Выбор предохранительных фрикционных муфт для приводов технологического оборудования. Учебное пособие

В формуле (1.17) вторая дробь в левой части меньше единицы, следовательно, в формуле (1.16) левая, а значит, и правая части будут больше, чем аналогичные части формулы (1.17). Это указывает на то, что выполняется неравенство к к .

Следовательно, более высокая точность срабатывания АФМ первого поколения позволяет увеличить предельное напряжение в деталях привода при кручении исходя из прогнозируемого максимального значения коэффициента трения. За счет этого появляется возможность оптимизировать массогабаритные показатели привода и машины в целом.

Интерпретируя изложенное, отметим, что в случае использования при расчетах значения к , характерного для предохранительной фрикционной муфты обычной точности срабатывания, в случае применения АФМ увеличивается разность fmax ‒ fmax .

Данное обстоятельство играет положительную роль в тех случаях, когда действительный прирост прогнозируемого максимального значения коэффициента трения превышает указанную разность, что повышает эффективность защиты привода машины в условиях эксплуатации.

Таким образом, существует методика выбора оптимальной точности срабатывания ПМ и, в особенности, АФМ (ввиду возможности регулирования точности срабатывания в последнем случае). Представленная картина распределения нагрузки в узлах и агрегатах приводов машин позволяет, с учетом технических характеристик ПМ, определять исходные данные для их расчетов на прочность.

Уровень защиты элементов приводов машин зависит не только от точности срабатывания ПМ, но и, в значительной степени, от скорости нарастания перегрузки, скорости распространения ударной волны в кинематической цепи привода и протяженности незащищаемой части привода.

Изложенный подход к оценке эффективности защиты приводов машин с помощью ПМ позволяет осуществлять рациональный выбор типов предохранительных устройств в зависимости от их целевого назначения.

21

Выводы

1.Необходимость научной оценки принимаемой точности срабатывания ПМ в зависимости от технических требований, предъявляемых

кприводам машин, обусловлена ограниченностью имеющихся исследований связей эксплуатационных характеристик приводов и ПМ.

2.Создана обобщенная схема действия нагрузок в кинематической цепи привода машины при перегрузках, позволяющая оценить распределение нагрузки, действующей на детали и узлы незащищаемой части.

3.Независимо от вида механических передач, преобразующих движение, нагрузки и скорости в незащищаемой части привода, при наступлении перегрузки на рабочем органе машины наибольшую часть ее будут испытывать узлы и агрегаты, расположенные в непосредственной близости от рабочего органа.

4.В узлах и агрегатах незащищаемой части привода при наступлении перегрузки нагрузка изменяется ступенчато, в механических проводниках – в соответствии со скоростью распространения ударной волны, при отсутствии в указанной части упругодеформируемых элементов.

5.При большой скорости распространения ударной волны и значительной длине кинематической цепи незащищаемой части привода совокупные нагрузки, действующие на детали, узлы и агрегаты, выше, чем при небольшой длине указанной части привода.

6.Приведены оценки эффективности защиты привода машины в зависимости от сочетания скорости нарастания перегрузки на рабочем органе, скорости распространения ударной волны по незащищаемой части привода и протяженности последней. Показано, что наиболее эффективный уровень защиты привода машины с помощью ПМ обеспечивается при низкой скорости нарастания перегрузки, высокой скорости распространения ударной волны в кинематической цепи привода и небольшой протяженности незащищаемой части привода.

7.Эксплуатационные характеристики ПМ определяют входное значение нагрузки в незащищаемой части привода в соответствии с достигаемой точностью срабатывания.

8.С учетом достигаемого ограничения максимальных нагрузок в приводе машины ПМ должна быть рассчитана на определенную точность срабатывания, что предъявляет особые требования при выборе ее типа.

22

9.Для эффективной защиты приводов машин от поломок может быть использована ПМ с произвольной точностью срабатывания, если детали и узлы привода рассчитаны с учетом максимальных нагрузок, которые может ограничивать муфта.

10.Площадь поперечного сечения деталей защищаемой части привода зависит от значения коэффициента точности ПМ, номинального вращающего момента, действующего в поперечном сечении, и от допускаемого напряжения материалов деталей при кручении.

11.В защищаемой части привода наибольшее увеличение массы имеет место для деталей и узлов, расположенных в непосредственной близости к месту установки ПМ, если защищаемая часть включает понижающие механические передачи.

12.Кратность увеличения площади поперечного сечения и массы деталей в зависимости от точности срабатывания ПМ не зависит от места их расположения в защищаемой части привода машины.

13.Наибольшее увеличение площади поперечного сечения и массы деталей защищаемой части привода соответствует использованию ПМ

скоэффициентом точности, превышающим два.

14.Место установки ПМ в приводе машины должно отделять незащищаемую часть с понижающими механическими передачами и небольшими передаточными отношениями.

15.Возникновение перегрузок, обусловленных наличием их источника в незащищаемой части привода, не приводит к изменению характера реакции ПМ на перегрузку.

16.Предохранительная муфта не выполняет функцию по защите деталей и узлов от поломок при перегрузке в защищаемой части привода на участке между приводным двигателем и источником возникновения перегрузки.

17.Условию надежной защиты от перегрузок может удовлетворять ПМ любого типа, если ее точность срабатывания соответствует запасу прочности при расчетах деталей защищаемой части привода.

18.По сравнению с ПМ обычной точности срабатывания применение АФМ позволяет увеличить при расчетах значение предельного напряжения при кручении в деталях за счет более высокой точности срабатывания.

23

Контрольные вопросы

1.Какая часть привода машины называется защищаемой?

2.Какая часть привода машины называется незащищаемой?

3.Факторы, вызывающие возникновение перегрузок в приводе машины.

4.Перечислите уровни влияния точности срабатывания ПМ на эффективность защиты приводов машин.

5.Назовите основное условие надежной защиты привода машины с помощью ПМ.

6.Объясните целесообразность применения предохранительных муфт с повышенной точностью срабатывания для защиты привода машины.

24

2.ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ

ИОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АДАПТИВНЫХ ФРИКЦИОННЫХ МУФТ

2.1. Технико-эксплуатационные характеристики адаптивных фрикционных муфт

Адаптивные фрикционные муфты относятся к предохранительным фрикционным муфтам, но отличаются от обычных муфт данного типа более высокой стабильностью предельного вращающего момента при случайном изменении значения коэффициента трения. Данное отличие обусловлено имеющимся в составе АФМ управляющим устройством [12].

Принцип работы УУ заключается в автоматическом регулировании силы прижатия друг к другу пар трения АФМ в зависимости от значения коэффициента трения при изменении передаваемой нагрузки. За счет этого происходит частичная стабилизация момента сил трения фрикционной группы и, соответственно, вращающего момента муфты.

Взависимости от конструктивной схемы УУ и его характеристик точность срабатывания АФМ может изменяться в достаточно широких пределах даже для АФМ одного поколения [12]. Кроме того, точность срабатывания АФМ зависит от компоновочной схемы фрикционной группы, особенно с точки зрения формы нагрузочной характеристики, которая может быть получена при конкретных конструктивных параметрах муфты.

Внаучной и технической литературе точность срабатывания ПМ,

втом числе АФМ, считается, как и их номинальная нагрузочная способность, одной из основных эксплуатационных характеристик [13]. Вопросам повышения точности срабатывания ПМ придается большое значение, чаще всего без необходимого в таких случаях анализа технических характеристик привода машины.

Между тем в случае постановки определенной целевой функции при проектировании и расчетах привода машины отсутствует необходимость проектировать или выбирать ПМ с наиболее высокой точностью срабатывания. Если в качестве целевой функции принята минимизация совокупной массы привода машины, то достижение цели осуществляется при определенном значении коэффициента точности АФМ, не являющимся максимальным [14].

25

Вданном случае значение коэффициента точности зависит от следующих факторов:

– от протяженности кинематической цепи и состава привода машины;

– поколения (типа) АФМ;

– места установки АФМ в кинематической цепи привода машины.

Впрактике проектирования машин встречаются случаи, когда, наоборот, требуется применение ПМ, обладающей максимальной точностью срабатывания. Это связано с необходимостью выдерживать при функционировании машины или механизма фиксированное, с незначительными отклонениями, значение усилия или вращающего момента.

При этом, как правило, технологический процесс, выполняемый машиной, должен обеспечивать высокое качество изготавливаемых изделий:

– сохранность предмета производства без нарушения его целостности;

– сохранение качественных характеристик узлов и сборочных единиц.

Впервом случае это может быть, например, привод механизма натяжения нитей прядильного и ткацкого оборудования, во втором случае – автоматические сборочные приспособления, которые должны соединять детали при строго определенном усилии, превышение которого может привести к появлению брака.

Одной из отличительных особенностей АФМ, по сравнению с ПМ других типов, является возможность варьирования их точности срабатывания уже на стадии расчетов и проектирования:

– за счет варьирования значения коэффициента усиления (КУ) обратной связи, что может быть осуществлено посредством выбора соответствующих параметров УУ;

– для АФМ второго поколения [15] – за счет выбора соответствующей формы кривой нагрузочной характеристики (зависимости предельного значения вращающего момента муфты от коэффициента трения), что достигается путем выбора соответствующего значения КУ.

Следовательно, появляется возможность минимизации массогабаритных параметров привода машины за счет использования АФМ, обладающих оптимальной для принятой компоновочной схемы привода точностью срабатывания.

26

Как показали исследования, АФМ разных типов обладают неодинаковой точностью срабатывания. В начальный период создания АФМ и разработки их классификации точность срабатывания повышалась по мере увеличения номера поколения, т. е. АФМ второго поколения имели более высокую точность срабатывания по сравнению с АФМ первого поколения, и меньшую точность срабатывания, чем АФМ третьего поколения [16]. Это соответствовало основной идее совершенствования АФМ, согласно которой основной целью их совершенствования было повышение точности срабатывания.

Разработка и использование новых принципов совершенствования АФМ в рамках основной идеи привели к созданию АФМ первого и второго поколений с переменным значением КУ обратной связи. Согласно принципу действия УУ, каждому текущему значению коэффициента трения соответствует определенное значение КУ, при котором действие распорной силы теоретически обеспечивает постоянство момента сил трения фрикционной группы [17].

Исследования показали, что, несмотря на «идеальную» теоретическую нагрузочную характеристику таких АФМ, т. е. отсутствие зависимости момента сил трения фрикционной группы от коэффициента трения, на практике имеет место некоторая нестабильность значения передаваемой нагрузки. Однако данное обстоятельство не является причиной для того, чтобы не считать такие АФМ предохранительными устройствами с особо высокой точностью срабатывания.

На основании изложенного, в табл. 2.1 приведены сводные данные по эксплуатационным характеристикам АФМ (номинальной нагрузочной способности и точности срабатывания) для различных поколений и типов АФМ, которые отражают их характеристики при одинаковых конструктивных параметрах, а именно:

–при числе пар трения фрикционной группы (совокупном числе пар трения фрикционных групп – для АФМ второго поколения);

–при значении среднего радиуса поверхностей трения фрикционной группы (кроме модернизированной АФМ второго поколения с неодинаковыми значениями средних радиусов поверхностей трения основной (ОФГ) и дополнительной (ДФГ) фрикционных групп: в этом случае отношение средних радиусов поверхностей трения составляет

0,85 [18]);

27

– при значении силы натяжения замыкающей пружины (группы замыкающих пружин). Для АФМ с раздельным силовым замыканием фрикционных групп [19] эквивалентной силой замыкания пар трения ОФГ и ДФГ считается сила, равная полусумме усилий замыкания.

Радиальные габаритные размеры АФМ различных поколений и типов принимаются одинаковыми, поскольку они зависят, в основном, от значения среднего радиуса поверхностей трения фрикционной группы.

Значение КУ обратной связи АФМ различных поколений и типов принимается неодинаковым, что обусловлено дифференцированными показателями точности срабатывания муфт, которые зависят от значения КУ.

Таблица 2.1 Технико-эксплуатационные характеристики АФМ

28

Анализ данных, приведенных в табл. 2.1, показывает, что наибольшей точностью срабатывания обладают АФМ, имеющие наименьшую номинальную нагрузочную способность. Исключение составляют АФМ второго поколения (модифицированные варианты 2 и 3). Эти муфты являются примером оптимального сочетания точности срабатывания и номинальной нагрузочной способности.

Причиной оптимального сочетания эксплуатационных характеристик АФМ является раздельное силовое замыкание пар трения ОФГ и ДФГ, а также возможность увеличения КУ свыше значения, предельного для базового варианта АФМ второго поколения.

Кроме того, абсолютным преимуществом по нагрузочной способности обладают АФМ с положительной обратной связью. Это объясняется настройкой и приблизительным сохранением значения номинального вращающего момента при срабатывании и максимальном значении коэффициента трения.

Точность срабатывания АФМ данного типа ниже, чем АФМ второго поколения с переменным значением КУ (см. табл. 2.1), поскольку конструктивная схема УУ на основе V-образных упругих лепестковых элементов с так называемым «отрицательным» углом наклона лепестка пока не позволяет осуществить найденную теоретическим путем зависимость значения угла отклонения лепестка от текущего значения коэффициента трения [20].

2.2. Рекомендуемые области применения типов АФМ

Разнообразие эксплуатационных характеристик АФМ различных поколений и типов, приведенных в табл. 2.1, и требования к параметрам защиты и номинальной нагрузочной способности предохранительного устройства позволяют определить области применения АФМ.

Сведения об областях применения АФМ приведены в табл. 2.2. Таблица 2.2

Области применения поколений и типов АФМ

29

30