Использование T-FLEX CAD при проектировании раздаточного редуктора
Разработка конструкции раздаточного редуктора
В последнее время все чаще говорят о существенных преимуществах, получаемых при переходе к автоматизированному проектированию в трехмерном пространстве. С недавних пор я стал полностью разделять эту точку зрения и теперь хочу поделиться своим опытом использования трехмерной параметрической системы моделирования. В нынешнем году я окончил Севмашвтуз — филиал Санкт-Петербургского государственного морского технического университета, где реализуется программа непрерывной подготовки по САПР для студентов, обучающихся по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование». В качестве дипломного проекта мне досталось сложное, но весьма интересное задание от ОАО «Севдормаш», одного из ведущих российских предприятий, специализирующихся на выпуске снегоуборочной техники, — проектирование раздаточного редуктора для снегоуборочной машины КО-816 типа «Шквал».
Назначение снегоочистителя КО-816 типа «Шквал» на базе автомобиля КамАЗ 43114 — очистка от снега взлетно-посадочных полос и подъездных путей аэродромов, а также других площадей, где требуется отбрасывание снега на значительное расстояние. Проект, который я должен был разработать, содержал целый список требований:
- Вписать редуктор в габариты надрамника и лонжеронов.
- Обеспечить соосность выходного вала дизеля с входным валом редуктора, а также соосность входного и выходного валов самого редуктора.
- Проработать возможность расположения карданной передачи внутри и ниже лонжеронов (при этом учесть вертикальное перемещение среднего моста и реактивной тяги).
- Исключить из кинематической схемы машины вторую муфту сцепления (на коробке переключения передач, далее КПП).
- Обеспечить установку КПП на редуктор соосно с выходным валом последнего.
- Входной вал КПП должен отключаться в рабочем режиме работы снегоочистителя, а в транспортном режиме, при включенном вале КПП, должно получать вращение минимальное количество валов редуктора (предохранение синхронизаторов КПП от вращающихся инерционных масс).
- Выполнить проект корпуса раздаточного редуктора таким образом, чтобы расточка посадочных отверстий подшипников валов у корпуса и крышек корпуса выполнялась за одну установку на расточной станок (расточка отверстий корпуса и крышек выполняется в сборе, совместно).
- По сравнению с существующим редуктором, необходимо также увеличить объем масла системы смазки, решить проблему вспенивания масла и утечек масла по фланцам крышек подшипников.
- Проработать сборку раздаточного редуктора на технологичность и удобство обслуживания оборудования.
В качестве главного инструмента для решения поставленной задачи я использовал параметрическую систему трехмерного моделирования T-FLEX CAD 3D 7.2 российской компании «Топ Системы» (http://www.topsystems.ru/).
Разработка конструкции раздаточного редуктора
Были смоделированы части надрамника, лонжеронов и прокладки между надрамником и лонжеронами. Далее, на базе созданных параметрических моделей зубчатых колес, валов-шестерен, крышек подшипников и стандартных деталей спроектирована 3D-модель раздаточного редуктора с установленным оборудованием в реальных размерах.
Все фрагменты деталей редуктора имеют физико-механические характеристики, такие как масса, плотность, модуль упругости, коэффициент Пуассона, допускаемые напряжения, и могут быть экспортированы в расчетные модули, использующие при расчете метод конечных элементов. Но в данной работе такие задачи не ставились.
При разработке проекта были рассмотрены две схемы редуктора: двухрядное расположение валов в одной горизонтальной плоскости и пространственное двухрядное расположение валов.
Параметрические возможности системы T-FLEX CAD позволили реализовать обе схемы в одной модели. Для этого предусмотрены специальные переменные alf1_2, alf2_3, alf1_4, alf4_5, alf8_9 и alf8_10 , которые определяют пространственное положение колес редуктора.
Обе схемы предполагают соосность входного и выходного валов редуктора и отвечают требованиям задания. Однако схема с пространственным расположением валов имеет важное преимущество, которая заключается в возможности расположения карданной передачи ниже лонжеронов, поэтому для дальнейшего проектирования выбрана именно эта схема.
В дипломном проекте были выполнены необходимые кинематические и геометрические расчеты. После проработки компоновки (прочностные расчеты зубьев колес и валов, расчеты на контактную и изгибную выносливость зубьев передачи, расчеты на прогибы валов, скручиваемость валов) были проведены расчеты на долговечность. Расчеты производились в Mathcad, а расчеты по эмпирическим зависимостям (прогибы валов) дополнительно проверялись в SCAD.
В ходе проектирования были решены все поставленные задачи по конструкции раздаточного редуктора.
Помимо трехмерных моделей система T-FLEX CAD 3D 7.2 позволила легко получить проекции с 3D-моделей и сформировать рабочую документацию в соответствии с ЕСКД, что, конечно, оказалось гораздо удобнее, чем если бы чертежи создавались исключительно на плоскости.
Также с помощью 3D-моделирования имеется возможность создания и технологической оснастки, как вариант — шаблонов для масляных и воздушных трубок (в настоящее время длину трубок и радиусы гибки получают по месту), создания вырубных штампов (для получения прокладок), генерации управляющих команд для станков с ЧПУ (при соответствующем программном обеспечении — T-FLEX ЧПУ). Созданная 3D-модель позволила проанализировать сборку на технологичность и удобство обслуживания оборудования. Проработаны установка и крепление вилок переключения муфт. Выполнено требование технологов — расточка посадочных отверстий под подшипники в корпусе и крышках корпуса редуктора может производиться за одну установку на расточной станок. С учетом удобства обслуживания проработан масляный бак редуктора (применен редуктор с «сухим» картером вследствие больших окружных скоростей). В частности — заправочная горловина выведена над балками надрамника. Также увеличено межосевое расстояние в зубчатой передаче на насос НПА-112РГП-П, что удобно для контроля уровня масла коробки перемены передач. Проработана технология монтажа агрегата на надрамник машины. Для удешевления изделия в проекте применена унификация некоторых валов и зубчатых колес с существующего редуктора.
Все полученные результаты позволяют утверждать, что современные трехмерные системы проектирования обеспечивают качественные результаты, существенно сокращая сроки работ и усилия конструктора.
