Исследование напряженного состояния элементов редуктора с ПТК

Объект исследования – внутренние напряжения в деталях редуктора с ПТК ручной машины электробур. Цель работы – исследование напряженного состояния деталей редуктора с ПТК с использованием САПР. В работе произведен расчет напряжений при максимальной рабочей нагрузке и выявлены опасные сечения, распределение напряжений внутри деталей и рассчитан коэффициент запаса прочности деталей.

Введение…………………………………………….…………………… 9
1. Исследовательская часть
1.1 Обзор литературы по теме исследования………………… 10
1.2 Объект и методы исследования…………………………… 12
1.3 Анализ САЕ-систем……………………………………….. 13
1.4 Методы расчета в САЕ-системах…………………………. 15
1.5 Порядок расчета напряжений в САЕ-системах ANSYS и
SW Simulation…………………………………………………………… 17
1.6 Расчет элементов редуктора в САЕ-системах
1.6.1 Расчет напряжений на выходном валу …………………. 25
1.6.2 Расчет напряжений в ролике…………………………….. 37
1.6.3 Расчет напряжений в сепараторе…………………….….. 34
1.6.4 Расчет напряжений в венце………………………………. 39
Выводы по разделу…………………………………………….. 45
2. Конструкторская часть
2.1 Инженерный расчет элементов редуктора ………………. 46
2.2 Рекомендации по проектированию и изготовлению
некоторых деталей
2.2.1 Анализ возможности облегчения вала-сепаратора с
сохранением запаса прочности в САЕ ANSYS………………… 51
2.2.2 Возможность изготовления детали вал-сепаратор из двух
частей……………………………………………………………… 61
2.2.3 Использование смазочных материалов…………………… 62
Выводы по разделу….…………………………………………… 63
3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбрежение
3.1 Общие сведения о научно-техническом
исследовании……………………………………………………. 65
3.2 Сегментирование рынка…………………………………… 65
3.3 Анализ конкурентных решений ………………………….… 66
3.4. Анализ рисков……………………………………………….. 67
3.5 SWOT-анализ…………………………………………………. 68
3.6 Определение возможных альтернатив проведения научных
исследований……………………………………………………… 70
3.7 Планирование научно-исследовательских работ…………… 71
3.8 Определение трудоемкости выполнения работ…………… 72
3.9 Основная заработная плата исполнителей………………… 78
3.10 Накладные расходы………………………………………… 82
3.11 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования…. 83
Выводы по разделу………………………………………………. 85
4. Социальная ответственность
4.1 Описание рабочего места……………………………………. 88
4.2 Анализ условий труда на рабочем месте…………………… 89
4.3 Анализ выявленных опасных факторов производственной
среды……………………………………………………………… 95
4.4 Факторы пожарной и взрывной природы…………………… 97
4.5 Охрана окружающей среды…………………………………. 99
4.6 Защита в чрезвычайных ситуациях…………………………. 100
4.7 Правовые нормы…………………………………………….. 101
4.8 Организационные мероприятия при компановке рабочей
зоны………………………………………………………………. 101
Выводы по разделу……………………………………………… 103
Заключение………………………………………………………………. 104
Список литературы……………………………………………………… 105
Приложение А……………………………………………………………. 110

В результате проделанной работы выполнен выбор САЕ-систем для
расчета напряжений в различных деталях редуктора с ПТК.
Продемонстрирована практическая применимость САПР для выполнения
расчетов сложных элементов и сборок. Современные системы позволяют
выявить опасные сечения в 3D модели, с наглядной демонстрацией
возникающих напряжений и возможностью определения напряжений в
любой необходимой точке, что было продемонстрировано на примере
исследования 27 перегородок вала-сепаратора при нагружении крутящим
моментом – напряжения не равномерно распределены между стенками
сепаратора.
Рассчитанные коэффициенты запаса прочности соответствуют
требуемым для заданных условий работы ручной машины электробур, что
подтверждено стендовыми и натурными испытаниями, проведенными
другими исследователями.
В работе даны рекомендации по снижению себестоимости детали вал-
сепаратор при серийном изготовлении, расчетным методом доказана
возможность облегчения данной детали на 9,04%. Также с учетом
особенностей рабочих параметров редуктора с ПТК обоснован выбор
использования высокотемпературной смазки – Mobil GlyGoyle 11 и
материалов уплотнений, для использования с данным типом смазок.
Алгоритмы расчетов напряжений в различных деталях машин,
описанные в работе, могут быть легко воспроизведены и модернизированы
для расчета различных вариантов конструкций редукторов с ПТК.

1. Беляев, А.Е. Механические передачи с шариковыми промежуточными
телами /А.Е. Беляев. — Томск: ТПУ, 1992. — 231с.
2. Иванов, М.Н. Волновые зубчатые передачи /М.Н. Иванов. — Москва:
Высшая школа, 1981. — 184с.
3. Борзидов, Б.М. Волновые зубчатые передачи: достижения и результаты /Б.М.
Борзидов. — Москва: Редукторы и приводы, 2006. — 26-28с.
4. Янгулов, В.С. Детали машин. Волновые и винтовые механизмы и передачи :
учебное пособие для магистратуры /В.С. Янгулов. — Москва: Юрайт, 2019.
— 183с.
5. SIMACO – Сибирская машиностроительная компания [Электронный ресурс]
/. — Электрон. журн. — Режим доступа: https://smc.tomsk.ru/, свободный
6. ООО НПО “Сибирский машиностроитель” [Электронный ресурс] /. —
Электрон. журн. — Режим доступа: http://www.nposibmach.ru/, свободный
7. Коротков В.С. Создание ручной машины с волновой передачей и
исследование ее работоспособности. Известия Томского политехнического
университета. 2005. Т. 308. № 5. – С.126-130.
8. Шимкович, Д.М. Femap & Nastran. Инженерный анализ методом конечных
элементов /Д.М. Шимкович. — Москва: ДМК Пресс, 2008. — 423с.
9. ANSYS Meshing User’s Guide, ANSYS, Inc., 275 Technology Drive Canonsburg,
PA 15317, November 2013.
10. Алямовский, А.А. SolidWorks Simulation. Как решать практические задачи
/А.А. Алямовский. — Москва: БХВ-Петербург, 2011. — 784с.
11. Алямовский, А.А. Инженерный анализ методом конечных элементов /А.А.
Алямовский. — Москва: Книга по требованию, 2007. — 5с.
12. Продукты APM [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим
доступа: https://apm.ru/apm-fem, свободный
13. Аскон – Компас 3D [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим
доступа: https://kompas.ru/, свободный
14. Басов, К.А. ANSYS и LMS Virtual Lab. Геометрическое моделирование /К.А.
Басов. — Москва: ДМК Пресс, 2006. — 240с.
15. Басов, К.А. ANSYS в примерах и задачах /К.А. Басов, Д.Г. Красковский. —
Москва: Компьютер Пресс, 2002. — 224с.
16. SOLIDWORKS Simulation 2018: A Power Guide for Beginners and Intermediate
Users /Sandeep D., Willis J.. — 2nd Edition. — Lewes: Cadartiflex, 2017. —
392с.
17. Зенкевич, О.А. Метод конечных элементов в технике /О.А. Зенкевич. —
Москва: [не указано], 1975. — 273с.
18. Алямовский, А.А. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной
практике /А.А. Алямовский. — Москва: БХВ-Петербург, 2009. — 674с.
19. Потапов, В.Д. Сопротивление материалов /19. Александров А. В., В.Д.
Потапов, Б.П. Державин. — Москва: Высшая школа, 1995. — 374с.
20. Гастев, В.А. Краткий курс сопротивления материалов /В.А. Гастев. —
Москва: Высшая школа, 1977. — 211с.
21. Дарков, А.В. Сопротивление материалов /А.В. Дарков, Г.С. Шпиро. —
Москва: Высшая школа, 1989. — 475с.
22. Шмелев, А.В. Численное исследование напряженно-деформированного
состояния подшипников качения /А.В. Шмелев, С.Ю. Котов. — Гомель:
Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого №1, 2017. — 27-32с.
23. Масленников, А.М. Начальный курс строительной механики стержневых
систем /А.М. Масленников. — Санкт Петербург: Проспект науки, 2009. —
240с.
24. Тимошенко, С.П. Теория упругости /С.П. Тимошенко, Гудьер Дж.. —
Москва: Наука, 1979. — 560с.
25. ЭЛЕКТРОДЫДЛЯНИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХСТАЛЕЙESAB
[Электронныйресурс]/.—Электрон.журн.—Режимдоступа:
https://www.esab.ru/ru/ru/products/filler-metals/covered-stick-electrodes-
smaw/mild-steel-electrodes/uonii-13-55.cfm, свободный
26. ЕxxonMobil Mobil Glygoyle 11 22 30 PDS [Электронный ресурс] /. —
Электрон.журн.—Режимдоступа:https://www.mobil.com/ru-
RU/Industrial/pds/GL-XX-Mobil-Glygoyle-11-22-30, свободный
27. Лазарев, Г.Е. Контактные уплотнения вращающихся валов /Г.А. Голубев.
Г.М. Кукин, Г.Е. Лазарев, А.В. Чичинадзе. — Москва: Машиностроение,
1976. — 264с.
28. Стариков М. А. Исследование коэффициента полезного действия привода
ручной машины электробур : магистерская диссертация / М. А. Стариков ;
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
(ТПУ), Инженерная школа новых производственных технологий (ИШНПТ),
Отделение материаловедения (ОМ) ; науч. рук. В. С. Коротков. — Томск,
2019.
Нормативные ссылки