Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Адаптивные фрикционные муфты второго поколения с раздельным силовым замыканием. Учебное пособие
.pdf
1
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
М.П. Шишкарев, М.Д. Гавриленко
АДАПТИВНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ МУФТЫ
ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ
С РАЗДЕЛЬНЫМ СИЛОВЫМ ЗАМЫКАНИЕМ
Учебное пособие
Ростов-на-Дону
ДГТУ
2022
2
УДК 621.838.222
Ш65
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор А.Н. Чукарин
(РГУПС, г. Ростов-на-Дону);
доктор технических наук, профессор В.И. Бутенко
(ДГТУ, г. Ростов-на-Дону)
Шишкарев, Михаил Павлович.
Адаптивные фрикционные муфты второго поколения с раз-
дельным силовым замыканием : учебное пособие / М.П. Шишкарев,
М.Д. Гавриленко ; Донской государственный технический университет. – Ростов-на-Дону : ДГТУ, 2022. – 68 с.
ISBN 978-5-7890-2055-5
Рассмотрены новые подходы к решению вопросов расчета и проекти-
рования адаптивных фрикционных муфт второго поколения с раздельным
силовым замыканием. Представлены варианты принципиальных схем адаптивных фрикционных муфт с раздельным силовым замыканием, показаны
принципиальные различия между схемами раздельного силового замыкания.
Предназначено для обучающихся по направлению подготовки 15.04.05
Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств, программа подготовки «Процессы и технологические системы механической и электрофизической обработки материалов», при изучении теоретического курса и прохождении лабораторного практикума и практических
занятий по дисциплине «Предохранительные устройства технологического
оборудования».
УДК 621.838.222
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Донского государственного технического университета
© Шишкарев М.П., Гавриленко М.Д., 2022
© Донской государственный
ISBN 978-5-7890-2055-5 технический университет, 2022
Ш65
3
Предисловие
В пособии рассмотрены новые подходы к решению вопросов рас-
чета и проектирования адаптивных фрикционных муфт (АФМ) второго
поколения с раздельным силовым замыканием. На основе результатов
исследования данного типа АФМ разработаны методические основы
для расчета их основных параметров, которые обеспечивают высокую
точность срабатывания в условиях эксплуатации.
Основу материала настоящего учебного пособия составляют ре-
зультаты, которые получены авторами при исследовании предохранительных фрикционных муфт в рамках научных тем «Исследование
адаптивных систем автоматического регулирования в механизмах с
фрикционными связями» и «Проблемы применения предохранительных устройств в приводах технологического оборудования».
Изучение данного пособия позволит будущим магистрам приобрести необходимые знания для применения их в своей профессиональной
деятельности. Кроме того, оно будет способствовать углублению и закреплению знаний, полученных обучающимися на лекциях и в ходе самоподготовки, развивать способность к творческому, самостоятельному анализу учебной и справочной литературы; служить материалом для
самопроверки при изучении и закреплении отдельных тем дисциплины.
4
Введение
Неуклонное повышение производительности современных рабочих
машин и механизмов, высокие производственные нагрузки и скорости,
необходимость изготовления конкурентоспособной продукции предъявляют повышенные требования к долговечности узлов и агрегатов
технологического оборудования. Одним из наиболее эффективных способов повышения долговечности машин и механизмов является применение в их составе предохранительных устройств.
Широко применяемые в настоящее время в качестве устройств защиты от перегрузок вращающим моментом предохранительные фрикционные муфты обладают существенным недостатком, заключающимся в нестабильности предельного значения вращающего момента. Это обусловлено непостоянством значения коэффициента трения, которое является
случайным фактором в процессе эксплуатации машин и механизмов.
Решение проблемы эффективности применения предохранительных фрикционных муфт в приводах машин и механизмов зависит,
прежде всего, от того, насколько надежно они будут защищать механизмы и детали приводов от действующих на них перегрузок.
Эффективность защиты приводов машин и механизмов с помощью
предохранительных фрикционных муфт зависит от нескольких факторов:
обеспечение эффективной минимальной и максимальной защиты
узлов и деталей;
обеспечение точности срабатывания предохранительных фрикци-
онных муфт, соответствующей условиям работы привода и муфты в нем,
поставленной задачи по обеспечению эффективной защиты конкретных
элементов привода;
5
обеспечение минимальных габаритных размеров привода и его
массы;
долговечность предохранительных фрикционных муфт, в том
числе при изменении их собственных параметров;
взаимное соответствие технических и динамических характери-
стик предохранительных фрикционных муфт и привода в целом;
обеспечение показателей безотказности, ремонтопригодности и
сохраняемости предохранительных фрикционных муфт в процессе эксплуатации.
Решение задач повышения номинальной нагрузочной способности
муфт и их точности срабатывания в стационарном и динамическом режимах работы привода привело к созданию современных конструкций
АФМ, в том числе новых типов, принципиально отличающихся от существующих как по конструкции, принципу действия, так и по техникоэксплуатационным показателям – номинальной нагрузочной способности и точности срабатывания.
Практический коэффициент точности новых конструкций АФМ
достигает
т
K
=1,09 при фактическом рассеивании коэффициента трения
800 %.
Опыт эксплуатации современных АФМ показал, что эффективность их применения можно отнести только к более высокому уровню
защиты приводов машин от действия перегрузок.
Благодаря наличию в конструкциях АФМ управляющих устройств
(УУ) обратной связи осуществляется автоматическое регулирование
усилия замыкания фрикционных пар в зависимости от текущего значения коэффициента трения и величины передаваемой нагрузки.
В результате этого уменьшается рассеивание значения вращающего
момента при непостоянстве коэффициента трения и повышается точность срабатывания муфты, снижается риск выхода из строя деталей
и узлов приводов.
В соответствии с этим повышение точности срабатывания АФМ
позволяет максимально уменьшить вероятность разрушения деталей и
узлов приводов машин в результате перегрузок.
6
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
В АДАПТИВНЫХ ФРИКЦИОННЫХ МУФТАХ
С РАЗДЕЛЬНЫМ СИЛОВЫМ ЗАМЫКАНИЕМ
1.1. Определение значений коэффициентов
'
1
n
и
'
2
n
Созданные в настоящее время адаптивные фрикционные муфты
(АФМ) второго поколения с раздельным силовым замыканием обладают более высокой, по сравнению с базовым вариантом, точностью срабатывания. Указанный эффект достигается благодаря уменьшению величины момента сил трения дополнительной фрикционной группы
(ДФГ) по сравнению с базовым вариантом АФМ второго поколения.
Благодаря введению в конструкцию АФМ раздельного силового
замыкания появляется возможность увеличения коэффициента усиления (КУ) обратной связи, что положительно влияет на точность срабатывания муфт.
Соотношение между усилиями замыкания пар трения основной
фрикционной группы (ОФГ) и ДФГ в процессе работы созданных вариантов АФМ не зависит от значения коэффициента трения и величины
передаваемой нагрузки, поэтому остается неизменным. Это накладывает определенные ограничения на нагрузочную способность АФМ при
высокой точности срабатывания и относительно небольших соотношениях между упомянутыми усилиями замыкания.
Рассмотрим возможности автоматического регулирования величины соотношения усилий замыкания пар трения ОФГ и ДФГ в зависимости от значения коэффициента трения и величины передаваемой
нагрузки, а кроме того, возможности технической реализации принципа
автоматического регулирования в конструкциях АФМ с раздельным
силовым замыканием.
Варианты АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием представлены на рис. 1.1 и 1.2 в виде принципиальных схем.
Принципиальные отличия представленных вариантов АФМ заключаются в следующем:
‒ в первом варианте АФМ (см. рис. 1.1) полумуфты 1 и 2 связаны
между собой парами трения ОФГ 3 и ДФГ 4, силовое замыкание
7
которых осуществляется соответственно пружинами 5 и 6. Отличие
первого варианта АФМ заключается в установке пружины 5 «враспор»
между нажимным диском 7 и пружиной 6;
‒ во втором варианте АФМ пружина 5, замыкающая пары трения
ОФГ 3 справа (см. рис. 1.2), опирается на жесткий упор 8. В остальном
различий между первым и вторым вариантами АФМ нет.
Рис. 1.1. Принципиальная схема первого варианта АФМ
второго поколения с раздельным силовым замыканием
Рис. 1.2. Принципиальная схема второго варианта АФМ
второго поколения с раздельным силовым замыканием
8
Величины вращающих моментов первого и второго вариантов
АФМ вычисляются соответственно по следующим формулам:
11
п1 п ср
(1 )( 1)
1 ( 1)
z z n Cf
T F R f
z Cf
; (1.1)
2
п2 п ср
(1 ) 1
1 ( 1)
z n Cf
T F R f
z Cf
, (1.2)
где
п
F
‒ сила натяжения пружин 6;
ср
R
‒ средний радиус поверхностей трения ОФГ и ДФГ (принят
одинаковым для всех пар трения);
f
‒ коэффициент трения между элементами пар трения ОФГ
и ДФГ (принят одинаковым для всех пар трения);
z
‒ число пар трения ОФГ;
1
z
‒ число пар трения ДФГ;
C
‒ КУ обратной связи, величина которого вычисляется по формуле
ср
tg
R
C
r
, (1.3)
где ‒ угол скоса боковых стенок гнезд под тела качения УУ
(см. рис. 1.1 и 1.2, сечение А-А);
r
‒ радиус окружности, на которой расположены тела качения УУ.
В формулах (1.1) и (1.2) приняты следующие обозначения:
п1
1
п
F
n
F
; (1.4)
'
п1
2
п
F
n
F
, (1.5)
где
п1
F
‒ сила натяжения пружины 5 в первом варианте АФМ (см. рис. 1.1);
'
п1
F
‒ сила натяжения пружины 5 во втором варианте АФМ
(см. рис. 1.2).
Согласно принятым компоновкам на рис. 1.1 и 1.2, а также соотношениям (1.4) и (1.5), имеем
п1 п
FF
,
'
п1 п
FF
, а
1
n
<1,
2
n
>1.
Величины КУ в первом и втором вариантах могут быть равны друг
другу или быть неодинаковыми.
Величины коэффициентов точности первого и второго вариантов
АФМ вычисляются соответственно по формулам:
9
max 1 1 max min
т1
min 1 1 min max
[ (1 )( 1)][1 ( 1) ]
[ (1 )( 1)][1 ( 1) ]
f z z n Cf z Cf
K
f z z n Cf z Cf
; (1.6)
max 2 max min
т2
min 2 min max
[ (1 ) 1 ][1 ( 1) ]
[ (1 ) 1 ][1 ( 1) ]
f z n Cf z Cf
K
f z n Cf z Cf
. (1.7)
Не прибегая на данном этапе исследования к конструктивным преобразованиям в принципиальных схемах вариантов АФМ, положим,
что величины коэффициентов
1
n
и
2
n
автоматически изменяются (регу-
лируются) в процессе работы. Сейчас необходимо установить, как
должны происходить эти изменения – в сторону увеличения или
уменьшения.
Если, согласно формуле (1.6), величина коэффициента
1
n
возраста-
ет, то увеличивается и коэффициент точности
т1
K
. Это означает
уменьшение точности срабатывания АФМ.
Аналогичное изменение точности срабатывания АФМ имеет место
согласно формуле (1.7).
Следовательно, для повышения точности срабатывания первого и
второго вариантов АФМ необходимо, чтобы величины коэффициентов
1
n
и
2
n
уменьшались по мере увеличения коэффициента трения и
нагрузки, передаваемой муфтами. При этом необходимо учитывать следующее. Величины КУ первого и второго вариантов АФМ функционально связаны с коэффициентами
1
n
и
2
n
следующими соотношениями:
1
1 max
1
(1 )
C
nf
; (1.8)
2
2
max
1 n
C
f
. (1.9)
В тех случаях, когда величины КУ
1
C
и
2
C
назначаются в зависи-
мости от величин коэффициентов
1
n
и
2
n
согласно соотношениям (1.8)
и (1.9), эти величины принимают предельно допустимыми. В этом случае уменьшение первоначальных величин коэффициентов
1
n
и
2
n
при-
ведет, согласно соотношениям (1.8) и (1.9), к уменьшению величин КУ
1
C
и
2
C
.
Поскольку КУ является реальным параметром, а его величина зависит от некоторых конструктивных параметров УУ и определяется
при проектировании и изготовлении муфты, она не изменяется в про-
10
цессе эксплуатации. Следовательно, величины КУ
1
C
и
2
C
не будут со-
ответствовать соотношениям (1.8) и (1.9) в случае уменьшения величины коэффициента
1
n
или
2
n
.
Как следует из соотношений (1.8) и (1.9), величины КУ
1
C
и
2
C
опре-
деляются с учетом максимального коэффициента трения. При уменьшении величин коэффициентов
1
n
,
2
n
и при неизменных величинах КУ
1
C
и
2
C
значения коэффициентов трения, соответственно, будут равны:
max1
'
11
1
(1 )
f
nC
; (1.10)
'
2
max2
2
1 n
f
C
, (1.11)
где
'
1
n
,
'
2
n
– новые величины коэффициентов
1
n
и
2
n
.
Сопоставляя значения коэффициентов трения
max1
f
и
max2
f
с исход-
ными значениями
max
f
, согласно соотношениям
max
11
1
(1 )
f
nC
;
2
max
2
1 n
f
C
,
имеем:
max1
f
<
max
f
; (1.12)
max2
f
<
max
f
. (1.13)
Следовательно, при уменьшении величин коэффициентов
1
n
и
2
n
режим действия отрицательной обратной связи в АФМ будет ограничен, соответственно, следующими интервалами значений коэффициента трения:
min max1
...ff
;
min max2
...ff
.
В соответствии с условиями (1.12) и (1.13) появляются интервалы
значений коэффициента трения, соответственно равные:
max1 max
...ff
;
max2 max
...ff
,
в которых оба варианта АФМ будут работать в режиме положительной
обратной связи со значительным снижением точности срабатывания.
В связи с этим при проектировании и расчетах устройства автоматического регулирования АФМ необходимо принимать величины КУ
по следующим соотношениям:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]