Расчет и конструирование адаптивных предохранительных фрикционных муфт. Учебное пособие

Аналогичный вращающий момент для второго варианта определяется так же, как и при Tс Tтр . Запас муфты по моменту трения для ва-

риантов определяется таким образом:

циент, p 0 ). Представляя вращающие моменты АФМ и пары трения

Для достижения высокой точности срабатывания необходимо, чтобы выполнялось условие Tп max Tтр1max , что с учетом полученных соотношений дает:

21

В данной интерпретации коэффициент точности вычисляется по формуле:

обоих случаях точность срабатывания практически одинакова, поэтому единственным критерием выбора значения коэффициента p является нагрузочная способность муфты.

При уменьшении коэффициента трения до значений, меньших вращающий момент муфты создается обеими парами трения и при коэффициент точности

На практике не всегда возможно точно оценить приращение

для выбранной пары материалов, так как оно определяется исключительно экспериментальным путем, и реальные условия эксплуатации часто отличаются от условий, в которых проводился эксперимент. Поэтому точно определить необходимое значение коэффициента p в соответ-

ствии с формулой (3.8) не представляется возможным. В этом случае необходимо соответственно одной из границ варьирования приращения fmax определить коэффициент p c некоторым запасом (5…8 %), кото-

f fср f'max вращающий момент муфты равен моменту сил трения обеих пар. При выборе коэффициента p по верхнему граничному значению указанного интервала срабатывание муфты происходит при вращающем моменте, равном моменту трения обеих пар для любых значений коэффициента трения.

В соответствии с этим коэффициент p выбирается по верхнему граничному значению fmax исходя из того, чтобы точность срабатывания муфты была, по меньшей мере, не ниже, чем при выборе коэффициента p по нижнему граничному значению. Используя в формуле (3.9)

22

коэффициент приведения s p1 / p2 (где p1 , p2 значения коэффициента p соответственно для верхнего и нижнего граничных значений), из соотношения K'т K"т находим:

откуда можно определить значение p1 , удовлетворяющее неравенству (3.8). Подставим значение p1 sp2 в неравенство (3.8):

p2 ( fср fср fmax ) .

Кроме того, должно выполняться условие:

p2 fср f f'max .

ср

Второе ограничение коэффициента s определится из неравен-

ства (3.8):

Полученные в соответствии с условиями (3.10) и (3.11) ограничения значения коэффициента приведения s позволяют установить оптимальный по точности срабатывания и нагрузочной способности муфты коэффициент p .

3.2. Расчет адаптивных фрикционных предохранительных муфт второго поколения

Принципиальная схема АФМ второго поколения, построенная на основе однотипного фрикционного контакта, приведена на рис. 3.4, на котором показаны два варианта муфты:

–с одинаковыми средними радиусами поверхностей трения основной фрикционной группы (ОФГ) (диски 1 3), дополнительной фрикционной группы (ДФГ) (диски 3 и 4) (верхняя относительно оси вращения часть рисунка) и управляющего устройства 5 [1, 2, 4];

–с неодинаковыми средними радиусами поверхностей трения (нижняя относительно оси вращения часть рисунка) [2].

23

Для АФМ, имеющих n 1 (где n Rср1 / Rср , Rср1 средний радиус трения пар ДФГ), запас по трению

Формула (3.16) показывает, что запас по моменту трения определяется так же, как и для муфты, имеющей n 1. В работе [2] поставлены условия высокой точности срабатывания муфты, одно из которых имеет вид:

25

Корень A2 соответствует второму условию высокой точности срабатывания, установленному в работе [2], однако подстановка его в уравнение (3.17) приводит к неопределенности вида 0 / 0 . Раскрывая неопределенность, получаем:

тывая физическую сущность коэффициента n , приходим к выводу о том, что по условиям схемно-конструктивной компоновки муфты найденное ограничение коэффициента n неприемлемо ввиду практически неосуществимого условия Rср Rср1 .

Решение уравнения A A1 относительно n дает два корня, которые

A( A 1)( z 1) fmin

Положив fmin fmax / m , преобразуем формулу (3.18):

26

или, с учетом ограничения КУ [2]:

откуда, учитывая условие (3.18), находим:

n z(1 m) 2m 1 . m

Последнее выражение показывает, что при минимальном значении z получаем n 0,33 , что не позволяет использовать его при проектировании АФМ.

Решение уравнения A A'2 относительно неизвестного n дает один положительный корень, численные значения которого при различных z , z1 и значении m 8 составляют:

z 2 , z1 2 , n 0, 72 ; z 4 , z1 1 , n 0,81; z 6 , z1 1 , n 0,30 .

В первом варианте АФМ при z1 1 справедливо неравенство n 1, что неприемлемо, согласно исходному условию. Во втором и третьем вариантах увеличение z1 1 приводит к уменьшению коэффициента n .

Исходя из необходимости обеспечения работы пар трения ОФГ и ДФГ в одинаковых условиях, коэффициент n должен иметь нижнее граничное значение. Это обусловлено также и условиями конструктив- но-компоновочных решений, обязательными при проектировании.

Учитывая, что по условиям компоновки радиус отверстия диска

27

Таким образом, с учетом найденного нижнего граничного значения коэффициента n условие высокой точности срабатывания АФМ реально выполнимо в единственном случае при z 2 и соотношении между параметрами n и z1 в форме 1 n 3,8 / z1 0,85 .

Контрольные вопросы

1.Назовите причину ограничения максимального значения коэффициента усиления обратной связи АФМ первого и АФМ второго поколений.

2.Что такое точность срабатывания предохранительных муфт? Каким показателем она характеризуется?

3.Как влияет коэффициент усиления обратной связи на точность срабатывания АФМ первого и АФМ второго поколений?

4.Как можно повысить точность срабатывания АФМ второго поколения?

28

4.НАСТРОЙКА АДАПТИВНЫХ ФРИКЦИОННЫХ МУФТ

4.1.Принципы настройки адаптивных предохранительных

фрикционных муфт

Основным назначением предохранительных муфт, в том числе фрикционных любого типа [1], является защита деталей и узлов машин от перегрузок, превышающих допустимый уровень. Поскольку предохранительная муфта работает в составе машины, она должна обеспечивать надежную передачу вращающего момента в кинематической цепи привода при работе машины в номинальном режиме, а также при изменении значений собственных параметров муфты. К последним относятся:

‒усилие замыкания пар трения предохранительных фрикционных муфт любого типа, создаваемое, как правило, упругими элементами;

‒непостоянство среднего радиуса поверхностей трения предохранительных фрикционных муфт вследствие их износа, изменения первоначальной геометрической формы и т. п.;

‒коэффициент трения между элементами фрикционных пар, который является непостоянным вследствие влияния многочисленных независимых друг от друга факторов: скорость нарастания перегрузки перед срабатыванием муфты, время неподвижного контакта фрикционных пар между предыдущим и последующим срабатываниями, давление между элементами фрикционных пар и т. п. [2, 3].

Экспериментальные исследования показали, что под воздействием перечисленных и многих других факторов средний (расчетный) коэффициент трения может иметь тенденцию как к росту, так и к уменьшению [2].

В теории и практике расчета и проектирования предохранительных фрикционных муфт, а также при эксплуатации их принимается коэффициент запаса н , который учитывает влияние на нагрузку, передава-

емую муфтой, двух первых из перечисленных факторов [3]. Соответственно этому, настроечный (номинальный) вращающий

момент предохранительной муфты определяется по формуле [4]:

29

Обычно принимается н =1,25 [1]. Указанный коэффициент запаса предохранительной фрикционной муфты недостаточен для того, чтобы она могла обеспечить надежную передачу нагрузки (без буксования) при работе машины в номинальном режиме [2].

Это, в частности, возможно в тех случаях, когда коэффициент трения уменьшается относительно среднего значения. В соответствии с этим уменьшается предельный вращающий момент, который без буксования может передавать предохранительная фрикционная муфта. При этом, согласно результатам исследований [3], предельный вращающий момент предохранительной фрикционной муфты уменьшается до значения, которое будет меньше значения номинального вращающего момента машины.

Предохранительная фрикционная муфта в данных условиях начинает буксовать, что означает так называемые немотивированные срабатывания устройства защиты от перегрузок, приводящие к нарушению нормального хода технологического процесса, выполняемого машиной.

Таким образом, предохранительная муфта должна выполнять двойную защитную функцию в составе привода машины:

–защита элементов привода от перегрузок;

–защита нормального хода технологического процесса от немотивированных прерываний силового потока в кинематической цепи привода.

Под влиянием в процессе эксплуатации различных внешних (по отношению к предохранительной муфте) и внутренних (обусловленных условиями взаимодействия элементов муфты) факторов работа предохранительной фрикционной муфты характеризуется полем рассеивания передаваемого ею вращающего момента, ограничиваемым соответственно максимальным и минимальным вращающими моментами, которые без буксования могут передавать предохранительные фрикционные муфты.

Указанные вращающие моменты, как правило, соответствуют максимальному и минимальному коэффициентам трения. Исключение составляют модифицированные АФМ второго поколения, максимальный вращающий момент которых соответствует некоторому промежуточному значению коэффициента трения, меньшему максимального значения.

30