D_L_Kurs_1 (538377), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Е 2. ОПТИМИЗАЦИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ Из всех возможных вариантов при проектировании конструктор должен выбрать оптимальный. Оптимизация, по существу, является главной задачей конструктора. С применением ЭВМ расширяется объем используемой информации, возрастает значение анализа влияния различных параметров на качественные показатели, па основе которого могут приниматься обоснованные решения. При автоматизированном проектировании конструктор ставит задачу для ЭВМ и принимает окончательное решение, а машина обрабатывает весь объем информации и делает первичный отбор. Повышаются производительность и качество труда конструктора, ускоряются поиск и выбор оптимального варианта. Наиболее проста однокритериальная оптимизация, проводимая по одному доминирующему критерию.
Она позволяет выделить наиболее важные критерии и параметры, влияющие на качество проектируемого изделия, сократить их число и облегчить многокритериальную оптимизацию, проводимую по нескольким критериям. В основном проводят параметрическую оптимизацию, при которой обеспечиваются оптимальные параметры элементов заданной структуры (например, параметры редуктора заданной схемы) без изменения самой структуры (без изменения схемы редуктора). В качестве критерия оптимальности наиболее часто принимают массу изделия, так как стоимость материала составляет значительную часть стоимости машины и тесно связана с трудоемкостью.
Особое значение уменьшение массы имеет для транспортных машин, летательных аппаратов. С критерием массы тесно связаны габариты (объем) изделия. САПР предполагает активное участие человека в анализе вариантов, оптимизации, принятии решений. Такой творческий подход может быть реализован при курсовом 329 проектировании, например, на базе программ по расчету передач, приведенных в работе ~9).
Программы по расчету передач могут быгь как без выбора электродвигателя, так и с выбором электродвигателя. Если электродвигатель уже известен, то при проектировании одноступенчатых редукторов (конических, цилиндрических, планетарных, червячных) программы позволяют произвести расчеты с варьированием вида термической обработки или применяемых материалов.
Пользователю необходимо провести анализ результатов счета и с учетом налагаемых ограничений выбрать оптимальный вариант. В общем случае выбираемый вариант расчета должен быгь оценен и с точки зрения соразмерности редуктора с электродвигателем и (при наличии) другими элементами привода, которая обусловливается требованиями целесообразности и технической эстетики. Ниже приведены рекомендации по выбору рационального варианта для отдельных типов редукторов.
Конический редуктор. В качестве вариантов термообработки шестерни и колеса рассматривают улучшение, закалку ТВЧ, цементацию. В соответствии с программой производится расчет передачи по контактным напряжениям с проверкой по напряжениям изгиба, в результате чего определяют: объем и массу зубчатых колес, габариты корпуса редуктора, массу всего редуктора.
Вид термообработки оказывает существенное влияние на перечисленные параметры. Так, например, у цементованных колес по сравнению с улучшенными масса уменьшается в 2,5...3 раза, однако масса редуктора снижается на 20',4, так как большая часть массы одноступенчатого редуктора приходится на корпус и валы. По результатам счета следует установить зависимость (построить график) массы зубчатых колес и всего редуктора, а также внешнего делительного диаметра шестерни И„1 от вида термообработки. При выборе рационального варианта необходимо отдать предпочтение варианту с меньшей массой, удовлетворяющему, кроме общего случая, ряду других конструктивных ограничений: диаметр вала-шестерни должен быть достаточным для нарезания зубьев шестерни, а также должен обеспечивать необходимую жесткость и возможность подбора подшипников на требуемый ресурс„соразмерность деталей, образующих узел входного вала редуктора (шестерня, вал, подшипники, стакан, крышка, полумуфта).
Цилиндрический редуктор. В качестве варьируемых параметров могут использоваться варианты термо обработки, относительная ширина (ф,) зубчатых колес. Относительная ширина колес мало влияет на массу редуктора. Поэтому ззо для анализа строят графики зависимости массы зубчатых колес и всего редуктора от вида термообработки. При выборе варианта с меньшей массой помимо удовлетворения конструктивным ограничениям, перечисленным для конического редуктора, необходимо обеспечить размещение в корпусе подшипников валов передачи с возможной установкой между ними болта крепления крышки и корпуса редуктора (при горизонтальной плоскости разъема корпуса).
Планетарный редуктор. Так же как и для цилиндрического, основное влияние на массу редуктора оказывает вид термообработки. В качестве рационального нужно выбрать вариант с меньшей массой, но с возможностью размещения подшипника в сателлите. Червячный редуктор. При расчете определяются: межосевое расстояние, размеры червяка и колеса, КПД передачи, температура масла в редукторе.
Расчет проводится последовательно для разных материалов венца червячного колеса; Бр010Ф1, Бр05Ц5С5, БрА9ЖЗЛ. Наиболее целесообразным является вариант с возможно меньшей массой и большим КПД при допустимой температуре масла в редукторе. Можно также использовать программы [9) по расчету передач с выбором электродвигателя. Электродвигатель выбирается по мощности и частоте л»д вращения. При одной и той же мощности частота вращения вала электродвигателя может быть различной. Чем выше частота вразцения, тем меньше масса электродвигателя, но больше передаточное число и...
и масса редуктора. Поэтому в программах с выбором электродвигателя появляется новая задача — поиск оптимального соотношения п„и и„., Расчет в каждом случае проводится последовательно для четырех значений частоты вращения вала электродвигателя, соответствующих синхронным частотам 3000, 1500, 1000, 750 об)мин. При этом в качестве критерия рассматривают суммарную массу редуктора и электродвигателя. По минимальной суммарной массе можно выбрать оптимальное значение передаточного числа редуктора и частоту вращения вала электродвигателя для заданной частоты вращения тихоходного вала редуктора.
Двухступенчатый цилиндрический редуктор. При проектировании двухступенчатых редукторов необходимо решить вопрос о распределении известного общего передаточного числа ив„ между быстроходной ив и тихоходной и ступенями (и;~=явит). Поэтому в программе 19) предусматривается проведение расчетов при разных отношениях ив/и . Для оценки результатов счета строят графики, отражающие влияние на массу редуктора распределения передаточного числа пред между ступенями, вида термообработки и относительной ширины (ф,) зубчатых колес.
331 Наибольшее влияние на массу редуктора оказывает термообработка. Закалка зубчатых колес ТВЧ по сравнению с улучшением снижает массу редуктора в -1,2 раза, а цементация в -1,7 раза. Меньшее влияние на массу редуктора оказывает распределение передаточного числа, а влияние относительной ширины колес невелико. Так, при любой термообработке колес при изменении ф, от 0,3 до 0,6 масса редуктора изменяется на 1О'Уо. Термообработка оказывает существенное влияние на металлоемкость колес. Так, цементация с последующей закалкой по сравнению с улучшением снижает массу колес в 3,5 раза.
При этом масса релуктора, как было сказано выше, изменяется меньше, так как масса улучшенных зубчатых колес составляет 30...40вгв общей массы редуктора, а цементованных — 15...20'А. При расчетах с выбором электродвигателя вычисления проводят при четырех частотах вращения вала электродвигателя. Масса электродвигателя при одной и той же мощности уменьшается с увеличением его быстроходности. Возрастающее при этом пред приводит к увеличению массы редуктора, наиболее заметному при термообработке улучшением. Поэтому суммарная масса привода в зависимости от частоты вращения электродвигателя имеет минимум. Поиск варианта с наименьшей суммарной массой привода должен предусматривать выполнение следующих конструктивных требований: диаметр шестерни быстроходной ступени не должен снижать жесткость вала; возможность размещения в корпусе подшипников валов быстроходной и тихоходной ступеней, при этом между подшипниками валов тихоходной ступени должен размещаться болт крепления крышки и корпуса редуктора; зубчатое колесо быстроходной ступени не должно задевать за тихоходный вал, зубчатые колеса обеих ступеней должны погружаться в масляную ванну примерно на одинаковую глубину.
При нескольких влияющих параметрах целесообразно проводить поиск оптимальных решений на ЭВМ с выдачей результатов в графическом виде на бумаге с помощью графопостроителя. Рассмотрим программу* оптимизации двухступенчатого цилиндрического редуктора, выполненного по развернутой схеме. В качестве варьируемого параметра рассматриваем распределение передаточных чисел между быстроходной ия и тихоходной и ступенями редуктора при заданном общем и,., Изменение в распределении передаточных чисел между ступенями характеризуется отношением ия/ит 332 * Программа разработана совместно с Г А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
