Оптимизация планетарной коробки передач карьерного самосвала ОАО «Белаз» грузоподъемностью 60 тонн
Постановка задачи
На предприятии было принято решение о переходе на новый уровень долговечности зубчатых колес (40000 часов) в коробках передач, что позволяет обеспечить их конкурентоспособность. Для обеспечения гарантированного запаса долговечности необходимо выполнить оптимизацию элементов трансмиссии карьерного самосвала грузоподъемностью 60 тонн. Оптимизация конструкции с целью достижения требуемых коэффициентов запаса должна быть произведена за счет подбора оптимальных геометрических параметров шестерен, свойств материалов и технологии изготовления. Дополнительное требование оптимизации – максимальное снизижение массы зубчатых колес трансмиссии. В процессе проведения оптимизации использовался программный комплекс KISSsoft/KISSsys.
Реализация
Проект включал в себя следующие этапы:
a) Создание кинематической и трехмерной модели коробки передач средствами программы KissSys;
b) Расчёт модели коробки передач средствами программного комплекса KissSoft/KissSys;
c) Оптимизация модели коробки передач средствами программного комплекса KissSoft/KissSys,
d) Анализ результатов оптимизации модели проходного моста.
Расчет зубчатых передач проведен согласно последней редакции стандарта ISO 6336 (метод «B»), с учетом спектра нагружения, полученного в реальных условиях эксплуатации карьерного самосвала.
Результаты
Проектирование в программном комплексе KissSoft/KissSys позволило разработать равнопрочную конструкцию, имеющую сбалансированные запасы выносливости планетарных рядов, достаточные для выхода на заданный уровень долговечности. При этом масса зубчатых колес снизилась на 45% по сравнению с вариантом конструкции, полученной традиционными методиками проектирования специалистами заказчика. Пропорционально этой величине снизилась энергоемкость ТО/ХТО.
Оптимизация редукторной части планетарной коробки передач карьерного самосвала грузоподъемностью 90 тонн ОАО «БелАЗ» в среде KISSsys/KISSsoft
Постановка задачи
Расчет долговечности по нагрузочному спектру показал, что исходный вариант ПКП, находящийся в опытной эксплуатации, имеет несбалансированную конструкцию.
Необходимо оптимизировать конструкцию с целью достижения максимальных коэффициентов запаса за счет подбора оптимальных геометрических параметров шестерен, свойств материалов и технологии изготовления, а также добиться снизижение массы шестерён.
Реализация
Проект включал в себя следующие этапы:
a) Создание кинематической и трехмерной модели коробки передач средствами программы KissSys;
b) Расчёт модели коробки передач средствами программного комплекса KissSoft/KissSys;
c) Оптимизация модели коробки передач средствами программного комплекса KissSoft/KissSys,
d) Анализ результатов оптимизации модели проходного моста.
Расчет зубчатых передач проведен согласно последней редакции стандарта ISO 6336 (метод «B»), с учетом спектра нагружения, полученного в реальных условиях эксплуатации карьерного самосвала.
Результат
– Снижение себестоимости продукции за счет уменьшения материалоемкости зубчатых колес, в среднем на 40% по сравнению с традиционными методиками проектирования, а также сокращения срока подготовки производства.
– Увеличения долговечности путем создания сбалансированных конструкций с обоснованной модификацией зубчатых колес. Оптимизация позволила сбалансировать коэффициенты запаса выносливости зубчатых колес ПКП (при этом их общая материалоемкость снизилась на 31%). Был предложен другой способ включения передачи заднего хода, при этом перераспределение потоков мощности позволило добиться большей долговечности, как для зубчатых колес, так и для подшипников.
Рассмотрим за счет чего была снижена масса на примере 1-го планетарного ряда ПКП карьерного самосвала грузоподъемностью 90тонн: В таблице ниже приведены основные изменения параметров макрогеометрии после оптимизации по сравнению с исходным вариантом конструкции («-» – обозначает уменьшение на указанную величину, «+» – обозначает увеличение, «0» – осталось без изменений).
| Параметр |
Солнечная шестерня |
Сателлит (4 шт.) |
Коронная шестерня |
| Модуль, mn (мм) |
-0,5 |
||
| Межосевое расстояние, a (мм) |
-19 |
||
| Ширина зубчатого колеса, b (мм) |
-10 |
0 |
-1 |
| Кол-во зубьев, z |
-2 |
0 |
-2 |
| Диаметр вершин, da (мм) |
-24,2 |
-16 |
-51,7 |
| Диаметр впадин, df (мм) |
-21,8 |
-13,6 |
-54 |
| Внутренний диаметр обода, di (мм) |
0 |
0 |
-51,9 |
| Масса (кг) |
-4,5 |
-8,8 |
-1,5 |
| Всего масса уменьшилась на (кг) |
14.6 (45%) |
||
Вывод: В оптимизированном варианте за счет балансировки указанных параметров удалось снизить массу всего планетарного ряда на 45 % с соблюдением условия его достаточной прочности. Ниже на рисунке показан оптимизированный вариант 1-го планетарного ряда ПКП.
Основное внимание уделяется контактной выносливости ввиду большому отличию в результатах расчета по традиционным методикам и современным методам расчета. Характерный пример рассмотрен в статье Коэффициент KHbeta
Scroll