Статья посвящена проблемам проектирования и вопросам оценки несущей способности узлов планетарных редукторов на основе изучения основных схемно-конструктивных решений европейских производителей, использующих высокотвердое внешнее зацепление и эвольвентное внутреннее зацепление, реализующее выпукло-вогнутый контакт, а также экспериментальные данные, нашедшие отражение в нормативных документах базовых стандартов РФ. В связи с многообразием факторов, лимитирующих массогабаритные показатели редуктора, в работе ставится вопрос о возможности решения данной задачи для подобного вида конструкции при подчинении ее с определенной долей вероятности одному прочностному фактору, что позволит значительно упростить проектирование основных несущих узлов и проведение сравнительной оценки редукторов, выполненных при использовании различных конструктивных решений. Учитывая практику эксплуатации, основными узлами, которые определяют исходные размеры редуктора исследуемого типа, являются зубчатые зацепления и подшипники качения сателлитов. Предложенная методика дает дифференцированную оценку различных факторов, в которой сравнивается контактная выносливость, исключающая преждевременный выход конструкции из строя по причине усталостного выкрашивания зубьев внешнего и внутреннего зацеплений с изгибной выносливостью, исключающей преждевременный выход из строя конструкции, ввиду усталостной поломки зубьев зубчатых центральных колес и сателлитов, и обеспечивающей долговечность подшипников сателлитов по методу эквивалентных циклов. Для проведения сравнительной оценки с учетом режима нагружения, в сочетании с заданным ресурсом на базе типовых законов распределения нагрузок, нашедших применение в отечественном краностроении, предложен метод узловых точек. На основании проведенных исследований показано, что во всем рациональном интервале изменения конструктивного параметра как при постоянной, так и при переменной нагрузке назначенного режима и ресурса, равнопрочность зацеплений передач редуктора определяется контактной выносливостью внешнего зацепления. Принималось, что кривая выносливости имеет два наклонных участка с параметрами, определяемыми нормативными документами. Приведены графики и формула, позволяющая назначать марку стали и вид термической или химико-термической обработки колеса с внутренними зубьями с оценкой влияния ресурса и режима работы кранового механизма. Решение условия равнопрочности зубьев по изгибу представлено формулой и таблицей, определяющими максимальное число зубьев шестерни с учетом коэффициента смещения, ресурса и режима работы. Показано, что с точки зрения ресурсных показателей подшипниковый узел сателлита является наиболее уязвимым элементом лишь в узком интервале (от двух до трех) численных значений конструктивного параметра ступени редуктора. Выполненный сравнительный анализ напряженного состояния основных узлов и полученные численные результаты показали практическую приемлемость использования в качестве формообразующего фактора планетарного редуктора исследуемого типа усталостной контактной выносливости высокотвердого внешнего зацепления. Предложен показатель для сравнительной оценки редукторов, выполненных в соответствии с различными схемно-конструктивными решениями, который зависит только от значений внутреннего передаточного отношения ступеней редуктора и крутящего момента и позволяет уменьшить число вариантов, допускаемых к детальной проработке на стадии нового проектирования.
This paper is devoted to the design problems and issues of estimating the bearing capacity of planetary reduction gear units, based on the study of basic circuit-design solutions of European manufacturers using high-hard external gearing and involute internal gearing that implements the convex-concave contact, and the experimental data, which are reflected in the regulatory documents of the basic standards of the Russian Federation. Due to the variety of factors limiting the weight and dimensions of the gearbox, there is the question of the possibility of solving this problem for this type of construction under subordinating with a certain degree of probability to single strength factor, which would significantly simplify the design of the main bearing units and comparative evaluation of gearboxes performed at using the various design solutions. Taking into account the operating practice, the main units that determine the initial dimensions of the gearbox of the studied type are the gearing and rolling bearings of satellites.The proposed method provides a differentiated evaluation of the various factors that compares the contact endurance precluding premature structure failure due to fatigue chipping of teeth of the external and internal gearing with flexural endurance eliminating premature structure failure due to fatigue failure of the teeth of the sun wheels and satellites, and ensuring the durability of the satellites bearings by the method of equivalent cycles. To conduct a comparative assessment taking into account the loading mode, in combination with a given resource based on the model laws of load distribution, which have found application in domestic crane construction, the method of nodal points is proposed. Based on the conducted research, it has been shown that in the entire rational range of changes in the design parameter, both at a constant and variable load of the assigned mode and resource, the equal strength of gearing of the gearbox gears is determined by the contact endurance of the external gearing. It is assumed that the endurance curve has two inclined sections with parameters defined by the normative documents. Graphs and formula that allows you to assign a steel grade and type of thermal or chemical-thermal treatment of a wheel with internal teeth with an assessment of the impact of the resource and operating mode of the crane mechanism are proposed. The solution of the condition for the bending strength of the teeth is presented by the formula and table, which determine the maximum number of gear teeth, taking into account the displacement coefficient, resource and operating mode. It has been shown that from the point of view of resource indicators the bearing unit of the satellite is the most vulnerable element only in a narrow range (from two to three) of the numerical values of the design parameter of the gear stage. The performed comparative analysis of the stress state of the main units and the obtained numerical results has showed the practical acceptability of using a planetary gearbox of the studied type of fatigue contact endurance of a high-hardness external gearing as a form-forming factor. An indicator for the comparative assessment of gearboxes made according to the various circuit-design solutions, which depends only on the values of the internal gear ratio of the gearbox stages and torque and allows you to reduce the number of options permitted for detailed study at the stage of new design, is proposed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.