SEVERAL PROBLEMATIC ISSUES IN ASSESSING THE CARRYING CAPACITY OF PLANETARY GEARBOXES OF CRANE MECHANISMS

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.

lifting mechanism, derricking mechanism, swing mechanism, loads distribution law, resource, single-row planetary mechanisms, strength of gearing, bearing unit of the satellite, fatigue curves

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.