Оптимизация конструкции, это тот мощный инструмент, которого никогда не было в традиционных методиках расчета трансмиссий и их компонентов на предприятиях СНГ. Программный комплекс KISSsoft делает оптимизацию элементов трансмиссии доступной каждому подготовленному инженеру. В современном машиностроении оптимизация в KISSsoft стала необходимым элементом синтеза новых трансмиссий.

Наша компания имеет достаточный опыт и выполняет следующие типы оптимизации как трансмиссии в целом, так и отдельных ее компонентов:

• оптимизация пятна контакта: за счет внедрения модификаций сгладить пики контактных напряжений на рабочей поверхности зуба, при этом обеспечив оптимальную площадь пятна контакта в процессе работы зубчатого зацепления под нагрузкой (подробнее см. проект Ведущий проходной мост).
• оптимизация профиля зуборезного инструмента с протуберанцем (червячной фрезы или долбяка) с учетом особенностей техпроцесса изготовления рассматриваемой зубчатой пары (подробнее см. проект Оптимизация ГМП).
• оптимизация ПКП по массе: устранение избыточной инерционной массы путем устранения дисбалансов, что позволяет облегчить конструкцию редукторной части и снизить затраты на производство (подробнее см. проект Оптимизация планетарной коробки передач (ПКП) 60 и 90т)
• оптимизация трансмиссии по шуму: используя специализированные  оптимизационные функции, заложенной в KISSsoft, удается снизить уровень шума и повысить плавность хода (подробнее см. проект Минимизация шума в трансмиссии).

В случае оптимизации редуктора или коробки передач целью процесса оптимизации является получение конструкции, имеющей определённые эксплуатационные свойства и технико-технические характеристики (ТТХ). В практическом плане это процесс детального, системного перебора множества возможных переменных параметров для данной конструкции, и нахождение такого варианта, когда эксплуатационные свойства (прочность, долговечность, технологичность и так далее) являлись бы достаточными, чтобы удовлетворять заданным требованиям в неизменных диапазонах изменения базовых параметров (ограничений).

Важная особенность оптимизации может быть наглядно показана в сравнении двух подходов к проектированию: традиционного и современного. Как правило, традиционный подход требует от 3 до 5 лет для подготовки серийного производства и значительного объема испытаний опытных образцов, чтобы найти экспериментально подтвержденный конструкторско-технологический подход для достижения целевой себестоимости и требуемых параметров надежности изделия.

В то время как современный подход предполагает достижение оптимального варианта зубчатых зацеплений по более чем 25 критериям и резкого улучшения качества зубчатого зацепления путем применения рассчитанной оптимизации пятна контакта под нагрузкой и проектирования оптимального инструмента для изготовления  рассчитанных зубчатых колес, а также  рассчитанных модификаций формы зуба. Все это выполняется опытными специалистами за небольшой период времени (3-5 месяцев). Такой подход позволяет вести параллельно проектирование и подготовку производства редукторной части трансмиссии и изготавливать опытный образец по серийной технологии, в то время, как в традиционном – опытный образец изготавливается по обходным технологиям.

Видео-пример оптимизации по долговечности и КПД простейшей зубчатой пары

Пример оптимизации микрогеометрии зуба (подробнее см. в разделе Оптимизация контакта)

Необходимость оптимизации существующих конструкций (реинжиниринга)
Продукция крупнейших на территории СНГ машиностроительных предприятий, выпускаемая сегодня, оснащается трансмиссиями, разработанными в основном в 80-90-х годах прошлого века. Эти узлы за прошедшее с момента разработки время перенесли ряд модернизаций, связанных с увеличением мощности двигателя, тяговых характеристик, изменением режимов эксплуатации, массы машин и свойств применяемых материалов. В то же время ужесточились требования к технике по долговечности и гарантийному обслуживанию. Всё это в совокупности приводит к тому, что старые конструкции становятся экономически не выгодны ни в производстве, ни в эксплуатации.

Проблема реинжиниринга трансмиссий модельного ряда выпускаемой продукции сегодня наиболее актуальна, так как технологический скачок последних 15 – 20 лет сделал все те решения и принципы, заложенные при проектировании редукторной части трансмиссии, объектом жесткой критики. В то же время значительно расширяется модельный ряд техники, выпускаемой современными предприятиями.

Верификация производимых в настоящее время трансмиссий в среде KISSsoft/KISSsys, как неотъемлемый этап оптимизации, позволяет судить о реальной долговечности ее нагруженных элементов, а также о сбалансированности конструкций в целом, с учетом реального спектра нагрузок.

Используя возможности программного комплекса KISSsoft/KISSsys для реинжиниринга трансмиссий, уже на этапе создания предварительной компоновки конструкторское и технологическое подразделения работают параллельно с целью разработки оптимального профиля инструмента, технологического процесса, а также эталонных зубчатых колес для достижения оптимального пятна и пути контакта. Оптимизация по долговечности трансмиссий производится с учетом параметров имеющегося инструмента, то есть с максимально возможной его унификацией. При этом срок переподготовки производства сокращается в среднем в 2-3 раза.

Кроме того, использование метода реинжиниринга позволяет воссоздать конструкцию по прототипу мирового лидера в индустрии, и провести адаптацию или оптимизацию данной конструкции с учетом технологических возможностей конкретных производственных мощностей. При этом создаётся виртуальная модель прототипа в среде KISSsys/KISSsoft с учетом новых условий производства (инструмента и станочного парка, доступных материалов, освоенных технологий термообработки, достигнутой точности изготовления) с соблюдением стандартов ISO и промышленных стандартов предприятия.

Реализация
Любой проект связанный с реинжинирингом коробок передач (редукторов) должен включать в себя следующие стадии:

1. Построение виртуальной модели редукторной части коробки передач в среде KISSsys/KISSsoft.
2. Определение граничных условий работы каждого элемента коробки передач (роли этого элемента в цепи передачи мощности, параметров и методики расчета для каждого элемента и всей системы в целом).
3. Так как для многих элементов точные условия работы не определены, необходимо большое количество сценариев расчета, чтобы определить какие факторы оказывают решающее влияние на срок службы данного элемента и коробки передач в целом и сузить коридор поиска решений при оптимизации. Из нашего опыта каждый стандартный (генерируемый KISSsys) отчет по расчету коробки передач с учетом спектра нагружения содержит порядка 250 страниц формата А4, а таких расчетов с изменениями в ключевых элементах может быть выполнено более 100.
4. Непосредственная вовлеченность специалистов предприятия-заказчика на всех этапах хода работ по проекту, позволяет значительно ускорить подготовку производства.
5. Оптимизация по материалоемкости (до 20%) и долговечности (40000 моточасов) виртуальной модели коробки передач в среде KISSsoft с учетом единых баз данных зуборезного инструмента предприятия-заказчика.
6. Проверка условий компоновки и собираемости на предварительном этапе оптимизации коробки передач.
7. Согласование конструкторской документации между управлением главного конструктора и управлением главного технолога на ранних стадиях детальной проработки конструкции произойдет раньше выпуска и утверждения конструкторской документации на них.

Полученные результаты

Использование новых возможностей комплекса KISSsoft/KISSsys позволяет в процессе реинжиниринга решить ряд актуальных проблем:

• получить рассчитанного и прошедшего виртуальные испытания множество базовых трансмиссий модельного ряда предприятия;
• учесть износ зубчатых пар, что делает виртуальные испытания максимально приближенными к испытаниям опытных образцов и позволяет сэкономить как на изготовлении опытных образцов, так и на проведении самой процедуры испытаний;
• интегрировать среду расчета трансмиссий KISSsoft/KISSsys с имеющимися на предприятии CAD/CAM/CAE пакетами;
• реализовать на предприятии концепцию адаптационного (оптимизационного) инжиниринга: обеспечить настройку технологии под конфигурацию конкретного завода-производителя и оптимизацию производственных затрат;
• внедрить на предприятии методику параллельного проектирования сложного зуборезного инструмента и техпроцесса изготовления зубчатых колес с предъявлением обоснованных требований к ТО/ХТО, для того чтобы резко сократить время и улучшить качество подготовки производства зубчатых колес.

Однако, все это предполагает привлечение инженерной консалтинговой компании с необходимым опытом для получения экономически эффективной интегрированной системы проектирования трансмиссий и подготовки производства зубчатых колес. Она интегрирует существующие на Предприятии рабочие места с установленными CAD / CAM / PLM (PDM) системами за счет интерфейсов передачи данных и специально разработанных методик.

Примеры проектов, выполненных в KISSsoft с применением оптимизации, указаны ниже:
Оптимизация трансмиссий
Оптимизация ПКП 60 и 90 тонн
Ведущий проходной мост
Мост Белаз 60 тонн

Если вас заинтересовали возможности программного комплекса, наши проекты, наш опыт или любая другая информация, предоставленная на нашем сайте – обязательно напишите нам. Оставив нам свои реквизиты, вы будете всегда в курсе последних событий, для вас будет зарезервировано место на нашем регулярном бесплатном семинаре. Только зарегистрированным пользователям доступна наша новостная рассылка с последними фактами, касающимися узкоспециализированных тем по среде сквозного проектирования трансмиссий KISSsoft | KISSsys, которые не всегда публикуются на нашем сайте для того, чтобы не перегружать его структуру.

Scroll