Збірник 04

Одержані за результатами перетворень вирази передавальних функцій залежності (42) використані для побудови структурної схеми математичної моделі підсистеми шпінделя

шліфувального круга. Входами математичної моделі є нормальна сила Pn , кут повороту вала електродвигуна e з урахуванням коливань пасів приводної передачі, циркуляційна збурююча сила,

зумовлена незбалансованістю ротора приводного електродвигуна Pб кут повороту крокового двигуна б

81

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

Описаний принцип моделювання динамічної системи шліфування використаний для створення адаптивної системи безцентрового врізного шліфування доріжок кочення на шліфувальному автоматі SWaAGL125 з регулюванням процесу за стабілізованою нормальною силою різання.

Інформаційні джерела

1.Вейц В.А., Дондошанский В.К., Чиряев В.И. Вынужденные колебания в металлорежущих станках. – М.–Л.: Машгиз, 1959. – 288 с.

2.Гружий А.М. Математическое моделирование стохастических колебательных процессов металлорежущих станков и их оценка по статистическим критериям. Автореферат диссертации д.т.н.

– КПИ, Киев, 1995. – 36с.

3.Марчук В.І., Смалюк А.Л., Бокій О.О. Формування багатоінструментальних налагоджень в автоматизованій системі технологічної підготовки токарних автоматів // Mechanics’98. – Rzeszow university of technology, Poland, 1998, Vol. 2. – С. 111114.

4.Бальмот В.Б., Самотин О.Н., Варламов Е.Б., Авдеев А.М. Вибрация и шум подшипников качения: Обзор. – М.: Цнинтэиавтопром, 1987. – 125 с.

УДК 621 Я.В. Рева, Ю.А. Лук’янчук

Луцький національний технічний університет

ВПЛИВ МЕХАНІЧНОГО ВПЛИВУ НА ТЕХНІЧНІ ОБ’ЄКТИ І ЛЮДИНУ ТА ОСНОВНІ МЕТОДИ ВІБРОЗАХИСТУ

Розглянуто, як впливають механічні дії на різні технічні об'єкти (машини, прилади, апарати) і людини та методи їх зменшення.

Ключові слова: вібрація, шум, демпфер, вібростійкість.

Рассмотрены, как влияют механические воздействия на различные технические объекты (машины, приборы, аппараты) и человека, а также методы их уменьшения.

Ключевые слова: вибрация, шум, демпфер, виброустойчивость.

Considered as affecting the mechanical action on the various technical objects (machines, tools, equipment) and human and methods to reduce them.

Keywords: vibration, noise damper.

Статичні навантаження повинні враховуватися при розрахунку об'єкта на міцність. У деяких випадках, головним чином за наявності в об'єкті сполук з силовим замиканням, дія лінійних перевантажень може викликати порушення нормального функціонування системи (розмикання пружини електричних контактів, помилкові спрацьовування релейних пристроїв і т.п.).

Найбільш небезпечними для технічних об'єктів виявляються вібраційний вплив. Знакозмінні навантаження, викликані вібраційними впливами, призводять до накопичення пошкоджень в матеріалі, що викликає появу тріщин і руйнування [1].

Крім руйнувань в механічних системах спостерігаються й інші явища, що викликаються вібраційними впливами. Ці дії призводять до поступового ослаблення нерухомих з'єднань. Вібраційні впливи викликають малі відносні зсуви сполучених поверхонь у з'єднаннях деталей машин, при цьому відбувається зміна структури поверхневих шарів деталей, що сполучаються, їх знос і зменшення сили тертя в з'єднанні, що викликає зміну дисипативних властивостей об'єкта, зміщує його власні частоти і т.п.

Якщо в об'єкті є рухомі з'єднання з зазорами (наприклад, кінематичні пари в механізмах), вібраційні впливи можуть викликати зіткнення сполучених поверхонь, що призводять до їх руйнування.

У більшості випадків руйнування об'єкта при вібраційних впливах пов'язане з виникненням резонансних явищ. Тому при полігармонійних впливах найбільшу небезпеку становлять ті гармоніки, які можуть викликати резонанс об'єкта, у зв'язку з цим лабораторні випробування об'єктів на віброміцність часто проводять при гармонійних діях в резонансних режимах. У складних об'єктах, що володіють широким спектром власних частот, можливе одночасне порушення кількох резонансних

82

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

режимів при дії полігармонійного збурення. Тому для таких об'єктів заміна полігармонійного впливу гармонійним неприпустима.

Ударні впливи також можуть з'явитися причиною руйнування об'єкта. Часто пошкодження, викликані ударом, носять характер слабких руйнувань. Проте багатократні удари можуть призводити

ідо руйнувань, особливо в тих випадках, коли періодичний ударний вплив виявляється здатним викликати резонансні коливання об'єкта.

Вібраційні й ударні впливи, не викликаючи руйнувань об'єктів, можуть призводити до порушення їх нормального функціонування. Ця властивість механічних впливів проявляється в різноманітних формах.

Вібрації металорізальних верстатів та іншого технологічного обладнання, викликані дією різних джерел, призводять до зниження точності і чистоти обробки, а також і до інших порушень технологічних процесів.

Вібрації корпусу електричного приладу або апарата можуть привести до різноманітних порушень його роботи. Може відбутися порушення контактних з'єднань, замикання неізольованих проводів і т.п. Високочастотні впливу збуджують коливання електродів і сіток електронних ламп. Це явище, (мікрофонний ефект), призводить до порушення нормального функціонування відповідних приладів.

Механічні дії суттєво впливають на точність приладів, що встановлюються в системах управління рухом і службовців для вимірювання параметрів руху. Під дією вібрацій і ударів різко збільшується «відхід » гіроскопічних приладів і помилка вимірювань, вироблених цими приладами. Прилади, що містять вимірювальний пристрій маятникового типу, виявляють схильність до зміщення нульового положення під дією вібрації.

Порушення функціонування об'єкта, не пов'язане з руйнуваннями або з іншими змінами, називається відмовою. Механічні дії можуть викликати як руйнування, так і відмови машин, приладів

іапаратів. Здатність об'єкта не руйнуватися при механічних впливах називається віброміцністю, а здатність нормально функціонувати - вібростійкістю. Мета віброзахисту технічних об'єктів - підвищення їх віброміцності та вібростійкості.

Вібрація, що виникає при роботі машин різних типів і обладнання, впливає не тільки на технічні об'єкти, а й на людей, що знаходяться поблизу джерела вібрації або в безпосередньому контакті з ним. Тривала дія вібрації порушує нормальний стан людини, безпосередньо впливає на продуктивність праці та якість виконуваної роботи. Розрізняють шкідливі порушення фізіологічного та функціонального стану людини-оператора, що викликаються вібрацією. Стійкі шкідливі фізіологічні зміни називаються вібраційної хворобою. До симптомів вібраційної хвороби відносяться головний біль, оніміння пальців рук, болю в кистях і передпліччя, виникнення судом, зміщення порогів больової чутливості, підвищення чутливості до охолодження, поява безсоння. При вібраційній хворобі виникають патологічні зміни спинного мозку, серцево-судинної системи, кісткових тканин та суглобів, змінюється капілярний кровообіг. Функціональні порушення, пов'язані з дією вібрації на людину-оператора, можуть виражатися в погіршенні зору, зміні реакції вестибулярного апарату (порушення координації рухів; виникнення галюцинацій, що відносяться до орієнтації тіла і т.п.), а також у більш швидкій стомлюваності.

Упершу чергу вібрація надає шкідливий вплив на робітників, що використовують ручні механізовані інструменти, на персонал, що обслуговує вібраційні машини (вібромолоти , віброштамповки, віброконвейери, віброкатки, віброущільнювачі, вібросепаратори, вібратори рідкого металу, кошти вібраційного очищення, глибинні вібратори, вібраційні млини і т.п.), а також багато будівельних, дорожніх та сільськогосподарських машин (бульдозери, грейдери, скрепери, трактори, комбайни і т.д).

Удещо меншою мірою дію вібрації зазвичай відчуває персонал, пов'язаний з роботою машин і механізмів, що містять неврівноважені рухомі елементи, а також з роботою всіх видів транспортних засобів. У перерахованих випадках виникає необхідність обмеження шкідливого впливу вібрації на людину. Допустимі для людини динамічні дії регламентуються санітарними нормами і правилами. Ці норми поділяють за ознакою особливостей робочої пози і залежно від способу передачі вібрації тілу людини. Є норми впливів для оператора, що використовує ручний механізований інструмент; для сидячої людини (оператори транспортних засобів, будівельних, дорожніх машин і т.п.); для стоячих людей (оператори, що знаходяться поблизу джерела вібрації) і т.п.

Створення ефективних методів і засобів індивідуального та комплексного віброзахисту людини-оператора є однією з найважливіших техніко-економічних і соціальних завдань сучасної техніки.

83

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

Зменшення інтенсивності коливань об'єкта може бути досягнуто наступними способами [2]:

а) зменшенням рівнів механічних впливів. Такий спосіб віброзахисту називається зниженням віброактивності джерела;

б) зміною конструкції об'єкта, при якому задані механічні дії викликатимуть менш інтенсивні коливання об'єкта або окремих його частин. Цей метод називається внутрішнім віброзахистом об'єкта;

в) приєднанням до об'єкта додаткової механічної системи, яка змінює характер його коливань. Така система називається динамічним зменшувачем коливань, а метод віброзахисту, заснований на її застосуванні, - динамічним гасінням коливань;

г) установкою між об'єктом і джерелом додаткової системи, що захищає об'єкт від механічних впливів, порушуваних джерелом; цей метод віброзахисту називається віброізоляцією, а пристрої, що встановлюються між джерелом і об'єктом, - віброізоляторами.

Розглянемо кожен з цих методів [3].

Зниження віброактивності джерела. Збудження коливань джерелами може бути зумовлене різними причинами. Зручно розділити збурюючі фактори на дві групи. До першої можна віднести різні фізико-хімічні процеси, що відбуваються в джерелі: процеси горіння в реактивних двигунах і двигунах внутрішнього згоряння, процеси взаємодії рідини чи газу з лопатками турбін (супроводжуються такими побічними явищами, як кавітація), пульсацію рідини чи газу в трубопроводах, електромагнітні явища в двигунах і генераторах, різноманітні технологічні процеси (наприклад, процес різання металів на металорізальних верстатах, процеси обробки матеріалу в гірничо-збагачувальному обладнанні і т.п.). До цієї групи належать і явища, що пов'язані з тертям в кінематичних парах, яке також служить джерелом виникнення коливань. Зниження віброактивності факторів цієї групи пов'язане зі зміною параметрів фізико-хімічних процесів і може бути досягнуто способами, специфічними для кожного окремого випадку.

Друга група факторів, що збурюють пов'язана з рухомими тілами. Рух тіл всередині джерела (обертання роторів, переміщення механізмів) супроводжується виникненням динамічних реакцій зв'язків, що з'єднують джерело з іншими тілами, зокрема з об'єктом. Зниження віброактивності джерела в цьому випадку полягає у зменшенні динамічних реакцій за допомогою так званого врівноваження рухомих тіл. Методи врівноваження є способами зниження віброактивності, загальними для всіх джерел, що містять рухомі тіла. При вирішенні завдань врівноваження доводиться враховувати динамічні властивості джерел, і в першу чергу жорсткість їх елементів.

Зміна конструкції об'єкта. Проблему зменшення коливань об'єкта шляхом зміни його конструкції необхідно розглядати в кожному випадку окремо, особливо, з урахуванням особливостей об'єкта і конструктивних можливостей його зміни. Однак можна вказати два способи зниження коливань, загальних для всіх механічних систем. Перший спосіб полягає в усуненні резонансних явищ. Якщо об'єкт володіє лінійними властивостями, то завдання зводиться до відповідної зміни його власних частот. Для нелінійних об'єктів повинні виконуватися умови відсутності резонансних явищ. Другий спосіб полягає у збільшенні дисипації механічної енергії в об'єкті. Цей спосіб віброзахисту називається демпфуванням. У ряді випадків демпфірування здійснюється введенням в конструкцію об'єкта спеціальних пристроїв (демпферів).

Динамічне гасіння коливань. Динамічний затухач, що приєднується до об'єкта, формує додаткові динамічні дії, прикладаються до об'єкта в точках приєднання затухача. Динамічне гасіння здійснюється при такому виборі параметрів затухача, при якому ці додаткові впливи частково врівноважують (компенсують) динамічні дії, порушувані джерелом.

Віброізоляція. Дія віброізоляції зводиться до ослаблення зв'язків між джерелом і об'єктом; при цьому зменшуються динамічні дії, що передаються об'єкту. Ослаблення зв'язків зазвичай супроводжується виникненням деяких небажаних явищ: збільшенням статичних зміщень об'єкта щодо джерела, збільшенням амплітуд відносних коливань при низькочастотних впливах і при ударах і пов'язаним з цими явищами, збільшенням габаритів системи. Тому застосування віброізоляції як методу віброзахисту, в більшості випадків пов'язана з перебуванням компромісного рішення, що задовольняє всю сукупність вимог.

Віброзахисні пристрої та їх ефективність. Демпфери, динамічні затухачі та віброізолятори утворюють в сукупності віброзахисні пристрої. Пасивними називають пристрої, що складаються з інерційних, пружних і дисипативних елементів. Активні пристрої можуть бути належним джерелом енергії.

Ефективність віброзахисних систем прийнято оцінювати відношенням величини якого характерного параметра коливань об'єкта, що відбуваються при застосуванні даного віброзахисного

84

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

пристрою, до величини того ж параметра за відсутності віброзахисту. Це відношення називається коефіцієнтом ефективності вібраційного захисту.

Інформаційні джерела.

1.Вибрация энергетических машин: Справочное пособие / Под ред. Н. В. Григорьева Л.: Машиностроение, 1974. 464 с.

2.Вудсон У., Конвер Д. Справочник по инженерной психологии для инженеров и художниковконструкторов. М.: Мир, 1968. 518 с.

3.Ден-Гартог Дж. П. Механические колебания. М.: Фнэматгиз, 1960. 580 с.

УДК 621.9.048

В.П. Симонюк, К.В. Шишко, М.О. Малиш, Д.О. Мосiюк Луцький національний технічний університет

ЧЕРВ'ЯЧНІ ПЕРЕДАЧІ В МАШИНОТА ПРИЛАДОБУДУВАННІ

Подано загальні відомості та класифікація черв'ячних передач, недоліки, переваги, застосування та особливості розрахунку для виготовлення черв'ячних передач.

Ключовi слова. Черв'ячна передача, обертовий рух, черв'як, передавальне відношення, ККД, колеса, витки черв'яка.

Приведены общие ведомости и классификация червячных передач, негативные и позитивные стороны, использование и особенности расчета для изготовления червячных передач.

Ключевые слова. Червячная передача, оборотное движение, червяк, передаточное отношение, КПД, колеса, витки червяка.

The general classification of statements and worm gears, negative and positive aspects of the use and features of the calculation for the manufacture of worm gear.

Keywords. Worm gear, recycling movement, worm gear ratio, efficiency, wheels, coils worm.

Черв'ячні передачі призначені для передавання обертального руху між валами, осі яких пересікаються. Черв'ячна передача (рис.1) складається із черв'яка 1, що має форму гвинта, та черв'ячного колеса 2. Передавання обертального руху у черв'ячній передачі здійснюється за принципом гвинтової пари, де гвинтом є черв'як, а гайкою є зубчасте колесо.

Убільшості випадків ведучим є черв'як і передача працює на зменшення частоти обертання веденого вала, хоча можливе передавання обертального руху і від черв'ячного колеса до черв'яка. У зв’язку із цим ці передачі поділяються на самогальмуючі та несамогальмуючі.

Узачепленні контакт витків черв'яка та зубців черв'ячного колеса відбувається по лінії (на відміну від гвинтових зубчастих передач, де є точковий контакт зубців), до того ж із значним ковзанням. Ці передачі мають низький к.к.д. Тому, через значні втрати у зачепленні, черв'ячні передачі, особливо в приладобудуванні, застосовують для передавання малих та середніх потужностей.

Рис.1. Черв’ячна передача: 1 – черв’як; 2 – черв’ячне колесо

За допомогою черв'ячної передачі можна реалізувати велике передаточне число u = 7...100, а в приладобудуванні до 500. Такі передачі використовують як силові. В приладобудуванні часто використовують несилові черв’ячні передачі із спрощеною конструкцією (рис. 1,б).

85

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

Порівняно з іншими механічними передачами черв'ячні передачі мають такі переваги: плавність та безшумність роботи при високих швидкостях; достатньо високу надійність та простоту догляду в експлуатації;

компактність, малі габаритні розміри при великому передаточному числі; можливість виконання передачі самогальмівною (неможлива передача обертального руху від

черв'ячного колеса до черв'яка).

До недоліків черв'ячних передач належать:

порівняно невисокий ККД, що не перевищує у деяких випадках 0,70–0,85; використання для виготовлення черв'ячного колеса дорогих антифрикційних матеріалів; низька несуча здатність у порівнянні із циліндричними зубчастими передачами.

Мале значення ККД черв'ячних передач не дозволяє використовувати їх для передавання великих навантажень, оскільки суттєві втрати потужності за рахунок тертя у зачепленні призводять до значного нагрівання передачі. Тому черв'ячні передачі краще застосовувати у приводах періодичної дії.

Черв'ячні передачі і їхні елементи класифікують за такими ознаками: за формою початкової поверхні черв'яка – циліндричні чи глобоїдні;

за формою профілю витків черв'яка у торцевій площині – конволютні, евольвентні, архімедові

та ін.;

за розміщенням черв'яка щодо колеса – з нижнім, верхнім та бічним розміщенням черв'яка; за конструктивним оформленням – відкриті та закриті, що працюють у спеціальному корпусі.

На практиці більше застосовують черв'ячні циліндричні передачі із архімедовим черв'яком, як більш прості у виготовленні. Черв'ячні передачі із самогальмуванням забезпечують фіксацію положення, велике передаточне відношення дозволяє досягти високої точності регулювання та використовувати низькомоментні двигуни.

Циліндричні черв'яки. В приладах використовуються головним чином цилiндричнi черв’ячнi передачi. Цилiндричний черв’як являє собою одноабо багатовитковий гвинт. Розрiзняють лiнiйні та нелiнiйнi черв’яки.

В приладобудуваннi отримали розповсюдження черв’ячнi цилiндричнi передачi з архiмедовим черв’яком ZA при осьовому модулi m>1мм та конволютним черв’яком з прямолiнiйним профiлем в нормальному перерiзi по впадинi ZN2 при m≤1 мм. Передачi з нелiнiйним черв’яком в приладобудуваннi зазвичай не використовують. При малих модулях (m<1мм), широко застосовують передачi, якi складаються iз черв’яка та косозубого цилiндричного зубчастого колеса. Направлення гвинтової лінії витка черв’яка та нахилу зубiв колеса однаковi, початковий кут пiдйому виткiв γω рiвний куту нахилу зубiв βω.

Черв'як – це циліндричне тіло на поверхні якого є витки за формою гвинтової лінії (рис.2). Якщо у торцевій площині витки черв'яка мають профіль архімедової спіралі, то такі черв'яки називають архімедовими (їх позначають ZA). В осьовому перерізі А – А (рис.2, а) бічні поверхні витка черв'яка ZA окреслені прямими лініями з профільним кутом α.

Рис.2. Типи циліндричних черв’яків

Витки черв'яка у торцевій площині можуть мати профіль продовженої або скороченої евольвенти. Такі черв'яки називають конволютними (їх позначають ZN). Вони (рис.2, б) мають прямолінійні профілі у їх нормальному перерізі В–В та кут профілю витків у нормальному перерізі

αn.

Якщо витки черв'яка у торцевій площині мають профіль нормальної евольвенти, то такі черв'яки називають евольвентними (позначають ZI). Евольвентні черв'яки мають прямолінійний профіль витків у перерізі площиною С–С (рис.2, в), паралельною осьовій, але зміщеною на радіус основного циліндра черв'яка.

86

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

Черв'яки можуть виготовлятись із одним або кількома витками. Стандартом на силові черв'ячні передачі передбачається застосування черв'яків із числом витків z1 = 1; 2; 4.

Відстань між відповідними бічними сторонами двох суміжних профілів, виміряна паралельно осі черв'яка (рис.2), називається осьовим кроком витків і позначається Рx. Така ж відстань між суміжними профілями одного і того ж витка називається ходом гвинтової лінії витка Рz. Якщо z1 = 1, то Рz = Рx, а в інших випадках Рz = z1Px

Відношення Px /π = m називається модулем. Для черв'яка він є осьовим, а для колеса – коловим. Стандартні значення модулів m мм, вибираються зі стандартного ряду.

Черв'ячні колеса нарізають черв'ячними фрезами, які є аналогами черв'яка, Щоб зменшити номенклатуру черв'ячних фрез, введено поняття коефіцієнта діаметра черв'яка q = d1/m, де d1 – ділильний діаметр черв'яка.

Із урахуванням стандартного значення q ділильний діаметр черв'яка (рис.2) визначають за формулою d1 = qm.

Ділильний кут підйому у витка черв'яка (рис.3, а) може бути встановлений шляхом розгортки витка на площину.

Тому можна записати tg γ = Px · (πd1) = z1 · π · m/(π · m · q) = z1/q.

Розміри елементів витків черв'яка при модулі 1≤m≤25 мм визначаються параметрами початкового черв'яка, які мають такі значення: кут профілю витків а = 20° (для черв'яків ZA – в осьовому перерізі; для черв'яків ZN та ZI – у нормальному до витків перерізі); коефіцієнт висоти головки витка h*a= 1; коефіцієнт радіального зазору с* = 0,2; коефіцієнт висоти ніжки витка h*f = h*a + с* = 1,2; коефіцієнт радіуса кривини перехідної кривої витка ρ*f = 0,3; коефіцієнт розрахункової товщини витка s* = 0,5л.

Згідно з параметрами стандартного початкового черв'яка розміри елементів витків (рис.3, б) визначають за формулами:

–висота головки витка ha1 = h*a · m = m;

–висота ніжки витка hf1 = h*f m = 1,2m;

–радіус кривини перехідної кривої витка ρf = ρ*f · m = 0,3m;

–розрахункова товщина витка s = s*m = 0,5πm.

Рис.3. Параметри черв'яка

Інші розміри вінця черв'яка:

діаметр вершин витків da1 = d1 + 2hal = d1 + 2 · m; діаметр впадин df1 = d1 – 2hfl = d1 – 2,4 · m.

Черв'ячні колеса. Особливістю геометрії черв'ячного колеса є те, що бічні поверхні його зубців утворюються інструментом (черв'ячною фрезою), різальні кромки якого у верстатному зачепленні відтворюють у просторі початковий твірний черв'як. Параметри початкового твірного черв'яка: кут профілю витків α = 20°; коефіцієнт висоти головки витка h*aо = h*a + с* = 1,2; коефіцієнт висоти ніжки витка h*fо не регламентується; коефіцієнт висоти головки витка до початку закруглення h*ako ≥ 1; коефіцієнт радіуса закруглення кромки на вершині витка ρkо = 0,3.

Для черв'ячного колеса розміри вінця і зубців задаються у його середньому перерізі площиною, що проходить через вісь черв'яка перпендикулярно до осі черв'ячного колеса. Тому модуль зубців черв'ячного колеса рівний модулю витків m в осьовому перерізі черв'яка, а кут нахилу зубців черв'ячного колеса дорівнює ділильному куту підйому у витків черв'яка.

Розміри вінця черв'ячного колеса з числом зубців z2 визначають за формулами (рис.4):

87

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

-ділильний діаметр d2 = m · z2;

-діаметр вершин зубців da2 = d2 + 2 · m;

-діаметр впадин df2 = d2 – 2,4 · m.

Ширина вінця b2 та найбільший діаметр черв'ячного колеса daM2, які відповідають куту обхвату черв'яка 2δ = 90... 110°.

Черв'ячна передача. Для черв'ячної передачі без зміщення міжосьова відстань визначається як півсума ділильних діаметрів черв'яка та черв'ячного колеса (див. рис.4):

aw = а = 0,5 · (d1 + d2) = 0,5 · m · (q + z2).

Інколи черв'ячну передачу виготовляють із зміщенням (коригованою) для того, щоб вписати її у задану або стандартну міжосьову відстань.

Для нарізування черв'ячних коліс із зміщенням і без зміщення на практиці використовують один і той же інструмент (черв'ячні фрези). Тому черв'як (аналог інструмента) завжди нарізають без зміщення.

При заданій міжосьовій відстані aw коефіцієнт зміщення

х = (aw – а)/m = aw/m – 0,5 · (q + z2).

Відповідно міжосьова відстань черв'ячної передачі зі зміщенням aw = 0,5m · (q + z2 + 2x),

а діаметри вершин та впадин черв'ячного колеса

da2=d2 + 2m · (1+ x); df2 = d2 – 2m · (1,2 – х).

За умовою не підрізання зубців коефіцієнт зміщення х у більшості випадків беруть –1

< х < +1.

Рис.4 Параметри черв'ячної передачi

Інформаційні джерела

1.Детали и механизмы приборов: Справочник / Б.М. Уваров, В.А. Бойко, В.Б. Подаревский, Л.И. Власенко. – К.: Техніка, 1987. – 343 с.

2.Справочник конструктора точного приборостроения / Г.А. Веркович, Е.Н. Головенкин, В.А. Голубков и др.; Под общ. ред. К.Н. Явленского, Б.П. Тимофеева, Е.Е. Чаадаевой. – Л.: Машиностроение, 1989. – 792 с.

3.Павлище В. Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин: Підручник. – К.: Вища шк., 1993. – 556 с.

УДК 622.232

В.М.Стасюк Луцький національний технічний університет

ТЕПЛООБМІН ПРИВОДІВ ІЗ ПНЕМОМЕХАНІЧНИМИ СИСТЕМАМИ КЕРУВАННЯ: РОБОЧИЙ ХІД

Для пневматичних приводів (у тому числі з пневмомеханічними системами керування) властивий високий рівень надійності в несприятливих умовах експлуатації. Однак у випадку тривалої безперервної роботи в зазначених умовах (особливо це стосується високочастотних приводів) їх

88

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

робочі характеристики часто істотно погіршуються внаслідок нагрівання основних складових частин. Причиною цьому є, зазвичай, невраховування термодинамічних процесів у робочих камерах приводів під час їх створення (проектування) з метою спрощення розрахунків.

У статті наведено результати досліджень теплообміну приводів із пневмомеханічними системами керування для етапу робочого ходу. В основу запропонованої методики покладено окремі положення термодинаміки процесів при змінній масі газу, рівняння стану Клайперона, виражене в диференціальній формі, методику розрахунку теплообміну пневмоприводів із навколишнім середовищем для загального випадку [1, с. 81-84], результати досліджень робочого циклу приводів із пневмомеханічними системами керування, наведені в роботах [2, с. 207-212; 3, с. 43-124] та врахування їх конструктивних особливостей [3, с. 33-42].

Отримані залежності дозволяють оцінити температурні впливи на динаміку приводів із пневмомеханічними системами керування на кожній із характерних фаз руху поршня. Їх доцільно використовувати під час розрахунків/проектування зазначених приводів.

Ключові слова: приводи із пневмомеханічним керуванням, теплообмін, характерна фаза.

Пневматические приводы (в том числе с пневмомеханическими системами управления) обладают высоким уровнем надежности в неблагоприятных условиях эксплуатации. Однако в случае длительной непрерывной работы в указанных условиях (особенно это касается высокочастотных приводов) их рабочие характеристики часто существенно ухудшаются вследствие нагрева основных составных частей. Причиной этому является, как правило, игнорирование термодинамическими процессами в рабочих камерах при расчетах (проектировании) приводов с целью их упрощения.

В статье наводятся результаты исследований теплообмена приводов с пневмомеханическими системами управления для этапа рабочего хода. При составлении предложенной методики использованы отдельные положения термодинамики процессов при сменной массе газа, уравнение состояния Клайперона, выраженное в дифференциальной форме, методика расчета теплообмена пневмоприводов с окружающей средой для общего случая [1, с. 81-84], результаты исследований рабочего цикла приводов с пневмомеханическими системами управления, приведенные в работах [2, с. 207-212; 3, с. 43-124], а также учтены конструктивные особенности этого вида приводов [3, с.

33-42].

Полученные зависимости позволяют оценить температурные воздействия на динамику приводов с пневмомеханическими системами управления на каждой из характерных фаз движения поршня. Их целесообразно использовать в расчетах (при проектировании) указанных приводов.

Ключевые слова: приводы с пневмомеханическим управлением, теплообмен, характерная фаза.

Pneumatic drives (including drives with pneumo-mechanic control systems) possess high level of reliability in adverse conditions of their operation. However, in the case of long continuous work in these conditions (especially high-frequency drives) their working characteristics are often significantly deteriorate due to heating of the main components. The reason for this is usually defiance of thermodynamic processes in the working chambers during their creation (design) in order to simplify the calculations.

The article presents the results of studies of heat exchange of the drives with pneumo-mechanic control systems for the working stage. The basis of the proposed methods contains certain statements of thermodynamic processes with variable gas mass, equation of state by Cliperon, which is expressed in differential form, the generalized method of calculation of heat exchange between the pneumatic drives and the environment for the general case [1, p. 81-84], results of studies of the working cycle of the drives with pneumo-mechanic control systems, presented in [2, p. 207-212; 3, p. 43-124] and taking into account their structural features [3, p. 33-42].

These dependencies allow us to estimate the temperature effects on the dynamics of the drives with pneumo-mechanic control system in each specific phase of the piston moving. They should be used in the calculations / design of these drives.

Keywords: drives with pneumo-mechanic control, heat exchange, specific phase.

Постановка проблеми у загальному вигляді та її зв’язок із важливими науковими чи практичними завданнями. Для більшості випадків експлуатації приводів із пневмомеханічним керуванням теплообмін із навколишнім середовищем не має істотного значення. Однак у окремих випадках (під час їх експлуатації в умовах високих температур, при значному пиловому забрудненні тощо) забезпечення належного повітрообміну із навколишнім середовищем для забезпечення належного рівня надійності та безпечності експлуатації постає актуальним завданням. Тому під час

89

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

розрахунку таких приводів необхідно враховувати процес теплообміну або хоча б наближено оцінювати його вплив на динаміку робочого процесу.

Аналіз останніх досліджень і публікацій, в яких започатковано розв’язання даної проблеми. Загальні залежності, які описують теплообмін пневматичних приводів із навколишнім середовищем, наведені в роботі [1, с. 81-84]. Однак результатів досліджень термодинаміки приводів із пневмомеханічними системами керування в згаданій і в інших роботах виявити не вдалося.

Постановка завдання: отримати залежності, які описують теплообмін приводів із пневмомеханічним керуванням із навколишнім середовищем.

За узагальненою методикою розрахунку теплообміну пневматичних приводів [1, с. 81-84] для оцінки кількості тепла, яке передається порожниною пневмоциліндра навколишньому середовищу, доцільно використовувати формулу Ньютона:

dQ F T T - Tc dt,

де α - коефіцієнт теплопередачі; F T - поверхня теплообміну; T і Tc - відповідно температура повітря в порожнині пневмоциліндра та температура її стінок.

Станом на сьогоднішній день теплообмін пнемоприводів досліджений недостатньо, тому конкретних даних оцінки коефіцієнта теплопередачі як функції багатьох величин немає, так само як немає і чітких, обґрунтованих тверджень щодо його розгляду як параметра змінного чи постійного. Безумовно, останній варіант істотно спрощує розрахунки та дослідження, тому використовується значно частіше.

У даному випадку вважатимемо коефіцієнт теплопередачі величиною постійною: величина якого залежить від питомої ваги газу:

0 0 p,

RT

де α0 - коефіцієнт пропорційності; γ - питома вага газу; R - газова стала; p - тиск в порожнині пневмоциліндра.

Поверхня теплообміну F T складається із постійної поверхні F K кришки компенсаційної камери та змінної (внаслідок руху поршня) поверхні порожнини пневмоциліндра:

FT F K Dx,

де D - діаметр поршня; x - координата переміщення поршня.

У процесі наповнення порожнини стисненим магістральним повітрям та під час випуску відпрацьованого повітря температура в ній безперервно змінюється. При цьому частина тепла передається стінкам робочої камери та навколишньому середовищу, тому температура стінок також

Використавши отримані Герц Є.В. та Крейніном Г.В. (на основі першого закону термодинаміки) вирази для визначення кількості тепла в порожнині пневмоциліндра для випадку наповнення її стисненим магістральним повітрям [1, с. 26-29, 38-40] та рівняння динаміки приводів із пневмомеханічними системами керування для етапу робочого ходу їх циклу [2, с. 208-209], а також виконавши ряд відповідних перетворень, отримуємо залежності, які описують вплив теплообміну на зміну тиску в робочій камері на кожній із характерних фаз руху поршня:

- для першої фази, на якій поршень рухається з крайньої точки камери робочого ходу до випускних отворів у пневмоциліндрі:

- для другої фази, яка триває з моменту закривання поршнем випускних отворів до втрати ним контакту із клапаном пневморозподільника камери робочого ходу:

90