Курсовая работа (т): Оптимизация параметров двухступенчатого цилиндрического редуктора

Оптимизация параметров двухступенчатого цилиндрического редуктора

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

“Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого”

Кафедра: “Сельскохозяйственные машины”

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу

“ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ С/Х ТЕХНИКИ ”

на тему:

«ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕДУКТОРА»

Выполнил: студент гр. С-41

Шевченко Д.В.

Проверил: преподаватель

Попов В.Б.

Гомель 2015

СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕДУКТОРА

. ПОНЯТИЕ ОБ АВТОМАТИЗРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ПРИ ПОМОЩИ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА КОМПАС

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ РЕДУКТОРА

. ФОРМИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ РЕДУКТОРА

. РЕДАКТИРОВАНИЕ И ТРАНСЛИРОВАНИЕ ПОДПРОГРАММЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ НА ПЭВМ

7. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ, ФОРМУЛИРОВКА И РАСПЕЧАТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

АННОТАЦИЯ

Данный курсовой проект содержит 17 рисунков, одну таблицу и одно приложение. В проекте сведены основные технические характеристики и сведения об оптимизируемом редукторе. Также представлен энергетический и кинематический расчет оптимизированного привода. Краткие сведения об основных входных и выходных параметрах редуктора также приведены в настоящей расчетно - пояснительной записке.

Далее был произведен анализ конструкции редуктора, что позволило выявить присущие ему достоинства и недостатки. Далее была проведена многокритериальная оптимизация исходного привода, результаты которой приведены в пункте 9 данной пояснительной записки.

Графическая часть проекта содержит 4 чертежа формата А1.

В конечном итоге были сделаны выводы о проделанной работе, которые сведены в виде заключения в конце расчетно - пояснительной записки.

ВВЕДЕНИЕ. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕДУКТОРА

автоматизированный проектирование зубчатый передача

Редукторы - продукция материально-технического назначения. Эти механизмы служат для изменения скорости вращения при передаче вращательного движения от одного вала к другому. По типу передачи они делятся на зубчатые, червячные и гидравлические.

Мотор редуктор представляет собой электродвигатель и редуктор, соединенные в единый агрегат (в некоторых странах его называют редукторным электродвигателем). Мотор - редуктор более компактен по сравнению с приводом на базе редуктора, его монтаж значительно проще, кроме того, уменьшается материалоемкость фундаментной рамы, а для механизма с насадным исполнением (с полым валом) не требуется никаких рамных конструкций. Большое количество конструкционных решений и типоразмеров дает возможность оснащения предприятий прецизионными редукторами приводов различных назначений, размеров и мощностей. Мотор редуктор, как универсальный элементы электропривода, находят свое применение практически во всех областях промышленности.

Наибольшее распространение в промышленности получили планетарные и цилиндрические мотор-редукторы, выполненные по соосной схеме взаимного расположения электродвигателя и выходного вала. А также червячные мотор-редукторы с расположением электродвигателя под 90⁰ к выходному валу. К мотор-редукторам общемашиностроительного применения относят: цилиндрические мотор-редукторы, планетарные мотор-редукторы, спироидные мотор-редукторы, червячные и цилиндрическо-червячные мотор-редукторы, волновые мотор-редукторы, мотор-редукторы специального назначения. Облaсть применения: cредства автoматизации и сиcтемы управления, устройства регулирования, автoматические и автоматизированные cистемы управления, cледящие мини-приводы, cредства обработки и предcтавления информации, спeциальные инструменты, медицинская тeхника

Планетарные и цилиндрические редукторы, выполненные по схеме взаимного расположения электродвигателя и выходного вала пригодны для использования в умеренных климатических условиях, при установке в помещении или на открытом воздухе под навесом. В стандартном исполнении они грунтуются краской методом окунания, а затем покрываются сине-серой алкидной эмалью воздушной сушки. Имеются также и специальные покрытия. Для экстремальных условий и установки на открытом воздухе имеется окраска для всемирного использования.

Максимальная допустимая непрерывная температура при которой может работать редуктор - 155°C.

1. ПОНЯТИЕ ОБ АВТОМАТИЗРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Развитие новых технологий постоянно ужесточает требования, предъявляемые к инженеру-конструктору. На первое место в современном конструировании выходят скорость и динамичность выполнения проектов (чертежей или моделей) в графическом редакторе, а также возможность быстрого внесения в них изменений без какого бы то ни было влияния на качество выполняемых работ или проектируемого объекта. Наверное, каждый инженер неоднократно сталкивался с задачей создания чертежа или модели на основе уже существующего, когда детали вроде бы и не очень различаются, но перерисовывать необходимо все заново. Для решения этой проблемы в различных графических системах имеются средства параметризации, посредством которых можно задать определенные связи между отдельными элементами графического компонента, позволяющие при последующей разработке типовых конструкций не переделывать всю модель (чертеж), а изменить лишь несколько параметров. Это дает возможность многократно использовать единожды построенную модель, значительно сокращает время на формирование новых ее модификаций и т.п.

Иногда одних средств параметризации недостаточно, если проектируемые новые 3D-модели хотя и схожи с эталоном, но имеют различия, не позволяющие использовать параметрические зависимости при построении. Например, когда какие-либо значения принимаются конструктивно или выбираются из справочников в зависимости от третьих величин? Иногда расчетные параметры модели изменяются дискретно (к примеру, модуль зубчатых колес всегда согласовывается со стандартными значениями и не может принимать значений, отличных от приведенных в ГОСТ) или не связаны аналитически ни с одним другим параметром. В этом случае на помощь приходят инструментальные средства разработки дополнительных модулей (прикладных библиотек) для этих графических сред и редакторов, которые позволяют использовать всю мощь современного объектно-ориентированного программирования совместно с функциями редакторов для создания очень гибких и функциональных приложений. Хорошо владея одним из языков программирования и основами трехмерного моделирования в любом редакторе, можно научиться самостоятельно разрабатывать различные по структуре программные модули для них, которые позволяют решить широкий круг узкопрофильных задач конструирования. Такие приложения могут производить сложные вычисления, самостоятельно выбирать необходимые параметры из баз данных, обмениваться данными с внешними приложениями и, как результат, строить 3D-модель или чертеж неограниченной сложности с учетом всех параметров.

Практика разработки подключаемых модулей (plug-in) на языках Object Pascal, C++ и других далеко не новая. Архитектура очень многих известных программ трехмерной графики формируется открытой, обеспечивая пользователям возможность самостоятельно расширять функциональность. Речь, в частности, идет об Adobe Photoshop, 3D Studio Max (некоторые plug-in к 3D Studio Max по своим возможностям даже превышают стандартные средства программы, к которой они подключаются) и т.д.

Сущность метода автоматизированного проектирования многоступенчатых передач представлена на рис. 1. Буквы Ч и М, стоящие правее блока, указывают, человеком или машиной выполняются операции, описанные в блоке. Этапы автоматизированного проектирования соответствуют основным стадиям разработки конструкторской документации по ГОСТу 2105-68.

Начальным этапом проектирования является разработка технического задания МЗП, которое устанавливает их основное назначение и технико-экономические показатели. Исходными данными при проектировании служат: общее передаточное отношение, передаваемые нагрузки, числа оборотов входного или выходного валов, необходимая долговечность, условия работы, технологические факторы изготовления, требования к компоновке агрегата в целом.

Рис. 1. Схема процесса автоматизированного проектирования МЗП с помощью ПЭВМ

Синтез МЗП основывается на решении двух основных задач. Первая - структурный синтез, т.е. построение схемы МЗП, включающее выбор числа ступеней и схемы взаимного расположения зубчатых колес. Если схема передачи не определена в техническом задании, следующим и основным этапом проектирования является ее определение. В данной работе представлено решение второй задачи параметрического синтеза, когда конструктор распределяет общее передаточное отношение по ступеням, выбирает относительную ширину зубчатых колес, подбирает коэффициенты смещения и т.д. с дальнейшим расчетом зубчатых колес на прочность.

В блоках 2-4, соответствующих этапу эскизного проектирования, получаются результаты, дающие представления о структуре и технико-экономических показателях МЗП. После анализа и утверждения полученных результатов производится уточненный расчет зубчатых передач, валов, подшипников и соединений и выдача результатов, необходимых для разработки рабочей документации. В противном случае корректируются исходные данные для блока 2 и процесс повторяется до утверждения эскизного проекта.

Анализ результатов уточненного расчета элементов МЗП может показать, что нарушены технические ограничения, вследствие чего потребуется корректировка исходных данных для блока 3 и повторение расчетов.

После утверждения результатов, полученных в блоке 5, разрабатывается и оформляется техдокументация, часть которой может быть получена с помощью чертежно-графических автоматов или других технических средств получения твердой копии.

Начальным этапом разработки метода структурно-метрического синтеза МЗП с помощью ЭВМ (блоки 2 и 3) является математическое моделирование, т.е. построение формального описания многоступенчатой передачи, позволяющего однозначно воспроизвести ее схему, условия работы и другие признаки. Это наиболее сложная и ответственная задача, так как достоверность представления модели зависит от достоверности математических соотношений. Необходимо правильно выбрать уровень детализации и степени точности описания соотношений параметров МЗП.

МЗП можно представить большим числом математических моделей, построенных с различной степенью точности. При их разработке возникают два противоречивых желания: с одной стороны, как можно точнее отобразить в модели реальные процессы и соотношения, с другой - построить модель достаточно простую, обеспечивающую получение результатов с необходимой точностью, что возможно при использовании итерационного метода, предлагающего получение решения посредством последовательности моделей.

Вначале строится модель первого уровня» отличающаяся простым математическим описанием. На основе опыта ее применения создается модель следующего уровня, являющаяся более сложной и полной по сравнению с предыдущей. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет получена наиболее адекватная модель.

На первом этапе построения математической модели МЗП определяется информация, необходимая для решения задачи, в состав которой входят качественные и количественные исходные данные, зависимости между ними и промежуточные переменными, определяемые из принятой методики расчета зубчатых передач на прочность.

По любой конкретной кинематической схеме МЗП в зависимости от принятого соотношения размеров образующих ее звеньев можно построить множество различных механизмов.

Существует ряд независимых конструктивных параметров, которые не могут быть вычислены однозначно по другим независимым параметрам. С их помощью можно определить остальные параметры МЗП.

Анализ задачи автоматизации проектирования МЗП показывает, что в ее математическую модель можно ввести большое число независимых переменных. Наибольший интерес представляют те из них, которые оказывают существенное влияние на величину технико-экономических показателей МЗП. В адекватной модели не должно быть пропущено ни одного существенного параметра.

2. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ПРИ ПОМОЩИ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА КОМПАС

Примером, который будет рассмотрен ниже, может служить написанный на Delphi проект «РЕДУКТОР-3D V2.1». Этот модуль может производить проектный расчет одноступенчатых редукторов трех видов: цилиндрического, конического или червячного, с последующим построением трехмерной модели (сборки) выбранного и рассчитанного редуктора в среде КОМПАС-3D. Данный проект носит академический характер, поскольку, несмотря на то что все методики расчета и параметры согласованы с ГОСТом, сами редукторы не привязаны к определенным условиям конкретного производства. Однако проект в полной мере демонстрирует возможности применения объектов автоматизации и то, насколько значимых результатов можно достичь в отдельно взятой отрасли машиностроения, расширив возможности КОМПАС-3D за счет использования подобного plugin’а. Уровни функциональности и автоматизации проектов практически неограниченны - все зависит лишь от фантазии, конструкторских навыков и профессионального уровня программистов - разработчиков САПР. Исходными данными для производимых «РЕДУКТОРом» расчетов служат три числа: вращающий момент ведомого вала, его угловая скорость и передаточное число редуктора (некоторые параметры перед построением можно изменить по желанию проектировщика, например число зубьев шестерни, угол наклона зубьев и др.). Все остальное программа проделает самостоятельно: определит геометрические характеристики, проведет проверочные расчеты, подберет подшипники и шпонки, выполнит компоновку редуктора. После всего этого библиотека готова к формированию 3D-модели. Без какого-либо вмешательства со стороны
пользователя за считаные минуты будут построены все детали и сборочные единицы, входящие в редуктор, и создана сборка.

Разумеется, на то, чтобы «научить» программу автоматически создавать такие сборки, потребовалось немало времени, но это уже головная боль программистов САПР, а не инженеров. Хотя без помощи опытных конструкторов разработчикам программного обеспечения никак не обойтись, ведь помимо досконального знания приемов объектно-ориентированного программирования нужно неплохо разбираться в сопромате, теоретической механике, основах конструирования и многих других предметных науках.

Теперь можно приступать к решению ранее поставленной задачи, то есть собственно формирования зубчатого зацепления. Сначала на ум приходит, казалось бы, неплохая идея - после вставки деталей в сборку повернуть колесо или шестерню в вертикальной плоскости на определенный угол таким образом, чтобы зубья вошли в зацепление. Но не забывайте, что мы создаем сборку программно. При попытке точно определить значение угла поворота нужно будет учитывать то, что количество зубьев и шестерни, и колеса может быть как парным, так и непарным (в зависимости от передаточного числа редуктора), а также что даже при одинаковом количестве зубьев, но при разных модулях диаметр колес будет разным.

На самом деле есть значительно более простой способ, позволяющий не вводить в программу лишних расчетов и даже не изменять положения колес после вставки их в сборку, формируя зацепление на этапе проектирования отдельных деталей, а не сборки. Необходимо так сформировать зубчатый венец колеса и шестерни, чтобы на оси, соединяющей центры колес, с одной стороны (например, на шестерне) всегда размещался зуб, а с другой (на колесе) - вырез. Таким образом, вырезать первым нужно именно ту пару зубьев, которая и будет находиться в зацеплении в собранной передаче, что позволит при сборке просто вставить модели и ничего не подгонять. Задача свелась к построению эскизов вырезов, которые будут соприкасаться в одной точке, если нарисовать их в одной плоскости, но на самом деле они будут размещены в разных моделях. Добиться этого совсем не сложно: точку зацепления следует разместить на линии центров, а эскизы вырезов вычертить по обе стороны этой линии, привязываясь к точке зацепления, но отдельно для шестерни и колеса.

После того как созданы вырезы с помощью выдавливания или операции по сечениям при любых значениях модуля, числа зубьев, передаточного числа или угла наклона зубьев, вы получите очень точную модель зубчатого зацепления. Чтобы еще больше усовершенствовать программу, можно строить шестерню не в начале координат, а сместив ее на величину межосевого расстояния по одной из координатных. Это нисколько не усложнит процесс моделирования шестерни, зато вся программная сборка ограничится в этом случае двумя-тремя инструкциями вставки 3D-модели колес из соответствующих файлов. По умолчанию все детали установятся в точку начала системы координат, но поскольку шестерня «подвинута» на величину межосевого расстояния, то сборка произойдет сама собой.

Не меньший интерес представляет сборка конических колес. Здесь ситуацию значительно усложняют конструктивные особенности конического зацепления, в котором оси колес пересекаются в пространстве под прямым углом. Сама форма конических зубчатых колес достаточно сложна для моделирования. Плоскость, содержащая эскиз для выреза проточки между зубьями, должна быть касательной к боковой поверхности колеса, что имеет форму усеченного конуса, для того, чтобы вырезание выдавливанием формировалось в направлении образующей делительного конуса. В результате простое рисование и размещение эскиза доставит немало трудностей программисту, решившему создать приложение, моделирующее конические колеса. Но, допустим, все это уже позади и ваш модуль успешно создает и трехмерные модели, и колеса, и шестерни.