Минимизация шума в элементах трансмиссии вальной коробки передач фронтального погрузчика
Целью проекта являлось:
- Выполнить геометрический, прочностной и расчет на долговечность коробки передач с учетом зубчатых передач, подшипников, валов;
- Оптимизировать зубчатое зацепление шестерен с целью снижения шума и вибрации;
- Определить частоту возмущающих воздействий в трансмиссии, вызванных перекатыванием зубчатых зацеплений на всех передачах;
- Оценить ускорение подготовки конечно-элементной модели для структурно-прочностного расчета корпуса трансмиссии при использовании универсального пре- и постпроцессора SimLab на примере балки моста фронтального погрузчика.
Исходными данными проекта являлись
- Кинематическая схема коробки передач;
- Геометрические параметры: расположение валов в пространстве, межосевые расстояния, установка подшипников, размеры зубчатых колес;
- Нагрузочный режим на входном валу КП;
- Механические свойства материала зубчатых колес;
- Ограничения для оптимизации, возможности зуборезного оборудования;
- Критерии оптимизации;
- Трехмерная геометрия сборки корпусных элементов моста;
- Нагрузочный режим для балки моста, передаточное отношение главной передачи и колесного редуктора, радиус качения колеса;
- Механические свойства материалов балки моста.
Для осуществления проекта были выполнены следующие этапы проекта
- Создание расчетной модели коробки передач (Ввод кинематической схемы; Позиционирование элементов кинематической схемы; ЗD-представление)
- Описание порядка включения передач;
- Ввод многоступенчатого нагрузочного режима;
- Геометрический расчет зубчатых передач;
- Расчет прочности и выносливости зубчатых передач, подшипников, валов;
- Оптимизация по шуму: (а) с сохранением исходного производящего контура по ГОСТ 13755-81; (б) с нестандартным исходным производящим контуром (универсальное зуборезное оборудование); (в) с сохранением исходного производящего контура по ГОСТ 13755-81 и вводом угла наклона зуба;
- Подготовка трехмерной геометрии балки моста для конечно-элементного расчета;
- Создание конечно-элементной сетки сборки балки моста;
- Задание граничных условий, описание контактных взаимодействий;
- Проведение конечно-элементного расчета балки моста под действием пиковой вертикальной нагрузки с учетом болтовых соединений и контактных взаимодействий.
Полученные результаты:
- Создана параметрическая расчетная модель коробки передач в единой комплексной среде проектирования, содержащая все элементы механической части трансмиссии (валы, подшипники, зубчатые передачи, муфты и др.) в одном рабочем пространстве. В модели предусмотрена возможность переключения передач, нагрузочный режим на входном валу задан спектром;
- Снижен шум и вибрация проблемного зубчатого зацепления по сравнение с базовым вариантом. При оптимизации изменению подвергались такие показатели зубчатого зацепления, влияющие на шум, как: изменение передаточного отношения вследствие изгиба зубьев под нагрузкой (погрешность зубчатого зацепления), жесткость зацепления, изменение нормальной силы в зацеплении и удельного скольжения.
- Рассчитаны частоты возмущающих воздействий в трансмиссии, вызванные перекатыванием зубчатых зацеплений на всех передачах. Расчет произведен до 4-ой гармоники включительно.
- Создана и рассчитана конечно-элементная модель сборки корпусных деталей моста, учитывающая болтовые соединения и контактные взаимодействия.
- При оптимизации с сохранением исходного производящего контура по ГОСТ 13755-81 погрешность зубчатого зацепления уменьшилась в 2,23 раза, сглажены кривые изменения жесткости зацепления и изменение нормальной силы в зацеплении.
- При оптимизации с нестандартным исходным производящим контуром погрешность зубчатого зацепления уменьшилась в 2 раза, сглажены кривые изменения жесткости зацепления и изменения нормальной силы в зацеплении.
- При оптимизации с сохранением исходного производящего контура по ГОСТ 13755-81 и вводом угла наклона зуба погрешность зубчатого зацепления уменьшилась в 268 раз, сглажены кривые изменения жесткости зацепления и изменение нормальной силы в зацеплении.