Обґрунтування конструктивно-силових параметрів планетарних відцентрових муфт

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. У приводах сучасних машин і механізмів широко застосовуються різні конструкції запобіжних муфт, які повинні забезпечувати гарантований захист деталей та робочих органів від перевантажень, а також пускових муфт, що забезпечують регулювання кутової швидкості і обертового моменту під час розгону приводу. Поєднання в одній муфті цих двох важливих функцій особливо необхідне для високошвидкісних приводів, а тому створення запобіжно-пускових муфт механічного типу є важливим напрямком розвитку конструкцій приводів машин.

Сучасні виробництва передбачають збільшення швидкості робочих органів машин. Це стосується систем вібророзділення насіннєвих сумішей, відцентрових інерційних дробарок, агрегатів для струшування плодів, швидкохідних гвинтових конвеєрів, зокрема, гнучких шнеків та багато інших машин, в яких кутова швидкість робочих органів перевищує щ=80 с-1.

Під час розгону таких систем і повторному їх запуску під навантаженням використання відомих пускових та автоматичних запобіжних муфт є недостатньо ефективним через велику інтенсивність спрацювання їхніх елементів, підвищену віброактивність та нестабільність роботи на високих швидкостях.

Відомі конструкції планетарних відцентрових муфт з дебалансами і механізмами відбору додатних імпульсів обертового моменту, який створюється на центральному веденому колесі, мають здебільшого складну конструкцію і низьку довговічність, обумовлені введенням до структури фрикційних механізмів або механізмів, які працюють у режимі “заклинювання-розклинювання”.

Розроблення нових конструкцій планетарних відцентрових муфт з їх структурний синтезом, які б поєднували в собі властивості пускових і запобіжних муфт, мали б високу довговічність та підвищену допустиму швидкість обертання, а також методів обґрунтування конструктивно-силових параметрів є актуальною задачею сучасного машинобудування.

Мета роботи і задачі дослідження. Мета роботи - розширення функціональних можливостей і підвищення довговічності планетарних відцентрових муфт.

Задачі дослідження:

2. Метод структурного синтезу планетарних відцентрових муфт з повідцевими муфтами

На ведучому водилі, яке обертається з кутовою швидкістю , рівномірно по колу на сателітних валах жорстко встановлені сателіти з кількістю зубців Z1, які перебувають в постійному зачепленні з центральним веденим колесом з кількістю зубців Z2. На цих валах на підшипниках ковзання встановлені монолітні дебаланси з центрами мас С1, С2. Крім цього, на сателітних валах жорстко встановлені повідцеві муфти з повідцями 6 для взаємодії з монолітними дебалансами. Центри мас дебалансів можуть розміщуватися як на однаковій, так і на різних відстанях від осі обертання ведучого водила (т. О1).

Структурний синтез планетарних відцентрових муфт полягає у послідовному коловому зміщенні відносно осі О1У центра мас С2 наступного дебалансу відносно положення центра мас С1 попереднього дебалансу на кут *с2 (при миттєвому початковому значенні *с2=0, коли центр мас С1 першого дебалансу збігається з віссю О1У). Значення кутів *с для різної кількості сателітів n можуть бути рівними або .

При цьому:

(1)

При розміщені центрів мас дебалансів на однаковій відстані від осі обертання водила кути *с рівні між собою, тобто *с1 =*с2 =…=*сn.

Така узагальнена модель структурного синтезу планетарних відцентрованих муфт забезпечує можливість отримання багатоваріантної структури муфт нової підгрупи.

При обертанні ведучого водила з кутовою швидкістю на дебаланс масою діє відцентрова сила , . У довільному положенні центра мас дебалансу С1, який повернувся разом з повідцем і сателітом на кут с відносно початкового положення С1, відстань від осі обертання сателіта 3 (т. О2) до вектора дії відцентрової сили рівна О2Е = Н, і вона змінюється від нульового значення до максимального і знову до нульового за кожен півоберт сателіта.

Обертовий момент , який створюється на сателіті відцентровою силою , становитиме:

, (2)

де rc - радіус розміщення центра мас дебалансу 5 відносно осі обертання сателіта (т. О2); - відстань між осями обертання центрального веденого колеса (водила) і сателіта.

Максимальний момент виникає при с = 900 і визначається з виразу:

. (3)

Оскільки на другій половині кожного оберту сателіта відцентрова сила змінює напрям дії відносно його осі (т. О2), а обертовий момент рівний нулю (через припинення дії силового зв'язку між повідцем і дебалансом), то обертовий момент, який створюється на центральному веденому колесі залежно від кута повороту сателіта с визначається за залежністю:

, (4)

де Z2 i Z1 - кількість зубців відповідно центрального веденого колеса і сателіта.

Обертові моменти, які створюються на сателітах, у загальному випадку для n сателітів становитимуть:

, ;

;

.

Наведено результати математичного моделювання процесу формування обертового моменту на центральному веденому колесі планетарних відцентрових муфт, суть якого полягає у встановленні характеру зміни обертового моменту муфти ТМn залежно від кута повороту сателітів під час пуску і перевантаження приводу:

. (6)

Обертовий момент муфти ТМ на центральному веденому колесі визначається за формулою:

(7)

Викладено результати структурного синтезу планетарних відцентрових муфт. Розроблені схеми муфт включають дво-, три-, чотири- і шестисателітні планетарні відцентрові муфти, для кожної з яких отримано аналітичні залежності для визначення обертового моменту на центральному веденому колесі при пуску і перевантаженні приводу.

Встановлено, що з дев'яти синтезованих планетарних відцентрових муфт найкращою є шестисателітна муфта з *с2 = 1200.

Отримано залежність для визначення характеру зміни обертового моменту ТМ6 шестисателітної муфти при перевантаженні:

TМ6=Tm1 max(|sinцc|+|-0.5sinцc+0.87cosцc|+|-0.5sinцc-0.87cosцc|). (8)

В результаті для цc=0 Tm6 min=1.74Tm1 max; для цc=30° Tm6 max= 2·Tm1 maх; для цc=60° Tm6 min=1.74Tm1 max, а для цc=90° Tm6 max=2·Tm1 max. Для такої муфти відношення Tm6 max до Tm6 min становить 1,14 за повної збалансованості конструкції.

Крім шестисателітних планетарних відцентрових муфт повністю збалансованими є восьми-, десятисателітні та інші муфти, тобто ті, кількість сателітів у яких є парна. Однак при збільшенні кількості сателітів зростають радіальні розміри конструкції. Разом з цим, у разі обмежених радіальних розмірів муфти, збільшення кількості сателітів призводить до зменшення їх зовнішніх діаметрів (умова відсутності дотику сусідніх сателітів). Наслідком цього є зменшення як радіальних розмірів дебалансів та їх мас, так і обертового моменту, який передається на центральне ведене колесо.

Момент для, наприклад, восьмисателітної муфти при *с2 = 900, характер зміни якого при пуску і перевантаженні приводу визначається залежністю свідчить про зростання співвідношення між Tm8 max і Tm8 min до 1,4. У результаті цього зроблено висновок про перевагу синтезованої шестисателітної муфти над восьмисателітною.

, (9)

У розділі запропоновані два методи і наведено результати геометричного синтезу форм дебалансів планетарних відцентрових муфт. В основу цих методів покладено принцип повороту початкової вертикальної лінії відносно фіксованої точки та принцип перетину круга паралельними січними площинами. В обох випадках формується дебаланс у формі півциліндра з опорною піввтулкою.

Наведено класифікацію планетарних відцентрових муфт у комбінації з повідцевими муфтами за такими ознаками: формами дебалансу та повідця, контактуючими поверхнями дебалансу, розміщенням пластмасового (гумового) елемента на металевому повідці і контактуючими матеріалами повідця та дебалансу і навпаки.

3. Структура та конструктивно-силові параметри планетарних відцентрових муфт з багаторядним розміщенням дебалансів

Встановлені основні технічні протиріччя, які проявляються із збільшенням осьових розмірів муфт. Показано, що за зростання осьового розміру L0 водила, збільшується міжопорна відстань Ln, тобто відстань між підшипниками кочення, в яких встановлені цапфи сателітних валів. При цьому зростає ширина bд дебалансу і прогин У відповідного вала через дію відцентрових сил з боку ведучих дисків, дебалансів, сателіта і власне сателітного вала, а також колової сили Ft, яка виникає в зачепленні сателіта з центральним веденим колесом. В результаті ускладнюються технології виготовлення як водила (зі збільшеними осьовими розмірами), так і дисків з довшими маточинами, а це призводить до зростання собівартості виготовлення муфти С/в. При цьому зменшується вібростійкість системи, що зумовлює зменшення ймовірності безвідмовної роботи муфти.

Очевидно, що при збільшенні діаметра водила , зростають величини , і . Наслідком цього є зменшення величин , , , У, С/в. Зменшення осьового розміру ведучого водила сприяє покращанню технології його виготовлення і зниженню собівартості С/в виготовлення планетарної відцентрової муфти. Таким чином, раціональним є другий випадок, за якого збільшуються радіальні розміри муфти.

Для забезпечення обертового моменту на центральному веденому колесі, близького до сталого значення, одним із варіантів реалізації такої задачі є використання багаторядного розміщення дебалансів вздовж вала, на якому встановлений сателіт.

У структурному синтезі планетарних двосателітних відцентрових муфт можливе дво-, три- і чотирирядне розміщення дебалансів, які можуть займати різне положення один відносно одного.

Визначені конструктивно-силові параметри двосателітних планетарних відцентрових муфт у комбінації з повідцевими муфтами і обґрунтовано вибір раціональної кількості сателітів та рядів дебалансів.

4. Динаміка приводу, оснащеного розробленими автором планетарними відцентровими муфтами

При цьому враховано дію відцентрових сил Fпо1 і Fпо2, які виникають відповідно під час обертання дебалансів як відносно осі обертання водила (т. О1), так і внаслідок їх обертання відносно власних осей (осей обертання сателітів і сателітних валів, тобто т. О2).

Відцентрова сили Fпо2 , що виникає під час пуску привода, дії перевантаження та зупинки приводу, визначається з добутку:

, (10)

З урахуванням того, що в планетарних відцентрових муфтах може бути використана різна кількість дебалансів (n=2; 3; 4; 6; 8; 10 і т. д.), а відносні кутові положення їх центрів мас можуть відрізнятися, умова усунення негативного впливу сили Fпо2 на привідний двигун має такий вигляд:

, (11)

де Tв1, Tв2, Tв3,…,Tвn - відповідно обертові моменти, які виникають на водилі від дії відцентрових сил Fпо2 з боку відповідно першого, другого, третього і решти n дебалансів.

У результаті проведеного аналізу динаміки приводу із синтезованими планетарними відцентровими муфтами встановлено, що наведена вище умова повністю задовольняється для чотирисателітної муфти з цс*=180?, шестисателітної муфти з цс*=120? і восьмисателітної муфти з цс*=90?.

Для визначення динамічних навантажень на елементи приводу з чотирисателітною муфтою з дворядним розміщенням дебалансів і впливу її параметрів на характер їх зміни розглянута динамічна модель приводу.

Система диференціальних рівнянь, що описує перехідні процеси у приводі з планетарною відцентровою муфтою, має вигляд:

(12)

Обертовий момент Tм планетарної відцентрової муфти визначався за залежністю (9).

Динамічні дослідження свідчать про стабільність роботи муфти як на режимах пуску, так і при перевантаженні приводу.