шестерни в любом сечении, который позволяет визуализировать синтезированную передачу и получить координаты точек, образующих профили.

Линия профиля зуба колеса в системе координат колеса имеет вид

 

                                          (3)

 

где u — вспомогательный параметр,

a — угол профиля зуба колеса,

β — угол, соответствующий длине дуги, равной половине ширины зуба колеса.

Уравнения рабочей поверхности профиля зуба шестерни в параметрическом виде:

 

                   (4)

 

где ψ — основной варьируемый параметр — угол обката, радиус обката принимается равным делительному диаметру шестерни,

a — угол профиля зуба колеса.

На рис. 4 представлены кривые, полученные по вышеприведенным уравнениям, представляющие профили зубьев колеса и шестерни в зацеплении.

Для построения твердотельных моделей передач был разработан программный модуль для реализации их автоматического параметрического построения.

На рис. 5 представлен интерфейс программы параметрического построения внутренней зубчатой передачи. Входными параметрами программы являются: параметры построения колеса (диаметры впадины, делительный и вершины, число зубьев), параметры построения шестерни (диаметры впадины, делительный и вершины, а так же число зубьев), общие параметры построения (высота зуба и угол наклона профиля зуба).

 

 

Рисунок 4. Кривые, представляющие профили зубьев колес и шестерни:

отрезок 1 — правый профиль зуба колеса; дуга АВ — левый профиль зуба шестерни; дуга 2 — огибающая, образующая сопряженный профиль шестерни; петля 3 — траектория движения вершины профиля зуба колеса при обкате; окружность 4 — делительная окружность для шестерни, окружность 5 — делительная окружность для колеса; окружность 6 — окружность впадин для шестерни; окружность 7 — окружность впадин для колеса; окружность 8 — окружность вершин для шестерни, окружность 9— окружность вершин для колеса.

Рисунок 5. Интерфейс приложения

 

На третьем этапе с помощью разработанной программы проводится уточненный расчет геометрических параметров передачи, схема которого представлена на (рис. 6).

 

Рисунок 6. Схема расчета параметров передачи

 

На четвертом этапе с помощью разработанной программы проводится построение твердотельных моделей элементов передач с уточненными параметрами.

Пользователю предоставляется выбор: либо просмотреть полученную деталь, либо сохранить деталь без просмотра, используя расширение SLDPRT. Чтобы построить деталь, после корректного заполнения всех полей, пользователь должен выбрать кнопку с нужной надписью. В итоге в зависимости от выбора пользователя, мы имеем либо файл сохраненной детали, либо твердотельную модель детали, построенную в SolidWorks 2008.

На рис. 7 и 8 представлены твердотельные модели колеса и шестерни зубчатого зацепления соответственно. Данные детали участвовали в синтезе сборки зацепления, показанного на рис. 1 и 2.

Разработка модуля параметризированного построения шестерни внутренней зубчатой передачи осуществлялся в программном продукте CodeGear 2009 Version 12.0.3170.16989, с помощью ActiveX-технологий.

 

Рисунок. 7. Колесо зубчатого зацепления

Рисунок 8. Шестерня зубчатого зацепления

 

На рис. 9 представлена иерархия модулей программы автоматизированного построения твердотельных моделей колеса и шестерни передачи.

 

Описание: C:\Documents and Settings\Admin\Рабочий стол\Безымянный.JPG

Рисунок 9. Иерархия модулей в приложении

 

Данная программа имеет следующую структуру модулей:

1)  Main_Unit — ввод входных параметров передачи. Данный модуль является вызывающим другие модули, которые реализуют функционал приложения.

2)  Common_Unit — функции открытия SolidWorks 2008, режимы сохранения детали в SolidWorks; в данном модуле реализованы следующие функции:

·     function OpenSW: IModelDoc2 — запуск программы SolidWorks 2008 и создание нового документа;

·     function FindPlanes: HResult — на выходе имеем указатель на нужную плоскость (xy, xz, yz);

·     function CloseSWSave: string — работа в режиме «Сохранение без просмотра», в результате получаем название детали;

·     function CloseSWShow: Hresult — работа в режиме «Предварительный просмотр детали», возвращает S_OK в случае успеха;

3)  Build_kol —построение твердотельной модели колеса в SolidWorks;

·     procedure Postroenie_kolesa — реализует построение модели колеса, в результате имеем готовую модель в программе SolidWorks;

4)  Build_Shest — построение твердотельной модели шестерни в SolidWorks;

·     Procedure Postroenie_Shest — реализует построение модели шестерни, в результате имеем готовую модель в программе SolidWorks.

Реализация данного программного приложения существенно облегчает и сокращает время процесса создания и последующего анализа характеристик специальных зубчатых передач.

На последнем этапе по построенной твердотельной модели проводится анализ качественных характеристик передачи, таких как плавность работы, прочность, собираемость конструкции и т. д. Проверка производится с помощью встроенных модулей SolidWorks, в частности модулей инженерного и кинематического анализа.

 

Список литературы:

1.Груздов Д.Е. Разработка методики геометрического и прочностного расчета торцевых передач с зацеплением по «Улиткам - Паскаля»: Дис. канд. техн. наук 05.02.02/Защищена 2004 г., Красноярск.

2.Мерзликина, Н.В. Построение трехмерной параметрической модели торцевой зубчатой передачи для измельчителя материалов / Н.В. Мерзликина, Д.И. Морозов, Н.А. Колбасина, В.А. Титов // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. — 2010. — Вып. 6 (32) — С. 52—55.

3.Мерзликина, Н.В. Управление качеством измельчаемого сырья и производительностью работы на универсальном измельчителе с торцевой зубчатой передачей / Н.В. Мерзликина, Ю.А. Пикалов, В.А. Титов, В.С. Секацкий // Труды V Международной научно-практической конференции «Управление качеством в современной организации». — Пенза, 2010. С. 73—76.

4.Патент РФ № 2412006 Измельчитель/ В.А. Титов. Опубл. 20.02.2011, Бюл. № 5.

5.Титов, В.А. Геометрия оригинальной цилиндрической передачи внутреннего зацепления для измельчителей материалов/ В.А. Титов, Н.А. Колбасина — Проблемы машиностроения и автоматизации, 2010, № 3. С. 91—93.

6.Титов, В.А.Дезинтегратор для нужд сельского хозяйства. Исследование процессов измельчения/ В.А. Титов, Н.В. Мерзликина // Вестник КрасГАУ. — 2009. — Вып.11 — С. 166—170.

7.Титов, В.А. Использование возможностей торцевой зубчатой передачи для измельчения материалов /В.А. Титов, В.С. Секацкий, Н.А. Колбасина, Н.В. Мерзликина // Проблемы машиностроения и автоматизации. — 2009. — № 4 — С. 99—105.

8.Титов В.А. Реализация способа экструзионного измельчения в дезинтеграторе на основе торцевой зубчатой передачи / В.А. Титов, Н.В. Василенко. — Проблемы машиностроения и автоматизации, 2007, № 1. С. 115—117.

9.Титов, В.А. Экспериментальное исследование многофункциональных возможностей измельчителя на основе торцевой зубчатой передачи / В.А. Титов, Н.В. Мерзликина, Ю.А. Пикалов, В.С. Секацкий // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. — 2010. — Том 12 (33) № 1(2) — С. 556—559.

 

Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом