автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Повышение уровня защиты машин от перегрузок с помощью адаптивных фрикционных муфт

На правах рукописи

ВУ ТЬЕН ЗУНГ

ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ ЗАЩИТЫ МАШИН ОТ ПЕРЕГРУЗОК С ПОМОЩЬЮ АДАПТИВНЫХ ФРИКЦИОННЫХ МУФТ

05.02.02. Машиноведение, системы приводов и детали машин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 АВГ 2015

Ростов-на-Дону - 2015

005571355

005571355

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО ДГТУ) на кафедре «Информационное обеспечение автоматизированных технологических комплексов».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Шишкарев Михаил Павлович

Официальные оппоненты: Виноградов Михаил Владимирович

Доктор технических наук, доцент кафедры «Автоматизация, управление, мехатроника» Института электронной техники и машиностроения, СГТУ имени Гагарина Ю.А., г. Саратов

Щеблыкин Павел Николаевич

Кандидат технических наук, доцент кафедры «детали машин и инженерная графика» ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова, г. Воронеж

Ведущая организация:. ФГБОУ ВПО КубГТУ, г. Краснодар

Защита состоится «15» октября 2015 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д212.058.06 при Донском государственном техническом университете: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ауд. 1-252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО ДГТУ Автореферат разослан ОЦ аЬ^ГХП 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

А.Т. Рыбак

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Адаптивные фрикционные муфты (АФМ) первого поколения находят широкое применение в современном машиностроении благодаря своей относительной конструктивной простоте и более высокой точности срабатывания, позволяющей повысить уровень защиты приводов машин от перегрузок, увеличить, тем самым, ресурс технологического оборудования.

Особенно остро в настоящее время ощущается недостаточно высокая точность срабатывания АФМ первого поколения при попытках использовать их в приводах оборудования, рабочие нагрузки которого при выполнении технологических процессов должны быть постоянными с высокой степенью точности. К такому оборудованию можно отнести, например, прядильное и ткацкое оборудование, механизмы натяжения нитей которого требуют создания и поддержания высокоточных усилий, а такое автоматическое сборочное оборудование, которое требует точных усилий при присоединении деталей сборочной единицы.

Анализ современного состояния предохранительных устройств показывает, что требуются незамедлительные меры для радикального повышения точности их срабатывания.

Для повышения точности срабатывания АФМ первого поколения создана принципиальная схема с переменным коэффициентом усиления (КУ). Схема создана на основе теоретических изысканий, направленных на установление требуемой закономерности изменения величины КУ в зависимости от коэффициента трения.

Исследования АФМ с переменным КУ по определению ее практической точности срабатывания и других характеристик не проводились.

Таким образом, данная работа направлена на определение основных характеристик АФМ первого поколения с переменным КУ и является актуальной.

Цель работы. Повышение точности срабатывания адаптивной фрикционной муфты первого поколения на основе установления закономерности изменения величины коэффициента усиления.

Объект исследования. Процессы, происходящие в АФМ первого поколения с переменным КУ.

Предмет исследования. АФМ первого поколения с переменным КУ.

с

Методы исследования основаны на положениях теоретической механики, теории механизмов и машин, деталей машин и динамики машин, а также на достигнутых результатах теоретических и экспериментальных исследований объектов.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов подтверждена использованием математических моделей, сравнением полученных теоретических результатов с данными эксперимента по критериям Пирсона, Стьюден-та, Кочрена, Фишера-Снедекора.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— найдена закономерность изменения КУ в зависимости от коэффициента трения, обеспечивающая теоретически полную стабилизацию вращающего момента АФМ первого поколения (П.2 паспорта специальности);

— разработаны элементы теории определения величины перегрузки и практической точности срабатывания АФМ с переменным КУ (П.1 паспорта специальности);

— найдены зависимости динамического момента от коэффициента угловой жесткости муфты (П. 1 паспорта специальности);

— найдены зависимости для уточненного расчета многодисковой АФМ с учетом трения в шлицевых соединениях фрикционных дисков с полумуфтами (П.2 паспорта специальности);

На защиту выносятся следующие новые и содержащие элементы новизны основные положения:

— выведена взаимосвязь соответствия КУ управляющего устройства обратной связи и коэффициента трения между фрикционными парами, обеспечивающая теоретически полную стабильность вращающего момента АФМ первого поколения;

— выделены и охарактеризованы этапы определения практической точности срабатывания АФМ с переменным КУ;

— методический подход к установлению влияния трения в сочленениях фрикционных дисков с полумуфтами на нагрузочную способность и точность срабатывания многодисковых АФМ;

— настройка многодисковых вариантов АФМ первого поколения с переменным КУ возможна только с учетом среднего коэффициента трения.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

— разработана научно обоснованная инженерная методика расчета, проектирования АФМ первого поколения с переменным КУ, позволяющая создавать муфты с высокой точностью срабатывания;

— разработаны методические указания для настройки вариантов АФМ первого поколения с переменным КУ и с различным количеством пар трения;

— найдена зависимость коэффициента запаса сцепления от числа пар трения для АФМ, обеспечивающего надежную передачу номинального вращающего момента;

— результаты исследования в виде разработанной методики расчета и проектирования АФМ первого поколения с переменным КУ приняты к внедрению в ЗАО «ДОНКУЗЛИТМАШ», Ростовской области, г. Азов.

Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы по диссертационной работе докладывались и обсуждались на б-й и 7-й Международных научно-практических конференциях «Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения», 26 февраля — 1 марта 2013 г., Ростов н/Д; 25 — 27 февраля 2014 г., Ростов п/Д; на 5-й и 6-й научно-практическых конференциях «Инновационные технологии в машиностроении и металлургии», 11—13 сент. 2013 г., Ростов н/Д; 10-12 сент. 2014 г., Ростов н/Д.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 6 в журналах, входящих в «Перечень ведущих научных журналов и изданий», и 1 научная монография.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 101 наименования и приложений на 14 страницах. Она изложена на 141 страницах машинописного текста, включает 36 рисунков и 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено краткое обоснование актуальности работы.

В первой главе рассмотрены конструктивные решения и разновидности АФМ первого поколения, классификация АФМ первого поколения с переменным КУ, произведен обзор исследований режимов статического и динамического нагружения

и сформулированы направления совершенствования АФМ. Принципиальная схема АФМ построена на основе муфты Н.Д. Вернера (базовый вариант) с отрицательной одноконтурной обратной связью и с одной фрикционной группой (ФГ). Обратная связь создается с помощью УУ в виде тел качения, резьбового соединения, ку- д ^ лачков или гидравлической обратной связи. Принципиальная схема АФМ первого поколения с переменным КУ показана на рис.1.

Муфта состоит из полумуфт 1 и 2, связанных между собой пакетом фрикционных дисков 3. Вращающий момент между полумуфтами передается через УУ, включающее тела качения 4, расположенные в гнездах опорного диска 5 и подвижной вдоль оси втулки 6.

Втулка размещена в центральном отверстии нажимного диска 7 и связана с ним направляющей шпонкой 8. Между втулкой и нажимным диском поставлена с начальным натяжением пружина 9. Нажимной диск не имеет непосредственной кинематической связи с полумуфтой 1. Образующая профиля поверхностей гнезд

Рис. 1. Принципиальная схема АФМ первого поколения с переменным КУ

Рис. 2. Принципиальная схема АФМ с V-образными упругими элементами

диска 5 и втулки б представляет кривую \ Х& линию в соответствии с закономерностью V изменения угла давления а,- между телом качения и стенкой гнезда (рис. 1, сечение А-А). При работе АФМ осевое положение втулки б зависит от величины внешней

нагрузки и определяется текущим равенством действующих на нее осевых сил.

На рис. 2 показана принципиальная схема АФМ с У-образными упругими лепестковыми элементам. В муфте боковые стенки гнезд под тела качения 5 (рис. 2, а) образованы У-образными плоскими пружинами 3, прикрепленными попарно к упорному диску и к нажимному диску 4. Под действием нагрузки лепестки упругих элементов прогибаются, в результате изменяется величина угла давления у (рис. 2,

6

б), соответственно, величины КУ, а также соотношения между силами ^ и (Р0 - осевая реакция на шариках). Величина прогиба лепестков и величина КУ зависят от передаваемой нагрузки: с ростом последней увеличивается прогиб лепестков, величина КУ и точность срабатывания муфты. При действии на упругий лепесток силы могут иметь место прогибы, сопоставимые с его длиной, а также изменяется положение точки приложения силы. Поэтому исследование в данном случае связано с решением задачи о поперечном изгибе гибкой консоли переменной длины с применением элементов теоргш гибких стержней.

Исследование показало, что точность срабатывания выше, чем муфты Н.Д. Вернера, в среднем в 1,6 раза, а номинальный вращающий момент меньше в 1,15 раза

Основной недостаток муфты Н.Д. Вернера заключается в относительно невысокой точности срабатывания. Причины указанного недостатка:

— ограниченная величина КУ отрицательной обратной связи;

— постоянная величина КУ, не зависящая от коэффициента трения.

Одним из способов повышения точности срабатывания АФМ первого поколения является блокирование действия обратной связи при небольших значениях коэффициента трения.

Одним из главных направлений исследования АФМ первого поколения является синтез УУ с переменным КУ, величина которого функционально зависит от коэффициента трения, определение параметров УУ, обеспечивающих теоретически полную нечувствительность АФМ к изменениям коэффициента трения.

Основные задачи, которые предполагается решить в диссертационной работе:

— разработка основ теории АФМ с одноконтурной отрицательной обратной связью;

- исследование процесса срабатывания и практической точности срабатывания АФМ первого поколения с переменным КУ;

- исследование эксплуатационных характеристик многодисковых АФМ;

— исследование динамических режимов работы АФМ с переменным КУ;

- проведение экспериментальных исследований АФМ первого поколения с переменным КУ;

- разработка методики расчета, проектирования и настройки АФМ.

7

Во второй главе разработаны элементы теории одноконтурной отрицательной обратной связи в АФМ первого поколения.

Величина вращающего момента АФМ первого поколения определяется по

формуле:

/

T„=zFR

(1)

+ (z-z,)C/'

где z,z, — число пар трения и число ведущих пар трения ФГ; Rc? - средний радиус трения фрикционной группы; Fn - сила натяжения пружины; / - текущее значение коэффициента трения; С - КУ обратной связи, определяется по формуле:

C = R^tgaJr, (2)

где а- угол скоса гнезда под распорные элементоы УУ; г - радиус окружности, на которой расположены тела качения.

Наибольшая точность срабатывания АФМ в том случае, когда Та = const, поэтому возникает вопрос о выборе необходимой величины вращающего момента муфты. Настройка АФМ на номинальный вращающий момент осуществляется по минимальному коэффициенту трения, что позволяет снизить количество срабатываний муфт при уменьшении коэффициента трения и повысить надежность передачи нагрузки без прерывания хода технологического процесса, выполняемого машиной.

Следовательно, величина КУ должна быть переменной, причем она функционально зависит от коэффициента трения.

Для многодискового варианта АФМ с дифференцированными парами трения найдено ограничение величины КУ в виде:

l + l/m-l/(z-l)(l-l/m) l + (z-l)/mm

где m - относительная ширина интервала изменения коэффициента трения: ffi = /max//min; /- соответственно максимальный и минимальный коэффициент трения, Cmill - минимальная величина КУ. ' 2 4 6 8 г

„ Рис. 3. График зависимости

График (рис. 3) показывает, что Cmi„ с увеличением ШШ1Шального зяачения КУ

от числа пар трения

(3)

z возрастает в интервале 2...4, затем, достигнув максимума, уменьшается. При минимальном значении z величина меньше, чем при z>4.

При минимальном значении z лучше используется номинальная нагрузочная способность при минимальном коэффициенте трения.

Распределение нагрузки в АФМ с дифференцированными парами трения при перегрузке показало, что конечный вращающий момент ведомых пар трения представляет сумму бесконечной геометрической прогрессии и зависит от т, С и величины внешней нагрузки:

ДГ„ = дг[1 + z,c/mn + {zff^f + (z.Cf^f +... + (7,c/mhir]

=>Д r_=---AT, (4)

где AT = FfrJtga — внешние нагрузки; Ff— распорной силы.

АФМ с переменным КУ теоретически обладает точностью срабатывания «идеальной» АФМ, вращающий момент которой постоянный при любом значении коэффициента трения. Переменное значение КУ получается за счет изменения угла давления тел качения в зависимости от передаваемой нагрузки и коэффициента трения.

Максимальная перегрузка при работе АФМ возникает при максимальном коэффициенте трения, если до увеличения коэффициента трения работа муфты происходила при минимальном коэффициенте трения, и определяется по формуле:

4 dc х

AT — ЧаС°Х™-, (5)

где d - диаметр центрального отверстия нажимного диска 7; со - осевая жесткость пружины 9; хабсцисса точки контакта тела качения со стенкой гнезда при максимальном значении коэффициента трения; ф^ - угол относительного закручивания полумуфты АФМ при перемещении тела качения из положения, соответствующего минимальному коэффициенту трения, в положение, соответствующее максимальному коэффициенту трения:

./гглх ./will ^ГУП-^П-.'Х J'f:n _ ^./l

R zf f d

cp J mins max

Ф =2агсзт

т пих

4 с.

-/тах /ти ^^тао-^гоах^пип ^ _

Л г/./ Л

ср пин«/ пах

2 Л +

Г {

пом -М

./гпах -/ляп ^^тт^тпух-^тт _

Йг/./

ср «/ тт«' тах

Гя<ш - номинальный вращающий момент АФМ при ; /, - коэффициент тре-

где

ния между нажимным диском 7 и направляющей шпонкой 8. Коэффициент точности АФМ вычисляется по формуле:

А Т

К=\+-=—,

(8)

где ГптЬ - предельный вращающий момент АФМ, соответствующий минимальному

а.ао) значению коэффициента трения.

Причиной возникновения перегрузок при работе АФМ с переменным КУ являются дополнительные затраты энергии, необходимые для перемещения тел качения относительно боковых стенок гнезд УУ.

Графики зависимостей /СТСЛ) и

Ф(Ш приведены на рис. 4. Коэффициент точности АФМ увеличивается от 1 до 1,105 при повышении коэффициента трения от минимального до максимального значения.

Исследовано влияние трения в местах соединения дисков трения с ведущими и ведомыми элементами па изменение распорной силы в многодисковой АФМ первого поколения и сравнение ее характеристик, полученных с учетом и без учета трения в шлицевых соединениях.

Вращающий момент АФМ с учетом трения в шлицевых соединениях равен:

03 0,4 0.5 0,6 0,7 / Рис.4. Графики зависимости КШ ИФ,(/,)

П^п-М

л

(1 + (г-1)С/.)

(1 + Л)[1-(Л£?Г/г] ' 1 -АВ

(9)

где А = + + ); -чис-

ло четных пар трения; - наружный и внутренний радиусы диска трения:

Rt¡=Rcp(4 + v)/4; Д. =Яср(4-у)/4; V = 0,25 - коэффициент ширины диска.

На рис. 5 кривые 1 построены без учета трения в шлицевых соединениях, кривые 2-е учетом трения. Учет сил трения в шлицевых соединениях позволил получить уточненные зависимости вращающего момента и коэффициента точности от числа пар трения:

- при большом числе пар трения вращающий момент многодисковых АФМ, с учетом трения в шлицевых соединениях, значительно (в два и более раза) превышает вращающий момент без учета трения в шлицевых соединениях;

- учет трения в шлицевых соединениях значительно (до 4-х раз) увеличивает коэффициент точности многодисковых АФМ при большом числе пар трения.

На основе методики исследования динамических режимов с плавным и стопорным нагружением привода машины найдены зависимости динамического момента в зоне установки муфты, а также установлены закономерность изменения коэффициента угловой жесткости муфты и ее влияние на величину динамического момента.

Расчетная динамическая система, отражающая систему привода машины с заделкой (режим стопорного нагружения) приведена на рис.б.

Эквивалентная система представлена приведенной к ведущему валу АФМ инерционной массой 1, включающей ротор двигателя и ведущие части муфты, приведенной инерционной массой 2, имеющей такой же энергетический потенциал, как и все движущиеся элементы ведомой части реальной системы, включая указанные

Туг Cl

выше ведомые части АФМ, упругой связью 3 с приведенной крутильной жесткостью с, и упругой связью 4 с приведенной крутильной жесткостью с2. Упругая система АФМ представлена связью 3, упругая система ведомой части привода -упругой связью 4.

Уравнения движения инерционных масс 1 и 2 :

-4W vJV:

%

ч».

Рис. 6. Расчетная динамическая система 1

(10)

Лф2+СаФ2=С.(ф1-Ф2). (П)

где J у, 72— приведенный момент инерции АФМ и ведомой части привода; Тй — движущий момент; ф,, <рг — обобщенные координаты движения системы (углы поворота соответственно инерционных масс 1 и 2), ф, = ш/ (ю — угловая скорость движения инерционной массы 1, ш = const, t - время).

Нагрузка, воспринимаемая упругой связью 3, вычисляется по формуле:

_ , . с,с2ш/ ссш

7i=ct(<P1 -Фг) = —---—

sin i^+^-fi-r cos р±£г_Л (12) C,+C2 ct+c2yc,-hc2 V J, C, V J-,

JzFB—Lb-+--

[ n4pl + rCBh/Bta

2arcsin

Г

яом

4c„

ft fain + zCmbfifmm

d

K*Zf<mnft

+

(13)

dcn

2/j

R4,Zfnbfi d

Динамическая система, соответствующая плавному нагр ужению привода без остановки рабочего органа машины показана на рис. 7. Ротор двигателя и ведущие части муфты представлены инерционной массой 1, ведомые части муфты и привода машины, за исключением рабочего органа, — инерционной массой 2, рабочий орган машины и предмет, вызвавший перегрузку, - инерционной массой 3. Приведенные угловые жесткости АФМ (упругая связь 4) и части привода, расположенной между

муфтой и рабочим органом (упругая связь

5), равны соответственно с, и сг. Приве-

т,*тЛ-\

денные моменты инерции масс 1, 2 и 3 рав- с| ны ./,, /2, У3. К системе приложены активный вращающий момент Г (момент двига-

\

%

Тп

теля) и являющийся линейной функцией Рис. 7. Расчетная динамическая система 2 времени момент сопротивления Гн + Г; / ¿с.

Уравнения движения масс 1—3 имеют вид:

У1Ф1+С1(Ф1-Ф;) = Г, (14)

Лф2+с1(ф,-ф2) + с2(ф2-ф3) = 0, (15)

У3Фз+Сз(Ф2-ФЗ) = -Г-ПАс, (16)

где ф3- обобщенные угловые координаты инерционных масс 3. Тс- допускаемый по условиям эксплуатации машины прирост вращающего момента на рабочем органе; ¡с - время, соответствующее окончанию нарастания нагрузки на рабочем органе (зависит от скорости нарастания перегрузки и Те). Величина вращающего момента Тс зависит от вида технологической машины и условий ее эксплуатации, и составляет (1,2...4)7^.

Вращающий момент, воспринимаемый упругой связью 4, равен:

г; = (ф,-ф2К =

1

к\-к\

гкг к1 Л —-ъшкл--1$ткл

к к к, кг

Тс

--2-2- (соя - СОБ к^)

31

+Т.+Т-,

Кг"

2ЛЛ

ад

(17)

(18)

На рис. 8 показаны графики зависимостей угловой жесткости и вращающих моментов - статического и динамических - от коэффициента трения. Кривая 1 отражает график зависимости с,(/) согласно формуле (14), кривая 2 - график зависимости Ш) по формуле (13), кривая 3 - график зависимости по формуле (17).

Сь Кривая 4 (из-за принятого масштаба ее кривиз-Нм/рад

5,8 на незначительная) отражает график Т,(/,) по

формуле:

I В ср 1

ТЛ1

(19)

ОД 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Л

Рис. 8. Графики зависимостей коэффициента угловой жесткости АФМ, статического и динамических вращающих моментов от коэффициента трения

'1 + с1-<?1-4/1х1'

Графики показывают, что вращающие моменты Т{, вычисленные для динамических режимов нагружения (кривые 2, 3), больше, чем момент Т- при статическом режиме (кривая 4) и при значениях /¡>0,27 динамический вращающий момент АФМ в режиме стопорного нагр ужения привода (кривая 2) больше, чем в режиме нагр ужения без остановки рабочего органа машины (кривая 3); коэффициент точности при статическом режиме нагр ужения Ктс=1,004, коэффициент точности при динамическом режиме нагр ужения без остановки рабочего органа машины ^,,=1,33, при стопорном режиме нагр ужения К^а=1,94, т. е. наименьшую точность срабатывания АФМ имеет при стопорном режиме.

В третьей главе изложены экспериментальные исследования АФМ с переменным КУ. Основные задачи экспериментальных исследований:

— экспериментальное определение величины вращающего момента при различных коэффициентах трения для установления точности срабатывания, и обработка результатов опытов;

- проведение сравнительного анализа и оценка сходимости экспериментальных и расчетных аналитических данных.

Экспериментальная установка (рис. 9) состоит из 2-х электродвигателей постоянного

Иослсдудшя муфта

~1 7 3 / 5 4 6

-220В

Рис. 9. Принципиальная схема экспериментальной установки

Т,Нм

17,75

17,5

17,25

тока мощностью 5,5 кВт каждый, балансирно смонтированных в опорах качения, один из которых являлся нагружающим устройством. В качестве пар трения использовались «сталь бОГ-чугун СЧ 15», «сталь бОГ-материал НСФ-5» и «чугун СЧ 15-резина» (смазанная и несмазанная).

Величина коэффициента трения изменялась нанесением на поверхности

дисков мелкодисперсных веществ (для первых двух пар) и смазочного материала (для третьей пары), благодаря чему был воспроизведен интервал значений 0,104...0,792. На ступице ведомой полумуфты закреплен маховик. Ведомая полумуфта установлена свободно на , валу нагружающего устройства и связана с ним

0,104 0,282 0,458 0,634 / у

Рис. 10. Теоретическая и экспе- через цилиндрическую винтовую пружину риментальная нагрузочная характеристика АФМ первого поколе- кручения 6. Датчики 1, 2, 3 и 4 предназначены

ния с переменным КУ длЯ регистрации величины вращающего момен-

та и частоты вращения.

По результатам экспериментальных исследований и математико-статистичес-кой обработки построены графики зависимостей Тп(/) (рис. 10, 11). На рисунках экспериментальные кривые изображены штриховой линией {Кт), кривые, построенные по теоретическим зависимостям, - сплошной линией (К^). Значения теоретического и полученного в результате экспериментов коэффициентов точности для АФМ с переменным КУ составили: А"т1=1,04; ТНм АГТ=1,09; для муфты Н.Д.Вернера: _К"т1=2,83; К=2,94.

Основные гипотезы проверялись с применением критериев: Пирсона «хи-квадрат», Стьюдента, Кочрена, Фишера-Спедекора. В качестве параметров приняты их оценки: выборочное среднее и «исправленное» выборочное среднее квадратичное отклонение.

45

25

0,104 0,282 0,456 0,634 / Рис. 11. Теоретическая и экспериментальная нагрузочная характеристика муфты Н.Д.Вернера

В четвертой главе изложена инженерная методика расчета и проектирования АФМ. С повышением точности срабатывания АФМ увеличиваются их габаритные размеры и масса. Кроме того, габаритные размеры и масса АФМ зависят от места установки их в кинематической цепи привода. В приводе АФМ рекомендуется располагать непосредственно на валу, приводящем в действие исполнительный орган. В этом случае от перегрузок защищены все механизмы. Для разработки методики расчета и проектирования АФМ первого поколения необходимо учитывать основные факторы, влияющие на работу муфты в приводе. Первым исходным данным для расчета и проектирования АФМ является номинальный вращающий момент, вторым исходным данным - Сш.

Разработан способ изготовления профиля стенки гнезда УУ, описанного кривой линией, по методу копирования.

Глубина гнезда определяется по формуле (рис. 12):

>е = Д^+—(1 —со5атах) + 6,

(20)

где 6 - гарантированный осевой зазор между телом качения и дном гнездом: 8 = 1.. .2 мм; агом - угол давления при максимальном коэффициенте трения. Существуют два способа настройки АФМ с переменным КУ: - первый способ: настройка по среднему коэффициенту трения, принимается для > мпогодисковых муфт. В этом случае ограничение

снизу величину коэффициента запаса Рн равно:

где С'ср - значение КУ, соответствующее среднему коэффициенту трепия:

Л

(22)

Рн>:

(21)

с' =_1_и.

" г-Ц/пш

л

ч> V

Рис. 12. Расчетная схема

- второй способ: настройка по минимальному коэффициенту трения, принимается для муфт с небольшим числом пар трения. В данном случае ограничение снизу коэффициента р„:

16

Рн>

./тт ^"'тт./гшп )

/ш»(1 + <р/ср) '

(23)

Г = Г - —

""ср шах

(24)

Методика расчета АФМ первого поколения с переменным КУ получила положительный отзыв и принята к использованию в ЗАО «ДОНКУЗЛИТМАШ» при проектировании перспективных образцов техники. Ожидаемый социально-экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 364400 руб./год на программу выпуска 400 шт. (по ценам 2014 г.).

Блок-схема алгоритма методики расчета основных параметров АФМ изображена на рис. 13.

Рис.13. Блок-схема методики расчета

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена научно-техническая задача по исследованию и повышению точности срабатывания АФМ, позволяющему повысить уровень защиты приводов машин от перегрузок. Разработаны элементы теории АФМ первого поколения с переменным КУ, а также определены основные технико-эксплуатационные характеристики АФМ. Результаты исследований можно представить следующими выводами.

1. Разработаны элементы теории АФМ с одноконтурной отрицательной обратной связью, найдены зависимости величины КУ вариантов АФМ с дифференцированными парами трения и со всеми ведущими парами трения от коэффициента трения, позволяющие теоретически исключить влияние изменения коэффициента трения на стабильность передаваемой нагрузки. Показано, что высокая стабильность передаваемой нагрузки может быть достигнута только в варианте муфты с большим числом пар трения.

2. Разработанная методика определения величины перегрузки показала, что практическая точность срабатывания АФМ первого поколения приближается к точности срабатывания «идеальной» АФМ при уменьшении величины коэффициента трения.

3. Исследование многодисковых АФМ позволило получить зависимости для уточненного расчета передаваемой нагрузки и коэффициента точности муфт, которые учитывают реальные условия их работы.

4. Исследование динамических режимов с плавным и стопорным нагружением привода машины позволило найти зависимость динамического момента в зоне установки муфты, а также закономерность изменения коэффициента угловой жесткости муфты и ее влияние на величину динамического момента. Показано, что наименьшей точностью срабатывания АФМ обладает при динамическом стопорном режиме пагр ужения.

5. Разработана инженерная методика расчета и проектированияАФМ с переменным КУ, позволяющая создавать муфты с высокой точностью срабатывания.

Результаты исследования внедрены в ЗАО «ДОНКУЗЛИТМАШ» в виде методики расчета, проектирования и настройки АФМ с переменным КУ. Ожидаемый социально-экономический эффект составляет 397200 руб./год.

18

Основное содержание диссертации отражено в 20 публикациях, основные из которых:

1. Шишкарев М.П. Синтез адаптивных фрикционных муфт первого и второго поколений: монография. М.П. Шишкарев, В.Т. Зунг, Ч.В. Дык - Ростов н/Д: Издательский цептр ДГТУ, 2015.-219 с.

Статьи в журналах, входящих в «Перечень ведущих научных журналов и изданий»:

2. Шишкарев М.П. Определение параметров адаптивных фрикционных муфт с одноконтурной отрицательной обратной связью / М.П. Шишкарев, В.Т. Зунг // Тракторы и сельхозмашины. - 2014. — № 8. — С. 32-36.

3. Шишкарев М.П. Практическая точность срабатывания адаптивной фрикционной муфты с переменным значением коэффициента усиления / М.П. Шишкарев, В.Т. Зунг // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2014. - № 3. - С. 3-8.

4. Шишкарев М.П. Работа адаптивной фрикционной муфты с дифференцированными парами трения / М.П. Шишкарев, В.Т. Зунг // Трение и смазка в машинах и механизмах -2014. - № 8. — С. 38-42.

5. Шишкарев М.П. Уточненный расчет многодисковых адаптивных фрикционных муфт / М.П.Шишкарев, В Т Зунг // Тракторы и сельхозмашины. - 2014. - № 4. — С. 18-21.

6. Шишкарев М.П. Настройка адаптивных фрикционных муфт с переменным коэффициентом усиления / М.П. Шишкарев, В.Т. Зунг // Трение и смазка в машинах и механизмах - 2015.-№ 3. — С. 36-41.

7. Шишкарев М.П. Динамические режимы работы привода машины с адаптивной фрикционной муфтой / М.П. Шишкарев, В.Т. Зунг // Тракторы и сельхозмашины. - 2015. - № 5. — С. 30—33.

Доклады и тезисы докладов на конференциях:

8. Шишкарев М.П. Исследование точности срабатывания модернизированной

адаптивной фрикционной муфты первого поколения / М.П. Шишкарев, В.Т. Зунг //

Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения:

материалы 7-й междунар. науч.- пракг. конф. в рамках 17-й междунар. агропром.

выставки "Интерагромаш-2014", 25-27 февр. - Ростов н/Д, 2014,- С. 209-212.

19

В печать 3>0, ОЦ-.2015.

Объём О усл. п.л. Формат 60x84/16.

Заказ №&6&Тираж /¿/¿?экз. Цена свободная

Издательский центр ДПУ

Адрес университета и полифафического предприятия: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина,!.