4 - 2003

Использование T-FLEX CAD при проектировании раздаточного редуктора

Сергей Максимов

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:

  1. Вписать редуктор в габариты надрамника и лонжеронов.
  2. Обеспечить соосность выходного вала дизеля с входным валом редуктора, а также соосность входного и выходного валов самого редуктора.
  3. Проработать возможность расположения карданной передачи внутри и ниже лонжеронов (при этом учесть вертикальное перемещение среднего моста и реактивной тяги).
  4. Исключить из кинематической схемы машины вторую муфту сцепления (на коробке переключения передач, далее КПП).
  5. Обеспечить установку КПП на редуктор соосно с выходным валом последнего.
  6. 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).
  7. 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).
  8. По сравнению с существующим редуктором, необходимо также увеличить объем масла системы смазки, решить проблему вспенивания масла и утечек масла по фланцам крышек подшипников.
  9. 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.

«САПР и графика» 4'2003