Удосконалення і параметричний синтез автоматично регульованої пасової передачі з самозатяжним кільцем

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ „ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Удосконалення і параметричний синтез автоматично регульованої пасової передачі з самозатяжним кільцем

05.02.02 - машинознавство

Предко РОСТИСЛАВ ЯРОСЛАВОВИЧ

Львів - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті „Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Кіндрацький Богдан Ілліч,

завідувач кафедри експлуатації та ремонту автомобільної техніки

Національного університету „Львівська політехніка”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Мартинців Михайло Павлович,

професор кафедри прикладної механіки

Національного лісотехнічного університету України;

кандидат технічних наук, доцент

Стрілець Володимир Миколайович,

доцент кафедри теплоенергетики та машинознавства

Національного університету водного господарства та природокористування.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Пасові передачі належать до найпоширеніших механічних передач. Їх застосовують у приводах різноманітних машин і технологічного обладнання: металообробних верстатах, машинах будівельної, поліграфічної і легкої промисловості, обладнанні харчових і сільськогосподарських виробництв та ін. Недоліком традиційних пасових передач є сталий попередній пружний натяг приводного паса, розрахований на передавання передачею максимального корисного навантаження. Це приводить до не оправдано великих зусиль у приводному пасі при роботі передачі з меншим корисним навантаженням, перевантаження валів та їхніх опор, передчасного збільшення довжини паса та зменшення ресурсу його роботи, а також до ускладнення догляду і регулювання передачі із застосуванням відповідних пристроїв.

Зазначених недоліків у значній мірі позбавлені автоматично регульовані пасові передачі (АРПП), які доцільно застосовувати у приводах більшості машин, що працюють при змінному корисному навантаженні. У таких передачах пружний натяг приводного паса встановлюється автоматично пропорційно корисному навантаженню (режиму навантаження), відповідно зменшується навантаження на окремі елементи пасової передачі й істотно спрощується процес її налагоджування. Відомі конструкції автоматично регульованих пасових передач мають складну будову чи вимагають додаткового згинання приводного паса, що зменшує ресурс його роботи. Крім цього, відомі АРПП не достатньо досліджені, в технічній літературі наводяться тільки опис їхньої будови і принцип роботи, а вплив окремих параметрів передачі на їхню навантажувальну і тягову здатність не досліджено. З огляду на зазначене, удосконалення конструкції та розроблення методу параметричного синтезу автоматично регульованих пасових передач за заданими режимами роботи є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими напрямами і темами. Дисертаційна робота пов'язана з напрямом наукових досліджень, що здійснюються на кафедрі деталей машин Національного університету „Львівська політехніка”, зокрема, за темою „Параметричний синтез машинобудівних конструкцій” (№ держреєстрації 010U011777), яка є однією зі складових загальнодержавної програми з підвищення ресурсу роботи технічних об'єктів, зокрема, науково-технічної програми „Ресурсозберігаючі та енергоефективні технології машинобудування”, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 24 грудня 2001 р. № 1716.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності роботи автоматично регульованої пасової передачі з самозатяжним кільцем (АРПП з СК) і ресурсу роботи приводних пасів шляхом обґрунтування конкретних параметрів і структури передачі в умовах змінного корисного навантаження.

Для досягнення поставленої мети сформульовані і розв'язані такі задачі:

- провести порівняльний аналіз конструкцій АРПП і обґрунтувати доцільність застосування автоматично регульованої пасової передачі з самозатяжним кільцем;

- розробити метод визначення параметрів АРПП з СК, який забезпечить відповідне регулювання пружного натягу приводного паса адекватно корисному навантаженню пасової передачі;

- обґрунтувати і удосконалити методику оцінювання ресурсу роботи приводного паса в АРПП з СК з врахуванням зміни корисного навантаження передачі в процесі її експлуатації;

- експериментально підтвердити аналітично отримані розрахункові залежності та функціональну здатність АРПП з СК;

- розробити рекомендації щодо проектування АРПП з СК за умови погодження загальних принципів розрахунків з наявним міжнародним стандартом.

Об'єкт дослідження - явище адекватної зміни пружного натягу приводного паса відповідно до корисного навантаження АРПП з СК без втрати її тягової здатності.

Предмет дослідження - вплив конструктивних параметрів і характеристик приводного паса на тягову і навантажувальну здатність АРПП з СК та оцінювання ресурсу роботи приводного паса у передачі.

Методи дослідження. У роботі застосовані аналітичні методи геометричного і кінематичного синтезу параметрів елементів АРПП з СК для обґрунтування конструктивних особливостей самозатяжного кільця; використані класичні методи кінетостатики і динаміки механізмів і машин для дослідження функціональної здатності АРПП з СК; розв'язання поставлених задач забезпечується використанням методики поєднання теоретичних і експериментальних досліджень для підтвердження отриманих наукових результатів; практична реалізація узагальнених результатів здійснена на основі оптимізаційних рішень та алгоритмів розрахунків і проектування АРПП з СК.

Наукова новизна одержаних результатів:

- запропоновано класифікацію автоматично регульованих пасових передач за способом автоматичного забезпечення пружного натягу приводного паса залежно від його корисного навантаження, що забезпечить однаковий метод розрахунку передач;

- удосконалено конструкцію АРПП з СК шляхом теоретичного обґрунтування нового співвідношення діаметрів робочих поверхонь самозатяжного кільця, що дало змогу зрівняти тягову здатність пари ролик - самозатяжне кільце і пари самозатяжне кільце - приводний пас;

- отримано аналітичні залежності й оцінено вплив розмірних параметрів АРПП з СК і пружних характеристик приводного паса на зміну пружного натягу паса залежно від корисного навантаження передачі;

- розроблено метод параметричного синтезу АРПП з СК та удосконалено методику оцінювання ресурсу роботи приводного паса при експлуатації зі змінним корисним навантаженням;

- розроблено динамічну модель і складено диференціальне рівняння руху для визначення частоти вільних коливань самозатяжного кільця з метою уникання можливих резонансних явищ при роботі пасової передачі.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено і захищено двома патентами України нові конструкції АРПП з СК і регульованого шківа, що дало змогу підвищити тягову і навантажувальну здатність та розширити межі застосування передачі, а також істотно спростити налагоджування передачі в процесі експлуатації. Зменшення напружень у приводному пасі від його згинання на самозатяжному кільці і від його навантаження під час роботи передачі сприяє підвищенню ресурсу роботи паса. Розроблені алгоритми і методика розрахунку АРПП з СК дають можливість проектувати передачі, базуючись на основних принципах міжнародного стандарту ISO 5292-80.

Отримані в роботі результати і практичні рекомендації прийняті для впровадження у ВАТ „Львівагромашпроект” і ВАТ „Львівський завод фрезерних верстатів”, а використане для досліджень експериментальне устаткування застосовується у навчальному процесі при проведенні лабораторних робіт під час вивчення студентами дисципліни „Деталі машин” у Національному університеті „Львівська політехніка”.

Особистий внесок здобувача. Переважна більшість отриманих наукових результатів належить здобувачеві. Формулювання задач та обговорення результатів досліджень виконані спільно з науковим керівником та співавторами опублікованих наукових праць. Особисто здобувачеві належить:

- ідея вдосконалення конструкції самозатяжного кільця з метою вирівнювання тягової здатності пари ролик - кільце і пари кільце - приводний пас [1, 10, 11, 14];

- порівняльний аналіз найтиповіших відомих АРПП за конструктивними параметрами і експлуатаційними характеристиками [2, 12];

- отримання аналітичних залежностей для визначення впливу параметрів АРПП на характер зміни пружного натягу приводного паса залежно від його корисного навантаження [4, 13, 15, 16];

- розвиток теоретичних положень щодо визначення розрахункових навантажень приводного паса та оцінки ресурсу його роботи в АРПП з СК, що експлуатується при змінних режимах корисного навантаження [5];

- аналіз впливу параметрів АРПП на частоту вільних коливань кільця [6];

- експериментальне випробовування АРПП з СК і аналіз результатів проведених дослідів [3, 8];

- розроблення алгоритму розрахунку і рекомендацій з проектування АРПП з СК [7, 9, 17].

Апробація результатів дисертації. Отримані результати і наукові положення дисертаційної роботи оприлюднювались на міжнародних і державних науково-технічних конференціях та щорічних наукових семінарах кафедри деталей машин Національного університету „Львівська політехніка”, а саме: на 7-му, 8-му і 9-му Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків у Львові (2005, 2007 і 2009 рр.); на Міжнародній науково-технічній конференції „Сучасні проблеми машинознавства” (Луганськ, 2007 р.); на науково-технічних конференціях „Теорія та практика раціонального проектування, виготовлення і експлуатації машинобудівних конструкцій” (Львів, 2008, 2010 рр.); на науковому семінарі „Проблеми та перспективи розвитку підіймально-транспортних машин” (Тернопіль, 2007 р.); на науково-методичних семінарах з машинобудування МОН України (Харків, 2009 р., Маріуполь, 2010 р.).

Публікації. Основні положення та результати досліджень опубліковані в 9-ти наукових статтях (усі у фахових наукових виданнях), викладені у 6-ти тезах і працях доповідей на науково-технічних конференціях, отримано 2 патенти України на корисні моделі.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку використаних джерел з 91 найменування та п'яти додатків. Основна частина містить 7 таблиць і 39 рисунків. Загальний обсяг роботи 169 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання дослідження, висвітлено наукову новизну та практичну значимість отриманих результатів, наведено інформацію про апробацію результатів виконаного дослідження та публікації, що відображають основний зміст роботи.

У першому розділі описано особливості застосування АРПП у приводах машин, проаналізовано відомі конструкції АРПП, описано сучасний стан досліджень АРПП і показників, що визначають їхню працездатність, сформульовано задачі дослідження.

Автоматично регульовані пасові передачі, в яких пружний натяг приводного паса автоматично змінюється відповідно до його корисного навантаження, доцільно застосовувати у приводах більшості машин, які працюють при змінному експлуатаційному завантаженні. На відміну від традиційних пасових передач, які мають сталий попередній пружний натяг приводних пасів за будь-якого корисного навантаження, в АРПП навантаження приводного паса значно менші. Меншими є також навантаження на вали і опори валів передачі, що сприяє збільшенню ресурсу роботи паса і елементів приводу при змінних експлуатаційних режимах навантаження. В АРПП значно спрощується налагоджування і регулювання, оскільки воно не вимагає застосування спеціальних пристроїв та засобів для забезпечення потрібного пружного натягу приводного паса, як це вимагається у традиційних пасових передачах.

На сьогодні відомо багато схем і конструкцій АРПП. Всі ці пасові передачі недостатньо досліджені в теоретичному аспекті і мають обмежене практичне застосування. Розробники АРПП, переважно, констатують принцип роботи таких передач, їхню функціональну здатність і можливість автоматичного забезпечення потрібного пружного натягу приводних пасів від їхнього корисного навантаження. Розробленню конструкцій та дослідженню АРПП присвячені праці Ніберга Н. Я., Мартинова В. К., Кіндрацького Б. І., Павлище В. Т., Пархоменка А. Л., Проніна Б. А., Рожнова А. Ф. Значний внесок у розроблення теоретичних положень та експериментальних досліджень тягової здатності пасових передач, навантажень приводних пасів, визначення їхнього розрахункового ресурсу роботи здійснили Буланов Е. А., Воробйов І. І., Літовченко П. І., Решетов Д. М., Самошкін С. Л., Сьомін І. Н., Уткін В. С., Хабрат Н. І. та інші.

На основі аналізу відомих конструкцій АРПП і принципів їх роботи, а також вивчення сучасного стану досліджень таких пасових передач, узагальнено їх недоліки, виявлено потребу вдосконалення АРПП і покращання показників їхньої тягової здатності шляхом відповідного параметричного синтезу, що дало можливість сформулювати мету і основні задачі дослідження.

Другий розділ роботи присвячено класифікації АРПП та їх порівняльному оцінюванню, удосконаленню конструкції і параметричному синтезу АРПП з СК, визначенню навантажень приводного паса, прогнозуванню ресурсу його роботи.

На підставі аналізу відомих схем і конструкцій АРПП запропоновано класифікацію передач за такою ознакою, як спосіб автоматичного забезпечення пружного натягу приводного паса залежно від його корисного навантаження, що уможливить спільний метод розрахунку передач. За вказаною ознакою відомі АРПП поділені на три групи: А - пружний натяг приводного паса забезпечується реактивним моментом, що діє на рухомий шків; Б - пружний натяг приводного паса здійснюється додатковим елементом, що відстежує різницю натягів ведучої і веденої віток паса; В - пружний натяг приводного паса здійснюється ексцентрично встановленим ободом одного зі шківів.

Порівняльне оцінювання відомих АРПП здійснено за методом складання матриці оцінки дев'яти варіантів передач. За порівняльні критерії прийнято простоту конструкції, витрати на виготовлення, прогнозований ресурс роботи паса, рівень шумності, можливість забезпечення великих передаточних чисел, простота догляду та обслуговування. Кожному критерію було присвоєно відповідний ваговий коефіцієнт, а варіант АРПП оцінювався за кожним критерієм кількістю балів від 1 до 10. Сума добутків вагових коефіцієнтів і кількості балів дає узагальнену порівняльну оцінку альтернативних варіантів передач.

За результатами оцінювання встановлено, що автоматично регульована пасова передача з самозатяжним кільцем отримала найвищу узагальнену порівняльну оцінку через простоту конструкції, незначні затрати на виготовлення, спрощений догляд та обслуговування, низький рівень шумності і можливість забезпечення порівняно великих передаточних чисел за обмежених габаритів.

а)б)в)г)

Рис. 1. АРПП з СК: а, б - схема і розташування паса на самозатяжному кільці для відомого варіанту передачі; в - розташування плоского паса і г - клинового паса на самозатяжному кільці для удосконаленого варіанта передачі

Відома за патентом США АРПП з СК (рис. 1, а, б) складається з встановленого на ведучому валу ролика 1, який ексцентрично охоплений самозатяжним кільцем 2, веденого шківа 3 та приводного паса 4, що розташований на самозатяжному кільці та веденому шківі. Обертовий момент від ролика 1 на самозатяжне кільце 2 передається за рахунок сили тертя між робочою поверхнею ролика діаметром і робочою поверхнею самозатяжного кільця діаметром . Сила тертя забезпечується притисканням кільця до ролика пружним натягом віток приводного паса, який розташовується на діаметрі > самозатяжного кільця. Якщо така пасова передача знаходиться в стані спокою або не передає корисного навантаження, то центр самозатяжного кільця знаходиться на лінії центрів ролика і веденого шківа. У випадку передавання пасовою передачею корисного навантаження центр самозатяжного кільця зміщується з лінії центрів , збільшуючи при цьому пружний натяг приводного паса.

Для ефективної роботи АРПП за рис. 1, а, б потрібно забезпечити однакову тягову здатність пари ролик - самозатяжне кільце і пари самозатяжне кільце - приводний пас. Тягова здатність пари самозатяжне кільце - приводний пас є оптимальною, коли забезпечується співвідношення між корисним навантаженням приводного паса, коефіцієнтом тяги і силами натягу , ведучої і веденої віток у вигляді

. (1)

Тягова здатність пари ролик - самозатяжне кільце обмежена можливим проковзуванням ролика відносно самозатяжного кільця. Для ефективної роботи передачі потрібно забезпечити коефіцієнт тертя ковзання

, (2)

де - співвідношення діаметрів робочих поверхонь самозатяжного кільця.

Рис. 2. Залежність від і

Оптимальним коефіцієнтом тяги для клинопасових передач є , а для плоскопасових - . Як видно з графіків на рис. 2, побудованих за залежністю (2), реальні коефіцієнти тертя <0,6 між роликом і самозатяжним кільцем (відсутнє проковзування) досягаються при спів-відношенні <1. Для забезпечення такого значення в АРПП з СК запропоновано змінити конструктивне виконання ролика і самозатяжного кільця (рис. 1, в, г). За відповідного вибору матеріалів ролика і самозатяжного кільця можна забезпечити вказане вище значення , чого не можна здійснити у відомій пасовій передачі з СК, в якій >1 (див. рис. 1, а, б).

Для АРПП з СК (рис. 3, а,) отримано залежність, яка встановлює характер зміни пружного натягу приводного паса залежно від величини його корисного навантаження (за умови відсутності попереднього натягу), у вигляді

. (3)

Тут - поздовжня жорсткість паса, що має модуль пружності , площу поперечного перерізу і довжину ; - ексцентриситет кільця; - відстань між осями валів передачі.

Графіки зміни сил у приводному пасі показані на рис. 3, б (суцільні лінії для АРПП, а штрих-пунктирні - для традиційної передачі).

Рис. 3. Розрахункова схема АРПП (а) і графіки зміни зусиль у приводному пасі (б)

Під час монтажу і налагоджування АРПП віткам приводного паса потрібно надавати прямолінійну форму. При цьому у пасі виникає деякий початковий пружний натяг, обумовлений потребою згинання паса на шківах. Величина такого початкового пружного натягу є незначною і не перевищує 10 % від максимального корисного навантаження , яке здатний передавати пас. З урахуванням загальний пружний натяг приводного паса

, (4)

а кут , який визначає положення самозатяжного кільця на ролику (див. рис. 3, а), визначається з рівняння

, (5)

де - геометричний коефіцієнт, який лежить у межах 1,04…1,07.

Залежності для зусиль у вітках приводного паса АРПП і традиційної пасової передачі з однаковим прийнятим коефіцієнтом тяги мають вигляд:

- для АРПП з СК

; ; (6)

- для традиційної пасової передачі

; . (7)

Для порівняння навантаженості приводного паса в АРПП з СК і в традиційній пасовій передачі результати розрахунків за (6) і (7) для випадку подані у табл. 1.

Таблиця 1

Експлуатаційні навантаження приводних пасів

Вид пасової передачі	Зусилля у вітках паса	Часткове корисне навантаження приводного паса
АРПП з СК		0
		0
Традиційна пасова передача

Оскільки при різному корисному навантаженні сили і, відповідно, напруження у вітках приводного паса в АРПП значно менші, ніж у традиційній пасовій передачі (див. табл. 1), то змінюється і ресурс роботи паса в АРПП з СК. Для клинопасової АРПП розрахунковий ресурс роботи (в годинах) приводного паса визначається за формулою

, (8)

де - кількість пробігів паса в секунду; - показник степеня діаграми втоми паса; - максимальне еквівалентне напруження у приводному пасі:

. (9)

Тут - відносна тривалість дії напруження , яка встановлюється з циклограми режиму навантаження пасової передачі.

Для забезпечення тягової здатності розміри елементів АРПП з СК (див. рис. 1, в, г ) треба визначати за формулами:

; (10)

; ; ; , (11)

де - потужність, яку передає АРПП з СК, Вт; - кутова швидкість ролика, с^-1; - жорсткість паса, Н/мм; - передаточне число передачі; .

Отже, в результаті проведеного дослідження встановлено, що в АРПП з СК забезпечується оптимальна тягова здатність передачі (у вираз (10) включено і ), сили, що діють у вітках приводного паса в ній значно менші, ніж у традиційній передачі (див. табл. 1), що збільшує прогнозований розрахунковий ресурс роботи приводного паса, а розміри елементів АРПП можна визначити за заданими потужністю, кутовою швидкістю та передаточним числом передачі.

Третій розділ дисертації присвячений аналізу коливальних явищ у роботі АРПП. Частота вільних коливань самозатяжного кільця визначена на підставі аналізу диференціального рівняння коливань кільця. Динамічна модель АРПП з СК (рис. 4, а) подана на рис. 4, б.

Рис. 4. Схема (а) і динамічна модель АРПП з СК (б)

За узагальнену координату положення кільця відносно ролика прийнято кут . Відповідно до прийнятих на рис. 4 позначень рівняння руху кільця за принципом Д'Аламбера має вигляд

, (12)

де - інерційний момент, що діє на кільце, яке має зведений момент інерції , а - момент сил пружного натягу приводного паса:

. (13)

На підставі (12) і (13) диференціальне рівняння коливань кільця відносно його середнього положення має вигляд

. (14)

Якщо АРПП з СК передає корисне навантаження , то коливання кільця відбуваються відносно деякого кута , величина якого залежить від і визначається за рівнянням (5). Оскільки коливання мають малу амплітуду порівняно з , то для таких коливань пружний момент за виразом (13) можна лінеаризувати (рис. 5, а) і прийняти сталу жорсткість коливальної системи:

. (15)

Виходячи з наведених міркувань, лінійне диференційне рівняння коливань самозатяжного кільця матиме вигляд

. (16)

Частота вільних коливань кільця у такому випадку визначатиметься за формулою

. (17)

Рис. 5. Пружна характеристика коливальної системи (а) і залежність частоти коливань кільця від корисного навантаження паса (б)

Вплив корисного навантаження приводного паса на частоту вільних коливань самозатяжного кільця видно з графіків на рис. 5, б, які побудовані для АРПП з СК з такими параметрами: передача оснащена приводним клиновим пасом з перерізом типу А, довжиною мм і жорсткістю Н/мм; діаметри ролика, кільця і шківа: мм, мм, мм, мм; маса кільця кг, а його ексцентриситет відносно ролика мм; розрахункові коефіцієнти: , .

На підставі графіків, поданих на рис. 5, б, встановлено, що зі збільшенням корисного навантаження збільшується і частота вільних коливань кільця. Вплив на частоту коливань кільця сили попереднього пружного натягу є неістотним у діапазоні робочих навантажень приводного паса; більший вплив на частоту сила має при менших значеннях , тобто під час холостого режиму роботи АРПП з СК, що дає можливість уникати коливань кільця незначною зміною .

Четвертий розділ присвячено експериментальним випробуванням АРПП з СК. Тут сформульовано мету дослідження, описано будову і принцип роботи експериментального обладнання, зроблено порівняння результатів, отриманих за розрахунковими залежностями і експериментально.

Для проведення експериментальних досліджень виготовлена АРПП з СК що має такі параметри: розрахунковий діаметр ролика мм; розрахункові діаметри самозатяжного кільця мм; мм; діаметр веденого шківа мм; АРПП оснащувалась приводними клиновими пасами з перерізом типу А довжиною мм виробництва Польщі ( Н/мм², Н/мм) і виробництва Чехії ( Н/мм², Н/мм).

Налагоджування АРПП здійснювалось із забезпеченням початкового пружного натягу приводного паса, який становить при наданні віткам передачі прямолінійної форми. Оскільки, згідно з ГОСТ 1284.3-96, для клинових пасів типу А Н при ?15 м/с, то в експериментах приймалось у межах (10…24) Н.

Загальний вигляд обладнання для експериментального дослідження роботи АРПП з СК показано на рис. 6, принципова схема - на рис. 7.

Рис. 6. Експериментальне обладнання для дослідження роботи АРПП з СК

До складу обладнання (рис. 7) входить електромотор 1, на валу якого закріплено ролик 2. Розташоване на ролику самозатяжне кільце 3 разом з веденим шківом 4 охоплене приводним клиновим пасом 5. Шків 4 розташований на веденому валу, з'єднаному з гальмівним пристроєм 8. Регулювання гальмівного моменту здійснюється гвинтом 9, а вимірювання гальмівного моменту - додатковим пристроєм, до складу якого входить вільно посаджена на ведений вал втулка 10, що з'єднана з колодками гальмівного пристрою. На втулці закріплено двоплечий важіль, один кінець 11 якого контактує з протарованою плоскою пружиною 12, а інший з'єднаний з масляним гасником вібрацій 15. Деформація протарованої плоскої пружини 12 вимірюється індикатором 13.



Рис. 7. Принципова схема експериментального обладнання

Для забезпечення можливості монтажу пасової передачі та здійснення вимірювання пружного натягу приводного паса електромотор встановлено на жорсткій поворотній рамі 6. На ближчій до пасової передачі опорі електромотора закріплено шток, який контактує зі спеціально виготовленим рідинним динамометром 7, що призначений для вимірювання попереднього пружного натягу і додаткового натягу приводного паса при збільшенні його корисного навантаження.

Для перевірки відповідності теоретичних і експериментальних результатів прийняті: розрахункова залежність (5) для кута зміщення кільця від лінії центрів валів передачі; вираз (4), що визначає пружний натяг приводного паса залежно від його корисного навантаження . Взяті для перевірки розрахункові залежності є визначальними для їхнього аналізу і використання у проектних розрахунках АРПП з СК. Оскільки на вказані розрахункові параметри істотний вплив має поздовжня жорсткість приводного паса, то в проведених експериментах використовувались паси з різною жорсткістю.

На рис. 8 зображені графіки, що відображають зміну кута залежно від корисного навантаження приводного паса в АРПП з СК. Аналіз графіків дає підстави зробити такі висновки. Характер зміни залежно від для теоретичних і експериментальних залежностей є ідентичним. Наявні відхилення розрахункових і експериментальних залежностей не перевищують 8 %. Крім цього, зберігається відповідність графіків для приводних пасів, що мають жорсткість Н/мм і Н/мм. Вплив попереднього пружного натягу паса на характер зміни кута є більшим для випадку застосування паса меншої жорсткості.

Рис. 8. Залежність для жорсткостей паса Н/мм (а) і Н/мм (б): -- - теоретична; - - - - експериментальна

Таким чином, можна вважати, що розрахункова залежність (5) достатньою мірою підтверджується результатами, отриманими експериментально.

Графіки зміни від зображені на рис. 9. З рисунка видно, що існує відповідність між теоретичними і експериментальними результатами залежності . Більші відхилення (до 10 %) спостерігаються для випадку оснащення АРПП з СК приводним пасом з більшою жорсткістю , коли для одних і тих же значень у приводному пасі виникає більший пружний натяг, ніж у пасі з меншою жорсткістю. Аналізуючи вплив на загальний пружний натяг паса , бачимо, що для всього діапазону робочих навантажень паса зберігається однакова різниця між .

Рис. 9. Залежність для жорсткостей паса Н/мм (а) і Н/мм (б): -- - теоретична; - - - - експериментальна

Експериментальні дослідження коливань самозатяжного кільця в АРПП з СК здійснювались із застосуванням стробоскопічного тахометра 2ТС-32-456, який дає можливість вимірювати як кутові швидкості обертання елементів передачі, так і частоти коливань кільця. Оскільки в експериментальному обладнанні не було можливості змінювати кутову швидкість ролика (застосовано асинхронний електромотор, що забезпечував с^-1), то шляхом зміни корисного навантаження приводного паса визначалось таке його значення, коли виникали резонансні коливання кільця, частота яких збігалась з частотою обертання ролика. Результати таких досліджень подані у табл. 2.

Таблиця 2

Експериментальні і розрахункові значення

Умови, при яких виникає резонанс коливань самозатяжного кільця	Поздовжня жорсткість приводного паса, Н/мм	Корисне навантаження , Н приводного паса, при якому виникає резонанс
		усереднене експериментальне значення	розрахункове значення
Н с-1	85	27	24
	46	36	32

Порівняння величин корисного навантаження приводного паса, наведених у табл. 2, дає підстави стверджувати, що усереднені експериментальні значення відрізняються від теоретично розрахованих (використані залежності (5), (15) і (17)) не більше як на 12 %. Це свідчить про те, що розрахункові залежності для визначення частоти вільних коливань самозатяжного кільця в АРПП з СК дають змогу з прийнятною точністю прогнозувати можливість виникнення небажаних коливань кільця при певних режимах зміни корисного навантаження передачі а, отже, підбирати конструктивні параметри АРПП з СК, які унеможливлюють виникнення резонансних явищ при заданому режимі роботи передачі.

Крім корисного навантаження приводного паса в АРПП з СК на зміну пружного натягу істотно впливає його поздовжня жорсткість (модуль пружності ). Оскільки наявні в літературних джерелах дані про модуль пружності клинових пасів сильно відрізняються (до 300 %), то експериментально було встановлено фактичні значення для використаних у дослідах приводних пасів. Шляхом відповідних випробувань на розтяг приводних клинових пасів (виробники Російська Федерація, Чеська республіка, Республіка Польща) отримано величини модуля пружності, які наведені у табл. 3.

Таблиця 3

Модулі пружності приводних пасів з перерізом типу А

Виробник приводних пасів	Модуль пружності , Н/мм2
	після попереднього статичного навантаження паса	після роботи в передачі з попереднім натягом
РФ	1085	990
ЧР	840	790
РП	1645	1480

У п'ятому розділі дисертаційної роботи узагальнено і обґрунтовано принципи параметричного синтезу та проектування АРПП з СК.

Істотний вплив на визначення розрахункових параметрів АРПП з СК має належний вибір коефіцієнта тяги передачі. Згідно з ГОСТ 1284.3-96 чи ISO 5292-80 для пасової передачі (, м/с, усталене навантаження) - для клинопасових передач і - для плоскопасових передач. Для розрахункових умов експлуатації пасової передачі, відмінних від зазначених вище, розрахунковий коефіцієнт тяги

. (18)

Оскільки коефіцієнт , що враховує найменший кут охоплення шківа пасом, в АРПП з СК може змінюватись у межах 1,00…0,96 навіть при передаточних числах <5…6, а коефіцієнт , що враховує динамічність навантаження і режими роботи передачі, регламентується нормами ГОСТ 1284.3-96, то розрахунковий коефіцієнт тяги для АРПП з СК рекомендовано визначати за табл. 4.

Таблиця 4

Коефіцієнти і для розрахунків АРПП з СК

Режим роботи обладнання	, () при кількості змін роботи приводних пасів
	1	2	3
Легкий режим	1,10 (0,58)	1,25 (0,51)	1,50 (0,43)
Середній режим	1,20 (0,53)	1,35 (0,47)	1,60 (0,40)
Важкий режим	1,30 (0,49)	1,50 (0,43)	1,70 (0,38)
Особливо важкий режим	1,40 (0,46)	1,60 (0,40)	1,80 (0,35)

Надійна робота АРПП з СК можлива за умови, коли відсутнє проковзування ролика відносно самозатяжного кільця. Така умова виконується, якщо відповідно вибрати матеріали для ролика і самозатяжного кільця, для яких коефіцієнт тертя ковзання

. (19)

Для зменшення рекомендуємо приймати співвідношення між діаметрами робочих поверхонь самозатяжного кільця - для клинопасових передач і - для плоскопасових передач. В цьому випадку самозатяжне кільце завжди можна встановити на нерозбірний ролик.

Параметричний синтез АРПП з СК запропоновано здійснювати з використанням оптимізаційних методів. Якщо за критерій оптимізації прийняти мінімізацію діаметра самозатяжного кільця, то, відповідно до залежності (10), таке досягається, коли .

Мінімальні напруження у приводному пасі будуть тоді, коли

, (20)

де - розрахункова ширина приводного клинового паса.

Потужність, яку здатна передавати пасова передача за умови найменшого максимального напруження у приводному пасі,

. (21)

Якщо за умову взяти можливість встановлення самозатяжного кільця на нерозбірний ролик, то потрібно забезпечити

>. (22)

Розрахунки характерних параметрів АРПП з СК показують, що оптимальним є . Якщо під час проектування виникне потреба застосувати розбірний ролик (потреба мати <1,6 або у випадку нерегульованої відстані між осями валів передачі), то рекомендовано застосовувати конструкцію ролика у вигляді регульованого шківа.

З метою зменшення діаметрів шківів і габаритів передач клинопасові передачі часто оснащують двома і більше приводними пасами, що працюють одночасно в одній передачі. Якщо є потреба застосувати в АРПП з СК, наприклад, два приводні клинові паси, то конструктивно передачу доцільно виконати з двома самозатяжними кільцями. Тоді контакти кожного з кілець і ролика навантажуються у два рази менше, а кожний із приводних пасів буде однаково навантажуватись.

На основі проведених досліджень запропоновано відповідні алгоритми розрахунків передачі за тяговою здатністю та визначення розрахункового ресурсу роботи приводного паса. Особливістю розрахунку АРПП з СК є те, що розміри передачі визначаються залежно від потужності, яку передає один клиновий пас попередньо прийнятого поперечного перерізу, на відміну від стандартизованої методики розрахунків, де за попередньо прийнятими розмірами шківів визначається потрібна кількість пасів у передачі. В останньому випадку потрібна кількість приводних пасів часто рівна не цілому числу, що вимагає відповідного заокруглення. Тоді у пасовій передачі приводні паси можуть бути перевантажені або недовантажені. Вказаний недолік усувається запропонованим алгоритмом розрахунку дослідженої передачі.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. У дисертаційній роботі розв'язано актуальну науково-прикладну задачу підвищення ефективності роботи АРПП з СК і ресурсу роботи приводних пасів шляхом обґрунтування конструктивних параметрів і структури передачі в умовах змінного корисного навантаження.

2. Проведено аналіз відомих конструкцій АРПП, в результаті чого встановлено, що вони мають складну будову, а простіші з них - незадовільні експлуатаційні характеристики, зокрема, ресурс роботи приводного паса та навантажувальну здатність.

3. Удосконалено конструкцію АРПП з СК шляхом теоретичного обґрунтування нового співвідношення діаметрів робочих поверхонь самозатяжного кільця, що дало змогу зрівняти тягову здатність пари ролик - самозатяжне кільце і пари самозатяжне кільце - приводний пас.

4. Розроблено метод визначення параметрів АРПП з СК, який забезпечує відповідне регулювання пружного натягу приводного паса адекватно корисному навантаженню пасової передачі.

5. У результаті дослідження роботи АРПП з СК встановлено:

* в АРПП з СК досягається значне (до 30 %) зменшення діаметра веденого шківа, який визначає габарити передачі, у випадку великих передаточних чисел (>3) за умови співвідношення діаметрів кільця і ролика . Для вказаних меж більші значення зменшують габарити передачі, але призводять до збільшення розрахункових напружень у приводному пасі;

* розрахунковий ресурс роботи приводних пасів в АРПП з СК в 1,5…2 рази вищий, ніж у традиційних пасових передачах за умови однакового корисного навантаження. Це досягається зменшенням напружень згину паса (найбільшої складової сумарних напружень) на самозатяжному кільці та за рахунок зменшення еквівалентних напружень у приводному пасі у випадку роботи передачі зі змінним корисним навантаженням;

* у діапазоні робочих навантажень приводного паса частота вільних коливань самозатяжного кільця істотно перевищує частоту обертання ролика в АРПП з СК, що унеможливлює появу резонансних коливань кільця. Уникнення появи резонансних коливань досягається регулюванням монтажного натягу паса відповідно до заданого режиму роботи і параметрів АРПП з СК;

* у випадку застосування в АРПП з СК кількох приводних клинових пасів (z ? 3), що паралельно працюють у передачі, доцільно мати для кожного паса на ролику окремі самозатяжні кільця. Це забезпечить рівномірне завантаження пасів при наявних відхиленнях у їхній довжині, чого не можна досягнути у традиційних пасових передачах, чи інших конструкціях АРПП.

6. З метою повного використання нормативної навантажувальної здатності приводних клинових пасів у запропонованій методиці і алгоритмі практичного розрахунку АРПП з СК рекомендується визначати розміри її складових елементів за потужністю, кратною передбачуваній кількості пасів, оскільки діаметри ролика і самозатяжного кільця не регламентуються стандартом. автоматичний самозатяжний навантаження пасовий

7. Розроблена конструкція АРПП з СК, регульований шків та методика розрахунку передачі передані для впровадження у ВАТ „Львівагромашпроект” та ВАТ „Львівський завод фрезерних верстатів”, а використане для досліджень експериментальне устаткування застосовується у навчальному процесі кафедри деталей машин при проведенні лабораторних робіт під час вивчення студентами дисципліни „Деталі машин”.

ПЕРЕЛІК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Павлище В. Т. Аналіз тягової здатності автоматично регульованої пасової передачі з самозатяжним кільцем / В. Т. Павлище, Р. Я. Предко // Вісник Нац. ун-ту „Львівська політехніка” „Динаміка, міцність та проектування машин і приладів”. - 2005. - № 539. - С. 86-89.

2. Предко Р. Я. Класифікація і порівняльна оцінка автоматично регульованих пасових передач / Р. Я. Предко // Зб. наук. праць „Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів”. - 2007. - № 10. - С. 63-68.

3. Павлище В. Т. Про пружні властивості приводних клинових пасів пасових передач / В. Т. Павлище, Р. Я. Предко // Вісник Нац. ун-ту „Львівська політехніка” „Динаміка, міцність та проектування машин і приладів”. - 2004. - № 509. - С. 96-99.

4. Кіндрацький Б. І. Розрахункові параметри автоматично регульованої пасової передачі з самозатяжним кільцем / Б. І. Кіндрацький, В. Т. Павлище, Р. Я. Предко // Вісник СуНУ ім. В. Даля. - 2007. - № 9 (115). - С. 73-78.

5. Кіндрацький Б. І. Ресурс приводних пасів в автоматично регульованих клинопасових передачах / Б. І. Кіндрацький, В. Т. Павлище, Р. Я. Предко // Машинознавство. - 2006. - № 6. (108) - С. 40-43.

6. Кіндрацький Б. І. Про коливання самозатяжного кільця в автоматично регульованій пасовій передачі / Б. І. Кіндрацький, В. Т. Павлище, Р. Я. Предко // Вісник НТУ „Харківський політехнічний інститут”. Тематичний випуск: Машинознавство та САПР. - 2008. - № 14. - С. 66-71.

7. Предко Р. Я. Особливості розрахунку за тяговою здатністю автоматично регульованої клинопасової передачі з самозатяжними кільцями / Р. Я. Предко, В. Т. Павлище // Укр. міжвідомчий науково-технічний збірник „Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні”. - 2009. - № 43. - С. 75 - 79.

8. Предко Р. Я. Особливості динамометричного вимірювання зміни пружного натягу приводного паса в автоматично регульованій пасовій передачі / Р. Я. Предко // Збірник науково-технічних праць „Науковий вісник НЛТУ України”. - 2010. - Випуск 20.1. - С. 116-119.

9. Предко Р. Я. Особливості заміни традиційної клинопасової передачі автоматично регульованою передачею / Р. Я. Предко, В. Т. Павлище // Вісник Нац. ун-ту „Львівська політехніка” „Динаміка, міцність та проектування машин і приладів”. - 2010. - № 678. - С. 94-97.

10. Пат. № 10157 Україна, МПК (2005) кл. 7 F 16 H 7/08. Шків автоматично регульованої пасової передачі / Павлище В.Т., Предко Р.Я.; заявник і патентовласник Нац. університет „Львівська політехніка” - № u 2005 01108; заяв. 07.02.05; опубл. 15.11.2005, Бюл. № 11, 2005. - 4 с.: іл.

11. Пат. № 24328 Україна, МПК (2006) кл. F 16 Н 55/36 Регульований шків клинопасової передачі. / Кіндрацький Б. І., Предко Р. Я., Павлище В. Т.; заявник і патентовласник Нац. університет „Львівська політехніка” - № u 2007 01896; заяв. 23.02.07; опубл. 25.06.2007, Бюл. № 9, 2007. - 4 с.: іл.

12. Павлище В. Т. Про доцільність застосування автоматично регульованих пасових передач / В. Т. Павлище, Р. Я. Предко // Тези доповідей 7-го міжнар. симпозіуму українських інж.-механіків у Львові, (Львів, 18-20 травня 2005 р.). - Львів: КІНПАТРІ ЛТД. - 2005. - С. 139.

13. Павлище В. Т. Параметричний синтез автоматично регульованої пасової передачі з самозатяжним кільцем / В. Т. Павлище, Р. Я. Предко // Тези доповідей 8-го міжнар. симпозіуму українських інж.-механіків у Львові, (Львів, 23 - 25 травня 2007 р.). - Львів: КІНПАТРІ ЛТД. - 2007. - С. 87.

14. Кіндрацький Б. І. Про тягову здатність автоматично регульованих пасових передач з самозатяжним кільцем / Б. І. Кіндрацький, В. Т. Павлище, Р. Я. Предко // Матеріали наукового семінару „Проблеми та перспективи розвитку підіймально-транспортних машин”. - Тернопіль: ТДТУ. - 2007. - C. 15.

15. Предко Р. Я. Оптимізація розмірів самозатяжного кільця в автоматично регульованій пасовій передачі / Р. Я. Предко // Праці 1-ї Міжнар. наук.-техн. конф. „Теорія та практика раціонального проектування, виготовлення і експлуатації машинобудівних конструкцій”, (Львів, 22-24 жовтня 2008 р.). - Львів: КІНПАТРІ ЛТД. - 2008. - С. 188 - 189.

16. Предко Р. Я. Методика розрахунку за навантажувальною здатністю автоматично регульованої клинопасової передачі / Р. Я. Предко // Праці 9-го міжнар. симпозіуму українських інж.-механіків у Львові, (Львів, 20-22 травня 2009 р.). - Львів: КІНПАТРІ ЛТД. - 2009. - С. 299 - 301.

17. Предко Р. Я. Доцільність заміни традиційних клинопасових передач автоматично регульованими передачами / Р. Я. Предко, В. Т. Павлище // Праці 2-ї Міжнар. наук.-техн. конф. „Теорія та практика раціонального проектування, виготовлення і експлуатації машинобудівних конструкцій”, (Львів, 11-13 листопада 2010 р.). - Львів: КІНПАТРІ ЛТД. - 2010. - С. 158 - 159.

АНОТАЦІЯ

Предко Р.Я. Удосконалення і параметричний синтез автоматично регульованої пасової передачі з самозатяжним кільцем. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02 - машинознавство. - Національний університет „Львівська політехніка”, Львів, 2011.

Дисертаційна робота присвячена удосконаленню та параметричному синтезу перспективних автоматично регульованих пасових передач. Такі передачі доцільно застосовувати у приводах машин, що працюють при змінному корисному навантаженні. При цьому зменшується навантаження на приводний пас, а також спрощується процес налагоджування передач під час їхнього монтажу.

У роботі викладено результати теоретичних та експериментальних досліджень вдосконаленої автоматично регульованої пасової передачі, підтверджено її конструктивну реалізацію та роботоздатність. Обґрунтовано і доведено, що у пасовій передачі пружний натяг приводного паса автоматично змінюється відповідно до його корисного навантаження, що сприяє збільшенню ресурсу його роботи.

Проведено параметричний синтез пасової передачі, на підставі якого розроблено рекомендації щодо оптимального вибору параметрів передачі. При цьому отримано аналітичні залежності для проведення аналізу впливу основних параметрів пасової передачі на її тягову і навантажувальну здатність, розроблено методику розрахунку прогнозованого ресурсу роботи приводного паса і проаналізовано явища можливого виникнення коливань самозатяжного кільця.

На основі складених розрахункових моделей та результатів експериментальних випробувань пасової передачі розроблено методику інженерних розрахунків та проектування автоматично регульованої пасової передачі з самозатяжним кільцем.

Ключові слова: пасова передача, автоматичне регулювання, пружний натяг, функціональна здатність, налагоджування, синтез.

Предко Р.Я. Усовершенствование и параметрический синтез автоматически регулируемой ременной передачи с самозатягивающимся кольцом. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.02 - машиноведение. - Национальный университет «Львовская политехника», Львов, 2011.

Диссертационная работа посвящена усовершенствованию и параметрическому синтезу автоматически регулируемых ременных передач. Такие передачи целесообразно применять в приводах машин, работающих при переменном полезном нагружении. При этом уменьшаются нагрузки на приводной ремень и опоры валов передачи, уменьшается скорость остаточной вытяжки ремня, упрощается процесс отладки передачи и регулирования натяжения ремня во время монтажа передачи.

В работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований усовершенствованной автоматически регулируемой ременной передачи, экспериментально подтверждена ее конструктивная реализация и функциональная способность. Обосновано и доведено, что в предложенной ременной передаче упругое натяжение приводного ремня автоматически изменяется адекватно его полезной нагрузке, что способствует увеличению ресурса его работы.

Проведено параметрический синтез ременной передачи, на основании которого разработаны рекомендации для оптимального выбора параметров передачи. При этом получены аналитические зависимости для проведения анализа влияния основных размерных параметров на ее тяговую и нагрузочную способность, разработано методику уточненного расчета прогнозируемого ресурса работы приводного ремня и проанализированы явления возможного возникновения колебаний самозатягивающегося кольца.

Разработанные рекомендации для проектирования автоматически регулируемой ременной передачи касаются установления рациональных соотношений размеров элементов передачи, определения нагрузочной способности передачи и оптимизационных подходов к выбору параметров, обеспечивающих повышенный ресурс роботы приводных ремней.

На основании составленных расчетных моделей и результатов экспериментальных испытаний новой ременной передачи разработаны методики инженерных расчетов и проектирования автоматически регулируемой ременной передачи с самозатягивающимся кольцом.

Ключевые слова: ременная передача, автоматическое регулирование, упругое натяжение, функциональная способность, отладка, синтез.

Predko R.Ya. Improvement and parametric synthesis of automatically adjustable belt transmission with self-tightening ring. - Manuscript.

Dissertation for obtaining scientific degree of Candidate of Technical Sciences in specialty 05.02.02 - Science of Machines. - Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2011.

The dissertation deals with improvement and parametric synthesis of promising belt transmission. It is reasonable to use such transmission in machine drives employed working in time-charging under-load operation. At this, loading on the drive belt is decreases and the process of transmission adjustment during their assembly is simplified.

The paper presents scientific results of theoretical and experimental studies of improved automatically adjustable belt transmission as well as proves its structural implementation and serviceability. It has been scientifically justified and proved that in belt transmission the drive belt elastic tension is automatically changed according to its useful load and this results in increasing its service life.

The transmission functionability has been theoretically proved being based on the belt transmission parametric synthesis carried. There have been obtained analytic dependencies for determining basic parameters of belt transmission changing with its rated load. The methodology for calculating expected service life of the drive belt has been developed and the effects of possible emergence of self-tightening ring vibrations have been analyzed.

Algorithms of engineering calculations and peculiarities of designing an automatically-adjustable belt transmission with self-tightening ring have been developed on the basis of compiled calculation models and on the results of experimental tests on the belt transmission.

Key words: belt transmission, automatic adjustment, elastic tension, functional ability, adjustment, synthesis.

Размещено на Allbest.ru