Розробка інерційних трансформаторів моменту на основі просторового планетарного імпульсного механізму

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Технологічний університет Поділля (м. Хмельницький)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.02.02 - Машинознавство

Розробка інерційних трансформаторів моменту на основі просторового планетарного імпульсного механізму

Данилишин Григорій Михайлович

Хмельницький 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник Заслужений винахідник України, доктор технічних наук, професор Нагорняк Степан Григорович, Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, професор кафедри верстатно-інструментальних систем автоматизованого виробництва

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Кіницький Ярослав Тимофійович, Технологічний університет Поділля, завідувач кафедри машинознавства

кандидат технічних наук, доцент Дубинець Олександр Іванович, Національний технічний університет України "КПІ", завідувач кафедри технічної механіки

Провідна установа Національний університет "Львівська політехніка" Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться " 17 " січня 2003 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 70.052.02 в Технологічному університеті Поділля за адресою: 29016, м. Хмельницький, вул. Інститутська, 11, 3-й навчальний корпус, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Технологічного університету Поділля за адресою: 29016, м. Хмельницький, вул. Кам'янецька, 110/1

Автореферат розісланий " 5 " грудня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор Калда Г.С.

1. Загальна характеристика роботи

інерційний трансформатор планетарний сателіт

Актуальність теми. Забезпечення автоматичного безступеневого регулювання швидкості та обертового моменту на робочих органах машин - одна з головних вимог сучасної техніки до механічних приводів, найбільш перспективними з яких є інерційні планетарні трансформатори моменту. Вони конструктивно прості та компактні, характеризуються високими коефіцієнтами корисної дії та трансформації, здатні забезпечити всі передбачені приводом режими роботи і зменшити крутильні коливання на прямій передачі без допоміжних механізмів чи систем. Проте, ефективне використання інерційних трансформаторів моменту з жорстко закріпленими дебалансами на сателітах планетарного імпульсного механізму обмежується низькою довговічністю механізмів вільного ходу або самогальмівних передач, обов'язкове впровадження яких необхідне для усунення негативних імпульсів обертового моменту на виході передачі шляхом замикання їх на опору. Синтез інерційних трансформаторів моменту, здатних створити знакопостійний обертовий момент на виході планетарного імпульсного механізму за рахунок закономірного переміщення дебалансів відносно сателітів, передбачає врахування сукупності особливостей та вирішення ряду технічних проблем. Тому розробка даних механізмів є актуальною задачею сучасного машинобудування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є частиною досліджень науково-дослідної роботи ДІ 81-2000 "Наукові основи створення високоефективних автоматичних інерційних планетарних передач для безступеневих трансмісій транспортних засобів та приводів машин загального призначення" (№ державної реєстрації 0100U000780), яка виконується у відповідності з координаційним планом Державної науково-технічної програми Міністерства освіти і науки України по напрямку "Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні". Автор дисертаційної роботи є відповідальним виконавцем даної науково-дослідної роботи.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є покращення працездатного стану інерційних планетарних трансформаторів моменту за рахунок створення знакопостійного обертового моменту на виході планетарного імпульсного механізму без використання механізмів вільного ходу.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі дослідження:

проаналізувати відомі конструкції інерційних планетарних трансформаторів моменту та результати їх теоретичних і експериментальних досліджень;

встановити основні технічні проблеми та обґрунтувати умови створення знакопостійного обертового моменту на виході планетарного імпульсного механізму;

розробити узагальнену модель просторового планетарного імпульсного механізму, на основі якої охарактеризувати вплив відцентрових сил на формування динаміки приводу;

синтезувати прогресивні конструкції інерційних трансформаторів моменту на основі планетарного імпульсного механізму без механізмів вільного ходу;

провести графоаналітичне дослідження впливу відцентрових сил на основні ланки планетарного імпульсного механізму;

провести експериментальні дослідження інерційного трансформатора моменту на основі просторового планетарного імпульсного механізму;

розробити рекомендації щодо вибору та розрахунку основних параметрів інерційного планетарного трансформатора моменту.

Об'єкт дослідження - інерційні планетарні трансформатори моменту та особливості їх динаміки як автоматичних безступеневих інерційно-імпульсних систем з динамічними зв'язками.

Предмет дослідження - просторові планетарні імпульсні механізми з закономірно рухомими відносно сателітів дебалансами, приводи дебалансів та умови створення знакопостійного обертового моменту на виході планетарного імпульсного механізму.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження виконувались із використанням положень класичної механіки, основ теорії механізмів і машин, основ конструювання деталей машин та теорії автоматичного регулювання, а також сучасних методів математичного моделювання.

В основу експериментальних випробувань дослідних взірців покладено методику дослідження автоматичних інерційно-імпульсних приводів із використанням методів планування багатофакторного експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше теоретично обґрунтовано умови створення знакопостійного обертового моменту на виході планетарного імпульсного механізму, а також можливість трансформації обертового моменту без реактивної опори на виході приводу.

Розроблено узагальнену модель просторового планетарного імпульсного механізму, яка дозволяє аналітично визначити вплив відцентрових сил відносно відповідних осей на формування динаміки приводу.

Визначено умови зрівноваження обертового моменту при фазовому зміщенні дебалансів планетарного імпульсного механізму.

На основі відомих та запропонованих технічних рішень розроблено класифікацію інерційних планетарних трансформаторів моменту за комплексом ознак, що дало можливість спростити вибір раціональних напрямів та компонувальних схем.

Практичне значення одержаних результатів.

Синтезовано інерційні трансформатори моменту на основі планетарного імпульсного механізму з закономірно рухомими відносно сателітів дебалансами, що здатні створити знакопостійний обертовий момент без використання механізмів вільного ходу.

Розроблено рекомендації щодо вибору та розрахунку основних параметрів інерційного планетарного трансформатора моменту при проектуванні автоматичної безступеневої трансмісії.

Технічна новизна запропонованих компонувальних схем інерційних планетарних трансформаторів моменту підтверджена 5-ма патентами України на винаходи.

Розроблений інерційний трансформатор моменту на основі просторового планетарного імпульсного механізму з вихідним водилом та фазово зміщеними дебалансами запропонований для впровадження.

Особистий внесок здобувача. Теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконані автором самостійно [3, 4, 11, 15] та спільно з науковим керівником [1, 2, 12, 13]. Запропоновані технічні рішення захищені патентами України на винаходи [5-9] без співавторів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення виконаних теоретичних та експериментальних досліджень доповідались на п'ятому Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків у Львові (Львів: Національний університет "Львівська політехніка".-2001), другій міжнародній конференції "Прогресивна техніка і технологія - 2001" (Київ - Севастополь.-2001), четвертій, п'ятій та шостій наукових конференціях Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя (Тернопіль: ТДТУ.-2000, 2001, 2002). Матеріали дисертаційної роботи доповідались на наукових семінарах кафедр верстатно-інструментальних систем автоматизованого виробництва та автоматизації технологічних процесів і виробництв Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. Повний зміст дисертаційної роботи викладений на розширеному засіданні науково-тематичного семінару № 4 названого університету, а також наукових семінарах у Національному університеті "Львівська політехніка" і Технологічному університеті Поділля (м. Хмельницький).

Публікації. Основні положення і результати досліджень опубліковані у 14 працях, з них 4 - статті в фахових наукових журналах і збірниках наукових праць, 5 - тези конференцій і семінарів, 5 - патенти України на винаходи.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 135 найменувань і восьми додатків. Робота викладена на 160 сторінках машинописного тексту, містить 64 рисунки та 10 таблиць.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету та задачі дослідження, визначено об'єкт і предмет дослідження, а також висвітлено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Наведено інформацію про апробацію результатів досліджень та публікації і пропозиції, що висвітлюють основні положення дисертаційної роботи, подана загальна характеристика дисертації та основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі "Аналіз конструкцій та результатів теоретичних і експериментальних досліджень інерційних планетарних трансформаторів моменту" проаналізовано основні напрями створення та етапи розвитку інерційних планетарних передач, результати попередніх теоретичних та експериментальних досліджень.

Планетарні імпульсні механізми - неповні диференціальні механізми з двома ступенями рухливості. Відсутність однієї з вихідних ланок диференціального механізму (здебільшого одного з центральних коліс) компенсується динамічним зв'язком, який забезпечують незрівноважені вантажі (дебаланси) на сателітах механізму.

На відміну від кінематичних зв'язків динамічні не накладають обмежень на переміщення і швидкість вихідних ланок, але дозволяють передавати відповідні зусилля, що залежать від характеру руху механізму та діючих навантажень. Це надає інерційно-імпульсній силовій системі "природного" автоматизму з можливістю обертання вхідного і вихідного валів передачі з різними кутовими швидкостями.

За структурними ознаками та залежно від закріплення дебалансів на сателітах планетарного імпульсного механізму можна виділити чотири типи інерційних планетарних трансформаторів моменту, базові компонувальні схеми яких (передачі Х.Хоббса, Чалмерса, Генрі Мак Гілла та П.Верховського) були запропоновані практично одночасно - в 30-х роках минулого століття.

Теоретичні та експериментальні дослідження інерційних планетарних трансформаторів моменту з жорстко закріпленими дебалансами, насамперед на базі Південно-Уральського державного університету, підтвердили перспективність їх використання в автоматичних безступеневих приводах, однак обов'язкове впровадження в даному випадку механізмів вільного ходу негативно впливає на довговічність передач.

Відомі пропозиції плоских інерційних планетарних передач з нежорстко закріпленими на сателітах дебалансами базуються, як правило, на планетарних імпульсних механізмах з вхідним водилом і малоефективні при використанні як трансформатори моменту. Теоретичні дослідження вказаних передач обмежуються, здебільшого, описами винаходів або публікаціями інформаційного характеру, а окремі пропозиції виявились непрацездатними.

Використання традиційних підходів, характерних при дослідженні механізмів з кінематичними зв'язками, не в повній мірі дозволяє аналітично описати інерційно-імпульсні силові системи, а відомі сучасні принципи і методи дослідження інерційних імпульсних механізмів характеризують привод в загальному вигляді, що не дозволяє всесторонньо оцінити потенційні можливості і виявити резерви певного типу інерційних планетарних трансформаторів моменту чи конкретної інерційної імпульсної передачі.

Другий розділ "Обґрунтування умов створення знакопостійного обертового моменту на виході планетарного імпульсного механізму" присвячено дослідженню інерційних трансформаторів моменту на базі узагальненої схеми просторового планетарного імпульсного механізму (рис.1).

Запропонована модель передбачає опис приводу функціями, що характеризують закони зміни амплітуд імпульсів моменту на виході (обертового моменту Тоб) та на вході (реактивного моменту на приводний двигун Тр) планетарного імпульсного механізму від силового впливу дебалансів

Тоб=f(Fn0i ) та Тр=f(Fn0i ), (1)

де Fn0i - відцентрові сили відносно і-ї вісі планетарного імпульсного механізму, Н.

Відцентрові сили Fn01 відносно центральної вісі О1 створюють обертовий момент на водилі або на центральному колесі, впливаючи на обертання сателітів (гальмуючи або розганяючи їх). Відцентрові сили Fn02 відносно осей О2 обертання сателітів та Fn03 відносно осей О3 обертання дебалансів впливають безпосередньо на водило або розподіляються між центральними колесами в передачах з "плаваючими" сателітами. Виходячи з цього, інші ознаки планетарного імпульсного механізму розглядались з позиції умов виникнення відцентрових сил відносно відповідних осей, а також впливу вказаних сил (та узгодженості їх дій) на створення обертового моменту, насамперед на виході передачі.

У загальному вигляді переміщення дебалансу відносно відповідного сателіту просторового планетарного імпульсного механізму задається ексцентриситетом е дебалансу відносно вісі О3 (eмах - конкретне (при e=const) та найбільше (при e=var) значення параметра e) та кутами 2 повороту дебалансу відносно вісі О2 і 3 повороту дебалансу відносно вісі О3

x е cos3 , y e sin3 sin2 , z e sin3 cos2 , (2)

а динамічні характеристики приводу визначаються, в основному, координатою y і зумовлені, перш за все, структурними ознаками передачі (з вхідним водилом, з вихідним водилом або з "плаваючими" сателітами) та кінематичним зв'язком дебалансів з сателітами (жорстко або з можливістю переміщення).

Характерною ознакою інерційних трансформаторів моменту з вхідним водилом є створення обертового моменту Тоб тільки відцентровими силами Fn01, зокрема їх тангенціальними складовими Fn01(t). Принцип роботи оснований на періодичному замиканні передачі в режимі трансформації, а привод описується залежністю

, (3)

де - складова Тоб, зумовлена Fn01, Нм; k - покажчик степеня, що враховує напряму імпульсів обертового моменту (k=1 при негативних або k=2 при позитивних імпульсах); n - кількість дебалансів; m - маса дебалансу, кг; вод - кутова швидкість водила, с-1; e1 - радіус кривизни траєкторії сили Fn01 (ексцентриситет дебалансу відносно вісі О1), м; e2 - плече дії сили Fn01(t) (ексцентриситет дебалансу відносно вісі О2 ), м; іпм - передаточне відношення планетарного механізму; - кут між векторами сил Fn01 і Fn01(t).

Знак визначається розміщенням дебалансів певної групи відносно міжосьової лінії О1О2 і враховується для конкретного типу інерційних планетарних трансформаторів моменту (табл.1) параметром (-1)

k cos = f ( сат ) . (4)

Інерційні планетарні трансформатори моменту з жорстко (табл.1, п.1) закріпленими дебалансами є частковим випадком плоского (3 /2) планетарного імпульсного механізму, для яких

. (5)

Це зумовлює впровадження на виході планетарного імпульсного механізму корпусного механізму вільного ходу з метою усунення (при сат= 2 ) негативних імпульсів обертового моменту.

Інерційні планетарні передачі з шарнірним співвісним зв'язком дебалансів з сателітами (табл.1, п.2) передбачають їх допоміжний періодичний жорсткий зв'язок при гальмуванні відцентровими силами Fn01 сателітів (сат=0 ) і описуються на цій ділянці рівнянням (5). На ділянці негативного впливу відцентрових сил Fn01 на сателіти (сат= 2 ) спрацювання механізмів вільного ходу або їх аналогів, впроваджених між сателітами і дебалансами, зумовлює непередбаченість кінематики, а їх впровадження негативно впливає на довговічність передачі.

Таблиця 1 Характеристика параметрів планетарних імпульсних механізмів

№ п/п	Зв'язок дебалансів з сателітами	сат	е	2	3	e2	e1	(-1)k cos
1	жорсткий	02	const	сат	/2	emax	rвод + emax cosсат	sinсат
2	шарнірний співвісний	0 2	const const	сат -	/2 /2	emax emax	rвод + emax cosсат -	sinсат0
3	повзунний	02	var	сат	/2	emax sinсат	rвод+sin2сат	sinсат
4	шарнірний в діаметральній площині	02	const	сат	сат	emax sinсат	rвод+sin2сат	sinсат

Інерційні планетарні передачі, що передбачають орієнтування дебалансів тільки відцентровими силами без допоміжного зв'язку з водилом, характеризуються "заляганням" дебалансів, що запропоновано усунути співвісним з відповідним сателітом підпружиненням дебалансів на сателітах або на водилі з механічним коректором ексцентриситету дебалансів.

Для компонувальних схем інерційних планетарних передач, закономірне повзунне переміщення дебалансів яких (табл.1, п.3) в одній з діаметральних площин відповідного сателіту перпендикулярно до його вісі обертання забезпечується допоміжним зв'язком з водилом (y=emax sinсат ), обертовий момент визначається залежністю

. (6)

Це дає підстави аналітично ( оскільки sin2сат 0 ) підтвердити відсутність негативного імпульсу на виході планетарного імпульсного механізму і, відповідно, зняти необхідність використання корпусного механізму вільного ходу ("опори" на виході).

Аналогічно описується просторовий планетарний імпульсний механізм (табл.1, п.4), в якому кутові швидкості дебалансів 3 і 3 (рис.2) рівні кутовим швидкостям сателітів 2 і 2 (для всіх відносно своїх осей обертання). Вказана закономірність забезпечується шляхом впровадженням для кожного з дебалансів 3 і 3 допоміжного зв'язку з водилом 1 у вигляді конічних передач 5 і 5 з передаточним відношенням, що дорівнює одиниці, одне з коліс яких жорстко зв'язане з водилом 1 співвісно сателітам 2 і 2, а друге - жорстко з дебалансами 3 і 3.

Таким чином, за певних умов інерційні планетарні трансформатори моменту з вхідним водилом здатні створити знакопостійний обертовий момент на виході планетарного імпульсного механізму. Проте періодичне замикання приводу зумовлює значний реактивний імпульсний вплив на приводний двигун, нерівномірне обертання та навантаженість сателітів і вихідного сонячного колеса.

Трансформація моменту можлива в даному випадку при включені на виході пружної ланки 6 (наприклад, торсіону) та синхронізаційних (наприклад, кулачкових підпружинених) механізмів.

При впровадженні в планетарному імпульсному механізмі з вхідним водилом більшого числа пар сателітів фазове зміщення дебалансів можливе у випадку використання передачі в якості муфти зчеплення.

Обертовий момент Тоб інерційних планетарних трансформаторів моменту з вихідним водилом визначається так

, (7)

де складова зумовлена впливом на водило відцентрових сил Fn02 та Fn03 , складова - гальмуванням сателітів відцентровими силами Fn01 після виходу приводу зі стопового режиму, причому

, (8)

, (9)

де 2 - кутова швидкість дебалансів відносно вісі О2 , с-1 ;

3 - кутова швидкість дебалансів відносно вісі О3 , с-1 .

Планетарні імпульсні механізми з вхідним сонячним колесом (з дебалансами 2-ї групи) характеризуються неузгодженістю між і .

Інерційні трансформатори моменту з жорстко закріпленими дебалансами описуються вихідними характеристиками

; (10)

, (11)

що передбачає послідовні позитивні та негативні імпульси Тоб і, відповідно, вимагає впровадження корпусного механізму вільного ходу, а також ускладнює вихід приводу на режим динамічної муфти. Забезпечення знакопостійного обертового моменту на виході планетарного імпульсного механізму в даному випадку передбачає створення лише позитивних імпульсів та , а також їх взаємодоповнення на різних режимах роботи. Плоскі планетарні імпульсні механізми з вихідним водилом створюють знакозмінним у випадку допоміжного кінематичного зв'язку дебалансів з водилом, а компонувальні схеми непрацездатні у випадку орієнтування дебалансів за рахунок відцентрових сил ().

Інерційні трансформатори моменту на основі просторового планетарного імпульсного механізму з вхідним епіциклічним колесом 4 (рис.3), що передбачають обертання дебалансів 3 і 3 в одній з діаметральних площин відповідних сателітів 2 і 2 з рівними із сателітами кутовими швидкостями, описуються наступними характеристиками

; (12)

. (13)

Враховуючи кінематичні та динамічні особливості інерційних планетарних трансформаторів обертового моменту з вихідним водилом, їх можна компонувати декількома парами сателітів з фазово зміщеними дебалансами. Так, наприклад, впровадження в конструкцію двох пар сателітів 2 і 2 (рис.4) з фазово зміщеними на 90 дебалансами 3 і 3 дає можливість створити зрівноважений обертовий момент Тоб на виході планетарного імпульсного механізму без впровадження вихідного маховика, оскільки складові Тоб визначаються в даному випадку залежностями

(14)

. (15)

Параметр не може вплинути на знак , оскільки rвод перевищує . Вплив вказаного параметру на можливість виходу передачі на режим динамічної муфти та його ефективне забезпечення є позитивним, оскільки підтримування системою прямої передачі в певному діапазоні вхідних обертів полегшує процес регулювання.

Проведено графоаналітичне дослідження впливу відцентрових сил на основні ланки планетарного імпульсного механізму.

На основі відомих та запропонованих технічних рішень розроблено класифікацію інерційних планетарних трансформаторів моменту за комплексом ознак.

У третьому розділі "Експериментальні дослідження інерційних трансформаторів моменту на основі просторового планетарного імпульсного механізму" проаналізовані результати випробувань дослідного взірця (рис.5), проведених в лабораторії обладнання машинобудівних підприємств Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. В основу експерименту покладено методику дослідження автоматичних інерційно-імпульсних приводів з застосуванням методів планування багатофакторного експерименту. Експериментальний стенд змонтований на базі токарно-гвинторізного верстата мод. 16К20 з використанням порошкового гальма ПМ16М. Обертовий момент визначався шляхом реєстрації кутового зміщення ротора порошкового гальма за допомогою самописця Н338-1П, сигнал до якого від наклеєних на скобі гальма тензорезисторних давачів 2ФКПД-5-100-Б підсилювався тензопідсилювачем ТОПАЗ-4. Тарування давачів здійснювалось за допомогою механічного динамометра ДОР-01.

Привод досліджувався на різних вхідних кутових швидкостях від вх = 40 с -1 до вх = 125 с-1 при швидкості протяжки стрічки самописця = 50 мм с -1.

Для оцінки результатів експерименту використаний метод контурно-графічного аналізу, що дозволило визначити і наочно зобразити області кращого процесу і характер поверхні відклику, а також встановити вплив досліджуваних факторів (вхідної кутової швидкості вх та центрального кута кругового сектора дебалансів) на значення обертового моменту.

Експериментальні випробування дослідного взірця при вхідному водилі проводились за схемою: пряма передача - трансформація моменту - холостий хід з метою відображення передбачених режимів роботи потенційного приводу. Осцилограма та результати окремих випробувань зображені на рис.6.

Експериментальні випробування дослідного взірця при вихідному водилі проводились на стоповому режимі (на якому напрямок обертання сателітів не суттєвий і заміна зовнішнього зачеплення на внутрішнє не обов'язкова).

З метою перевірки співвідношення впливу побічних силових факторів на створення обертового моменту на виході дослідного взірця отримані осцилограми при реверсивній вхідній кутовій швидкості вх = - 125 с -1, аналіз яких дає підстави визнати домінуючим вплив відцентрових сил на формування динаміки приводу.

Осцилограма та результати окремих випробувань зображені на рис.7.

Отримані рівняння регресії при натуральних значеннях змінних факторів:

при вхідному водилі

; (16)

при вихідному водилі

. (17)

Варіант поверхні відклику (при вихідному водилі) представлений.

Отримані в результаті експериментальних досліджень залежності обертового моменту Тоб на виході просторового планетарного імпульсного механізму від вхідної кутової швидкості вх та центрального кута кругового сектора дебалансів підтверджують достовірність теоретичних положень про можливість створення знакопостійного обертового моменту на виході передачі без механізмів вільного ходу.

У четвертому розділі "Вибір та розрахунок основних параметрів інерційного планетарного трансформатора моменту" розглянуто особливості проектування просторового планетарного імпульсного механізму з вихідним водилом та фазово зміщеними дебалансами.

Вхідними даними для розрахунку прийнято максимальний крутний момент приводного двигуна Тд max при вхідній кутовій швидкості вх , умови виходу з режиму динамічної муфти Тдм при кутовій швидкості дм, максимальне навантаження на виході Топ max та конструктивно-технологічні параметри, що обмежуються габаритами потенційного приводу.

Визначено параметри сателітних блоків, водила та зубчастого зачеплення, а також параметри дебалансів, виходячи з умов виходу приводу з режиму динамічної муфти

, (18)

звідки дисбаланс m emax сателітного блоку:

. (19)

Прийнято раціональний профіль дебалансу у вигляді півциліндра, виходячи з умови

, (20)

де rдеб - радіус кругового сектора дебалансу, м; hдеб - висота дебалансу, м; - густина матеріалу дебалансу, кгм-3 ; - половина центрального кута кругового сектора дебалансу.

У випадку, коли визначена густина матеріалу дебалансу

(21)

не перевищує табличного значення табл матеріалів, з яких можливе його виготовлення, а також виконується умова виходу передачі зі стопового режиму

, (22)

проводиться уточнений розрахунок передачі.

Невиконання однієї з умов зумовлює вибір більшого числа сателітів або збільшення конструктивних параметрів згідно алгоритму (рис.9).

Потенційні приводи (трансмісії транспортних засобів) передбачають, здебільшого, декілька експлуатаційних режимів та зміну обертів за напрямом (міський та заміський, робочий та транспортний, передній або задній хід). Це зумовлює впровадження в приводи понижувальних (підвищувальних) передач та реверсивних коробок передач, що враховують при проектуванні.

Розроблений інерційний трансформатор моменту на основі просторового планетарного імпульсного механізму з вихідним водилом та фазово зміщеними дебалансами запропонований для впровадження на автомобільних і мотоциклетних заводах.

Висновки

На основі аналізу науково-технічних і патентних джерел теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено умови створення знакопостійного обертового моменту на виході планетарного імпульсного механізму з закономірно рухомими відносно сателітів дебалансами, а також можливість трансформації моменту без реактивної опори на виході передачі.

Встановлено, що формування динаміки і динамічної структури планетарних імпульсних механізмів залежить від структурних ознак передачі (вхідне чи вихідне водило), кінематичного зв'язку дебалансів з сателітами (жорстко або з можливістю переміщення) та групи дебалансів (типу зачеплення центрального колеса з сателітами), комплексний вплив яких на створення обертового моменту характеризується відцентровими силами відносно відповідної вісі.

В результаті встановлення основних технічних проблем та факторів, що впливають на ефективність роботи інерційних планетарних передач, вперше розроблена узагальнена модель просторового планетарного імпульсного механізму, яка дає змогу отримати аналітичну залежність обертового моменту від силового впливу дебалансів.

Встановлено, що для інерційних планетарних передач з вхідним водилом збільшення коефіцієнту трансформації зумовлює зростання нерівномірності обертання сателітів і вихідного центрального колеса, що передбачає впровадження на виході пружної ланки та допоміжних пристроїв. Можливість створення знакопостійного обертового моменту на виході плоского планетарного імпульсного механізму з вихідним водилом ускладнена.

В результаті проведених експериментів встановлено, що при збільшенні вхідної кутової швидкості дослідного взірця від вх = 63 с -1 до вх = 125 с -1 обертовий момент зростає при = / 2 від Тексп = 6 Нм до Тексп = 12 Нм при дослідженні приводу з вхідним водилом, та від Тексп = 5 Нм до Тексп = 20 Нм при дослідженні приводу з вихідним водилом, що підтверджує достовірність теоретичних положень.

За результатами досліджень синтезовані нові конструкції інерційних трансформаторів моменту на основі планетарних імпульсних механізмів з закономірно рухомими відносно сателітів дебалансами, на які отримано 5 патентів України на винаходи.

Розроблено на основі аналітичної моделі і експериментальних досліджень рекомендації щодо вибору та розрахунку основних параметрів інерційного планетарного трансформатора моменту, виходячи з габаритів та характеристики потенційного приводу. Визначено раціональний центральний кут =180 кругового сектора дебалансів.

Результати теоретичних і експериментальних досліджень дають підстави визнати інерційний трансформатор моменту на основі просторового планетарного імпульсного механізму з вихідним водилом та фазово зміщеними дебалансами перспективним для впровадження в автоматичних безступеневих механічних трансмісіях транспортних засобів та приводах машин.

Список робіт здобувача за темою дисертації

Нагорняк С.Г., Данилишин Г.М. Аналіз компонувальних схем і шляхи покращення працездатного стану інерційних планетарних трансформаторів обертового моменту // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - Тернопіль: ТДТУ. - 2000. - Т.5, № 1. - С. 62- 69. [Здобувачем проведений патентний пошук та розроблена класифікація інерційних планетарних трансформаторів моменту].

Нагорняк С.Г., Данилишин Г.М. Особливості формування обертового моменту інерційними трансформаторами на основі планетарного імпульсного механізму // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - Тернопіль: ТДТУ. - 2001. - Т.6. № 1. - С. 40-45. [Здобувачем досліджено тенденцію створення обертового моменту інерційними трансформаторами та можливість зрівноваження обертового моменту і кутової швидкості на виході трансформатора].

Данилишин Г.М. Відцентрові сили в інерційному планетарному трансформаторі моменту та умови формування знакопостійного обертового моменту безпосередньо на виході планетарного імпульсного механізму // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - Тернопіль: ТДТУ. - 2001. - Т.6. № 3. - С. 70-79.

Данилишин Г.М. Експериментальні дослідження інерційного трансформатора моменту на основі просторового планетарного імпульсного механізму // Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. Вип.10.-Кіровоград:КДТУ.-2001.С.214-221.

Патент України на винахід 25659 А, МПК F16H31/00, B60K17/08. Трансформатор моменту / Г.М. Данилишин (Україна). - № 97104942; Заявлено 08.10.97; Опубл. 25.12.98, Бюл. № 6.-3 с.

Деклараційний патент України на винахід № 33530 А, МПК F16H31/00, F16H33/14, В60К17/08. Трансформатор моменту / Г.М.Данилишин (Україна). - № 99031245; Заявлено 05.03.99; Опубл. 15.02.2001, Бюл. № 1. - 3 с.

Деклараційний патент України на винахід № 34821 А, МПК F16H31/00, F16H33/14, В60К17/08. Інерційний планетарний трансформатор моменту / Г.М.Данилишин (Україна). - № 99073945; Заявлено 12.07.99; Опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2. - 3 с.

Деклараційний патент України на винахід № 35094 А, МПК F16H31/00, F16H33/14, В60К17/08. Інерційний планетарний трансформатор моменту / Г.М.Данилишин (Україна). - № 99084575; Заявлено 10.08.99; Опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2. - 3 с.

Деклараційний патент України на винахід № 36321 А, МПК F16H31/00, F16H33/14, В60К17/08. Інерційний планетарний трансформатор моменту / Г.М.Данилишин (Україна). - № 99126557; Заявлено 02.12.99; Опубл. 16.04.2001, Бюл. № 3. - 3 с.

Заявка № 2000063500 на видачу патенту України на винахід, МПК F16H31/00, F16H33/14, B60K17/08. - Інерційний планетарний трансформатор моменту / Г.М. Данилишин (Україна), Заявлено 15.06.2000. - 6 с.

Данилишин Г.М. Про можливість використання інерційних планетарних трансформаторів обертового моменту на основі тільки імпульсного планетарного механізму // Тези доповідей четвертої науково-технічної конференції "Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні". - Тернопіль: ТДТУ. - 2000. - С. 67.

Нагорняк С.Г., Данилишин Г.М. Основні технічні протиріччя при формуванні обертового моменту планетарними інерційними імпульсними механізмами // Матеріали п'ятої наукової конференції Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. - Тернопіль: ТДТУ. - 2001. - С. 28. [Здобувачем встановлено кінематичні та динамічні особливості роботи інерційно-імпульсних силових систем].

Нагорняк С.Г., Данилишин Г.М. Структурно-схемний синтез інерційних планетарних трансформаторів обертового моменту // Тези доповідей 5-го Міжнародного симпозіуму українських інженерів-механіків у Львові. - Львів: Національний університет "Львівська політехніка". - 2001. - С. 75-76. [Здобувачем запропонована система гарантованого забезпечення створення знакопостійного обертового моменту на виході планетарного імпульсного механізму].

Данилишин Г.М., Нагорняк Г.С. Особливості формування компонувальних схем відцентрових механізмів різного функціонального призначення // Тези ІІ-ї міжнародної конференції "Прогресивна техніка і технологія - 2001". - Київ - Севастополь. - 2001. - С. 62-63. [Здобувачем синтезовано групи відцентрових імпульсних механізмів].

Данилишин Г.М. Дослідження узагальненої схеми просторового планетарного імпульсного механізму // Матеріали шостої наукової конференції Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. - Тернопіль: ТДТУ. - 2002. - С. 48.

Анотація

Данилишин Г.М. Розробка інерційних трансформаторів моменту на основі просторового планетарного імпульсного механізму. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02 - машинознавство. - Технологічний університет Поділля, м.Хмельницький, 2002.

У дисертаційній роботі представлені наукові дослідження, направлені на покращення працездатного стану інерційних трансформаторів моменту шляхом розробки планетарних імпульсних механізмів з закономірно рухомими відносно сателітів дебалансами. Проаналізовано відомі конструкції інерційних планетарних трансформаторів моменту та обґрунтовано умови створення знакопостійного обертового моменту на виході планетарного імпульсного механізму. Розроблено узагальнену модель просторового планетарного імпульсного механізму, на основі якої охарактеризовано вплив відцентрових сил на формування динаміки приводу. Синтезовано прогресивні конструкції інерційних планетарних трансформаторів моменту. Проведено експериментальне дослідження просторового планетарного імпульсного механізму. Розглянуто основи розрахунку параметрів та проектування просторового планетарного імпульсного механізму з вихідним водилом і фазово зміщеними дебалансами. Розроблено рекомендації щодо його застосування в автоматичних безступеневих трансмісіях транспортних засобів і приводах машин.

Ключові слова: автоматична безступенева трансмісія, інерційний трансформатор моменту, планетарний імпульсний механізм, дебаланс, механізм вільного ходу, відцентрові сили, знакопостійний обертовий момент, динамічні зв'язки

Аннотация

Данилишин Г.М. Разработка инерционных трансформаторов момента на основе пространственного планетарного импульсного механизма. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.02 - машиноведение. - Технологический университет Подолья, г. Хмельницкий, 2002.

Диссертационная работа направлена на улучшение функциональных характеристик инерционных трансформаторов момента путем разработки планетарных импульсных механизмов с закономерно перемещающимися относительно сателлитов дебалансами, способных создать знакопостоянный вращающий момент без использования механизмов свободного хода.

Проанализированы основные направления создания и этапы развития инерционных планетарных передач, охарактеризованы традиционный и новый принципы создания обобщенных структурных схем инерционно-импульсных силовых систем. Выделены характерные группы инерционных планетарных трансформаторов момента и основные тенденции разработки.

На основе анализа известных конструкций инерционных планетарных трансформаторов момента та результатов их теоретических и экспериментальных исследований обоснованы условия создания знакопостоянного вращающего момента на выходе планетарного импульсного механизма, а также возможность трансформации вращающего момента без реактивной опоры на выходе привода.

Разработана обобщенная модель пространственного планетарного импульсного механизма, на основе которой охарактеризовано влияние центробежных сил на формирование динамики привода.

Установлено, что периодическое замыкание привода при входном водиле планетарного импульсного механизма приводит к значительному реактивному импульсному влиянию на приводной двигатель, к неравномерному вращению сателлитов и выходного центрального колеса. Трансформация момента в этом случае возможна при включении на выходе упругого звена и синхронизационных механизмов. При внедрении в планетарном импульсном механизме с входным водилом большего числа пар сателлитов фазовое смещение дебалансов возможно в случае использования передачи в качестве муфты сцепления. Плоские планетарные импульсные механизмы с выходным водилом формируют знакопеременный вращающий момент.

Синтезированы прогрессивные конструкции инерционных планетарных трансформаторов момента на основе планетарного импульсного механизма с закономерно перемещающимися относительно сателлитов дебалансами, техническая новизна которых подтверждена патентами Украины на изобретения.

Проведено графоаналитическое исследование динамической структуры пространственного планетарного импульсного механизма. Обобщено влияние внешних нагрузок и центробежных сил на основные звенья планетарного импульсного механизма с входным водилом, с выходным водилом при одной паре сателлитов, а также с выходным водилом при фазовом смещении дебалансов.

На основе известных и предложенных технических решений разработана классификация инерционных планетарных трансформаторов момента за комплексом признаков, что дало возможность упростить выбор рациональных направлений и компоновочных схем.

Проведены экспериментальные испытания исследуемых образцов пространственного планетарного импульсного механизма, результаты которых подтвердили достоверность теоретических положений о возможности формирования знакопостоянного вращающего момента на выходе планетарного импульсного механизма. Полученные зависимости вращающего момента от входной (прямой и реверсивной) угловой скорости, а также центрального угла кругового сектора дебалансов подтвердили доминирующее влияние центробежных сил на формирование динамики привода.

Рассмотрены основы расчета параметров и особенности проектирования пространственного планетарного импульсного механизма с выходным водилом и смещенными на равные углы дебалансами. Определены параметры сателлитных блоков, водила и дебалансов, исходя из условий выхода привода из режима динамической муфты и стопового режима. Определены рациональный профиль и материал дебалансов. Разработаны рекомендации по применению исследуемых передач в автоматических бесступенчатых трансмиссиях транспортных средств и приводах машин.

Ключевые слова: автоматическая бесступенчатая трансмиссия, инерционный трансформатор момента, планетарный импульсный механизм, дебаланс, механизм свободного хода, центробежные силы, знакопостоянный вращающий момент, динамические связи

Summary

Danylyshyn G. Development of the inertial transformers of moment on the basis of spatial planetary impulse mechanism. - Manuscript.

The thesis submitted for the scientific degree of the candidate of engineering sciences in speciality 05.02.02 - Machinery science. -Technological University of Podillia, Khmelnytsky, 2002.

Scientific investigations deals with the ways of improving of the workability of the inertial transformers of moment by means of the development of planetary impulse mechanisms with naturally movable debalances relatively to the satellites. The designs of inertial planetary transformers of moment are analysed. The conditions of the formation of the sign-stable rotary moment on the exit of the planetary impulse mechanism are substantiated. Generalized model of the spatial planetary impulse mechanism is developed and the influence of centrifugal forces on the formation of the dynamics of transmission is analysed on the basis of this model. Progressive designs of inertial planetary transformers of moment are developed. Experimental investigation of the spatial planetary impulse mechanism is worked out. The fundamentals of parameters calculation and design of the spatial planetary impulse mechanism with exit carrier and phase displaced debalances are represented. Some recommendations dealing with the applying in automatic stepless transmissions of vehicles and machine drives are suggested.

Key words: automatic stepless transmissions, inertial transformer of moment, planetary impulse mechanism, debalance, free-wheel mechanism, centrifugal forces, sign-stable rotary moment, dynamic links

Размещено на Allbest.ru