Цель: сравнение различных передач по их ресурсу в короткое время для целой коробки передач, включая все значимые параметры. Анализ ресурса для передач, валов и подшипников должен быть выполнен для определенного пользователем спектра нагрузок (скорость и момент для входного вала).
Использование KISSsys для полной коробки передач, состоящей из двух планетарных рядов и одной цилиндрической передачи. Кинематика на эпицикле известна и нагрузки на колесах, подшипниках и валах могут быть рассчитаны автоматически. При использовании этих нагрузок ресурс механических элементов автоматически считается модулем KISSsoft. Достаточно определить скорость и момент на входном валу для анализа всех механических элементов. Анализ ресурса элементов выполняется KISSsoft с применением алгоритма аккумуляции повреждений.
Технические данные коробки передач
- Мощность 4МВт
- Номинальный момент 2500 кН
- Номинальная скорость 15 об/мин
- Передаточное отношение 1:120
- Диаметр 2000 мм
- Длина 2800 м
- Ресурс 20 лет
На рис. 1 представлено изображение коробки передач.
Рисунок 1. Структура коробки передач ветряной турбины
Эпициклы планетарных рядов фиксированы. Первый ряд имеет 5 сателлитов, второй – 3 (в 3D- виде изображен только 1). Ограничения эпициклов смоделированы в KISSsys заданием скорости вращения равной нулю. Поток мощности через коробку передач представлен на кинематической схеме, изображенной на рис. 2.
Рисунок 2. Кинематическая схема коробки передач ветряной турбины
На рис. 3 представлена древовидная структура коробки.
Рисунок 3. Структура коробки передач
Задается номинальная скорость и момент на входном валу, используя диалог, изображенный на рис. 4.
Рисунок 4. Задание номинальной скорости и момента
Эти значения могут быть модифицированы при использовании спектра нагрузок (частота, скорость, момент). Спектр может быть задан вручную или прочитан из файла, представленного в табличном виде (рис. 5).
Рисунок 5. Спектр нагрузок
Задаются смазывающий материал, температура и тип смазки.
В пользовательском интерфейсе после определения всех нагрузок и смазывающих материалов выполняются расчеты ресурса. Для каждого этапа спектра нагрузок выполняется расчет повреждений для всех элементов. Повреждения суммируются и трансформируются в ресурсный показатель в конце анализа. Анализ передач выполняется согласно стандартам DIN, ISO или AGMA, анализ подшипников выполняется по стандарту L10 или DIN/ISO 281. Геометрия зубьев может быть модифицирована и оптимизирована в модуле KISSsoft (рис. 6 и 7). Анализ коробки передач с модифицированными зубьями займет несколько секунд.
Рисунок 6. Модифицирование профиля зубьев
Рисунок 7. Схема модифицированного профиля зубьев
Большое преимущество этого подхода к анализу коробки передач – это достижение во времени при сравнении различных конструкций передач. Пока моделирование отвечает требованиям времени и знаниям в программном обеспечении, сэкономленное время впоследствии, во время оптимизации передач, довольно значительно. Особенно, если анализ выполняется для спектра нагрузок с большим числом шагов.
Всесторонний отчет по расчетам помогает в документировании анализа и конструировании коробок передач. Представленная модель может быть расширена и дополнена. Можно добавить дополнительные силы и сгибающие моменты на входной вал, которые повлияют на ресурс подшипников.