НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ В ОЦЕНКЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПЛАНЕТАРНЫХ РЕДУКТОРОВ КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

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.

механизм подъема, механизм изменения вылета, механизм поворота, закон распределения нагрузок, ресурс, однорядные планетарные механизмы, прочность зацеплений, подшипниковый узел сателлита, кривые выносливости

1. Барышников С. О. Обзор методов представления структуры зубчатых механизмов / С. О. Барышников, А. Н. Иванов // Морской вестник. - 2011. - № 2 (38). - С. 108-110.

2. Петракова Е. А. О целесообразности выбора высоколегированных сталей для зубчатых колес в закрытых передачах / Е. А. Петракова, М. У. Ахмедов, М. А. Молоканов // Справочник. Инженерный журнал с приложением. - 2018. - № 10 (259). - С. 18-28. DOI: 10.14489/hb.2018.10.pp.018-028.

3. Сидоров П. Г. Методология проектирования главного редуктора вертолета / П. Г. Сидоров, А. В. Плясов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2013. - № 8. - С. 288-296.

4. Бильдюк Н. А. Детали машин / Н. А. Бильдюк, С. И. Каратушин, А. Л. Филипенков и др; под общ. ред. В. Н. Ражикова. - СПб.: Политехника, 2015. - 695 с.

5. Кудрявцев В. Н. Расчет и проектирование зубчатых редукторов / В. Н. Кудрявцев, И. С. Кузьмин, А. Л. Филипенков. - СПб.: Политехника, 1993. - 448 с.

6. Кудрявцев В. Н. Планетарные передачи: справ. / В. Н. Кудрявцев [и др.]. - Л.: Машиностроение, 1977. - 536 с.

7. Капелевич А. Л. Повышение энергоемкости авиационных редукторов / А. Л. Капелевич, В. М. Ананьев // Вестник двигателестроения. - 2012. - № 2. - С. 155-159.

8. Moeser H. Ubersetzungsaufteillung bei mehrstufiegen Getrieben / H. Moeser // Maschinenbautechnik. - 1982. - Vol. 31. - Is. 4. - Pp. 171-173.

9. Андрианов Е. Н. Определение эквивалентных нагрузок и надежности элементов портальных кранов / Е. Н. Андрианов, В. И. Брауде // Тр. ЛИВТа. - Л.: Транспорт, 1984. - С. 35-45.

10. Остяков Ю. А. Проектирование деталей и узлов конкурентоспособных машин / Ю. А. Остяков, И. В. Шевченко. - СПб.: Изд-во «Лань», 2013. - 336 с.

11. Балашов Б. А. Редукторы энергетических машин: справ. / Б. А. Балашов [и др.]. - Л.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

12. Снесарев Г. А. Резервы общего редукторостроения / Г. А. Снесарев // Вестник машиностроения. - 1990. - № 8. - С. 30-35.

13. Кудрявцев В. Н. Несущая способность зацепления и рекомендации к выбору типов передач / В. Н. Кудрявцев // В кн.: Повышение несущей способности механического привода. - Л.: Машиностроение, 1973. - С. 13-65.

14. Сакаев Р. А. Выбор числа ступеней планетарных передач типа 2К-Н / Р. А. Сакаев // В кн.: Зубчатые и червячные передачи. Некоторые вопросы геометрии, кинематики, динамики, расчёта и производства; под ред. Н. И. Колчина. - Л.: Машиностроение, 1974. - С. 180-185.

15. Иоселевич Г. Б. Детали машин / Г. Б. Иоселевич. - М.: Машиностроение, 1988. - 368 с.

16. Кудрявцев В. Н. Конструкции и расчет зубчатых редукторов / В. Н. Кудрявцев, Ю. А. Державец, Е. Г. Глухарев. - Л.: Машиностроение, 1972. - 328 с.

17. Меретуков М. А. К вопросу о распределении общего передаточного отношения цилиндрического редуктора между ступенями / М. А. Меретуков // Вестник Адыгейского государственного университета. Серия 4: Естественно-математические и технические науки. - 2018. - № 2 (221). - С. 160-163.

18. Иванов А. Н. Перспективы развития грузоподъемных машин / А. Н. Иванов, С. Н. Федотов // Журнал Университета водных коммуникаций. - 2009. - № 3. - С. 22-32.

19. Барышников С. О. Исследование планетарного однорядного механизма с точки зрения геометрии зацепления / С. О. Барышников // Вестник ИНЖЭКОНа. Серия: Технические науки. - 2010. - № 8. - С. 117-123.