автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Динамика и основы расчета храповых механизмов свободного хода с самоустанавливающимися рабочими телами

Министерство науки , ьксшей школы и технической политики Российской Федерации /комитет по высшей школе Владимирский политехнический институт

IIa праьах рукописи УЖ 621. 83Ü. '¿16

1№А 110.1! Андрей Алексеевич

ДОНАМ^А • И ОСНОВЫ ГАСЧКТА ХРАПОВЫХ МЕХАНИЗМОВ СШГОДНС'Ги ХиД/1 С ОА!^оУОТАНА1У1ИВЛЮЩИМИОЯ РАБОЧИМИ ТЕЛА!®

Специальность ОЬ. 01.'. 02 - машиноведении и детали машин

А -13 Т О Р !•; Ф £ Р ' А Т диссертации на соискание ученой степени .кандидата технических паук

Владимир 19952'

Работа выполнена ло Владимирском политехническом институте.

Научный руководитель - доктор технических паук,

профессор Л. И. Леонов.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор П.К. Куликов, кандидат технических наук, доцент С.11 Ноеатов.

Ведущее предприятие: Ковровский завод им. В. А. Дегтярёва.

Защита диссертации состоится 24 июня 1992г. в 11 часов на заседании специализированного совета Д 063. 65. 01 Владимирского политехнического института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского политехнического института. .

Автореферат разослан 23 мая 1992г.

Отзывы на автореферат диссертации (в.двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 600026, г. Владимир, ул. Горького, 87, Владимирский политехнический институт, учёному секретарю специализированного совета.

Учёный секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент / — В- В- Морозов

Я

к, •

</Т~г

СТ1ГШ.Г

! . ЕИК8

•дел

ыжли хл 1 ■■Л1-Л-к 1-гют и¡гл гл1ХУт Актуальность темы. Муфта обгона, пли механизм свободного хода

- 1г относится к самоуправляемым муфтам и является узлом обще машиностроительного применения. МСХ широко используются в приводах различных машин,' технологическом оборудовании, грузоподъёмных устройствах и т.д. Особое моего среди этого класса механизмов занимают муфты оогона приводов стартёров и инерционно-импульсных механических систем, для которых характерны значительные передаваемые крутящие моменты, большая частота включения и динамичность нагру-женил.

Тенденция повышения мощностей машин, ужесточения требований к их надёжности и долговечности, при снижении метан шэемкости конструкции, а также недостатки существующих МСХ обусловливают широкие исследования,направленные на совершенствование известных и создание новых конструкций МСХ Актуальность теми подтверждается включением указанного направления исследований в течение ряда лет в 'координационный пла[Г НИР Академии наук- по проблеме "Теория машин и систем машин" (шифр 1.11.1).

Известно большое разнообразие схем и конструкций МОХ, которые целесообразно классифицировать но принципу действия на механические, гидравлические и электрические. Наибольшее распространение получили механические МСХ, которые, в свою очередь, подразделяются на фрикционные, нефрикциоппые (храповые) и комбинированные.

Недостатки фрикционных МСХ, а также увеличение мощностей машин обусловили с начала 60-х годов повышенный интерес к храповым МСХ, обладающим рядом 'преимупмств: высокая нагрузочная способность, простота и технологичность конструкции, более низкие требования к точности игц'отсрл'Чнйс. меньшая чувствительность к износу. Однако данным МСХ присущи и Определенные недостатка, основным из которых является передача крутящего момента с помощью толI»ко одной собачки. Это снижает нагрузочную способность храпового механизма.

Устранить данный недостаток позволяют предложенные автором конструкции храповых механизмов с самоустанавливающимися рабочими телами, обеслечииамцие передачу крутящего момента одновременно* несколькими жесткими собачками.

Работа выполнена на кафедре теоретической механики Владимирского, политехнического института. •

Цель работы. Создание и исследование храповых механизмов с са-• моустш1авл,лг1"1Г'Щимися рабочими телами. Разработка методики расчёта Основные задачи.

1. Разработка конструкций храповых механизмов с самоустанав-ливакмцимнея рабочими телами.

2. Исследование кинематических зависимостей данных механизмов.

3. Исследование распределения нагрузки на собачки механизмам процессе статического (с малыми скоростями и ускорениями) и динамического включения и при передаче крутящего момента.

4. Создание методики расчета храповых механизмов с самоуста■ накликающимися рабочими телами.

5. Экспериментальные проверила достоверности разработанной тео рии и подтверждение более высоких нагрузочной способности и долго вечности разработанных МСХ но сравнению с используемыми храповыми механизмами. Внедрение разработанных конструкций в производство.

Методы исследования. Структурный анализ схем исследуемых МСХ, построенные математические модели основаны на методах теории механизмов и машин и теоретической механики. При построении дина мической модели используются методы автоматизированного составления дифференциальных уравнений с помощью ЭВМ, основанные на уравнениях Лагранжа 11 рода с неопределёнными множителями. Расчёт процесса включения исследуемых механизмов, с помощью построенных моделей, производится с использованием численных методов интегрирования систем дифференциальных уравнения, решения систем линейных • алгебраических и трансцендентных уравнений. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанном стенде сисмоль-ооваьисм тензомотрирования. Обработка результатов эксперимента производится с помощью статистических методов.

Научна? новизна. Предложен ряд защищенных авторасими свидетельствами. конструкций храповых механизмов с самоустанавливающимися рабочими телами.

Разработаны математические модели статического процесса включения исследуемых МСХ, позволяющие найти кинематические зависимости (смещение, звеньев в процессе включения, относительный поворот :;раповика до заклинивания механизма и т.д.), построить моментнут^ характеристику - зависимость передаваемого крутящего момента от относительного угла поворота храповика, найти величину нагрузок, действующих на собачки механизма в процессе включения и при передаче крутящего момента. Статические модели -реализованы в виде программ на ЭВМ.

Разработана и реализована в виде программы на ЭВМ динамическая модель процесса включения исследуемых МСХ, позволяющая опр№ лить величину динамических нагрузок на звенья, их cav.noимость от параметров ШХ и процесса включения.

Разработана методика расчёта конструктишп!?. иародетрог- крало-вого механизма с еамоуетанавлиьавднмиея рабочими темами.

— Пиакг;iчес кая цо н пост ь. Основные принципы, заложенные в конструкциях разработанных ШХ. можно использовать при создании новых схем храповых механизмов с самоустанавливающимися рабочими "телами. Составленные программы расчёта статического и динамического процессов включения исследуемых механизмов позволяют на стадии проектирования получить все необходим!,:с данные для расчета конструктивных параметров, геометрии храпового зацепления, прочностного расчёта.

Реализация результатов. Разработанные конструкции, программы и методики расчёта внедрены на Ковровском заводе им. В. А. Дегтярёва. Спроектированная на основе созданной теории и изготовленная партия храповых механизмов с самоуетанавливающимися рабочими телами внедрена в технологических стендах обютгки мотоциклов. Получен реальной годовой акономичсский эффект в размере 12 800 рублей.

11а основе созданной теории разработан и изготовлен опытный образец храпового механизма с самоустанавливающимися рабочими телами для инерционно-импульсной автоматической бесступенчатой трансмиссии. Испытании механизма показали удовлетворительные результаты.

/•прораипп работы. Основные результаты диссертационной работы дслсладывались: на ежегодных итоговых научно-технических конференциях Епадимир^кпго политехнического института в 1984 - 1992 гг.;

на седьмой Всесоюзной научно-технической конференции по управляемым и автоматическим механическим приводам и передачам гибкой связью в 1906 г. (г.Одесса);

н

на Всесоюзной научно- технической конференции Актуальные проблемы машиностроения на современном этапе" в 1991 г. (г.Владимир);

диссертация одобрена на совместном научном семинаре кафедр теоретической механики, приборов точной механики, метрологии Владимирского политехнического института в 1У92.Г.

ПуЦлшалЦгш. Основные положения диссертации-опубликованы в 5 печатных работах, получено Ь авторских-свидетельств и 2 положительных решения по заявкам гга изобретения. •

ОО'ьем работы. Диссертационная работа состоит'из введения, пяти глав, выводов и приложений. Список использованной литературы содержит 101 наименование. Общий обьем 210 с. , 35 рис.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

lio введении обоснована актуальность темы, • сформулирована цель заботы, дана краткая аннотация всех глав диссертации.

В первой главе проводится ' обзор работ по исследуемой теме, шалиэ областей применения «'V „г.™,,,,* —

требований, i-a- ..^а^рмшкг/ея и аналиЛ:г»у»л-оя ччшы.и конструкции МОХ. РассматрыПагесл слеш и приици-.* действия известных храпских механизмов с самоустанавливающимися рабочими телами. На ос:ноье их сравнительного анализа определяются наиболее перспективные схемы.

Анализ и конструкторская проработка различных схем храповых механизмов с сак.оустаканлнвакадшися рабочими телами позволили сделать ешюд, что на данном этапе предпочтение следует отдать храповым механизмам,обеспечивающим одновременное пклфг пне трех еооачек (рис. 1). Во всех механизмах оси 1 собачек Z, контактирующих с храповым колесом 3, установлены в обойме 4 с возможностью перемещения.- В механизме на'рис. 1,а оси 1 собачек 2 вставлены в павы обоймы -1 и в кольцевые пазы жесткого (недеформируемого) плавающего опорного кольца Ь. В механизме на рис. 1,6 плавающее опорное кольни й связано с обоймой 4 посредством крестовой муфты, а собачки шарнирно закреплены .непосредственно в опорном ¡сольце: Плавающее опорное кольцо 1.1СХ, изображённого на рис. 1,в, связано с ойоймой посредством установленной в нем средней часчью оси 6, концы кото- -рой размещены в радиальных пазах обоймы 4.

При повороте храповика 3 против часовой стрелки одна из соба чек 2 первой входит в зацепление с его зубом. Иод действием усилия со стороны храповика оси 1 данной сооачки начинает перемешаться, вызывая перемещение опорного кольца Ь, что приводит к включению еще двух собачек. Упругие элементы 7 возвращдют опорное кольцо 5 в исходное, концентричное обойме, положение во время свободного хода. Пружины 8 поджимают собачки к зубьям храповика.

Конструкции рассмотренных ШХ относительно прости и технологичны. В~тсГаё время они позволяют более чем в два раза снизить нагрузку на собачки по сравнению с классической схемой храпового механизма. Поэтому дальнейшие исследования посвящены cxei aft храповых механизмов с самоустапавливающимиея рабочими телами, обеспечивающим одновременное включение трех собачек.

Во второй главе рассматривается процесс статического включения (с малыми скоростями и ускорениями) храповых механизмов с са-моуетана!ливающимпся рабочими телами. Приводятся разработанные фи-зп^ссгаю и математические модели исследуемых механизмов. Производится сравнительный анализ различных схем МОХ с помощью статической ¡.одели.- Конкретизирует".;« объект исследования..

Данные механизмы имеют несколько степеней свободы. Задав движение храповика и обоймы.мы не можем однозначно определить закон дни*олил остальных звеньев МОХ, что затрудняет исследование KiHicM-vniKii рассматриваемых механизмов. Ъ связи с этим предлагается

следующий подход. Согласно принципу Дапамбера система сил,состоящая из всех действующих активных сил, реакций связи и сил инерции,яшш ется уравновешенной. При статическом включении силами инерции можно пренебречь. То ость можно считать, что авснья МОХ и любой момент времени находятся в положении 'статического равновесии. ' Таким образом, статическая модель процесса включения основана на рассмот рении равновесия звеньев МСХ для ряда поворотов храповика относительно обойми. Данная модель позволяет определить перемещения звеньев МОХ в процессе включения, углы поворота храповика,при которых происходит включение первой, второй и третьей собачек, распределение нагрузки на собачки, моментную характеристику механизм-' и г. д.

В начале процесса включения собачки произвольным образом расположатся по полкам зубьев храповика. Затем 'они будут » общем случае поочередно входить в зацепление. При включении каждой собачки на движение звеньев механизма будет на!сладьшаться дополнительная связь. Число степеней свободы при этом уменьшается на единицу и, после включения треп,ей собачки, становится' равным нулм (обойма в статической модели условно считается неподвижной). Условия равновесия звеньев МОХ начисят от числа включенных собачек, поэтому процесс заклинивания следует рассматривать по участкам: нулевой участок - пи одна из собачек не вошла в зацепление; первый участок - в зацепление вошла одна собачка; второй участок - в зацепление вошли две собачки; третий участок - в зацепление вошли три собачки (МОХ находится во включенном состоянии).

Математическая модель статического включения представляет собой алгоритм,позволяющий выбрать углы поворота храповика для рассмотрения равновесия звеньев, определить границы участков и, используя соответствующие условия равновесия, найти другие параметры процесса включения. „

Процесс включения будет зависеть от того,какая из иобачек первой вошла в зацепление. Поэтому необходимо иметь возможность промоделировать процесс при котором, например,к -я собачка первой входит в зацепление с зубом храповика. Это достигается соответствующим заданием начальных условий. Для определения угла поворота храповика,при котором в зацепление входит вторая собачка,необходимо решить трансцендентное уравнение

.где - зазор мелду концом /-й собачки и созтю-ч'ствумииа йугюм храповика; А- угол поворота храповика; ¿- помор ееОачкп, пермлЧ

вошедшей в ¡зацепление. Решение данного уравнения производится численным методом. Перемещения звеньев ..л и зазоры <$£. в зашей-и -мости от угла . р определяются из условия наложенной связи (включена к-я собачка) и минимума потенциальной энергии, которая определяется ¡сак энергия деформации центрирующего упругого элемента (поз. 7 рис. 1).

Решая трансцендентное уравнение

паи =0 (¿Ф1 , ' '

V К

где £ - номер собачки,второй пошедшей в зацепление, определяем угол поворота храповикалпри котором в зацепление входит третья собачка. Перемещения звеньев и зазоры 61 на втором участке процесса включения определяются из решения системы двух трансцендентных уравнений связей,соответствующих включению ¿—й и Д-й собачек.

Математические модели процесса статического включения исследуемых механизмов реализованы в виде программ па языке фортран. Построенные по результатам расчётов графики (для МСХ о крестовой муфтой) приведены на рис.2 и рис.3. Аналогичные графики 'построены и для двух других механизмов.

Анализ процесса шелычеиия данных МСХ позволил сделать следующие выводы:

1. Схема МСХ с передающей осью (рис. 1,в) не обеспечивает равномерного распределения нагрузки между собачками. Расчеты показывают, что при передаваемом моменте 400 II»м усилиег воспринимаемое самой нагруженной собачкой^ примерно в 7 раз больше, чем усилие, воспринимаемое сомой ненагруленнэй, и примерно в 2 раза больше, чем средней . При некоторых значениях геометрических параметров механизма одна из собачек может Еообще не входить в зацепление. Поэтому, несмотря на • ■ самую простую и технологичную конструкцию, использование данного МСХ не целесообразно.

2. Схема МСХ с осями собачек^расположенными в пазах обоймы (рис. 1,а), напротив,имеет сложную конструкцию, хотя и обеспечивает равномерное распределение нагрузки между собачками. К недостаткам данной схемы относится также" использование высших кинематических пар (ось собачки паз обоймы, ось собачки - паз опорного кольца) для передачи крутящего момента, что снижает нагрузочную способность "механиэ.ла.

3. Конструкция МСХ с крестовой муфтой (рис.1,6) относительно проста О то же время обеспечивает достаточно равномерное распределение передаваемого крутящего момента одновременно на три собачки (при исродмосчсм ком^ито 400 В-м усилия, лс-рщчммчасод? собач-

I

сг I

. . и . 2,2 гм & з? 4?

Рис.2.'Графики зависимостей передаваемого крутящего момента {/у ), усили^воспринимаемых первой~Т_30, второй (Т2) и третей (£) собачками, смещения опорного кольца (А) от угла относительного поворота храповика аде МСХ с крестовой муфтой.-.

Я, г ,2 И 6 8 10 М,.Ч-н

лтс.с!. I рафики зависимостей усилий,воспринимаемых-первой (■£), второй (£) и тпетьей(£> собачкауи, сиещенкя опорного кольца (_/£), угла относительного поворота храповика <ф) с? перэдалаемего.крутящего мог«1Н¥а адя ?£Х с крестовой муфтой..

ю ..

ками^различа:-"гс;: менее чем на Ь/Л.

4. Наиболее перспективней из рассмотренных является схема храпового МСХ с крестовой муфтой, которая выбирается для дальнейших исследований.

В третьей главе рассматривается динамика храпового МСХ с крестовой муфтой. Приводится физическая модель. Описывается мето-дшеа автоматизированного составления дифференциальных уравнений с помощью ЭВМ. 11а основе данной методики строится математическая модель процесса динамического включения исследуемого МОХ. . '

Как было покачано п статической модели,число степеней свободы исследуемого МСХ в процессе включения переменно. Поэтому процесс включения необходимо рассматривать по участкам. Составление дифференциальных уравнений движения звеньев храпопых механизмов с самоустанавливающимися рабочими телами затруднено тем, что кинетическая энергия выражается через обобщбнные координаты посредством сложных тригонометрических зависимостей. Также, следует учесть, что если на пулевом участке число степеней свободы равно четырем (в' модели принято, что собачки н процессе включении находятся ь постоянном контакте с храповиком; в качестве обобщенных координат выбраны: ^/6 - угол поворота храповика; оС- угол поворота обоймы; Х,у~ смещение опорного кольца), то на последующих участках, но мере включения собачек, число степеней свободы уменьшается, и кинетическую анергию необходимо выражать уж° через меньшее число обобщенных координат. Тригонометрические зависимости при этом ещё более усложняются, что делает практически невозможным составление дифференциальных уравнений. 15 (Ч;;!:и! с отчм я работе составление дифференциальных уравнении нг.оичелп.тея помоан ю

Рассмотрим алгоритм автоматизированного составления дифференциальных уравнений диад-пи.! звеньев МОУ.,

Лучевой участок. Число степеней свободы равно четырем. В ка чссте обобщенных выбираем координаты уЗ, , Воспользуемся

уравнениями Лагранжа 1.1 рода. Записывая кинетическую анергию в виде квадратичной формы оОоЗшошшх скоростей

столбец обобщённых сюросуей, и бери необходимые производные,в общем виде получим систему ли^^генцишЬшос уравнений

(3)

4 4, Щ -в,

(4)

7 ' - и

, где и - столбец обобщенных сил.

Перенеся все члены,не содержащее ускорений^в правую часть,записям дифференциальные уравнения движения звеньев МОХ на нулевом участке процесса включения в виде

(5)

Вводя новые неременные 2-0,(У-^, приведем систему (5) к нормальному виду ("

РР

Я ^ ' [Л л °>

. где Ё - единичная матрица. Таким образом,для составления дифференциальных уравнений на нулевом участке необходимо сформировать матрицу инерции /\ .матрицы частных производных от неё по обобщённым координатам {и столбец обобщенных сил 0 . Последующее составление дифференциала пых уравнений (вычисление правых частей системы (5) ) производится с помощью стандартных матричных преобразований на БВМ, после чего они рашаются численным методом Кутта-Мерсона. Б процессе счета на каадом шаге проверяется условие

(теплые (м'Лс), р ? . ■

, где с - малая величина- гс число собачек. Выполнение этого условия для 1сакого-то означает, что ¿-я ссбач-ка вошла в зацеплйше с зубом храповика, и начался первый .участон процесса включения.

Первый участок. Отличие первого участка от нулевого состоит в том, что на движение звеньев МСХ накладывается дополнитольнац связь. Число степеней свободы механизма равно трем. Однако в качестве обобщённых выбираются координаты ^ , одна из которых будет избыточной. Беря за основу систему дифференциальных уравнений нулевого участка (5) и воспользовавшись уравнениями Лагранжа II ;ч>да С неопределёнными множителями, получим дифференциальные уравнения двикения звеньев МСХ на первом участке в воде

АГ&+&1, . (в)

. где С,А • }Т.'Я< - кчомтель Лаггак-

r -12 -

ffiù.tl,^.^)- *: - уравнение связи,ооэтвотетвуюцво включению 4-Я собачки. Ojx-jïi'ai «метить, что алименты матрицы А и вектора Е> были определена: еду на нулевом участке. Систему уравнений (8) необходимо рассматривать совместно с уравнением связи ^ в результате чего она преобразуется к виду _

Исключай множитель Лагранжа к иаЗытс-чную обобщенную координату, получим систему дифференциальных уравнений движения звеньев МСХ на первом участке

. где_/4/ - матрица размерностью (3x3); Л, - вектор размерностью

О).'й.£>т.

После приведения системы (.10) к нормальному виду она решается численным методом, при этом на кавдбм icare проверяется условие

Выполнение этого условия для какого-то означает, что ^ и собачка вошла в зацепление и начался второй участок процесса включения.

Второй участок. По сравнению с первым, на втором участке процесса включения на движение звеньев механизма наложена дополнительная связь. Составление дифференциальных уравнений производится аналогично первому участку, по _им-гющемуся алгоритму. В качестве обобщенных выбираются координаты ^*одиа из которых будет избыточной. Беря за основу ?;ифференциальные уравнения движения звеньев ' МСХ на первом участке (10) и используя уравнении Лагранжа II рода с неопределёнными множителями получим систему дифференциальных уравнений _

,-ГДе Ct-{ ,J£/<??jY\ 0 - уравнение свя- ,

ои,соответствующее включению ¿ —й собачки,* - множитель Лагранжа. •После преобразований, аналогичных(9),(10),система дифференциальных уравнений движения звеньев МСХ на втором участке процесса включения запишется в виде ...

M

• (13)

,где f\ - малица размерность» ( 2x2) ,* - вектор размерностью

После приведения системы дифференциальных уравнений к нормальному виду ее решение производится численным методом. При этом пачшздсм шаге проверяется условие

г

Выполнение данного условия для какого-то означает, что т-я со-бач1са вошла б зацепление и начался третий участок процесса включения. _

/у jnf

Третий участок. Выбирая в качестве обобщенных координаты U и проделав преобразовании аналогичные(8) -(10) „получим систему дифференциальных уравнений движения звеньев МСХ на третьем участке

в виде _ _

, -

_где Аз- матрица размерностью (11; Ss~ вектор размерностью (1): }. -После приведения данной системы к нормальному виду она решается численным методом.

Усилия воспринимаемые собачками, не зависимо от участка, определяются по формулам

lrt=2L2z> (16)

<3~m~2L/ls >

где L - длина собачки.

Приведенный алгоритм - автоматизированного составления дифференциальных уравнений движения звеньев исследуемого МСХ реализован ; виде программы на языке фортран. Еще раз подчеркнем, что для ¡оставления дифференциальных уравнений достаточно сформировать ¿атрицу инерции , матрицы частных производных от неё по обобщённым соординатам , вектор обобщенных сил, уравнения связей и частные фоизводные от них но обобщённым координатам. Все остальные преобразования выполняются с помощью ЭВМ. Также важно отмстить, что «¡пользование множителей Лагранла позволяет не составлять диффе-юнциальные уравнения- отдельно для каждого участка процесса еклю-' 1ения. Они составляются только од1;н раз. А затем, в зависимости от участка, к ним лшиь добавляйте.-! соответствующие уравнения связей.

В четвертой,главе после дуо'еоя процесс цпгамического включения *1!Х о ■ крестовой муфтой. Проияводи-.-сп сравнительный аналил статической и динамической моделей пригодятся методика расчета храпо-зого механизм.) ч крестовой му&л.'й, (•екодокдяцик jr.* кпнсч'ру mипному

исполнению основных элементов механизма.

IIa рис.4 приведены графики изменения усилий,воспринимаемых ообашсами, угла относительного поворота храповика и смещения опорного кольца с зависимости от времени в процессе динамического включения UCX с крестовой муфтой. Анализ процесса динамического включения показал, что максимальная нагрузка на собачки действует на третьем участке, v.е."" когда ¡¿ОХ уже включился и происходит передача крутящего момента. Ее величина однозначно определяется передаваемым крутящим моментом. Для третьего участка процесса включения результаты расчётов с помощью динамической и статической моделей совпадают. Первый и второй участки процесса статического включения существенно отличаются от динамического. В динамике собачка,первой вокодшаи в зацепление , испытывает значительные перегрузки. В ре-эул£тате проведённого анализа установлено, что величина усилии, действующего на собачку на первом участке процесса динамического включения^пропорциональна относительному угловому ускорению храповика и обратно пропорциональна массам собачек, опорного и промежуточного колец.

Таким образом, проведённые исследования показали, что при включении храпоьых механизмов с самоустанавливающимися рабочими юлами со значительным ускорением (при использовании данных МСХ в импульсных вариаторах, инерционных трансформаторах вращающего момента и т.д..) имеет место проблема динамической перегрузки собачек. Как правило,удайтся создать конструкции МСХ,в которых нагрузка , действующая на собачку в процессе динамического включения,не превышает усилия ..действующего на собачку при передаче крутящего момента. Однако при проектировании храповых механизмов с самоуста иавливающимися рабочими телами необходимым этапом является иссле--дование динамики процесса включения.

Исходными данными при проектировании храпового механизма с крестовой муфтой приняты габаритные размеры и передаваемый крутящей момент. Также необходимо иметь сведения об условиях работы УОХ - диапазон изменения угловых скоростей и ускорений ведущего и ведомого валов, и о предъявляемые дополнительных требованиях. На первом этапе производится выбор компоновки механизма (внешнее или Енутренн.е зацепление, она каком валу - ведущем или ведомом-располагается храпоьик и т. д). После этого, на основе приведённых рекомендаций, производится предварительный выбор основных геометрических параметров МОХ. Па следующем этапе производится исследование процесса вкли-к'нил мохаимаун с: помощью статической модели. Но ре-уу.чьгат'лм рапчу ».-5 уточните« i осметричеокие пчрамотги механизма,

Ш-3--

'Шю'

йю.4.; Графики изменения усилиА, воспринимаемых первой (3",), второй (7г) и третьей собачками, сгэщенкя опорного холма <А ), угла относительного псвовста'хгапогмка (лб) с течением врэыенк я, прспесее динамического включения МСХ с крестсао* муфто*.

определяется величина усилий, действующих на собачки,, и другие элементы конструкции. В результате прочностного расчёта, который производится известными методами, окончательно определяются геометрические параметры механизма, производится конструкторская проработка. На эаюшчительном этапе производится проверочный расчёт механизма с помощью динамической модели.- В случае неудовлетворительных результатов все расчёты необходимо повторить , внеся предварительно необходимые изменения в исходные данные. Так же расчёты необходимо повторить в случае значительного изменения первоначально задаваемых параметров н результате их корректировки.

• В пятой главе ставятся ьадачи экспериментальных исследований, дано описание конструкций храповых механизмов с самоустанавливающимися рабочими телами,разработанных для инерционней автоматической бесступенчатой трансмиссии и для технологического стенда обкатки мотоциклов, приведены методика и результаты эксперимента.

Экспериментальные исследования проводились с целью 'проверки основных положений разработанной теории и подтверждения более высоких нагрузочной способности и долговечности исследуемых механизмов. Решались следующие основные задачи:

а) создание опытного образца храпового механизма с самоуста-навливашимися рабочими телами для инерционной автоматической бесступенчатой трансмиссии мотоцикла "Восход";

б) определение нагрузок на собачки храпового механизма на различных режимах работы трансмиссии;

в) создание опытно-промышленного образца храпового механизма с самоустанавливающимися рабочими телами для технологического стенда обкатки мотоциклов;

г) проведение ресурсных испытаний.

Для проведения экспериментальных исследований храповых механизмов с самоустанавливающимися рабочими телами были.спроектированы и изготовлены опытный образец ШХ пля инерционной автоматической бесступенчатой трансмиссии и опытно-промышленный образец МСХ для технологического стенда обкатки мотоциклов. Эксперимент проводился на специально разработанном .стенде в лаборатории кафедры теоретической механики Владимирского политехнического института Намерялись следующие параметры: крутящий момент на ведомом валу, угловые скорости ведомого и ведущего валов бесступенчатой трансмиссии, нагрузки,действующие на собачки храпового механизма. Обработка таблиц опытных данных проводилась статистическими методами с использованием интервальных оценок измеряемых параметров. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов показало, что

достигнута удовлетворительная их сходимость (в продолах 17. . ..22%).

■Рееурные испытаний храпового механизма с самоустанавливающимися рабочими телами проводились в производственных условиях в прш&де техноло!ического стенда обкатки мотоциклов. По результатам иен;¡талий установлено, что долговечность разработанного МОХ оказалась в 1С)... 1!;> паз выше, чем у храпового МОХ классической схемы.

н.'а.ультм'Ы и выводы

j

1. Разработан ряд защищенных авторскими свидетельствами конструкций храповых механизмов с самоустанавливающимися рабочими телами, ооесиечизающих передачу крутящего момента одновременно несколькими жесткими собачками.

2. Разработаны математические ' модели процесса статического включении данных МОХ, позволяющие на этапе проектированопределить основные кинематические зависимости (смещение звеньев в процесса включения, относительный поворот храповика до заклинивания механизма и т.д.), построить моментную характеристику, найти величину нагрузок,действующих на собачки и другие элементы механизмов в процессе включения и при передаче крутящего момента. Статические модели реализованы в виде программ на ЭВМ.

3. Анализ процесса включения исследуемых МСХ с помощью статически:: моделей показал, что распределение нагрузки между собачками зависит от передаваемого крутящего момента.

4. Схема механизма с передающей осью (рис.1,п) не обеспечивает равномерного распределения передаваемого момента на три собачки, в связи с чем сделан выпод о нерациональности использования данного МСХ. Схемы Mf:>. с клестовой муфтой и с осями собачек,расположенными в папах обоймы ( pi:c. 1, а и 1, б), обеспечивают равномерное распределен;!'1 иг-г'рузкп ьпхду собачками в широком диапазон') передаваемых моментов.

5. В результате проведённого анализа и конструкторской проработки рассмотренных схем МСХ сделан вывод о том, что наиболее перспективной является схема храпового механизма с крестовой муфтой.

6. Разработан алгоритм автоматизированного составления дифференциальных уравнений движения звеньев храпового механизма с само-устанавливаютимиоя рабочими телами с помощью ЭВМ. На основе данного алгоритма построена и реализована в виде программы на ЭВМ мате-матичеи ш модель процесса динамического включения храпового механизма с !фсотсг.ой муб'юй.

■¡'■г<-•/'<iiд!ч>чмик!< щюнопом ытлючечил показало, что ди-

uauii'iOCi^i"- .и-;.■ ; ija в процессе в^мчония t,:o*ri' достигать

M.U'i:SjVJlbii-.>n iif^auiilbe H «'l'U'U. фаКи)]»"««, Onji'V;eji;iiUIU.IiM нагрузочную

ciiocofiH-jcïL и A>':jirui;c4iioi:ïi. дшших. механизмов. Как правило,удается ссадить конструкции МОХ, х< которых нагрузка, действующа»! на собачку в процессе динаыичоихч'-о включения,не провишит усшшя,действующе го на собачку при передаче крутящего момента. Исследование динамик:! храповых механизмов с. самоустапавливал-щимпея рабочими телами /ibjisivruii необходимым птаном при проектировании.

8. Оса дана ютодикг» расчёта храпового механизма с крестовой

М;/ф1'ОИ.

9. Проведенные в лабораторных и производственных условиях зкеперимешалыше исследования храповых механизмов с самоустанав-лцвакадыися рабочими телами подтвердили дос -.»^ьериоеть рааработан-но й теории. '

10. Спроектирована. изготовлена и внедрена партия храповых механизмов с самоустанавливающикЛюя рабочими '¡ел-ами (V шт. )* в 'приводах технологических стендов обкатки мотоциклов на коировеким'заводе им. В. А. Дегтярева. Эксплуатация данных МОХ в течение белее 2. ь лот показала,что их долговечность в 10. ..lb раз выше долговечности храпового механизма классической схемы, использовавшегося ранее. Реальный годовой экономический эффект составил 12 В00 рублей.

Основное содержание диссертации изложено в следуючт работах:

1. A.c. 119f.i29o (COOP). Инерционный трансформатор вращающего момента / А. А. Рязанов. -Опубл. в Б. И., 1985, .//46.

2. A.c. 1200029 (СССР). Ураловой механизм свободного хо^а ' А. А. Рязанов, -Опубл. в Б. И.", 1985, У47.

3. A.c. 1209973 (СССР). Инерционный трансформатор вращающего момента / А. И. Новожилов, А.А.Рязанов. -Опубл. в Б. К. , 1386, У Ь.

4. A.c. 1214955 (СССР). Храповой механизм свободного хода. / А. А Рязанов. -Опубл. в Б. И. , 1986, / 8.

Б. A.c. 1323786 (СССР). Храповой механизм свободного хода / А. А. Рязанов. -Опубл. в Б. VL , 1987, / 26.

6. Рязанов А. А. Математическая модель храпового механизма свободного хода с дифференциальным устройством // Динамика механических систем: Об. науч. тр. Владимир, 1985, С. 84 - 90.

7. Рязанов А. А. Динамика храпового механизма свободного хода диФ-^ронциалиюго типа // Седьмая Bceeofca. науч. -техн. конф. по • и-. '-j;jj»iiiMHM и автоматическим механическим приводам и церодачам i .« : .: . ! I..: '.Ч-зисы док.». Одесса, 1S86. 0.179.

■ !! А. А Ре.юнве- математической модели храповой муфты

•А науч. 7Ь. ■ il'Vi ред. А. И. Леонова. йлачимир, Шл). С btt - GO,

У. Рд;;аг'ОЯ Л. Л. Динамика механизма свободного хг<л-п о с;<>,ь~у: танаглигаюя'лмисч собачками f, Научные исследолашш ч'кту:'' -•И'<ш«чсскому и культурному прогрессу: Теписн 4окл. XXV н'луч. ¡-пи К Кту(ич. полит ух», ии-tö. Ч. 1. Я'пдямчр, 1990. 0.85 -

10. Н.»{1Чот, Л. Л. . .¡Ьоноь Л. 1J. . Филимонов В. Н. ]ЬрУ"ектипш::'

хршпл-ых м-.-ханиимоп свободного хода и результаты их i'ü iii.rr^ntitl // Актуп ?ьны'.' проблемы мчшияоетроения на современном э-тн-I!": Т«?»МКЫ ДО'СЛ. БСС'СО'ГШЮЙ НОуЧНр-ТвХИКЧЭСПОЙ ГСОНфереШЮИ. ВЛН-лимир, 1931. С. 4« - 49.

11. Леонов Л. IL , Григорьев К). С. , Рязанов Л. А. и яр, ХрагювпЛ Mex-iim.'iM свободного хода / Положит, реш. от 17.01.91 по галвк-; У 4"б!ВДК/й7. .

1". Рязанов А.Л. , Сауткин М. iL Храповой механизм свободна о ¡■пда / IkmmiT. реш. от 1В. 02. 91 по заявке У 485013) /27.