SYSTEM KOMPUTEROWY PROJEKTOWANIA PRZEKŁADNI ZĘBATYCH

Transkrypt

1 XV KONFERENCJA NAUKOWA PROBLEMY ROZWOJU MASZYN ROBOCZYCH XI KONFERENCJA NAUKOWA PROBLEMY W KONSTRUKCJI I EKSPLOATACJI MASZYN HUTNICZYCH I CERAMICZNYCH Zakopane 00 Marek Martyna*, Jan Zwolak** * HSW-OBR Stalowa Wola **HSW-OBR Stalowa Wola SYSTEM KOMPUTEROWY PROJEKTOWANIA PRZEKŁADNI ZĘBATYCH Strescene: W pracy predstawa sę koncepcję systemu komputerowego służącego do projektowana prekładn ębatych o prostej śrubowej ln ęba. System ten umożlwa welokryteralną optymalację ora powol na anmację knematyk prekładn. Opsano strukturę systemu aktualny stan prac. Predstawono prykład poloptymalacj prekładn 8 begowej (typu power shft) stosowanej w ładowarkach kołowych.. WSTĘP Projektanc konstruktory prekładn ębatych w swojej pracy najcęścej wykonują oblcena wytrymałoścowe według nanych norm ISO [], DIN [] ora AGMA []. Podane w nch wory odnosą sę jednak do pojedyncej pary ębatej, a atem ne mogą być bepośredno wykorystane w oblcenach łożonych prekładn ębatych, jakm są na prykład skryne prekładnowe typu power shft. Należy atem utworyć odpowedną strukturę par ębatych całego łańcucha knematycnego skryn prekładnowej, na każdym stopnu jej prełożena, po cym poscególne pary ębate będą dentyfkowane pre system komputerowy poddawane oblcenom geometrycnym wytrymałoścowym. Predmotem pracy jest budowa systemu komputerowego PRZEKŁADNIA, służącego do projektowana prekładn ębatych o prostej śrubowej ln ęba. System ten powol na welokryteralną optymalację prekładn e wględu na różne wyberane skojarena kryterów (na prykład: mnmalna masa, mnmalne naprężena, maksymalna trwałość). System będe realowany jako aplkacja Wndows, wselkm wynkającym tego faktu koryścam. Z punktu wdena użytkownka będe to pryjany nterfejs, wyposażony w menu, konk wybranych opcj, system dalogowy ora system pomocy kontekstowej. Prewduje sę możlwość anmacj dałana prekładn, nteraktywnym sterowanem obrotem w prestren całej prekładn możlwoścą oglądana jej elementów w ruchu.

2 Układ knematycny prekładn będe budowany w sposób grafcny, na ekrane popre wskaane precągnęce wybranych elementów (e defnowanych palet elementów) do właścwego mejsca na ekrane. Popre okenka dalogowe będą podawane lub modyfkowane pre użytkownka na prykład: dane elementów, nformacje o obcążenach ora parametry optymalacj. Oblcena wytrymałoścowe prekładn będe można realować według normy ISO lub DIN 990. Prewduje sę duże koryśc eksploatacj systemu 'PRZEKŁADNIA', nacne krótsy cykl projektowy, optymalowane elementy jak całość prekładn. W dalsej cęśc pracy predstawono prykład poloptymalacj prekładn ębatej 8 begowej (typu power shft), która jest stosowana w masynach robocych typu ładowark kołowe.. ZARYS STRUKTURY SYSTEMU W systeme można wyróżnć następujące moduły: START, STRUKTURA, OPTYM, GEOMETRIA, ZGIN_ZĘBA, WYTRZ_KONT, WAŁY, ŁOŻYSKA, WYDRUK, DECYZJA, ANIMACJA, STOP, pokaane na rys.. Znacene poscególnych modułów jest następujące: START - moduł odpowedalny a uruchomene całośc oblceń, wcytane danych do oblceń STRUKTURA - budowa w sposób grafcny układu knematycnego prekładn (wskaane precągane wybranych elementów palet, do właścwego mejsca na ekrane) lub wcytane wceśnej wygenerowanej struktury układu; roponawane struktury układu dla poscególnych begów OPTYM - uruchomene optymalacj welokryteralnej dla aproponowanej pre program lub wybranej pre użytkownka procedury optymalacj ora estawu kryterów cąstkowych GEOMETRIA - wynacene parametrów geometrycnych kół ębatych par kół ora nektórych parametrów pomarowych ZGIN_ZĘBA - oblcena wytrymałośc na gnane ęba dla wsystkch dopuscalnych skojareń kół ębatych każdego begów WYTRZ_KONT - wylcene naprężeń kontaktowych w parach ębatych (sprawdane są wsystke dopuscalne skojarena kół ębatych) WAŁY - oblcena wytrymałoścowe wałów ŁOŻYSKA - dobór łożysk WYDRUK - wydruk wynków pośrednch DECYZJA - moduł sterujący, w którym podejmowane są decyje wąane na prykład: e maną procedury optymalacj, maną kryterów cąstkowych, maną danych, akońcenem oblceń ANIMACJA - możlwość predstawena skryn prekładnowej w ruchu, w ujęcu prestrennym, e sterowanem obrotem prekładn STOP - wydruk wynków końcowych, akońcene oblceń

3 Na rys. pryjęto dodatkowe onacena: Rys. Schemat systemu ZP mana procedury optymalacj ZK mana estawu kryterów cąstkowych ZW mana wag kryterów ZS mana struktury układu ZD mana danych System charakteryuje sę skalowalnoścą, wykorystano powsechne dynamcne prydelane pamęc (macere). Ze wględu na środowsko pracy programu (system operacyjny Wndows) ne ma praktycne ogranceń co do welkośc adana oblcenowego. Zastosowane bardo wydajne procedury numerycne [] powalają na efektywne wykonane oblceń.

4 Wykorystane optymalacj welokryteralnej umożlwa, punktu wdena użytkownka (estawy kryterów cąstkowych, wag kryterów), różne podejśca do projektowana skryń prekładnowych. Wprowadono, w prypadku uyskana lokalnych mnmów, automatycne wnawane oblceń pre program, odpowedną modyfkacją punktu startowego ( metody: determnowana ora losowa). Ze wględu na olbrymą lość parametrów, współcynnków nebędnych do preprowadena oblceń, pryjęto asadę, że prawe wsystke dane będą mały, w okenkach dalogowych, wstępne pryjęte wartośc (proponowane pre program). Ocywśce, można będe prawe każdą nch menć w odpowednm okenku dalogowym. Wobec powyżsego, nawet użytkownk newelką wedą w akrese projektowana prekładn ębatych, będe w stane preprowadć oblcena uyskać adowalające wynk.. AKTUALNY STAN PRAC Prace nad systemem są w stadum realacj. Aktualne budowane cęścowo weryfkowane ostały nektóre moduły dla oblceń prekładn ębatych o prostej ln ęba według normy ISO. Cęść modułów rys. dała w uprosconej forme, na prykład blok STRUKTURA pracuje w ten sposób, że automatycne roponaje strukturę układu, dla poscególnych begów, na podstawe bardo prostego apsu skojareń kół ębatych, apsanych pre użytkownka w plku danych. Weryfkację realowanej cęśc systemu preprowadono na prykłade dwóch łożonych prekładn SB SB 00 prenaconych do ładowarek kołowych. Okaało sę, że można w nacnym stopnu poprawć parametry prekładn, korystając omawanego systemu. W następnym paragrafe ostane pokaany prykład oblceń dla skryn begów SB.. PRZYKŁAD Predstawono prykład poloptymalacj prekładn ębatej 8 begowej (typu power shft) stosowanej w ładowarkach kołowych. Podstawowym elementam apewnającym ruch obrotowy analowanej skryn prekładnowej są: wałk, koła ębate, spręgła ora łożyska tocne. Z uwag na to, że wsystke koła ębate tworące strukturę wewnętrną skryn prekładnowej poostają w cągłym aębenu e sobą, a wałk ne leżą w jednej płascyźne, predstawono jej schemat knematycny w prekroju osowym w prekroju promenowym. Schemat w płascyźne osowej dający możlwość analy knematycnej wąanej trema spręgłam begowym SPB jednym spręgłem kerunkowym SPK predstawa rys.. Koła ębate najdują sę na wałku wejścowym I są cągle aębone, odpowedno kołem na wałku III, aś kołem na wałku II. Wałek I może prekaywać ruch obrotowy popre koło sprężone płytkam spręgłowym najdującym sę w cęśc P spręgła SPK. Wówcas ruch obrotowy na wałku wyjścowym VII uyskuje kerunek godny kerunkem obrotów wałka wejścowego I. Ruch obrotowy od wałka I, może być także prekaywany pre koło, sprężone

5 płytkam spręgłowym najdującym sę w cęśc W spręgła SPK. W tym prypadku ruch obrotowy na wałku wyjścowym VII pryjmuje kerunek precwny do kerunku na wałku wejścowym I. Rys. Prekrój osowy skryn prekładnowej SB Wałek II kołam ębatym, stanow stywne połącene welowypustowe, spełnając funkcję ognwa pośrednego dla begów jady do tyłu. O tym cy wałek II najduje sę w łańcuchu knematycnym begu jady do tyłu rostryga koło ębate koło ębate. Prekrój promenowy wdocnym aębenem wsystkch kół ębatych występujących w skryn prekładnowej SB amescono na rysunku. Prełożena na poscególnych begach można apsać: 8 8

6 gde:,,, - prełożena na begu,,, jady do produ,,, 7, 8 - prełożena begu,,7,8 jady do tyłu. Rys. Prekrój promenowy skryn prekładnowej SB. Na podstawe rysunku, jak na podstawe apsu prełożeń, wdocne jest że koła ębate,, borą udał w prenosenu momentu obrotowego jedyne na begach:,,7,8 podcas jady do tyłu. Natomast na begach prednch:,,, koła te obracają sę swobodne, a ch ruch obrotowy wymusony jest pre koło. W ropatrywanym prypadku adane optymalacj charakteryuje sę następującym welkoścam: - 8 mennych decyyjnych, - 9 ogranceń nerównoścowych równoścowych, - krytera cąstkowe.

7 Krytera cąstkowe ostały sformułowane jak ponżej: odwrotność mnmalnego cołowego stopna pokryca ε α K maksymalny współcynnk kstałtu ęba mn, p ε α y F dla k kół: dla p par kół: K max, k y F całkowta masa kół: k K m a kryterum globalne apsano ależnoścą: K j K G w j K j nj K G mn gde : p - lość par kół, k - lość kół, w j - współcynnk wagowy kryterum cąstkowego j, K nj - wartość normująca kryterum cąstkowe j. W tabel predstawono wartośc składowych kryterów cąstkowych dla punktu startowego optymalacj (pred optym.) ora dla jednego rowąań optymalnych (po optym.). Pryjęto wag: w 0.0, w 0., w 0.. Tabela Nr pary kół Cołowy stopeń pokryca pred optym. po optym Nr koła Współcynnk kstałtu ęba pred optym. po optym pred optym. Masa koła [kg] po optym

8 W tabel estawono wartośc kryterów cąstkowych ora kryterum globalnego, dla punktu startowego optymalacj (pred optym.) ora dla jednego rowąań optymalnych (po optym.). Tabela krytera pred optym. po optym. kryterum cąstkowe K kryterum cąstkowe K.7. kryterum cąstkowe K kryterum globalne KG Na podstawe wynków amesconych w tabelach, wdać jak nacne poprawły sę parametry prekładn po optymalacj.. PODSUMOWANIE Predstawono koncepcję systemu komputerowego 'PRZEKŁADNIA' ora prykład jego astosowana do oblceń łożonej skryn begów ładowark kołowej. System ten powol na nacne sybse lepse aprojektowane nowych prekładn, jak równeż można wykorystać go do modernacj stnejących prekładn. Użytkownk systemu (konstruktor) może decydować o wybore estawu kryterów optymalacj w ależnośc od aktualnych potreb dośwadcena. Pryjany nterfejs ora dalogowy sposób kontaktu użytkownka komputerem umożlw bardo wygodną eksploatację systemu. LITERATURA [] Calculaton of load capacty of spur and helcal gears, ISO part,,,. [] Tragfähgketsberechnung von Strn und Kegelrädern, DIN 990. [] Geometry factors for determnng the strength of spur, helcal, herrngbone and bevel gear teeth, AGMA.0. [] Bbloteka procedur numerycnych IMSL, ver..0. COMPUTER SYSTEM TO DESIGNING TOOTHED GEARS Summary: In ths paper outlne of computer methodology to desgn spur and helcal toothed gears s presented. Ths system enables multcrteron optmaton and wll nclude knematcs gear anmaton. System structure and actual state of work was descrbed. An example of poloptmaton of 8 gear transmsson (power shft type) used n wheel loaders was presented.