Использование планов угловых скоростей для синтеза непрерывно-ступенчатых гидрообъемно-механических передач

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В трансмиссиях гусеничных и колесных машин все большее применение находят бесступенчатые передачи. Одним из наиболее перспективных видов передач с возможностью бесступенчатого изменения передаточного числа относятся двух- и трехпоточные непрерывно-ступенчатые передачи включающие в свой состав несколько планетарных механизмов (ПМ), согласующие передачи и бесступенчатый трансформатор крутящего момента.

На сегодняшний день существует несколько методов синтеза непрерывно-ступенчатых передач [1, 2], однако ни один из них не дает возможность рассмотреть всех возможных вариантов схем, что затрудняет выбор подходящего механизма.

Автором предложена методика синтеза непрерывно-ступенчатых гидрообъемно-механических передач (НСГОМП), основанная на использовании планов угловых скоростей (ПУС) для синтеза схемы дифференциального (планетарного) механизма и определения необходимых передаточных чисел согласующих редукторов.

НСГОМП с изменяемыми параметрами согласующих передач имеют базовый механизм с четырьмя или более основными звеньями (в зависимости от количества передач), которые соединяются с внешними звеньями: входным звеномд, выходным -х и валом гидромотора -Г. Свободные звенья базового механизма в определенной последовательности подключаются к внешним валам, что при правильном выборе схемы и передаточных чисел согласующих передач позволяет многократно повторять заданный режим работы.

Рассмотрим построение ПУС двухступенчатой ГОМП с двумя входными валамид1 и д2. На любом ПУС однозначно задана только прямая угловой скорости вала х - она проходит через начало координат и точку с координатами (1; 1). Для построения ПУС необходимо выбрать масштаб. Пусть точка переключения передачищх1=1 при щГmax=2,0, тогда максимальная относительная скорость выходного вала щх2=2,0; нулевые режимы щх02(1)=0,5; щх02(2)=1,5.

Рассмотрим ПУС на рис. 1 а - из него видно, что прямая звена х пересекается с прямыми звена Г в двух точках А и Б. При использовании двух входных звеньев д1 и д2 существует только один вариант их расположения на ПУС, представленный на рис. 1 а - звено д1 проходит через точку А, а звено д2 - через точку Б. При работе на первом диапазоне входной вал подключен к звену д1 (рабочий отрезок звена прямой д1 выделен основной линией, остальная часть прямой показана тонкой линией), что, при изменении скорости звена Г от -2 до +2 обеспечивает плавное увеличение скорости выходного вала х от 0 до +1, после достижения валом х угловой скорости +1, происходит переключение входного вала на звено д2 и при изменении скорости звена Г от +2 до -2 скорость вала х увеличивается от +1 до +2, достигая своего максимального значения при щГ = - 2. Из ПУС на рис. 1 а видно, что подключение входного звена д к звеньям д1 и д2 должно происходить через согласующие передачи с разными передаточными числами, так как звенья д1 и д2имеют отличные друг от друга угловые скорости.

Так как звенья д1, д2, Г и х входят в состав планетарного механизма (состоящего из двух элементарных планетарных механизмов - ЭПМ) с двумя степенями свободы и ни одно из них не остановлено постоянно, то этот ПМ обладает свойством блокировки, когда все его звенья приобретают равную угловую скорость. На ПУС этот режим будет отображаться точкой, в которой пересекаются все четыре звена, причем на ПУС уже имеются две точки, в которых пересекаются по три звена, следовательно, в каждой из этих точек и будут пересекаться все четыре звена. Для точки А нам необходимо достроить прямую звена д2, так как прямые остальных звеньев заданы исходя из обеспечения кинематики механизма; для точки Б нам необходимо достроить прямую звена д1. Скорости звеньев Г и х в момент переключения передачи синхронизированы, поэтомубудут синхронизированы и скорости остальных звеньев - д1 и д2, то есть в конце первого диапазона регулирования и в начале второго диапазон скорость звена д1 одинакова и равна скорости звена д1 на первом диапазоне. Таким образом, нам известно две точки, через которые будет проходить прямая звена д1 на втором диапазоне регулирования: одна из них является точкой Б, вторая - точка на прямой д1 в первом диапазоне, соответствующая моменту переключения передачи. Прямая угловой скорости звена д1 на второй передаче, проходящая через эти две точки показана на рис. 1 б и обозначена д1 (2). Таким же образом строится прямая д2 (1).

В результате построения получен план угловых скоростей ПМ (см. рис. 1 б), включающего в свой состав четыре основных звена. На этом ПУС наглядно видно как изменяются скорости всех звеньев в зависимости от режима работы НСГОМП.

Рис. 1 - Построение ПУС для НСГОМП с двумя входными валами

Для построения определенной схемы НСГОМП нам необходимо знать значения ВПЧ состав двух ЭПМ, входящих в нее. Любые три луча на ПУС образуют ЭПМ с тремя основными звеньями, поэтому возможное число сочетаний из четырех имеющихся звеньев можно определить по формуле (1):

(1)

Из каждой тройки лучей можно получить 10 видов ЭПМ [3].

Благодаря своим массогабаритным показателям, достаточно высокому КПД и относительной простоте производства в машиностроении нашли наиболее широкое применение ЭПМ с одновенцовыми сателлитами, солнцем и эпициклом, поэтому ограничимся рассмотрением только этих механизмов.

ЭПМ с одновенцовыми сателлитами, солнцем и эпициклом имеют отрицательное ВПЧ, рациональные значения которого лежат в пределах; это позволит отбраковать механизмы, заведомо непригодные для использования. Также можно произвести отбраковку по максимальным относительным угловым скоростям сателлитов. Обычно принимают, что максимальные относительные скорости сателлитов не должны превышать |щст|<2,5щд, однако, в рассматриваемом случае задано два различных щд, поэтому оценивать угловую скорость сателлитов будем относительно щхmax (|щст|?2,5щхmax).

Обычно скорости сателлитов рассчитываются при известных числах зубьев центральных зубчатых колес и сателлитов, однако для ЭПМ с одновенцовым сателлитом возможно производить расчет, пользуясь кинематической характеристикой ЭПМ, по формуле (2) [3]:

планетарный бесступенчатый подшипниковый

, (2)

где k - кинематическая характеристика ЭПМ (k=|iсэ|), щс - угловая скорость солнечного колеса, щв - угловая скорость водила.

Угловые скорости солнечного колеса щси водила щ влегко найти из ПУС, зная структуру ЭПМ.

Для сравнения ЭПМ, полученных из ПУС, составим таблицу 1.

Таблица 1. Параметры элементарных планетарных механизмов

Из таблицы 1 видно, что для построения схемы подходят три ЭПМ: №1, №2, №4. Механизм №3 отбракован, т.к. его сателлиты имеют слишком большую относительную угловую скорость.

Для построения схемы из трех ЭПМ необходимо использовать только два, поэтому количество вариантов схем , т.е. возможно построение трех схем:

1) Г х д1; Г д2 х (рис. 2 а);

2) Г х д1;д1 х д2 (рис. 2 б);

3)Г д2 х;д1 х д2(рис. 2 в).

Рис. 2 - Возможные варианты схем

Необходимо отметить, что отбраковка механизма №3 с высокой относительной угловой скоростью сателлитов может значительно повысить долговечность подшипниковых опор сателлитов, так как «подшипниковая опора сателлита на водиле является, как правило, узлом с самой высокой скоростной и достаточно большой радиальной силовой нагрузкой в подавляющем большинстве известных ПКП. Кроме того, обычно достаточно сложно обеспечить надежную принудительную смазку указанного узла». [3, стр. 22]

Так, в схеме на рис. 3, которая защищена патентом [4], наряду с механизмом Г х д1 используется механизм Г д2 д1, который имеет высокие относительные угловые скорости сателлитов. Следовательно, при прочих равных условиях долговечность подшипниковой опоры сателлита ЭПМ Г д2 д1 в схеме на рис. 3 будет значительно ниже, чем в любой из синтезированных нами схем, приведенных на рис.2. Возможно, выбор схемы в патенте [4] обусловлен более простой конструкцией, однако вышеприведенный анализ показывает, что эта схема не является наилучшей.

Рис. 3 - Кинематическая схема НСГОМП по патенту JP60227045A1

Очевидно, что любая из рассмотренных схем полностью обеспечивает кинематическое задание и полную синхронизацию скоростей всех звеньев в момент переключения передач. Однако силовая и мощностная нагруженность звеньев ЭПМ может отличаться в зависимости от выбранной схемы, например, может присутствовать циркуляция мощности в механической части, поэтому был проведен полный анализ каждой схемы полученных схем.

Очевидно, что схема Г х д1; Г д2 хне имеет контуров циркуляции мощности в базовом механизме, так как в ней на каждой передаче работает только один ЭПМ. Схема Г х д1;д1 х д2 имеет контур циркуляции мощности на второй передаче, причем величина циркулирующей мощности может составлять до 125% от максимальной передаваемой мощности. Схема Г д2 х;д1 х д2имеет контур циркуляции мощности на первой передаче, причем величина циркулирующей мощности может составлять до 75% от максимальной передаваемой мощности. В схеме на рис. 3 также наблюдается циркуляция мощности на второй передаче, при щГ<0, а величина циркулирующей мощности не превышает 25% от максимальной передаваемой мощности.

Из четырех рассмотренных схем только в схеме Г х д1; Г д2 х(рис. 2 а)нет циркулирующей мощности и обеспечиваются приемлемые угловые скорости сателлитов и остальных звеньев. Также эта схема конструктивно достаточно простая. Следовательно, среди рассмотренных вариантов именно эта схема более всего подходит для использования в НСГОМП.

Необходимо отметить, что в этом примере мы рассмотрели только один вариант подключения звеньев (подключение двух входных звеньев) и одно значение щГmax=2,0, в то время как для выбора оптимальной схемы необходимо проанализировать все возможные варианты.

Выводы:

1. Методика синтеза НСГОМП с помощью ПУС дает возможность рассмотреть все возможные варианты передач и выбрать наилучший из них.

2. Синтезирована схема двухступенчатой НСГОМП отличающаяся небольшими угловыми скоростями основных звеньев и сателлитов, приемлемыми передаточными числами согласующих передач, отсутствием циркулирующей мощности, простотой при компоновке и изготовлении.

Литература

1. Планетарные передачи: справочник / под ред. В.Н. Кудрявцева, Ю.Н. Кирдяшева. - Л.: Машиностроение (Ленинградское отделение), 1977. - 536 с.

2. Объемные гидромеханические передачи: расчет и конструирование / О.М. Бабаев, Л.Н. Игнатов, Е.С. Кисточкин и др. - Л.: Машиностроение (Ленинградское отделение), 1987. - 256 с.

3. Филичкин, Н.В. Анализ планетарных коробок передач транспортных и тяговых машин: Учебное пособие / Н.В. Филичкин. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2005. - 175 с.

4. ПатентJP60227045A1Япония, МПК7F16H3/72. Speed change steering device / Nomura Kouichirou [Япония]; Yamamoto Shiyunei [Япония]. Опубл. 12.11.85.

Размещено на Allbest.ru