Розробка конструкцій і методики розрахунку кулькових муфт вільного ходу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний університет “Львівська політехніка”

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Розробка конструкцій і методики розрахунку кулькових муфт

вільного ходу

05.02.02 - машинознавство

Сороківський Олег Ігорович

Львів-2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Державному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Малащенко Володимир Олександрович, Державний університет “Львівська політехніка”, професор кафедри “Деталі машин”.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Вольченко Олександр Іванович, Івано-Франківський Державний технічний університет нафти і газу, професор кафедри “Механіка машин”;

кандидат технічних наук, доцент Палюх Михайло Дмитрович, ВАТ “Львівський автобусний завод”, директор Асоціації “Автобус”.

Провідна установа:

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться 29 березня 2000 р. о 15⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.06 у Державному університеті “Львівська політехніка” (79646, Львів-13, вул. С. Бандери, 12, ауд.226 головного корпусу).

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Державного університету “Львівська політехніка” (Львів, вул.Професорська, 1).

Автореферат розісланий 26 лютого 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Є. Ю. Форнальчик

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Важливою народно-господарською технічною проблемою є підвищення довговічності машин і механізмів, яка вимагає від науковців та інженерів розробки нових механічних засобів підвищеної надійності зі збільшеним терміном служби та істотним спрощенням їх конструкції і виготовлення. До таких пристроїв відносяться кулькові муфти вільного ходу (КМВХ), які розроблені на кафедрі “Деталі машин” Державного університету “Львівська політехніка” і захищені авторськими свідоцтвами та патентами.

Для доведення КМВХ до впровадження у виробництво та розробки більш прогресивних їх конструкцій, які вигідно відрізняються від існуючих, необхідно виконати аналіз кінематико-геометричних і силових параметрів, та розробити методику розрахунків на міцність елементів цих муфт.

Результати теоретичних і експериментальних досліджень подібних пристроїв відображені в працях Барабаша І.Д., Вольченко О.І., Гаршнєва Ю.Г., Калініна С.Г., Кіндрацького Б.І., Кузьо І.В., Куликова Н.К., Малащенко В.О., Мальцева В.Ф., Павлище В.Т., Пилипенко М.Н., Полякова В.С., Ряховського О.А. та інших вчених.

Слід зауважити, що для автоматичного з'єднання та роз'єднання валів застосовуються роликові муфти вільного ходу, які мають жорсткі вимоги технологічного та експлуатаційного характеру, тому їх, де можливо, заміняють храповими механізмами, які також мають ряд суттєвих недоліків: сильний шум при холостому ході, інтенсивне зношування защіпок та інше. Отже, задачі, що направлені на створення прогресивних механічних засобів (КМВХ), є актуальними, а їх розв'язання має важливе значення для народного господарства. У свою чергу процес проектування цих муфт вимагає досконалого вивчення законів руху їх елементів, визначення аналітичних залежностей між геометричними та силовими параметрами.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково-дослідних робіт кафедри “Деталі машин” факультету машинобудування та автомобільного транспорту Державного університету “Львівська політехніка” за тематикою “Динаміка та міцність машин циклічної дії”, яка безпосередньо пов'язана з державною науково-технічною програмою “Підвищення надійності і довговічності машин та конструкцій”, а також Програмою Кабінету Міністрів “Україна - 2010” (проект 4 - “Технологічне та технічне оновлення виробництва”). Крім цього окремі питання, що пов'язані з розробкою конструкції нової муфти для серійного велосипеда та її випробуванню, виконувались на основі госпдоговору № 6592 від 1 січня 1999 р.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - наукове обгрунтування методики визначення кінематичних, геометричних та силових характеристик, розрахунків на міцність КМВХ і на їх основі розробка та впровадження у виробництво прогресивних конструкцій муфт цього класу з підвищенням їх експлуатаційних показників.

Для досягнення мети були поставлені і розв'язані наступні задачі:

а) узагальнити існуючий матеріал щодо розрахунку та конструктивних особливостей муфт вільного ходу і на його основі провести наукове обгрунтування основних принципів створення прогресивних КМВХ з розробкою методики комплексного дослідження їх параметрів;

б) обгрунтувати необхідність і провести класифікацію розроблених КМВХ за конструктивними ознаками;

в) провести теоретичне дослідження основних характеристик КМВХ з визначенням кінематичних, геометричних і силових параметрів їх елементів;

г) виконати розрахунок на міцність елементів КМВХ для різних форм периферійних кінців пазів веденої та ведучої півмуфт;

д) провести експериментальні дослідженння основних характеристик даних муфт з розробкою експериментальної установки та методики проведення дослідів і опрацювання їх результатів;

е) розробити та впровадити у виробництво прогресивну конструкцію кулькової муфти вільного ходу з підвищеними експлуатаційними показниками.

Розв'язання цих задач має важливе наукове, інженерне та народно-господарське значення на стадіях проектування і експлуатації нових прогресивних КМВХ.

Наукова новизна одержаних результатів. Науково обгрунтовано методику створення нових конструкцій КМВХ, отримано два позитивні рішення про видачу патентів на винаходи, а одна конструкція кулькової муфти впроваджена у виробництво на ВАТ “Львівський мотозавод” для серійного велосипеда з покращенням есплуатаційних показників.

Обгрунтовано необхідність і розроблено класифікацію КМВХ за конструктивними ознаками, що розширює і доповнює існуючу загальну класифікацію муфт. Розроблено методику кінематичних, геометричних і силових розрахунків КМВХ з визначенням закону руху кульки під час вмикання та вимикання муфти і відповідних аналітичних залежностей.

Вперше проведено розрахунки на міцність елементів КМВХ для різних форм периферійних кінців пазів ведучої та веденої півмуфт, що дало змогу вибрати раціональну конструкцію впровадженої у виробництво муфти.

Визначено величини деформацій півмуфт з урахуванням осьових зусиль, що діють на них у робочому режимі. Розглянуто випадки навантаження КМВХ зосередженою осьовою силою і розподіленим симетричним навантаженням. Наведено аналітичні залежності для визначення поперечних сил, згинальних моментів і зміщень елементів цих муфт для обох випадків навантаження.

Проведено експериментальні дослідження впливу конструктивних особливостей і геометричних параметрів на кінематичні характеристики КМВХ з розробкою та виготовленням дослідної установки і описанням методики проведення дослідів та опрацювання результатів.

Експериментально визначено тривалість з'єднання валів для різних пускових режимів роботи двигуна приводу та форм пазів ведучої півмуфти з виведенням сигналу давачів через аналогово-цифровий перетворювач на комп'ютер. Це дало змогу провести вимірювання з достатньо високою точністю в широкому діапазоні швидкостей ведучого вала.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено технічну документацію і виготовлено експериментальні зразки кулькової муфти вільного ходу. Конструкція даної муфти впроваджена у виробництво для серійного велосипеда. Попередні випробування показали її високу надійність та безшумність роботи. Теоретичні положення дисертації та розроблені рекомендації стосовно вибору раціональних характеристик КМВХ можуть бути використані при проектуванні, виготовленні та експлуатації подібних механічних пристроїв.

Основні результати дисертаційної роботи знайшли застосування у навчальному процесі та впроваджені у виробництво ВАТ “Львівський мотозавод”. кулькова муфта вільного ходу конструкція міцність

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Суттєві здобутки досягнуто у співавторстві з працівниками кафедри “Деталі машин”. В роботах [1-3, 5-7] автору належить розв'язок наступних задач: визначення аналітичних залежностей між кінематичними та геометричними параметрами КМВХ; методика розрахунку деформацій їх елементів з урахуванням осьових зусиль, що діють на півмуфти у робочому режимі, для випадків їх навантаження зосередженою силою і розподіленим симетричним навантаженням. Особисто здобувачеві належать: розробка конструкції та виготовлення експериментального зразка кулькової муфти; розробка дослідної установки та методики проведення експериментів; проведення експериментальних випробувань з опрацювання їх результатів з допомогою комп'ютера та формулювання висновків і рекомендацій стосовно вибору найбільш раціональної конструкції КМВХ; розробка прогресивної конструкції муфти велосипеда, підготовка та впровадження її у виробництво.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались на 3-му та 4-му Міжнародних симпозіумах українських інженерів-механіків у Львові, ДУ “Львівська політехніка” (м. Львів 1997, 1999); науково-теоретичних конференціях ДУ “Львівська політехніка”, (м. Львів 1996, 1997); першому українському з'їзді по теорії механізмів і машин “ТММ и техносфера Украины ХХІ века” (м. Харків, 1997); науковому семінарі кафедри “Деталі машин” ДУ “Львівська політехніка” (м. Львів 1998, 1999); науково-технічній конференції “Проблеми створення та експлуатації підйомно-транспортних машин та обладнання”, Харківський державний політехнічний університет (м. Харків 1999).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані у 7 друкованих працях, в тому числі дві статті у Віснику ДУ “Львівська політехніка” “Динаміка, міцність та проектування машин і приладів”, № 323; одна стаття у збірнику праць Асоціації “Автобус” “Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів”; одна стаття у Віснику Харківського державного політехнічного університету “Подъёмно-транспортная техника и технологии”, выпуск 48; 3-х збірниках матеріалів наукових симпозіумів і конференції; отримано два рішення про видачу патентів на винахід.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 148 сторінках і складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаної літератури з 101 назви, містить 64 рисунки, 5 таблиць, а також має додаток на 2 сторінках. Загальний обсяг роботи - 150 сторінок.

Зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність теми роботи, висвітлено мету, важливість і основні задачі; визначено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів досліджень. Сформульовано основні положення дисертації і особистий внесок здобувача в розроблення наукових результатів.

У першому розділі Аналіз стану досліджень муфт вільного ходу подано короткий огляд існуючих конструкцій, методики розрахунків та рекомендацій щодо проектування муфт вільного ходу, що дало змогу вибрати об'єкт дослідження, обгрунтувати та викласти мету роботи з вибором завдань щодо її реалізації.

У другому розділі Дослідження геометричних та кінематичних параметрів КМВХ наведено конструкції нових муфт та принцип їх роботи, описано будову та процес вмикання у роботу. Розроблено класифікацію КМВХ за конструктивними ознаками (рис.1).

Об'єктом дослідження вибрана кулькова муфта (рис.2), конструкція якої розроблена на основі ретельного аналізу відомих муфт вільного ходу. Вона складається з ведучої півмуфти 1, на торці якої виконано пази 2 зі зміщенням від геометричної осі муфти до периферії (рис.3), веденої півмуфти 3, на торці якої виконано кільцевий 4 та дотичні пази 5 (рис.4). В пазах між півмуфтами розташовано кульки 6.

Муфта працює наступним чином. У випадку обертання ведучої півмуфти за годинниковою стрілкою кулька під дією відцентрової сили зміщується від осі муфти на величину R і виштовхується у дотичний паз веденої півмуфти. Далі, під дією тиску бокових поверхонь пазів півмуфт і відцентрової сили, кулька досягає периферійного кінця цього паза і тисне на ведену півмуфту, яка починає обертатись і передавати робоче навантаження. При зміні напрямку обертання кулька виштовхується боковими поверхнями пазів півмуфт у кільцевий паз, і, ковзаючи по ньому, порушує зв'язок між півмуфтами. Автоматичне роз'єднання валів відбувається і у випадку коли з технічних причин ведена півмуфта матиме більшу кутову швидкість ніж ведуча.

З метою визначення раціональних розмірів основних елементів КМВХ виведено залежність радіуса кільцевого паза веденої півмуфти від кутової швидкості обертання ведучої півмуфти. Для будь-якого взаємного положення півмуфт рівнодійна сила F_R, що діє на кульку, більша векторної суми наступного вигляду

, (1)

де F_в - відцентрова сила, що діє на кульку під час руху; G - сила її власної ваги. Після перетворень з (1) отримаємо наступну залежність

, або, . (2)

де - кутова швидкість ведучої півмуфти; r_к - радіус кільцевого паза; g - прискорення вільного падіння; m - маса кульки.

Для наочності побудовано графік залежності між кутовою швидкістю ведучої ланки та радіусом кільцевого паза веденої півмуфти (рис.5), з якого видно, що при збільшенні кутової швидкості ведучої півмуфти, на веденій півмуфті можна виконати кільцевий паз меншого радіуса.

Практична його цінність полягає в тому, що знаючи кутову швидкість, можна підібрати радіус кільцевого паза веденої півмуфти, при якому вмиканя муфти буде відбуватись у будь-якому положенні.

Для забезпечення працездат-ності кінематичного ланцюга з КМВХ досліджено процес автоматичного вмиканя механізму, що відбувається під час обертання ведучої ланки у бажаному напрямку.

Умова надійного вмикання муфти

, (3)

де F_ін - сила інерції; F_T - сила тертя. Після перетворень вираз (3) матиме вид

, (4)

де a - прискорення руху кульки по пазу ведучої півмуфти; k - коефіцієнт тертя кочення.

Визначено тривалість періоду, на протягом якого відбувається вмикання муфти у роботу. Найменше значення цього часу має місце у випадку, коли кулька знаходиться на початку нижнього дотичного паза веденої півмуфти, тобто, у найбільш сприятливому для вмикання положенні. Для з'єднання кінців валів необхідно, щоб ведуча півмуфта здійснила поворот на кут _min. Отже, в даному випадку ведуча півмуфта здійснює поворот на кут

, (5)

де ₁, ₂ - кутові положення центрів мас кульки (рис.6, а).

У випадку, коли на веденій півмуфті виконано тільки три дотичні пази, можливе таке їх розташування, що у сприятливому для зачеплення положенні буде знаходитись тільки один паз (рис. 6, б). Але при цьому кулька може дещо зміщуватись по відношенню до початку дотичного паза, і її закочування в цей паз стає неможливим. Тоді для вмикання муфти ведуча півмуфта має здійснити поворот на кут _max, що дорівнює

, (6)

Якщо припустити, що під час вмикання муфти кутова швидкість ведучого вала є сталою, то час з'єднання валів знаходиться в межах

, (7)

де n - частота обертання ведучого вала муфти в хв^-1.

Отримана залежність (7) дозволяє встановити період, протяом якого відбувається повне з'єднання кінців валів залежно від частоти обертання ведучої півмуфти та кількості пазів на її торці.

У третьому розділі Забезпечення міцності елементів КМВХ одержано закон руху кульки по пазу ведучої півмуфти під час вмикання у роботу КМВХ. Рух мас елементів муфти розглянуто на основі відомих рівнянь Лагранжа, які для даного випадку мають такий вигляд:

; , (8)

де x - координата переміщення кульки по пазі ведучої півмуфти; - кут повороту ведучої півмуфти; Т - кінетична енергія сиистеми; Q_x, Q - узагальнені сили.

Після визначення узагальнених сил, кінетичної енергії системи і її похідних із (8) остаточно отримано наступну систему рівнянь:

 (9)

де T_K - обертальний момент; m₁, r₁- маса і радіус ведучої півмуфти; R - віддаль від центра муфти до центра кульки в заклиненому положенні; k - коефіцієнт тертя.

Отримані рівняння (9) дозволили визначити основні кінематичні характеристики руху кульки при вмиканні муфти (рис.7). Важливою частиною цього розділу є також проведені автором розрахунки на міцність елементів муфти з виведенням необхідних аналітичних залежностей, що характеризують величину напружень в робочій зоні з урахуванням конструктивних особливостей пазів півмуфт.

Визначено напруження зминання для випадку сферичних кінців пазів

, (10)

де - менше з двох допустимих напружень зминання елементів, що контактують; d - діаметр кульки; c -величина зазору між півмуфтами.

Припустивши, що радіус сферичної поверхні периферійних кінців пазів півмуфт є дещо більшим за радіус кульки, нормальні напруження на площадці контакту будуть розподілені по півсфері. Найбільше значення напруження діє у центрі площадки контакту:

, (11)

де Е₁, Е₂ - модулі пружності матеріалів кульки і півмуфти; R_n - радіус сферичної поверхні периферійних кінців пазів півмуфт; F - сила, що діє на кульку.

У випадку, коли радіуси контактуючих поверхнь є однаковими, напруження у зоні контакту розподіляються за параболічним законом:

. (12)

де - кутова координата; ₀ - кут, що характеризує площу контакту.

У випадку, коли контакт відбувається по лінії напруження зрізу визначаються за формулою

, (13)

де , - розрахункове і допустиме дотичні напруження при зрізі.

Для інших форм периферійних кінців пазів контакт між кулькою і півмуфтами може бути лінійним або у точці. Коли пази у поперечному перерізі мають форму трапеції розрахунок на міцність виконується за формулою

. (14)

де - розрахункове та допустиме контактні напруження; E_пр- приведений модуль пружності матеріалу; ₁ - кут між боковими поверхнями трапецієвидного профілю паза.

У випадку, коли периферійні кінці пазів півмуфт мають циліндричну форму максимальне контактне напруження визначають за формулою

. (15)

При передачі кульковою муфтою обертального моменту двигуна, у найбільш несприятливому випадку, повне навантаження може передаватись за допомогою тільки однієї кульки. У випадку сферичної форми периферійних кінців пазів між кулькою та поверхнею паза півмуфти виникає осьова сила F_y, що направлена перпендикулярно до торцевих поверхонь півмуфт, і в їх перерізах виникають поперечні сили і згинальні моменти. Для визначення величин цих сил і моментів розглянуто півмуфту, як кільце постійної товщини (рис.8) навантажене осьовою силою F_y.

Зосереджена осьова сила F_y зрівноважується розподіленим навантаженням q, що діє за законом

, (16)

де r₁ - внутрішній радіус кільцевої поверхні веденої півмуфти; ₀ - кутова координата її поточного перерізу.

Із рис.8 видно, що в перерізах півмуфт діють поперечна сила і згинальні моменти. Виходячи з наведених вище припущень навантажувальні параметри та деформації півмуфт описуються рівняннями загального вигляду:

 (17)

де - відношення жорсткостей та моментів інерції при згині та крученні; Q, M_r, M - поперечна сила та згинальні моменти в перерізі півмуфти; u - зміщення перерізу; E, G - модуль пружності і модуль зсуву матеріалу; J_y, J_к - моменти інерції перерізу відносно осі Y і кручення; h - товщина; r₁ - зовнішній радіус.

Для збільшення навантажувальної здатності муфти можуть мати декілька робочих кульок. Тому, коли у зачепленні знаходиться дві, три, чи більше кульок осьова сила F_y, яка діє на ведену півмуфту, розподіляється симетрично по колу з радіусом R. Це дозволяє розраховувати півмуфти на згин, як круглі пластинки постійної товщини h (рис.9).

Використовуючи загальні рівняння розрахунку круглих пластинок для даного випадку розв'язок отримано у вигляді наступної системи рівнянь:

 (18)

де коефіцієнт = 0 при r_i < R і = 1 при r_i R; D - циліндрична жорсткість при згині; - коефіцієнт Пуассона; w - прогин півмуфти; r_i - поточний радіус.

У четвертому розділі Експериментальні дослідження нових КМВХ для підтвердження отриманих теоретичних положень розроблено і виготовлено дослідний зразок кулькової муфти, на ведучій півмуфті якої виконано три пази: прямий паз по дотичній, прямий паз під кутом 15 до дотичної та дугоподібний паз. Використовуючи отримані залежності, визначено теоретично мінімальний і максимальний час запізнення вмикання для кожного з пазів ведучої півмуфти при пусковій частоті обертання вала електродвигуна 500 хв^-1 і 1200 хв^-1.

Таблиця 1

Результати теоретичних розрахунків

Тип паза ведучої півмуфти	Запізнення вмикання КМВХ, мс
	500 хв-1	1200 хв-1
	мін.	макс.	мін.	макс.
Прямий паз по дотичній	24,7	144,7	10,3	60,3
Прямий паз під кутом 15 до дотичної	20,3	140,3	8,5	58,5
Дугоподібний паз з початковим напрямком паза 30 до дотичної	23,7	143,7	9,9	59,9

Для проведення експеримен-тальних досліджень розроблено і виготовлено дослідний стенд, підібрано відповідне обладнання: експериментальна установка 1 на базі серійного приладу ДП-5К, підсилювач електричних сигналів 8АНЧ-7М 2, персональний комп'ю-тер Pentium з тактовою частотою 166 МГц 4 та аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) 3 (рис.10). Реєстрування сигналів проведено з допомогою програмного забезпечен-ня комп'ютера. Після вмикання привідний вал електродвигуна обертає ведучу півмуфту. При досягненні кулькою периферійного кінця паза ведучої півмуфти відбувається вмикання муфти. Через тензорезистори вимірювальних пристроїв експериментальної уста-новки сигнали подавались на підсилювач. Далі сигнал потрапляв на АЦП, перетворювався і реєструвався на жорсткому диску комп'ютера у вигляді окремого файла. Після чого, установка вимикалась. На одній і тій ж частоті обертання приводного вала проводилось по 50 повторних вимірів запізнення вмикання кулькової муфти. Після цього кулька переставлялась у інший паз та визначення запізнення вмикання муфти повторювалось. Після проведення повного циклу досліджень отримані результати опрацьовувались на комп'ютері з допомогою програмного забезпечення “Wave”. Результати дослідів заносились у відповідну таблицю, середні значення яких наведені в табл. 2.

Таблиця 2

Результати експериментальних досліджень

Тип паза ведучої півмуфти	Запізнення вмикання КМВХ, мс
	500 хв-1	1200 хв-1
Прямий паз по дотичній	90	62,6
Прямий паз під кутом 15 до дотичної	88	59,4
Дугоподібний паз з початковим напрямком паза 30 до дотичної	108,1	56,5

Найбільш характерні графіки дослідів для двох різних пускових швидкостей двигуна приводу наведено на рис.11 і 12, де верхні із них - навантаження двигуна приводу, а нижні - навантаження робочого органу. Умовно верхній графік (рис.11) можна розділити на три періоди: І-й період спокою, коли експериментальна уста-новка вимкнута і двигун приводу не обертається (період характеризується малими зна-ченнями амплітуди сигналу); ІІ-й момент замикання елек-тричного кола (характеризуєть-ся наводками у вигляді різкого збільшення амплітуди електрич-ного сигналу на верхньому і нижньому графіках одночасно); ІV-й робоче навантаження на валі ротора електродвигуна (характеризується періодични-ми синусоїдальними змінами амплітуди).

Графік, що показує зміну в часі обертального моменту на валу навантажувального пристрою, можна умовно поділити на чотири періоди: І-й період спокою, коли експериментальна установка вимкнута, а амплітуда сигналу близька до нульової лінії; ІІ-й момент замикання електричного ланцюга, що має вид різкого зростання амплітуди сигналу протягом короткого проміжку часу; ІІІ-й період запізнення вмикання кулькової муфти вільного ходу; ІV-й робоче навантаження на вихідному валі у вигляді періодичних синусоїдальних змін амплітуди електричного сигналу. Вертикальними пунктирними лініями на цих графіках позначено відмітки часу. Момент часу, коли відбулося вмикання двигуна приводу і вмикання у роботу кулькової муфти, зафіксовано автоматично та його числові значення в мілісекундах наведено під цими графіками.

На основі теоретичних досліджень та результатів лабораторних експериментів розроблено конструкцію КМВХ і виготовлено дослідні зразки, що пройшли випробування на серійному велосипеді.

висновки

1. Проведено порівняльний аналіз використаних джерел щодо муфт вільного ходу, на основі якого зроблено вибір об'єкта дослідження, сформульовано тему і задачі дисертаційної роботи.

2. Розроблено класифікацію КМВХ, що дало змогу суттєво розширити та доповнити існуючу класифікацію механічних муфт новими елементами.

3. Проведено теоретичні дослідження геометричних і кінематичних параметрів нових кулькових муфт, що дало змогу вивести аналітичні залежності між основними розмірами елементів муфт і встановити закони їх руху, а також розробити рекомендації з практичного вибору цих пристроїв за відомим обертальним моментом.

4. Досліджено вплив форми пазів ведучої та ведної півмуфт на час вмикання муфти та розроблено рекомендації з раціонального виготовлення стосовно їх форм та взаємного розміщення.

5. На основі проведених теоретичних досліджень створено три нові прогресивні конструкції КМВХ, на дві з яких отримано позитивні рішення про видачу патентів на винахід, чим підтверджується новизна та значимість роботи.

6. Запропоновано методику розрахунків на міцність елементів цих механізмів для різних форм периферійних кінців пазів, що дало змогу встановити найбільш раціональну форму поверхні контакту між кулькою та півмуфтами. На основі проведеного кількісного аналізу навантажувальної здатності нових муфт та існуючих встановлено, що при подібних геометричних параметрах запропоновані муфти мають у 1,1-2,3 рази більшу навантажувальну здатність.

7. Проведено розрахунок кулькових муфт з урахуванням осьових зусиль, що діють на неї у робочому режимі. Розглянуто випадки навантаження півмуфт зосередженою осьовою силою і розподіленим симетричним навантаженням. Це дало змогу отримати відповідні аналітичні залежності, які використані для розрахунку реальної конструкції велосипедної муфти, що пітверджує можливість застосування виведених формул в інженерних розрахунках.

8. Розроблено методику проведення експериментальних досліджень з проектуванням і виготовленням експериментальної установки, та методики опрацювання результатів, що дало змогу підтвердити основні теоретичні положення та визначити залежність величини часу запізнення вмикання від конструктивних чинників муфти.

9. Розроблено нову конструкцію муфти вільного ходу з виготовленням дослідного зразка, який впроваджено на ВАТ “Львівський мотозавод” з економічним ефектом. Попередні випробування та розрахунки показали, що при серійному виробництві витрати на виготовлення запропонованої муфти зменшуються на 20-30%, а термін служби збільшується на 20-25% з вищою надійністю та безшумністю її роботи.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Калінін С.Г., Сороківський О.І. Залежність між кінематичними та геометричними параметрами кулькової муфти вільного ходу // Динаміка, міцність та проектування машин і приладів: Вісник ДУ “Львівська політехніка”, № 323. - Львів: Львівська політехніка, 1997. - С. 86-88.

2. Малащенко В.О., Сороківський О.І. Динамічні залежності кулькової муфти вільного ходу // Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів: Зб. праць Асоціації “Автобус”. - Львів, 1998. - С. 48-49.

3. Малащенко В.О., Сороківський О.І. Осьові деформації кулькових муфт вільного ходу // Подъёмно-транспортная техника и технологии: Весник Харковского политехнического университета. Выпуск 48. - Харків, 1999. - С. 130-134.

4. Сороківський О.І. Динамічні характеристики кулькових муфт вільного ходу//Динаміка, міцність та проектування машин і приладів:Вісник ДУ “Львівська політехніка”, № 323. - Львів: Львівська політехніка, 1997. Малащенко В.О., Калінін С.Г., Сороківський О.І. Кінематичний аналіз кулькової муфти вільного ходу // Первый украинский съезд по теории механизмов и машин “ТММ и техносфера Украины ХХІ века”: Тезисы докладов. - Харків, 1997. - С. 42.

6. Малащенко В.О., Петренко П.Я., Сороківський О.І. Розробка та дослідження кулькових муфт вільного ходу // Третій міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові: Тези доповідей. - Львів: Львівська політехніка, 1997. - С. 127-128.

7. Петренко П.Я., Сороківський О.І. Дослідження кулькових муфт вільного ходу // 4-й міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові: Тези доповідей. - Львів: Львівська політехніка, 1999. - С. 86.

Анотація

Сороківський О. І. Розробка конструкцій і методики розрахунку кулькових муфт вільного ходу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02 - машинознавство, - Державний університет “Львівська політехніка”, Львів, 1999.

В дисертації розглянуто питання визначення геометричних, кінематичних та силових характеристик нових кулькових муфт вільного ходу, а також їх розрахунку на міцність. Створено три нові прогресивні конструкції кулькових муфт, виведено аналітичні залежності між основними їх розмірами і запропоновано методику розрахунків на міцність з урахуванням осьових навантажень їх елементів. Подано рекомендації з раціонального виготовлення пазів ведучої та ведної півмуфт стосовно їх форм та взаємного розміщення. Запропоновано методику проведення експериментальних досліджень та опрацювання отриманих результатів. Основні результати дисертації знайшли промислове впровадження при проектуванні нових типів муфт вільного ходу з поліпшеними технічними характеристиками.

Ключові слова: кулькова муфта вільного ходу, паз, ведуча півмуфта, ведена півмуфта, міцність, осьові навантаження.

Аннотация

Сорокивский О. И. Разработка конструкций и методики расчёта шариковых муфт свободного хода. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.02 - машиноведение, - Государственный университет “Львовская политехника”, Львов, 1999.

В диссертации рассмотрены вопросы определения геометрических, кинематических и силовых характеристик шариковых муфт свободного хода. Представлена классификация новых шариковых муфт, которые созданы на кафедре “Детали машин” Государственного университета “Львовская политехника”. Проведены теоретические исследования кинематических и геометрических параметров данных муфт с определением аналитических зависимостей между их основными размерами. Наводятся расчеты на прочность элементов шариковых муфт для разных форм периферийных концов пазов ведущей и ведомой полумуфт, на основе которых определена наиболее рациональная форма поверхности контакта шарика и полумуфт. На основе проведенных теоретических исследований созданы три новые конструкции шариковых муфт свободного хода, на две из которых получены решения о выдаче патентов на изобретение. Проведенный сравнительный анализ грузоподъёмности новых муфт и существующих показал, что при похожих геометрических параметрах предложенные муфты передают в 1,1-2,3 раза большие крутящие моменты. Определены величины деформаций полумуфт с учетом осевых усилий. Рассмотрены случаи нагружения полумуфт сосредоточенной осевой силой и симметрически распределынной нагрузкой. Наводятся аналитические зависимости для определения поперечных сил, изгибающих моментов и смещений элементов шариковых муфт свободного хода. Предложены рекомендации по рациональному изготовлению пазов ведущей и ведомой полумуфт, а также по практическому выбору этих муфт за извесным крутящим моментом.

Разработаны и изготовлены новые конструкции шариковых муфт свободного хода, а также экспериментальная установка для исследования их работы. Проведены экспериментальные исследования с применением компъютерной техники, которые подтвердили основные теоретические положения. Разработана новая конструкция муфты свободного хода велосипеда с изготовлением экспериментального образца, который внедрён на ВАТ “Львовский мотозавод”. Предварительные исследования и расчёты показали, что при серийном выпуске предложенной муфты затраты на изготовление снижаются на 20-30 % с улучшением эксплуатационных характеристик.

Ключевые слова: шариковая муфта свободного хода, паз, ведущая полумуфта, ведомая полумуфта, прочность, осевая нагрузка.

Annotation

Sorokivsky O. I. Development of designs and technique of calculation of overrunning ball clutches. - Manuscript.

Thesis for a candidate of technical degree by speciality 05.02.02 - machinery.- The State University “Lviv Polytechnic”, Lviv, 1999.

The questions of determination geometrical, kinematical and power characteristics of a new overrunning ball clutches. Their classification and technique calculation on strength are considered in the dissertation. Three new designs of overrunning ball clutches are worked. Experimental installation for research of their work are developed and made. The cases of load the drive and driven clutch halves by concentrated axial force and by a symmetrical distribution load are considered. The recommendations for rational manufacture of overrunning ball clutches are offered. The experimental researches, which have confirmed main theoretical results, are conducted.

The new design of the overrunning ball clutch of bicycle is developed and the experimental example is made, which it was established on Open Stock Company "Lviv Motozavod". Main results have found application at design of new types of overrunning clutches with better operational characteristics.

Key words: the overrunning ball clutch, strength, drive clutches halve, driven clutches halve, concentrated axial force, symmetrical distribution load.

Размещено на Allbest.ru

...