Модификация конструкции редуктора кукурузоуборочного комбайна для увеличения усталостного ресурса

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 15576 (2022 г.) Цитировать эту статью

844 Доступа

1 Цитаты

Подробности о метриках

Преимущество коробки передач состоит в том, что она позволяет изменять крутящий момент и скорость вращения в зависимости от передаточного числа и имеет высокую эффективность передачи мощности за счет передачи мощности через контакт зубчатой ​​пары. При оценке прочности и усталостной долговечности редуктора с использованием расчетной нагрузки или эквивалентной нагрузки существует вероятность того, что результаты будут сильно отличаться от фактических. Поэтому в данном исследовании для достоверной оценки прочности и усталостной долговечности коробки передач использовалось распределение продолжительности нагрузки (LDD), построенное на основе фактической рабочей нагрузки. В результате оценки прочности и усталостной долговечности коробки передач с помощью ЛДД было подтверждено, что существующая коробка передач не удовлетворяет целевому сроку службы в условиях эксплуатации. Поэтому были проанализированы причины этих результатов, и на основе проанализированных результатов была выполнена модификация конструкции. В результате изменения конструкции прогиб вала уменьшился за счет перестановки подшипников с консольного типа на седловидный, что позволило повысить усталостную долговечность шестерен и подшипников. Наконец, распределение нагрузки, действующей на поверхность зубьев шестерен, было улучшено за счет модификации микрогеометрии шестерен.

Шестерня — это элемент машины в передаче мощности, широко используемый в различных областях1. Редуктор — это система передачи мощности, состоящая из шестерен, валов, подшипников и корпусов; и входная мощность на вал передается на ведомую шестерню (в данном случае шестерню) через ведущую шестерню (в данном случае шестерню). Кроме того, когда мощность передается с помощью зубчатой ​​пары, поскольку передаточное число изменяет скорость вращения и крутящий момент, возникает преимущество управления скоростью вращения и крутящим моментом путем изменения передаточного числа. Рабочие характеристики коробки передач можно оценить по таким параметрам, как усталостная долговечность, шум, вибрация и эффективность передачи мощности. В случае усталостной долговечности, поскольку она определяет, работает коробка передач или нет, необходимо надежно прогнозировать и оценивать срок службы коробки передач2.

Для достоверного прогнозирования и оценки работы коробки передач необходимо точно определить нагрузку, действующую на коробку передач. Величину нагрузки, действующей на редуктор, продолжительность пребывания под нагрузкой и диапазон колебаний нагрузки определяют в зависимости от назначения и условий эксплуатации коробки передач. Однако численно определить нагрузку, действующую на коробку передач, сложно. Поэтому многие исследователи использовали теорию кумулятивного усталостного повреждения, основанную на правиле Палмгрена-Майнера, и прогнозировали и оценивали характеристики коробки передач в условиях эквивалентной нагрузки, используя концепцию средних значений3,4. Хотя использование эквивалентной нагрузки при оценке производительности коробки передач может сократить время расчета, существует недостаток, заключающийся в невозможности учесть влияние колебаний нагрузки и пиковой нагрузки, действующих на коробку передач. Кроме того, показатель усталостного повреждения, используемый для расчета эквивалентной нагрузки, представляет собой значение, которое варьируется в зависимости от вида разрушения каждого элемента, составляющего коробку передач. На этапе проектирования показатель усталостного повреждения не может быть точно определен, поскольку заранее не известны ключевые виды отказов коробки передач5,6,7.

Донг и др.8 провели исследование влияния колебаний скорости ветра на контактную усталость шестерен редуктора ветряной турбины. Контактная усталость шестерни была проанализирована с использованием в общей сложности 11 различных скоростей ветра, доступных в литературе, для учета колебаний скорости ветра. Однако, поскольку этот анализ не отражал практическую среду, в которой фактически используется редуктор ветряной турбины, надежность результатов анализа была ограничена. Патель и Джоши9 провели анализ конструкции и усталости корпуса коробки передач и подтвердили, что его усталостная долговечность меняется в зависимости от материала и формы. Однако анализ имел те же ограничения, что и предыдущее исследование, а также дополнительное ограничение, заключающееся в том, что он проводился только при одном условии нагрузки. Ду и др.10 провели исследование с целью прогнозирования усталостного ресурса коробки передач гусеничной машины с помощью испытания на имитацию движения. Была смоделирована среда, в которой работал редуктор, и по результатам моделирования была получена нагрузка, действующая на редуктор. Кроме того, с использованием производной нагрузки оценивалась усталостная долговечность коробки передач. Однако, поскольку полученная нагрузка не была проверена, надежность результатов моделирования была ограничена. Ким и др.11 построили модель трансмиссии трактора с использованием коммерческого программного обеспечения и разработали модель, позволяющую оценить усталостную долговечность спирально-конических шестерен. Дополнительно были измерены нагрузки, возникающие в рабочей среде, и спрогнозирован усталостный ресурс спиральной передачи путем построения спектра нагрузок на основе измеренных данных. Метод распределения продолжительности нагрузки (LDD) был предназначен для прогнозирования производительности зубчатых колес и подшипников12; это исследование неверно спрогнозировало их производительность в зависимости от спектра нагрузки с использованием алгоритма подсчета дождевых потоков. Аналогичным образом, в большинстве исследований, проведенных в различных областях, которые прогнозировали и оценивали работу коробки передач, определение рабочей среды было недостаточным. Ван и др.13 провели исследование по проектированию, моделированию и анализу трансмиссий морских ветряных турбин. Была представлена ​​процедура итерационного проектирования для минимизации веса и объема при проектировании трансмиссии ветряной турбины, а модель была проверена путем сравнения разработанной многотельной модели с ранее разработанной моделью. Однако существует ограничение, заключающееся в том, что при проектировании и проверке трансмиссии ветряной турбины использовалась расчетная нагрузка, а не фактическая нагрузка окружающей среды. Ю и др.14 разработали имитационную модель редуктора ветряной турбины, чтобы подтвердить работоспособность планетарной передачи, к которой был применен гибкий штифт. Моделирование проводилось с использованием коммерческого программного обеспечения. В результате исследования было подтверждено, что распределение нагрузки между сателлитами улучшается при применении гибких штифтов к планетарному ряду. Однако существует ограничение, заключающееся в том, что при работе планетарной передачи предполагалась среда, в которой работает редуктор ветряной турбины.