Размещено на http: //www. allbest. ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ЛИТЕРАТУРНО-ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР
• 1.1 Привод отделительных цилиндров гребнечесальной машины
• 1.2 Устройство для управления крутящим моментом и оборотами синхронного электродвигателя
• 1.3 Гибридный привод
• 2. СОЗДАНИЕ ПРОГРАММЫ В СРЕДЕ MATLAB ДЛЯ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРА ДВИЖЕНИЯ ПРИВОДА
• 2.1 Нахождение математической модели привода
• 2.3 Анализ движения привода при условии a = b
• 2.4 Анализ движения привода при условии a > b
• 2.5 Вывод о предпочтительном варианте привода
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


ВВЕДЕНИЕ

Дифференциальный привод - механизм, который позволяет делить один поток мощности на два на два дифференциально связанных или суммировать два независимых потока в один выходной.

Фактически, дифференциал представляет собой планетарную передачу, состоящую из одного простого трёхзвенного плоского или пространственного планетарного механизма без каких-либо управляющих элементов. Он получил большое распространение в транспортной сфере промышленности, что связано с возможностью создания привода с двумя выходными валами, которые вращаются с разной скоростью.

1. ЛИТЕРАТУРНО-ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР

Дифференциальный привод - достаточно сложный механизм, который требует точности при проектировке с учётом особенностей области, в которой он будет использоваться. В данном патентном обзоре будет рассмотрено несколько видов дифференциальных приводов, применяемых в разных областях промышленности.

1.1. Привод отделительных цилиндров гребнечесальной машины

Таблица 1 информация о патенте Привод отделительных цилиндров гребнечесальной машины

Изобретение относится к предпрядильному производству текстильной промышленности, к приводу отделительных цилиндров гребнечесальной машины периодического действия.

Известные аналогичные приводы содержат дифференциальную передачу с ведущей шестерней, кинематически связанной с отделительными цилиндрами, кривошипно-шатунные механизмы первой и второй передач. Такие приводы не обеспечивают регулирование закона движения отделительных цилиндров.

Отличительной особенностью предлагаемого привода является то, что ведущая шестерня дифференциальной передачи установлена на валу кривошипа первой передачи посредством регулируемой эксцентричной втулки. Это способствует возможности регулирования закона движения отделительных цилиндров.

На рисунке 1. а показан предлагаемый привод, общий вид; на 1.б структурная схема и траектория движения ведущей шестерни дифференциальной передачи; на 1.в график пути волокон в зажиме отделительных цилиндров в зависимости от положения эксцентричной втулки.

Рисунок 1 Общий вид привода, структурная схема и график движения

Привод включает дифференциальный механизм, который содержит шестерню 1 с внутренним зацеплением, посаженную на вал 2. Шестерня 1 кинематически связана с шестерней 8, смонтированной на эксцентричной части 4 вала 2, эксцентриситет которой обеспечивает правильность зацепления шестерен 1 и 8. С другой стороны шестерня 8 связана при помощи шарнирного многозвенника 5, б, 7 с ведущим шарнирным многозвенником 8, 9, 10. Отделительные цилиндры 11 приводятся в движение шестерней 12, кинематически связанной с шестерней l.

Привод отделительных цилиндров осуществляется следующим образом. При вращении главного вала 2, который вращается синхронно с гребенными барабан шками (на чертежах не показаны), шестерня 8, расположенная на эксцентричной части 4 вала 2, передает вращение шестерни 1 с внутренним зацеплением.

Кроме того, шестерня 8 получает дополнительное возвратно-вращательное движение через шарнирный многозвенник 5, 6, 7, 8, звено 8 которого, установленное на эксцентричной втулке 10, описывает шатунную кривую, которая на определенном участке приближается к дуге окружности с радиусом, равным длине звена 7. При движении звена 7 по этой шатунной кривой на заданном участке звено 6 остается в покое и тем самым обеспечивает выстой шестерни 8, что необходимо при работе отделительного механизма. При дальнейшем повороте вала 2 звено б совершает колебательное движение, которое передается шестерне 8. Для изменения закона движения отделительный цилиндров 11 достаточно повернуть эксцентричную втулку 10 на главном валу 2 на соответсвующий угол, чтобы траектория движения шестерни 3 изменилась. Для изменения величины подачи процесса в машину необходимо повернуть эксцентричную втулку 13 в звене 6, в результате чего расстояние между осями звена 6 изменится, что приведет к изменению угла поворота шестерни 8 и величины подачи.

1.2 Устройство для управления крутящим моментом и оборотами синхронного электродвигателя

Таблица 2 информация о патенте

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в различных областях техники и на транспорте. Известна возможность управления оборотами синхронного электродвигателя с помощью частотного регулирования. Однако при частотном управлении невозможно кардинально увеличить крутящий момент. Также известны различные схемы устройств синхронных электродвигателей. Наряду с многими положительными качествами синхронных электродвигателей они имеют главный недостаток, ограничивающий их применение, это невозможность в широких пределах изменять частоту вращения. Она для синхронных электродвигателей величина постоянная.

Задачей изобретения является изменения на выходном валу синхронного электродвигателя в широких пределах оборотов и крутящего момента. Поставленная цель достигается тем, что электродвигатель подключен на вход дифференциала, один выход дифференциала подключен к ведомому валу, а второй выход подключен к статору вращающегося электромашинного генератора возбуждения синхронного электродвигателя, ротор которого жестко соединен с ротором электродвигателя, частично блокирует дифференциал силой индукции и, в результате, изменяется передаточное отношение от ротора электродвигателя к выходному валу. Статор генератора возбуждения, подключенный к дифференциалу, стремится вращаться в сторону, обратную направлению вращения ротора, а сила индукции, возникающая при скольжении ротора и статора генератора возбуждения, увлекает статор за ротором. Это частично блокирует его и уменьшает передачу вращения через элементы дифференциала, уменьшая суммарное передаточное отношение, которое состоит из вращения дифференциала вокруг оси и передаточного отношения редуктора дифференциала. Взаимодействуя, эти две противоположно направленные силы уравновешивают в промежуточном состоянии суммарное передаточное отношение. При увеличении нагрузки на выходном валу, он тормозится, скольжение в генераторе возбуждения увеличивается, вращение в большей степени передаётся через элементы дифференциала, суммарное передаточное отношение увеличивается, скорость вращения выходного вала уменьшается, а крутящий момент на выходе увеличивается. При увеличении индукционной силы возникающей между ротором и статором генератора возбуждения, скольжение между ними уменьшается, вращение элементов редуктора относительно друг друга уменьшается и движение на выходной вал в большей степени передается через вращение дифференциала вокруг оси, при этом суммарное передаточное отношение уменьшается, скорость вращения выходного вала возрастает, а крутящий момент уменьшается.

Изобретение поясняется чертежом, на котором на рисунке 1, показан вариант устройства с дифференциалом по типу «механизма Давида». Вал 2 синхронного электродвигателя 1 соединен с ротором генератора возбуждения 3. Статор генератора возбуждения 4 имеет возможность вращаться вокруг вала 2 и соединен с центральным колесом 5, которое также свободно вращается на валу электродвигателя. По центральному колесу 5 обкатывается сателлит 6, установленный на водиле 7, которое соединено с валом 2. Сателлит 6 жестко соединен с сателлитом 8, который обкатывается по центральному колесу 9, соединенному с выходным валом электродвигателя 10. При вращении вала 2, водило 7 вращает колесо 9 в ту же сторону, а колесо 5 в сторону обратную. При этом центральное колесо 9 вращается с меньшей скоростью, но на него передается больший крутящий момент. Центральное колесо 5 стремится вращаться в обратную сторону. На него от дифференциала передается меньший крутящий момент. При наличии в цепи генератора возбуждения электрической нагрузки, статор 4 вращающегося электромашинного генератора возбуждения электродвигателя увлекается силой индукции за его ротором 3 и частично блокирует дифференциал, заставляя выходной вал 10, соединенный с центральным колесом 9 вращаться быстрее. При увеличении нагрузки на выходном валу 10, выходной вал тормозится, скольжение между статором и ротором генератора возбуждения увеличивается, статор генератора возбуждения может остановиться и даже начать вращение в обратную сторону. При этом на выходном валу будет реализовываться максимальный крутящий момент, превышающий крутящий момент электродвигателя кратно передаточному отношению элементов дифференциала.

Рисунок 2 Схема механизма поворота

1.3 Гибридный привод

Таблица 3 Информация о патенте Гибридный привод

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано при конструировании механизмов, в которых необходимо в широких пределах изменять передаточное отношение и крутящий момент, оптимизирующие разгон и управление движением ведомого вала при постоянных оборотах и крутящем моменте на валу двигателя. Примером такого механизма может быть трансмиссия транспортного средства и других механизмов.

Задачей изобретения является осуществление простой бесступенчатой трансмиссии для разгона и автоматического управления оборотами ведомого вала с изменением крутящего момента и передаточного отношения, при работе двигателя на оптимальном режиме в зависимости от их потребных величин. Применение такой трансмиссии приведет к упрощению процесса разгона, уменьшению потерь и экономии энергии, а также к упрощению конструкции трансмиссии.

Изобретение поясняется чертежами. На Рисунке 3 показана трансмиссия от вала привода 1 до ведомого вала 15. Вал привода 1 соединен с ротором генератора 2 и с центральным колесом первого дифференциала 4. При вращении вала привода энергия двигателя передается через сателлиты 6, соединенные между собой, установленные и свободно вращающиеся на водиле 5, на центральное колесо 7. Статор генератора 3 соединен с водилом 5 и может вращаться с ним вокруг оси. При наличии нагрузки на ведомом валу водило 5 будет стремиться к вращению в сторону, обратную вращению ведущего вала 1, но включенная в цепь генератора электрическая нагрузка создает силу, увлекающую статор генератора 3 и соединенное с ним водило 5 за ротором генератора 2, частично блокируя дифференциальное устройство, увеличивая его скорость вращения вокруг оси, уменьшая его передаточное отношение и увеличивая скорость вращения ведомого вала. Изменяя электрическую нагрузку в цепи генератора, можно управлять передаточным отношением и крутящим моментом на ведомом валу этого механизма.

Рисунок 3 Схема привода

Управляемая муфта 8 при необходимости может соединить водило 5 с корпусом трансмиссии и остановить статор генератора, что дает возможность всю энергию двигателя транспортного средства использовать для получения электричества, использовать генератор как электродвигатель для пуска двигателя транспортного средства либо осуществлять движение в режиме «пониженной передачи». Далее вращение с центрального колеса 7 передается на центральное колесо 9 второго дифференциального механизма и диск 10 фрикционной муфты. Ответный диск фрикционной муфты 11 соединен с водилом второго дифференциального механизма 12 и, при наличии сил трения во фрикционной муфте, при ее проскальзывании, частично блокирует второе дифференциальное устройство, уменьшая качение сателлитов 13, соединенных между собой и свободно вращающихся на водиле 12, по центральным колесам 9 и 14, увеличивая скорость вращения всего дифференциального механизма вокруг оси, уменьшая его передаточное отношение и увеличивая скорость вращения ведомого вала 15. При полном блокировании фрикционной муфтой второго дифференциального устройства его передаточное отношение равно единице.

2. СОЗДАНИЕ ПРОГРАММЫ В СРЕДЕ MATLAB ДЛЯ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРА ДВИЖЕНИЯ ПРИВОДА

Таблица 4 Исходные данные

Для расчёта анализа характера движения выходного вала исходного механизма будем использовать пакет программ MATLAB.

2.1 Нахождение математической модели привода

Для создания программы необходимо исходя из кинематической схемы (Рисунок 4) записать математическую модель привода:

Рисунок 4 Кинематическая схема привода

Колесо 1 c зубьями Z1 вращается с постоянной угловой скоростью {w1} . Сателлит 2 связан с колесом 1 и с ведомым колесом 3, от которого передается движение отделительным цилиндрам. Водило H совершает периодические колебательное движение с частотой p, c-1. Законы движения определяются равенствами:

(1)

(2)

(3)

(4)

Тогда математическая модель движения ведомого колеса будет иметь вид:

(5)

(6)

(7)

Для анализа в программе ведём замены:

(8)

(9)

Подставив (8) и (9) в математическую модель получим уравнения:

(10)

(11)

(12)

Используя уравнения (10),(11), (12) напишем программу исходя из трех вариантов соотношений 1.a<b 2.a=b 3.a>b считая, что разница между величинами равно ровно в 3 раза.

2.2 Анализ движения привода при условии a < b

привод гребнечесальный matlab дифференциал

Для анализа движения программа будет иметь вид:

z1 = 60; z2 = 20; z3 = 20;

t = 0; %сек

w = 5; %рад/с

p = 30; %рад/с

L = zeros(200,1);

F = zeros(200,1);

Om = zeros(200,1);

Ep = zeros(200,1);

b = -w*z1/z3;

a1 =b/3;

Amp = a1 /(p*(1+z1/z3));

for k = 1:200

t = t+0.01;

F(k) = b*t+Amp*(1-cos(p*t))*(1+z1/z3);

Om(k) = b+a1*sin(p*t);

Ep(k) = a1*cos(p*t);

t = t+0.01;

end

Ti = (0:0.01:1.99);

figure (1)

subplot(311);

plot(Ti,F); title('График перемещения'); grid on

subplot(312);

plot(Ti,Om); title('График скорости'); grid on; hold on

plot(Ti,L,'k', 'Linewidth',1.5)

subplot(313)

plot (Ti,Ep); title('График ускорения'); grid on

Получим графики перемещения, скоростей и ускорения привода при заданном условии.

Из графиков видно (рисунок 5), что закон перемещения близок к прямолинейному, а скорость меняется в небольших пределах выше нуля, что говорит о небольших колебаниях привода.

Рисунок 5 Графики при условии a < b

2.3 Анализ движения привода при условии a = b

Для анализа с другим условием потребуется заменить одну строчку в программе: a1 = b(рисунок 6).

Рисунок 6 Графики при условии a=b

На этих графиках видно, что скорость каждый период принимает значение, равное 0, что говорит об остановках выходного вала, что может как положительно сказаться на работе привода, так и отрицательно, в зависимости от необходимых законов движения привода.

2.4 Анализ движения привода при условии a > b

При данных условия перемещение имеет ярко выраженный колебательный характер, а скорость принимает отрицательно значение, что говорит о том, что происходит реверс движения выходного вала(рисунок 7).

Рисунок 7 Графики при условии a>b

2.5 Вывод о предпочтительном варианте привода

Проанализировав все три варианта мы увидели, что задавая разную амплитуду колебаний водила, можно задать необходимый нам закон движения выходного вала. Для более точного задания закона ещё можно изменять частоту колебания водила p, что дает нам более большой диапозон настройки привода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе были рассмотрены несколько патентов на изобретения относящихся к машиностроению, которые содержат дифференциальные приводы разного назначения. Для каждого из патентов указаны их отличия от аналогичных механизмов, выявлены их плюсы и минусы использования.

В качестве практической части была написана программа в среде MATLAB для расчёта и анализа движения выходного вала дифференциального привода машины "Текстима", а так же сделан вывод о законах движения по полученным графикам.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Чернилевский, Д.В. Детали машин и основы конструирования /Д.В. Чернилевский. - М.: Машиностроение, 2012. - 672 с.

2. Матюшев, И.И. Справочник конструктора: Справочно-методическое пособие / И.И. Матюшева. - СПб.: Политехника, 2006. -1027 с.

3. Челомей, В.Н. Вибрации в технике: справочник в 6-ти томах / В.Н. Челомей, К.В. Фролова. - М.: Машиностроение, 1981. - 456 с.

4. Патентный поиск, Новые патенты РФ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.freepatent.ru

5. Патенты России [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru-patent.info/

Размещено на Allbest.ru