Настоящая статья посвящена вопросам проектирования силовых приводов перегрузочной техники, построенных на основе многоступенчатых рядовых зубчатых редукторов с высокотвердыми цилиндрическими эвольвентными передачами, позволяющими резко улучшить показатель масса-нагрузочной способности привода, уменьшить расход металла, снизить массу привода до 50 % и обеспечить получение компактных энергоемких устройств. Это осуществляется, прежде всего, за счет повышения твердости зубьев и рационального распределения передаточного отношения по ступеням. В ранее опубликованных на эту тему работах распределение общего передаточного отношения по ступеням осуществлялось решением задач минимизации целевой функции при многообразии критериев, используемых для оценки работоспособного состояния редуктора. При таком распределении передаточного отношения независимо от критерия, определяющего степень загруженности передачи и положенного в основу оптимизации параметров редуктора, реализуются неравенства, в которых значение передаточного числа тихоходной ступени назначается меньшим, чем быстроходной. Исследования показали, что в довольно широком интервале передаточных отношений назначение передаточного числа в каждой ступени оптимальным значением, приводит к появлению в конструкции неконструктивной и нетехнологичной врезной вал-шестерни, исключающей шлифование зубьев в качестве последней операции после термической обработки зубчатых колес. Поэтому применение на кранах двух-, трех- и четырехступенчатых редукторов с цилиндрической передачей с высокотвердыми зубьями при распределении общего передаточного отношения приводит к необходимости учета требований, связанных с конструкцией и технологией изготовления зубчатых колес. В предлагаемой работе с целью исключения врезной вал-шестерни для распределения передаточного отношения введен конструктивно-технологический критерий в форме «порогового» уровня, ограничивающего наибольшее передаточное число, реализуемое в одной ступени, и как следствие, ограничивающее наибольшее передаточное отношение редуктора. Для редукторов предложены таблицы и аппроксимирующие зависимости в виде простых функций, формирующих оптимальные значения передаточных чисел. Эти зависимости могут непосредственно использоваться при проектировании редукторов с улучшенными зубчатыми колесами. Для редукторов с высокой твердостью зубьев распределение передаточного отношения основано на реализации неравенства, в котором передаточное число быстроходной ступени назначается с учетом «порогового» уровня при обеспечении заданного отклонения передаточных чисел ступеней от оптимальных значений. Такой подход увеличивает диаметр впадин, оправдывает назначение передаточного числа быстроходной ступени меньшим значением, чем в тихоходной ступени, исключая появление в конструкции неконструктивной и нетехнологичной врезной вал-шестерни.
The design of power drives of reloading equipment built on multi-stage ordinary gear reducers with high-hard cylindrical involute gears, which allow to dramatically improve the mass - load capacity of the drive, reduce metal consumption, reduce the weight of the drive by up to 50%, and ensure the production of compact energy-intensive devices, is considered in the paper. This is achieved, first of all, by increasing the hardness of the teeth and the rational distribution of the gear ratio over the steps. In previously published works, the distribution of the total gear ratio by stages was carried out by solving the problems of minimizing the objective function with a variety of criteria designed to assess the operational state of the gearbox. With this distribution of the gear ratio, regardless of the criterion that determines the degree of transmission load and is the basis for optimizing the gearbox parameters, inequalities, in which the gear ratio of the slow-speed stage is assigned a lower value than in the high-speed stage, are realized. Studies have shown that in a fairly wide range of gear ratios, the assignment of the gear ratio in each stage to the optimal value leads to the appearance of an unconstructive and non-technological mortise shaft-gear in the design, which excludes grinding the teeth as the last operation after heat treatment of the gears. Therefore, the use of two, three and four-stage cylindrical gearboxes with high-hard teeth on cranes when distributing the total gear ratio forces us to take into account the requirements related to the design and manufacturing technology of gears. In the proposed work, in order to exclude the mortise shaft-gear for the distribution of the gear ratio, a design and technological criterion is introduced in the form of a” threshold “ level that limits the largest gear ratio realized in one stage, and as a result, limits the largest gear ratio realized by the gearbox. Tables and approximating dependencies in the form of simple functions forming optimal values of gear ratios are proposed for reducers. These dependencies can be directly used in the design of gearboxes with improved gears. For gearboxes with high tooth hardness, the distribution of the gear ratio is based on the implementation of an inequality in which the gear ratio of a high-speed stage is assigned taking into account the “threshold” level while ensuring a given deviation of the gear ratios of the stages from the optimal values. This approach increases the diameter of the cavities, justifies the assignment of the gear ratio of the high-speed stage by a lower value than in the low-speed stage and eliminates the appearance of an unconstructive and non-technological mortise shaft-gear in the design.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.