Совершенствование планетарных передач транспортных средств

NovaInfo 66, с.13-18, скачать PDF
Опубликовано
Раздел: Технические науки
Язык: Русский
Просмотров за месяц: 1
CC BY-NC

Аннотация

Совершенствование планетарных передач транспортных средств происходит путем повышения надёжности и долговечности лимитирующих узлов, к которым относится планетарный механизм поворота (ПМП), применяемый на серийных отечественных гусеничных сельскохозяйственных тракторах тягового класса. В статье исследуется динамика ПМП тракторов семейства ДТ и изнашивание его основных деталей и сопряжений.

Ключевые слова

ИЗНОС, ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА, ДЕТАЛЬ, ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА, МЕТОДЫ

Текст научной работы

Наиболее распространенной и неизбежной, причиной выхода из строя деталей машин является их износ, изменяющий важнейшие характеристики машин. Вследствие износа деталей понижается мощность двигателей, увеличивается расход горюче-смазочных материалов, надают производительность и тяговые качества машин, повышается расход энергии на единицу производимой машиной продукции.

Повышение надёжности и долговечности у тракторов в первую очередь заключается в повышении надёжности и долговечности лимитирующих узлов, к которым относится планетарный механизм поворота (ПМП), применяемый на серийных отечественных гусеничных сельскохозяйственных тракторах тягового класса 3 и 4: ДТ-75. ВТ-100, Т-4, «Казахстан», а также на трелевочных тракторах ТДТ-55, ТДТ-60, ТДТ-75. Данный тип механизма поворота был внедрён на тракторах в начале 60-х годов взамен бортовых муфт поворота, что позволило снизить металлоемкость, уменьшить нагруженность коробки перемены передач и главной передачи, повысить срок службы всей трансмиссии.

Исследования динамики ПМП тракторов семейства ДТ [2] и изнашивания его основных деталей и сопряжений [3] показали, что основной причиной преждевременного выхода их из строя является неравномерное распределение нагрузки между сателлитами и по длине зубчатых зацеплений шестерен, вызванное погрешностями изготовления и сборки. При этом чувствительность к погрешностям изготовления и сборки данного ПМП обусловлена наличием избыточных связей или статической неопределимостью этих механизмов [1].

Конструкция исследуемого однопоточного двухрядного одноступенчатого планетарного механизма поворота, выполненного по схеме 2Н-К представлена на рисунке 1.

Планетарный механизм поворота состоит из центрального колеса внутреннего зацепления 1 (коронная шестерня), двух центральных колес внешнего зацепления 2 (солнечные шестерни), сателлитов 3, водил 4, валов 5, тормозов солнечных шестерен 6 и остановочных тормозов 7.

Центральное колесо внутреннего зацепления 1 установлено на двух стаканах 8 посредством однорядных радиальных шариковых подшипников 226. Стаканы 8 располагаются в расточках корпуса 9. Центральные колеса внешнего зацепления 2 установлены в стаканах 8 на бронзовых втулках 10, образующих с наружной шлифованной поверхностью данных шестерен подшипников скольжения.

Конструкция ПМП тракторов ВгТЗ
Рисунок 1. Конструкция ПМП тракторов ВгТЗ

Сателлиты 3 устанавливаются на осях 11 посредством бессепараторных игольчатых подшипников 12 и находятся в постоянном зацеплении с центральными колёсами. Оси 11 крепятся в расточках щёк водил 4. Водила 4 соединяются с одним из концов валов 5, которые друг им концом соединяются с ведущими шестернями 13 конечных передач. На ведущих шестернях 13 конечных передач устанавливаются остановочные тормоза 7 ПМП. Соединение валов 5 с водилами 4 и ведущими шестернями 13, а также соединение ведущих шестерен 13 с остановочными тормозами 7 осуществляется посредством шлицевых соединений.

Согласно современным представлениям о работе машинно-тракторных агрегатов (МТА) нагрузки, возникающие в их трансмиссиях, являются случайными величинами, из которых выделяют постоянную длительно действующую и динамическую составляющую.

За постоянную длительно действующую составляющая нагрузки, приведённой к определённому участку валопровода, принимают наименьшую из двух: нагрузки по двигателю при номинальной величине крутящего момента двигателя и нагрузки, определяемой из условия обеспечения сцепления движителя с почвой. Для тракторов, оборудованных двигателями с полкой постоянной мощности, за постоянную длительно действующую нагрузку принимают нагрузку, которая соответствует работе двигателя на полке постоянной мощности с частотой вращения коленчатого вала (0,85..0,9) от максимальной [2]. При наличии данных эксплуатационных испытаний на МИС постоянная длительно действующая составляющая нагрузки на каждой передаче определяется величиной математического ожидания действительной крюковой нагрузки полученной при испытаниях.

Динамическая составляющая нагрузки зависит от параметров элементов трансмиссии трактора и степени влияния отдельных узлов как источников возмущающих воздействий. Данная составляющая нагрузки определяется для установившегося и переходного режимов работы МТА.

В установившемся режиме динамическая составляющая нагрузки зависит от колебаний тягового усилия и сопротивления передвижению трактора, обусловленных разнородностью физико-механических свойств почвы и микрорельефа поля, амплитуды и частоты возмущающих моментов двигателя и зубчатых зацеплений, крутильной жёсткости участков валопровода трансмиссии, звенчатости гусеничной цепи и других факторов [3]. Кроме того, амплитуда динамической составляющей нагрузки в установившемся режиме может увеличиваться в зависимости от соотношения частот нагрузок, указанных источников и частот собственных колебаний системы и приводить к резонансным явлениям в трансмиссии [1]. Поэтому действительные значения динамической составляющей нагрузки в элементах трансмиссии трактора можно определить, рассматривая вынужденные крутильные колебания всей системы.

Следует отметить, что при движении МТА по неровностям существенное влияние на нагруженность деталей трансмиссии и ПМП оказывает скорость движения трактора. В работе было установлено, что при движении трактора по неровностям поля (стерня) без нагрузки амплитуда колебаний момента на первичном валу КПП при увеличении скорости движения в два раза возрастает в 3.1-3.3 раза от его поминального значения. Такое возрастание нагрузки с увеличением скорости объясняется интенсивным ростом амплитуд угловых колебаний остова фактора.

Согласно расчётам ПМП тракторов ДТ-75, ДТ-175 и ВТ-100, выполненным ГСКБ ВгТЗ, по критерию статической прочности при действии максимальной нагрузки детали планетарного ряда имеют значительный запас, поэтому оценку потенциальных возможностей механизма будем вести по критериям контактной и изгибной усталостной прочности зубьев шестерен планетарного ряда, а также по критерию долговечности игольчатого подшипника сателлита и опор коронной шестерни. На долговечность опор коронной шестерни режимы работы механизма влияния не оказывают, поскольку равнодействующая радиальных сил действующих в зацеплениях планетарного ряда практически равна нулю, поэтому для оценки потенциальных возможностей по критериям долговечности игольчатого подшипника и воспользуемся соответственно гистограммами.

Для оценки потенциальных возможностей механизма по критериям контактной и изгибной усталостной прочности зубьев шестерен планетарного ряда воспользуемся гипотезой Пальмгрена-Майнера о линейном характере накопления усталостных повреждений [3].

Для определения ресурса по указанным критериям и оценке потенциальных возможностей необходимо привести гистограммы распределения крутящих моментов к эквивалентным гистограммам распределения контактных и изгибных напряжений в зубьях шестерен.

Из результатов расчёта установлено, что на всех режимах работы ПМП, возникающие контактные и изгибные напряжения трактора ВТ-100 не превышают значений соответствующих пределов выносливости, а также величин допускаемых контактных и изгибных напряжении (критерий статической прочности). Следовательно, по рассматриваемым критериям, при данной нагруженности, механизм может работать бесконечно долго, что свидетельствует о его значительных потенциальных возможностях.

При проведении расчета было принято, что обобщённый коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий и между сателлитов равен 1. Однако на самом деле данные коэффициенты никогда не равны единице ввиду неизбежности получения погрешностей при формировании деталей и сборке любого узла, а также по причине наличия деформаций элементов планетарного ряда при его нагружении. Поэтому при расчётах очень важно правильно оценить данные параметры, поскольку от этого в значительной степени зависит долговечность проектируемого узла [2].

Значение коэффициента неравномерности распределения нагрузки между сателлитами может находиться в пределах от 1 до 3, а значение коэффициента неравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий от 1 до 2. Таким образом, суммарный коэффициент неравномерности распределения нагрузки может иметь значения от 1 до 4.

Используя выражения произведены расчёты и постреным зависимости долговечности от величины по контактным, глубинным напряжениям и напряжениям изгиба для каждой шестерни планетарного ряда (рисунок 2).

Из графиков видно, что с увеличением коэффициента неравномерности, начиная со значений при которых действующие напряжения оказываются выше предела выносливости, происходит резкое падение долговечности по всем критериям. Наиболее интенсивно происходит падение по критериям изгибной прочности зубьев шестерен, что объясняется прямопропорциональной зависимостью напряжений изгиба от величины коэффициент неравномерности. При этом лимитирующими элементами по этому критерию оказываются коронная шестерня и сателлит, которые, согласно графику выйдут из строя раньше других.

Графики изменения долговечности ПМП по различным критериям
Рисунок 2. Графики изменения долговечности ПМП по различным критериям

Читайте также

Список литературы

  1. Зубчатые передачи: справочник / Е. Г. Гинзбург, Н. Ф. Фролов, Н. Б Фирун. П. Т. Халебский; под обш. ред. Е. Г. Гинзбурга. - Л.:Машиностроение, 1980. -416с.
  2. Леликов, О. П. Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность и расчетный ресурс / О. П. Леликов И Справочник (инженерный журнал). - 1998.-№4.-С. 34-46.
  3. Перель, Л. Я. Подшипники качения : справочник / Л. Я. Перель, А. А. Филатов. - М.: Машиностроение, 1992. - 606 с.

Цитировать

Сухов, А.А. Совершенствование планетарных передач транспортных средств / А.А. Сухов, А.В. Попов, И.Е. Коноплев. — Текст : электронный // NovaInfo, 2017. — № 66. — С. 13-18. — URL: https://novainfo.ru/article/13089 (дата обращения: 02.12.2022).

Поделиться