Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.855

коэффициент полезного действия цепных муфт Работа выполнена при финансировании гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых МК-1109.2009.8.

П.Н. Учаев, С.А. Сергеев

Аннотация

энергия кинематический муфта силовой

На основе данных кинематического и силового исследований привода с цепными муфтами существующих и новых конструкций оценены потери энергии в кинематических парах и получены зависимости КПД от конструктивных и эксплуатационных параметров муфт.

Ключевые слова: цепная муфта, коэффициент полезного действия, мощность.

Коэффициент полезного действия (КПД) цепных муфт - важный показатель совершенства их конструкции. Он, как известно, обусловлен потерей механической энергии, определяемой мощностью потерь на трение в кинематических парах. Поэтому по КПД можно прогнозировать ресурс муфт, зависящий от износа их элементов: цепи и звездочек. Заметим, что наряду с износостойкостью к основным показателям работоспособности рассматриваемых муфт относится сопротивление усталости применяемых цепей, причем усталостные поломки наблюдаются в муфтах, используемых, как правило, в быстроходном приводе. В свою очередь, КПД зависит от многих факторов: конструктивного исполнения муфты, типа цепи, условий работы (прежде всего смещение осей соединяемых валов и способ смазки) и т. п. Очевидно, существуют значения конструктивных и эксплуатационных параметров, соответствующие максимуму КПД (или минимуму потерь энергии).

Следовательно, КПД является интегральным критерием качества, определяющим область применения муфты того или иного типа. Типы муфт, КПД которых оценивается в настоящей статье, рассмотрены в литературе [1-3]. Основой для данной работы являются результаты кинематического [4] и силового [5] исследований.

На базе нижеизложенной методики на кафедре «Машиностроительные технологии и оборудование» был разработан и реализован на ЭВМ автоматизированный расчет КПД цепных муфт [6], позволяющий получать необходимые для конструктора данные, которые дадут возможность на стадии проектирования привода машин правильно выбрать тип муфты и нормировать точность монтажа соединяемых ею узлов.

КПД муфты, как и любого устройства, можно оценить, зная мощность потерь на трение [5]:

,

где - мощность движущих сил, - момент движущих сил (вращающий момент), приложенный к ведущей полумуфте, угловая скорость которой -; - суммарная мощность потерь на трение в муфте.

,

здесь и т. д. - мощности потерь на трение в шарнирах, между роликом и втулкой, между роликом и зубьями полумуфт, в опорах валов (имеется в виду дополнительное сопротивление, связанное с воздействием муфты) и т. д.

Потери энергии в муфтах обусловлены главным образом относительными перемещениями деталей, определяемыми смещениями осей валов и крутильными колебаниями в приводе [7]. При радиальном смещении осей соединяемых валов мощность потерь на трение в шарнирах цепи

,

где - среднее значение момента сил трения в j шарнире; - среднее значение угловой скорости смежных звеньев цепи; z - число шарниров цепи в муфте, равное числу зубьев звездочки.

Момент сил трения в j-м шарнире

,

где f₂ - коэффициент трения скольжения внутри шарнира; d_в - диаметр валика; F_{c m} - среднее значение силы прижатия валика к втулке.

Согласно результатам силового расчета, для цепной муфты с однорядной цепью (МЦО) [1]

,

где (ф - угловой шаг звездочки, б - угол профиля зуба в точке контакта с ним шарнира); - приведенный коэффициент трения между роликом и зубом; Р - шаг цепи.

С учетом действия центробежных сил, развиваемых звеньями цепи,

,

где F_си - натяжение цепи, обусловленное силами инерции, (q - масса 1 м цепи).

Средняя угловая скорость смежных звеньев цепи

,

здесь - суммарный угол поворота соседних звеньев в течение одного цикла, рад (за время одного оборота муфты). Величина зависит от радиального смещения Д осей соединяемых валов. В результате кинематического исследования МЦО установлено, что при Д 0,5 мм и z = 12,16 10°40'.

С учетом приведенных выражений окончательно получим

.

Мощность потерь на трение между роликами и втулками

,

где - среднее значение момента сил трения между роликом и втулкой; - угловая скорость вращения ролика.

Проведя преобразования, аналогичные рассмотренным, будем иметь

,

где f' - коэффициент трения между роликом и втулкой; d_вт, d₁ - диаметры втулки и ролика.

Мощность потерь на трение между роликами и зубьями полумуфт

,

где F_nm - среднее значение давления зуба звездочки на ролик; - скорость скольжения ролика по зубу.

Принимая во внимание результаты силового и кинематического исследований МЦО, окончательно получим

,

где k - коэффициент трения качения ролика по зубу.

При угловом смещении д осей валов мощность потерь на трение между зубьями полумуфт и шарнирами цепи

,

где fґ - коэффициент трения между роликом и втулкой или роликом и зубом (берется меньшее значение коэффициента).

В МЦО возможны одновременные радиальное и угловое смещения звездочек. Поэтому суммарная мощность потерь на трение

.

Видно, что потери мощности в муфте зависят как от нагрузки, так и от угловой скорости (влияние центробежных сил на натяжение цепи). Причем это влияние рекомендуется учитывать в тех случаях, когда, где - предельная угловая скорость муфты, нормируемая, например, ГОСТ 20742.

В цепной муфте с промежуточным валом (МЦПВ) возможно лишь угловое смещение полумуфт и промежуточного вала, причем

.

Муфты типов МЦД и МЦПКС по величине потерь мощности занимают промежуточное положение между МЦПВ и МЦО (таблица).

Таблица Потери мощности и КПД цепных муфт

Результаты расчета показывают, что наиболее значительная мощность потерь на трение - между роликами и зубьями полумуфт. Другими потерями можно пренебречь. Наименьший КПД имеет МЦО, наибольший - МЦПВ.

Список литературы

1. Тарабасов, Н.Д. Цепные муфты. Проектирование, изготовление и эксплуатация: справочник / Н.Д.Тарабасов, П.Н. Учаев. М.: Машиностроение, 1987. - 256 с.

2. Современное машиностроение. Ч. 5.Основы машиноведения. Конструкция, параметры и основы конструирования. Кн. 3. Муфты и тормоза приводов машин: учеб. пособие / П.Н. Учаев, С.Г. Емельянов, И.С. Захаров [и др.]; под общ. ред. П.Н. Учаева. - 4-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2006. - 296 с.

3. Сергеев, С.А. Повышение эффективности автоматизированного проектирования цепных муфт на основе создания их математической модели: дис…. канд. техн. наук / Сергеев Сергей Александрович. - М.: Станкин, 2007. - 215 с.

4. Учаев, П.Н. Кинематика привода с цепными муфтами / П.Н.Учаев, Н.Г.Лопоногов // Теория механизмов и машин: респ. междувед. науч.-техн. сб. - Харьков: Вища школа, 1987. - № 42. - С. 75-77.

5. Учаев, П.Н. Силовой расчет цепных муфт / П.Н.Учаев, К.П.Учаева // Детали машин: респ. междувед. науч.-техн. сб. - Киев: Техника, 1987. - №4. - С. 64-68.

6. Свидетельство об официальной регистрации программы для эвм 2006613694 Российская Федерация. Система автоматизированных инженерных расчетов цепных муфт / Учаев П.Н., Емельянов С.Г., Сергеев С.А.; заявитель и патентообладатель Кур. гос. техн. ун-т. - Зарег. в реестре прогр. для ЭВМ 24.10.06.

7. Учаев, П.Н. Сравнение КПД цепных муфт / П.Н.Учаев, С.Г.Емельянов, С.А.Сергеев // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сб. материалов 4-й Междунар. науч.-техн. конф. - Курск: КурскГТУ, 2006. - С. 128-132.

Материал поступил в редколлегию 28.04.09. Размещено на Allbest.ru