автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Выбор параметров и расчет характеристик механической импульсной многопоточной бесступенчатой передачи

На правах рукописи

/

Ревняков Евгений Николаевич

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЧЕСКОЙ ИМПУЛЬСНОЙ МНОГОПОТОЧНОЙ БЕССТУПЕНЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Специальность 05.02.02 «Машиноведение, системы приводов и детали машин»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курган 2005

Работа выполнена на кафедре гусеничных машин в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Курганский государственный университет".

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Благонравов Александр Александрович

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Беляев Арнольд Ефраимович; кандидат технических наук, Вязников Максим Валерьевич.

Ведущая организация - ОАО «Курганский машиностроительный завод».

Защита состоится 25 февраля 2005 г. в 13- часов на заседании диссертационного совета Д 212.103.01 при Курганском государственном университете по адресу 640669, г. Курган, ул. Гоголя, 25, КГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Курганского государственного университета.

Автореферат разослан января 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в качестве силовой установки на транспортных средствах используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС), обладающие малым коэффициентом приспособляемости по угловой скорости и по моменту Применение бесступенчатых трансмиссий позволяет наиболее полно использовать мощность такой силовой установки при движении, и, соответственно, улучшить динамические и топливно-экономические характеристики транспортного средства по сравнению со ступенчатой коробкой передач. При создании бесступенчатых передач возникли сложности в обеспечении надежности и высокого значения КПД. Наиболее перспективными являются чисто механические бесступенчатые передачи, так как преобразование энергии из одного вида в другой всегда сопровождается потерями и не позволяет получить высокое значение КПД.

Уже существуют схемы механических бесступенчатых передач с использованием упругих элементов и многопоточности, в которых удается ограничить максимальные нагрузки на элементы кинематической цепи В настоящее время разработана и изготовлена механическая импульсная многопоточная бесступенчатая передача со свободным эксцентриком (МБП) на мощность 195 л.с, в которой удалось обеспечить работу всех кинематических пар в условиях, аналогичных условиям их работы в ступенчатых коробках передач. Для таких условий расчетные методики обеспечения прочности и долговечности отработаны Для решения проблемы надежности механического выпрямителя (МСХ) предложено новое техническое решение, на основе которого разработаны осевые выпрямители с дополнительными рабочими поверхностями.

Из-за наличия упругого элемента в кинематической цепи МБП, при разработке ее конструкции возникли новые проблемы Предложенная для качественной оценки характеристик передачи упрощенная модель с гармоническим генератором колебаний и метод проб и оценок не давали необходимой точности при расчете характеристик и выборе параметров МБП Также не до конца был решен вопрос надежности осевых механических выпрямителей с дополнительными рабочими поверхностями

Таким образом, для дальнейшего применения МБП на транспортных средствах необходимо решить задачу поиска научно-обоснованных решений по синтезу параметров и расчету характеристик МБП

Целью работы является разработка методики выбора параметров механической импульсной многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком с точки зрения обеспечения требуемых трансформирующих свойств и безотказности и долговечности как основных составляющих надежности

Задачи исследования:

1. Разработка методики расчета уточненной внешней характеристики МБП с учетом особенностей кинематики эксцентрикового преобразователя.

2. Разработка методики расчета характеристики совместной работы ДВС и МБП.

3. Разработка методики выбора параметров конструкции МБП и исследование влияния параметров отдельных элементов кинематической цепи на ее внешнюю характеристику.

4. Разработка методики расчета параметров устройства для устранения колебаний в суммирующем редукторе МБП.

5. Экспериментальное исследование динамики включения механического выпрямителя осевого типа с дополнительными рабочими поверхностями с целью решения вопроса о его надежности.

Методы исследований. Расчет характеристик бесступенчатой передачи ведется методами векторной и аналитической механики. Кинематические зависимости для эксцентрикового преобразователя получены методом векторных контуров. Методика выбора параметров многопоточной бесступенчатой передачи разработана на основе параметризованной модели ее конструкции с использованием компьютерного моделирования. Исследование процессов перекладки зазоров в суммирующем редукторе МБП проводилось с учетом положений теории удара. Экспериментальное исследование динамики осевого механического выпрямителя проводилось на специальном стенде.

Научная новизна. В проведенном исследовании впервые получены уточненные внешние характеристики МБП при разной угловой скорости входного вала. Также получены характеристики совместной работы ДВС и МБП при разном положении педали подачи топлива. Разработанная методика выбора параметров конструкции, в отличие от предложенного ранее метода проб и оценок, позволяет достаточно точно обеспечить заданную кинематику и трансформирующие свойства бесступенчатой передачи, при этом учитываются компоновочные ограничения реальной конструкции. Впервые проведены экспериментальные исследования динамики включения осевого выпрямителя с дополнительными рабочими поверхностями.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основе разработанных в ходе исследований методик можно выбрать параметры многопоточной бесступенчатой передачи практически для любого транспортного средства. В качестве исходных данных для синтеза необходимы те же параметры, что и при расчете ступенчатых коробок передач. Расчетные методики реализованы в виде пакета программ для ЭВМ. На основе результатов экспериментальных исследований даны рекомендации по выбору параметров осевых механических выпрямителей из условия обеспечения их надежности.

На защиту выносятся:

1. Расчет уточненной внешней характеристики МБП и расчет характеристики совместной работы двигателя внутреннего сгорания и передачи.

2. Методика выбора параметров конструкции МБП.

3. Расчет колебаний в суммирующем редукторе многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком и расчет параметров устройства для устранения этих колебаний.

4. Результаты экспериментального исследования динамики включения механического выпрямителя осевого типа при работе на разных режимах в составе бесступенчатой передачи.

Апробация работы. Основные результаты диссертационого исследования докладывались и обсуждались:

- на Международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2003» (Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2003 г.);

- на Всероссийской научно-технической конференции «Механика и процессы управления моторно-трансмиссионных систем транспортных машин» (Курган: КГУ, 2003 г.);

- на Международной конференции «Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства» (Волгоград: ВолГТУ, 2003 г.);

- на Юбилейной XV Международной Интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения (Москва: ИМАШ РАН, 2003 г.);

- в полном объеме диссертационная работа докладывалась и была одобрена на научном семинаре кафедры «Гусеничные машины» КГУ (Курган, 2004 г.) и на объединенном семинаре «Совершенствование технико-эксплуатационных показателей механизмов и машин» КГУ (Курган, 2004 г.).

Публикации. По результатам работы над диссертацией опубликовано десять печатных работ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Содержит 158 страниц машинописного текста, включая 50 рисунков, 3 таблицы, список использованных источников из 60 наименований, 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимого исследования характеристик МБП и необходимость разработки методики выбора параметров ее конструкции. Сформулированы цель и задачи диссертационной работы, представлены основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе проведен краткий обзор работ по исследованию механических бесступенчатых передач, сделан вывод, что наиболее перспективными с точки зрения обеспечения надежности и высокого значения КПД являются импульсные передачи, в которых, в отличие от непрерывных, можно избавиться от скольжения между рабочими телами под нагрузкой.

Значительный вклад в развитие импульсных бесступенчатых передач сделан в работах А.С.Антонова, И.И.Артоболевского, С.П.Баженова, М.Ф.Балжи,

A.А.Благонравова, А.Ф.Дубровского, А.Е.Кроппа, Н.К.Куликова, А.И.Леонова,

B.Ф.Мальцева, М.Н.Пилипенко, В.И.Пожбелко, С.И.Худорожкова и др.

Проф. А.А. Благонравовым предложено для ограничения максимальных

нагрузок ввести в кинематическую цепь импульсной бесступенчатой передачи упругие элементы и использовать многопоточную схему трансмиссии. При пяти потоках мощности удается уменьшить нагрузку каждого потока в 2,5 раза по сравнению с жесткой схемой. Недостатки существующих эксцентриковых выпрямителей, к которым можно отнести большие внутренние силы, наличие относительных перемещений между эксцентриком и промежуточным кольцом под нагрузкой, а также повышение сил трения при свободном ходе из-за действия центробежных сил, - удалось устранить в осевых выпрямителях с дополнительными рабочими поверхностями.

Таким образом, в настоящее время разработана механическая бесступенчатая передача, состоящая из потенциально надежных кинематических пар, которые можно рассчитать на прочность и долговечность в соответствии с отработанными методиками. Следовательно, можно утверждать, что надежность всех элементов кинематической цепи, кроме механического выпрямителя, обеспечена. О надежной работе осевого механического выпрямителя с уверенностью можно будет сказать только после проведения экспериментальных исследований его рабочего процесса. Существующая упрощенная методика расчета внешней характеристики МБП позволяет качественно оценить ее трансформирующие свойства, но обладает слишком большой для инженерных расчетов погрешностью.

В связи с этим поставлены задачи исследования.

Во второй главе приведена методика расчета уточненной внешней характеристики МБП и характеристики совместной работы с ДВС. На рис. 1 представлена кинематическая схема МБП. На ведущем валу 1 установлен внутренний эксцентрик 3 эксцентрикового преобразователя (ЭП). Внешний эксцентрик 4 преобразователя может свободно вращаться относительно внутреннего. Для уравновешивания ЭП установлен эксцентрик-противовес 5. Пазовый диск 6, установленный на внешнем эксцентрике 4, через подшипники 7 взаимодействует с коромыслами 8 ведущих частей механических выпрямителей осевого типа 9, расположенных равномерно по окружности. Ведомые элементы 10 механических выпрямителей 9 с помощью торсионных валов 11 соединены с периферийными шестернями 12 суммирующего редуктора (СР), которые

находятся в зацеплении с центральным колесом 14. Центральное колесо 14 соединено с выходным валом 2 передачи. Между ведущим и ведомым валами уста-3 новлена муфта 13, позволяющая 2 включать режим прямой передачи.

Ч Проведенные исследова-

% ния динамики МБП показали, что при пяти потоках мощности на стационарных режимах амплитуда колебаний угла разворота эксцентриков не превышает Рис. 1. Кинематическая схема МБП 0,3°. Поэтому при расчете внеш-

ней характеристики бесступенчатой передачи можно заменить ЭП генератора механических колебаний механизмом шарнирного четырехзвенника с постоянной для каждого режима длиной кривошипа (рис. 2).

Аналитические выражения для угловых координат шатуна <рг и коромысла и их производных по угловой координате входного вала

32 I I1«" 1

а<р а<р

контуров. При этом параметры четырехзвенника задаются в относительном виде:

г„ =

<1<рг ' 42 с1(р1

были получены методом векторных

Рассматриваемая бесступенчатая передача является саморегулируемой. В зависимости от нагрузки на выходном валу М2 и угловой скорости входного вала устанавливается определенное значение угла раскрытия эксцентриков . Внешний эксцентрик Ор2 при этом находится в равновесии под действием момента от центробежной силы и среднего момента от закрутки торсионов:

где т - приведенная масса внешнего эксцентрика; с - жесткость торсионов; а - угловое смещение центра масс внешнего эксцентрика О3 относительно его геометрического центра О2; е - эксцентриситет.

Для оценки уменьшения общего передаточного отношения трансмиссии г из-за закрутки торсионных валов введем величину внутреннего передаточного отношения г'г , равного отношению угловой скорости ведущих шестерен СР а>1 к амплитуде рабочей полуволны угловой скорости коромысел ЭП, жестко связанных с ведущими частями МСХ:

а, 1 ю, 1

(Я,

I,

д*к

(О /„

у ^ 2 ' б

(2)

где ) - амплитуда рабочей полуволны передаточного отношения от

кривошипа к коромыслу г42; г - передаточное отношение СР.

Угол закрутки торсиона (рте равен

= <р. (<р, . V) - (<»„, /;, V) - /<2 тч (/; )1Г(<р-<рп),

(3)

где v - аргумент, учитывающий вариант сборки четырехзвенника («параллелограмм» - v = 1, «антипараллелограмм» - v = 2); (рп - угловая координата входного вала, соответствующая заклиниванию выпрямителя, определяется численно решением уравнения

Угловая координата входного вала , соответствующая расклиниванию выпрямителя, определяется численно из уравнения:

Для выбора начальных приближений при численном решении уравнений (4), (5) предложен графоаналитический метод с использованием фазовой плоскости для угловой координаты коромысла, приведенной на рис. 3. На рис. 4 приведены результаты расчета углов заклинивания и расклинивания выпрямителя (верхние кривые - (ро , нижние - <рп ). По фазовым кривым рис. 3 видно, что с увеличением относительной длины кривошипа ¡' 2, колебания коромысла четырехзвенника все больше искажаются по сравнению с гармоническими. Это приводит к соответствующему сдвигу координат на рис.4.

В результате численного решения уравнения (1), получаем функцию угла раскрытия эксцентриков £=£(¡¿.,0)), графики которой приведены на рис. 5. Для сравнения здесь приведена зависимость , полученная по упрощен-

ной модели с гармоническим генератором.

Момент на выходном и входном валах и общее передаточное отношение трансмиссии равны:

Рис. 3. Фазовая плоскость Рис. 4. Фазы работы МСХ

На рис. 6 приведены внешние характеристики МБП, построенные по зависимостям (6) для разных вариантов сборки четырехзвенника V, и внешняя характеристика, построенная по модели с гармоническим генератором колебаний.

Рис 5 Угол раскрытия эксцентриков

Рис. 6 Внешние характеристики МБП

Из приведенных графиков видно, что трансформирующие свойства многопоточной бесступенчатой передачи достаточно высоки. Коэффициент трансформации момента определяем как отношение момента на выходном валу на стоповом режиме к максимальному моменту на входном валу: к - М° /М™. Необходимо отметить, что модель с гармоническим генератором дает достаточно большую погрешность расчетов.

Для построения тяговой характеристики транспортного средства необходимо рассчитать характеристику совместной работы МБП и ДВС. Для этого на рис. 7 в одной системе координат строим заданную аналитически в виде функции угловой скорости коленчатого вала а>д и положения педали подачи топлива ат характеристику двигателя .Mi((№t,CtaT') и характеристики момента на входном валу МБП Ml(iT,0) , которые не являются параболами, как у гидротрансформатора, при увеличении iT их характер изменяется

Точки пересечения графиков характеристик двигателя и передачи соответствуют решению уравнения их совместной работы:

Подставляя полученную в результате численного решения уравнения (7) функцию d){lT,anT) в (6), получим следующие зависимости:

К = м2 (iT, 0)(i7, аПТ)) = М2 (/г, апт); i = i{iT,(o{iT,anT)) = i{iT,anTy, a2=co(iT,am)-i(iT,anT).

На рис. 8 представлены характеристики совместной работы при разном положении педали подачи топлива, построенные по функциям (8), при этом iT использовалось как параметр. Для сравнения приведены внешние характеристики МБП ( 0) = const).

(8)

1, =0,05

<о, й>„ рад/с 250 0 а>,, рад/с 250

Рис 7 Характеристики МБП и ДВС Рис 8 Характеристики совместной работы На основании приведенных графиков можно сделать вывод, что за счет изменения оборотов двигателя возникает дополнительный прогиб характеристики совместной работы по сравнению с внешней характеристикой передачи.

В третьей главе разработана методика выбора параметров конструкции МБП. В качестве примера конструктивного исполнения был взят разработанный под руководством проф. А.А. Благонравова экспериментальный образец МБП на мощность 195 л.с (рис. 9).

Исходными для синтеза параметров являются следующие данные: момент на выходном валу трансмиссии на стоповом режиме коэффициент трансфор-

мации момента к; максимальное передаточное отношение imax; угловая ско-

рость входного вала трансмиссии при максимальной мощности двигателя й>„ и габаритные размеры Я х В х Ь.

А

Рис. 9. Экспериментальный образец МБП В результате синтеза необходимо определить заданные в виде параметров размеры СР и ЭП, жесткость торсионов с и массу внешнего эксцентрика т.

Основной задачей синтеза параметров СР (АА, рис. 9) является обеспечение максимального передаточного отношения ¡г при ограничениях на минимальный зазор Д между зубчатыми венцами периферийных колес и на внешний габарит Б- В12-{6ст+ Д^). Модуль зубчатых колес тр и величины 5т и Аст выбираются по стандартным методикам расчета деталей машин исходя из величины М°. Параметры центральной шестерни и периферийных колес определяются как функции от А и Б по полученным аналитическим зависимостям.

Размер /, ЭП (рис. 2) равен межцентровому расстоянию й СР (рис. 9). Представляя параметры как дополнительные аргументы в функции ¡42 ) амплитуды рабочей полуволны передаточного отношения г42,

запишем условие обеспечения заданной величины /тах:

где - максимальная относительная длина кривошипа.

Численно решая (9) относительно /3' и получим функции вида .„.'««.О^/Ж -.'¿«.О. Дополнительно зададим усло-

2 . ,.2

, соответствующее равенству синусов угла передачи 11

ц (рис. 2) при 1\ = 1'2 ж. При выполнении этого условия реакция шатуна Рс в одной из самых нагруженных кинематических пар ЭП - подшипниках коромысел 7 (рис. 1) - будет минимальна. Таким образом, относительная длина /* коромысла ЭП определяется из уравнения:

По приведенным на рис. 10 графикам численного решения (10) видно,что чем больше величина 12 , тем больше значение /, при одном и том же значении />.

. Следовательно, для уменьшения

реакции Рс и нагруженности подшипников коромысел ЭП, соответственно, необходимо стремиться выбрать как можно большее значение /* при условиях ограничения по внешнему габариту В преобразователя (рис. 11) и по минимальному диаметру входного вала dх.

Рис 10. Выбор размера коромысла

Рис 11. Компоновка эксцентрикового преобразователя 12

Также при выборе параметров ЭП необходимо учитывать компоновочное ограничение на длину шатуна:

Кроме заданной кинематики, необходимо обеспечить требуемые трансформирующие свойства МБП за счет выбора параметров с, а и т.

На первом этапе из условия обеспечения прочности и долговечности выбираем жесткость торсиона с. Затем, исходя из условия обеспечения момента М° , рассчитываем требуемый средний угол закрутки торсиона на стоповом режиме

Смещение центра масс внешнего эксцентрика а определяем из условия обеспечения кщ и (р\ ср по функции:

а = л

2 2 2 3 4-1 ¡л 4=1 1=1

V

Т 1шср

(13)

где

С и - коэффициенты аппроксимации, определяемые наоснове компьютер-

ного моделирования характеристик МБП; ктр - относительный коэффициент трансформации, к =кт

•V

При известных

и 1А1 , исходя из величины <рг определяем

долю длины кривошипа относительно максимальной на стоповом режиме по зависимости, вид которой аналогичен (13). Затем рассчитываем угол раскрытия эксцентриков на стоповом режиме £д , конструктивную постоянную передачи Кк и массу внешнего эксцентрика т = 2 • Кк • п • с1(й)н ■ /, ).2

При выборе параметров МБП необходимо учитывать, что из-за колебаний двухмассовой системы (рис. 12), состоящей из ведомых частей выпрямителя 11, торсионного вала с и периферийной шестерни СР происходящих после расклинивания выпрямителя, в зазоре зубчатого зацепления периферийной шестерни с центральным колесом /3 могут возникнуть ударные явления, вызывающие повышенный шум при работе.

При проведенных ранее испытаниях экспериментальной бесступенчатой трансмиссии малого трактора КМЗ-012 такой шум был достаточно громким. В диссертационной работе были получены зависимости для определения величины ударного импульса при первом ударе и оценки соответствующего уровня шума. Также был рассчи-Рис 12. Колебательная система тан колебательный процесс в зазоре СР с учетом последующих ударов (рис. 13) и получены зависимости для определения момента люфтовыбирающего устройства для устранения ударных импульсов, которое может быть выполнено, например, в виде разрезной шестерни с пружиной.

В качестве примера были рассчитаны параметры передачи при исходных данных, соответствующих внешней характеристике экспериментального образца (М°=3650Ял<; ¿«„=6,5; С = 1; = 230 Род /с; Н х . Процесс перекладки зазора в СР х В х Ь = 0,56 х 0,52 х 0,69 м)

При этом за счет варьирования отдельных параметров конструкции удалось добиться небольшого снижения максимума реакции шатуна Рс (рис. 2): для одного из вариантов она оказалась почти на 700 Н меньше, чем для экспериментального образца трансмиссии. Внешние характеристики рассчитанных вариантов получились одинаковыми.

В четвертой главе для обоснования допустимости предположения о мгновенном заклинивании выпрямителя, принятом в приведенных методиках расчета характеристик и выбора параметров МБП, проведено исследование динамики осевых механических выпрямителей с дополнительными рабочими поверхностями. Определено условие самоторможения в таких выпрямителях:

О/

18(ог)<

1+я*»,-/2'

(14)

где а - угол винтовой поверхности; ндон - число дополнительных рабочих поверхностей (дисков); / - реализуемый коэффициент трения.

На основании

расчетной схемы работы ф осевого выпрямителя в бесступенчатой передаче с упругим элементом (рис. 14) была составлена силовая расчетная схема для одной полумуфты выпрямителя (рис. 15).

Рис. 14. Расчетная схема осевого выпрямителя

Рис. 15. Силовая расчетная схема выпрямителя 14

На основе расчетной схемы рис. 15 и уравнения связи при движении по винтовым поверхностям были уточнены полученные ранее уравнения динамики осевого выпрямителя:

при фх - <рг > 0:

[}г + т2 ■ у(ср\ -<р[)]■<»" = тг ■ у(<р',-<р'2)-<р"+[с, • у(<р' -<р[)-Л(<р', -<р\)]х

•1,-<Р" = 2-Щ-<р1)-(<Р1 -<р1)-с-{<рг-<р,) + 2 Мв,!1 ■ щп((р[ -<р\);

при

где - коэффициенты, определяемые выражениями:

Уточненные уравнения позволяют учесть наличие зазора 8а между ведущей звездочкой и полумуфтой при свободном ходе; кинематику реального генератора колебаний; наличие двух полумуфт в реальном выпрямителе и инерционность ведомых масс передачи.

Для момента ведения между дисками Меа была задана функция:

где М°ед - момент ведения при малой относительной угловой скорости дисков (М°ад = 0,25 Н*м); к- коэффициент демпфирования (кд = 0,075 Н*м*с/рад).

Результаты численного решения уравнений динамики выпрямителя без зазора приведены на рис. 16, с зазором - на рис. 17.

Теоретическому моменту заклинивания на приведенных графиках соответствует точка <рп, в которой касательная к графику функции - <р{) горизон-горизонтальна. По графикам функции {(р'г —(р[) можно сделать вывод, что при 5п= 0 заклинивание по дискам происходит в точке (р^ , совпадающей с точкой . При наличии зазора в выпрямителе некоторое время затрачивается на его выборку, при этом заклинивание по дискам происходит также мгновенно, но несколько позже теоретического момента ф:,. После заклинивания буксования между дисками под нагрузкой нет. По графику функции (<р\ -ф'2) видно, что заклинивание по клину происходит значительно позже - в точке ф^"", при этом угловая деформация выпрямителя по упруго-диссипативной характеристике (УДХ) достигает максимума шх и остается постоянной до расклинивания по клину в точке ф^". Расклинивание по дискам происходит в точке ф^.

* (<», - <Рг) ~ Г,„„ ' С + ¿С ' - <Р\);

(15)

4<р\-<р\) = и*. ■/*» -с, ^(а)-^^-ф\)-гл

(16)

По результатам решения уравнений динамики был рассчитан цикловой КПД осевого выпрямителя для разных режимов работы:

-7*-Т' (17)

л + л + л

тр ^ пси жр _дт поч

где Ат - полезная работа за цикл; А 11СЯ - работа сил трения по основной поверхности; Атр - работа сил трения по дополнительным поверхностям

Для определения работ, входящих в (17), воспользуемся формулами:

Д™ = Г " V/') • с • [$>э(0 - <РЛ 0№

V-=(18)

На основании проведенных расчетов был сделан вывод, что КПД выпрямителей нового типа достаточно высок (93,6-96,4%) и сопоставим с КПД конической зубчатой пары. Интересно, что с ростом усилия люфтовыбирающей пружины Рпр при Зп ф 0 цикловой КПД выпрямителя увеличивается, т к время выборки зазора при этом уменьшается, что приводит к уменьшению потерь на буксование между дисками при свободном ходе.

В пятой главе приведены результаты экспериментального исследования динамики осевого выпрямителя. Для проверки полученных теоретических результатов на базе экспериментальной бесступенчатой трансмиссии трактора КМЗ-012 был разработан и изготовлен испытательный стенд, кинематическая схема которого приведена на рис. 18.

На стенде были установлены следующие потенциометрические датчики: №1 - датчик углового перемещения ведомой обоймы выпрямителя относительно звездочки - ); №2 -датчик линейного перемещения полумуфты относительно звездочки, показания которого пропорциональны разности ((рх ; №3 - датчик угла закрутки торсиона (<р3 Также

Рис. 18. Кинематическая схема стенда были установлены бесконтактные оптические датчики угловой скорости входного (0 — ф и выходного ф^ валов бесступенчатой передачи. Для дублирования показаний датчика №3 был установлен тензометрический датчик №5 момента на коромысле выпрямителя. Показания датчиков регистрировались на ЭВМ в реальном времени. Все проводимые измерения были прямыми.

Испытания проводились при температуре масла М8Гг , равной 26,40, 60 и 80°С. Так как повышение вязкости масла при понижении температуры может играть отрицательную роль, на рис. 19 приведена запись, сделанная при минимальной температуре, когда вязкость масла составляла V = 128 сСт.

По оси абсцисс представлено время, выраженное в градусах угла поворота ведущего вала, вращающегося с постоянной скоростью СО = 211 рад/ с. Начало отсчета выбрано произвольно. Запись датчиков №3 и №4 приведена к одному

: 0,28 составил

масштабу. Максимальный момент закрутки торсиона при 162 Н • м, что соответствует 7,72° закрутки. Теоретический момент заклинивания t1 определяем так же, как и при анализе решений уравнений динамики выпрямителя, проводя горизонтальную касательную аа к графику показаний датчика № 1. На теоретическом графике рис. 20, построенном для того же режима, что и экспериментальная запись, точка о*, соответствует пересечению кривых ф1 и фГ

Рис. 19. Экспериментальная запись

Рис. 20. Теоретический график

Характер записи датчика №2 аналогичен кривой — <рг) решения уравнений динамики (рис. 17). Тоже имеется участок (/,/!) выборки зазора = 5п, участок деформации по УДХ, горизонтальный участок, свидетельствующий о заклиненном состоянии по винтовым поверхностям. Кривая записи показаний датчика №1 и кривая (<рг —<р,) рис. 17 также имеют одинаковый вид.

Теоретический максимальный угол закрутки торсиона, определенный в сечении 0Яг рис. 20, равен 9,34°. Разница между экспериментом и теорией составляет 1,62° и вызвана податливостью реального четырехзвенника и достаточно длинной кинематической цепи от двигателя до входного вала бесступенчатой передачи (рис. 18), что было подтверждено дополнительными исследованиями.

При повышении температуры масла условия выборки зазора улучшаются, что приводит к увеличению максимального момента закрутки торсиона.

При установке на выпрямитель дополнительной люфтовыбирающей пружины можно обеспечить предварительную выборку зазора даже при температуре масла 26°. Благодаря пружине с усилием Рр = 50 Н (рис. 15) удалось почти в 4 раза уменьшить время выборки зазора по сравнению с работой выпрямителя в тех же условиях, но без пружины. В единицах угла поворота входного вала это время стало равно всего 17° вместо 62° при Рнг=0 (рис. 19). Максимальный момент закрутки торсиона при значении 1Т = 0,31 вырос до величины

=212 Н*м.

•МФ

Проведенное сравнение экспериментальных записей с теоретическим графиком (рис. 20) и результатами решения уравнений динамики выпрямителя с зазором (рис. 17) показало, что передача работает нормально даже при не разогретом масле. По графикам показаний датчика №1 видно, что скольжение по дополнительным рабочим поверхностям (по дискам) при включении выпрямителя происходит только во время выборки зазора и заканчивается, как только момент трения возрастает до условий самоторможения. Следовательно, долговечность осевого выпрямителя обеспечена. Параметры конструкции выпрямителя при этом должны выбираться исходя из условия обеспечения самоторможения (14).

Для определения граничных условий обеспечения самоторможения, были проведены испытания при уменьшенном количестве дополнительных рабочих поверхностей в выпрямителе. При пдон = 7 по сравнению с пдон = 9 заметных различий в работе передачи обнаружено не было. При пдон = 5 и ^асла = 26°С заклинивание происходило неуверенно, и маховик вращался слишком медленно. При tмасла = 40°С маховик вращался быстрее, но останавливался при приложении нагрузки. Поэтому можно считать, что при ндон = 5 были реализованы граничные условия самоторможения. Решая (14) относительно /при ндон= 5 и

= 0,24, получим / = 0,061. Так как в этом случае заклинивание осуществлялось на границе безотказности, то можно считать, что реализуемый коэффициент трения после выборки зазора именно такой. Это точно совпадает с рекомендациями В.Ф. Мальцева по назначению угла заклинивания роликовых МСХ а < 7°, так как/2) =0,0611. Таким образом, при ндон = 9 полу-

чаем двухкратный запас по условию обеспечения самоторможения, что гарантирует безотказность осевого выпрямителя.

Каких-либо не согласующихся с теорией явлений при эксперименте не выявлено. Это свидетельствует о потенциальной надежности бесступенчатой передачи с упругими звеньями и выпрямителями осевого исполнения, имеющими дополнительные рабочие поверхности. Также по результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что если обеспечены условия выборки зазора к теоретическому моменту заклинивания, принятое при расчете характеристик передачи и разработке методики выбора ее параметров допущение о мгновенном заклинивании выпрямителя верно.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Разработаны и реализованы в виде программного обеспечения (ПО) для ЭВМ следующие расчетные методики:

- методика расчета уточненной внешней характеристики МБП с учетом особенностей кинематики эксцентрикового преобразователя;

- методика расчета характеристики совместной работы МБП и ДВС;

- методика расчета колебаний в суммирующем редукторе МБП и методика расчета параметров устройства для устранения этих колебаний;

- методика выбора параметров конструкции МБП, исследовано влияние параметров отдельных элементов кинематической цепи на внешнюю характеристику передачи.

Впервые экспериментально исследована динамика заклинивания осевого механического выпрямителя с дополнительными рабочими поверхностями; определены граничные условия обеспечения самоторможения в таком выпрямителе.

Доказано отсутствие проскальзывания между дисками механического выпрямителя осевого типа под нагрузкой, что гарантирует долговечность и безотказность работы осевого выпрямителя в бесступенчатой передаче.

Теоретически исследовано влияние зазоров в механическом выпрямителе осевого типа на внешнюю характеристику МБП.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Благонравов А.А., Ревняков Е.Н. Устранение ударных импульсов в зубчатом зацеплении механической бесступенчатой передачи // Сборник научных трудов «Проблемы машиностроения». Екатеринбург: УрО РАН, 2003. С.202-209.

2. Благонравов А.А., Ревняков Е.Н. Уточнение внешней характеристики многопоточной бесступенчатой передачи с упругими звеньями // Краткие научные сообщения Всероссийской научно-технической конференции «Механика и процессы управления моторно-трансмиссионных систем транспортных машин». Курган: УрО РАН, КГУ, 2003. С.133-138.

3. Ревняков Е.Н. Влияние обратимости четырехзвенника на внешнюю характеристику бесступенчатой передачи // Материалы Международной конференции «Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства». Часть II. Волгоград: РПК «Политехник», 2003. С.192-195.

4. Ревняков Е.Н. Выбор параметров кинематической цепи бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком // Краткие научные сообщения Всероссийской научно-технической конференции «Механика и процессы управления моторно-трансмиссионных систем транспортных машин». Курган: УрО РАН, ЮГУ, 2003. С.83-86.

5. Ревняков Е.Н. Выбор параметров конструкции бесступенчатой передачи с учетом оптимизации по углу передачи // Труды Юбилейной XV Международной Интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения. М.: ИМАШ РАН, 2004. С.62-79.

6. Ревняков Е.Н. Модель механического интегратора // Труды Международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2003». СПб.: «Нестор», 2003. С.185-192.

7. Ревняков Е.Н. Приведение масс выпрямителей к массе ведущего эксцентрика//Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. Выпуск V. Курган, 2003. С.79-83.

8. Ревняков Е.Н. Уточненный расчет приведенной массы внешнего эксцентрика бесступенчатой трансмиссии // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. Курган, 2004. С.239-241.

9. Ревняков Е.Н. Характеристика совместной работы двигателя внутреннего сгорания и бесступенчатой передачи // Краткие научные сообщения Всероссийской научно-технической конференции «Механика и процессы управления моторно-трансмиссионных систем транспортных машин». Курган: УрО РАН, КГУ, 2003. С.27-29.

10. Ревняков Е.Н. Эксцентриковый преобразователь механической бесступенчатой передачи // Труды XXIII Российской школы «Наука и технологии». М.: РАН, 2003. С. 158 -168.

Подписано к печати 4Ч.04.ОЖ Усл. печ. л. 1,5 Бумага тип. №1

Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз. Уч>-иэд. л. 1,5

Заказ № У/ бесплатно -(---

Издательство Курганского государственного университета (т —

640669, г.Курган, ул. Гоголя, 25.

Курганский государственный университет, ризограф. .

675

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Глава 2. УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОПОТОЧНОЙ БЕССТУПЕНЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ СО СВОБОДНЫМ ЭКСЦЕНТРИКОМ.

2.1. Многопоточная бесступенчатая передача со свободным эксцентриком.

2.2. Кинематика генератора колебаний многопоточной бесступенчатой передачи.

2.3. Математическая модель равновесия эксцентрикового преобразователя.

2.4. Расчет внешней характеристики многопоточной бесступенчатой передачи с учетом реальной кинематики.

2.5. Уточненный расчет приведенной массы внешнего эксцентрика бесступенчатой трансмиссии.

2.6. Алгоритм расчета характеристики совместной работы двигателя и многопоточной бесступенчатой передачи.

Выводы.

Глава 3. СИНТЕЗ МНОГОПОТОЧНОЙ БЕССТУПЕНЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ СО СВОБОДНЫМ ЭКСЦЕНТРИКОМ.

3.1. Общий алгоритм определения параметров кинематической цепи бесступенчатой передачи.

3.2. Определение параметров суммирующего редуктора.

3.3. Обеспечение заданной кинематики эксцентрикового преобразователя.

3.4. Обеспечение заданных трансформирующих свойств многопоточной бесступенчатой передачи.

3.5. Устранение ударных импульсов в зубчатом зацеплении механической бесступенчатой передачи.

Выводы.

Глава 4. ДИНАМИКА ОСЕВОГО МЕХАНИЧЕСКОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ.

4.1. Кинетостатика осевого выпрямителя с дополнительными рабочими поверхностями.

4.2. Уравнения динамики осевого механического выпрямителя.

4.3. Теоретическое исследование динамики осевого механического выпрямителя.

4.4. Расчет циклового КПД осевого механического выпрямителя.

Выводы.

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ВКЛЮЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ОСЕВОГО ТИПА.

5.1. Задачи и объект экспериментального исследования.

5.2. Испытательный стенд и измерительная аппаратура.ИЗ

5.3. Анализ результатов экспериментального исследования.

5.4. Расчет внешней характеристики многопоточной бесступенчатой передачи с учетом зазора в выпрямителе.

Выводы.

Известно, что первые самоходные транспортные средства приводились в движение за счет крутящего момента, развиваемого паровой машиной. Характеристика такой машины была близка к гиперболической и позволяла обойтись одной передачей в трансмиссии. С появлением двигателей внутреннего сгорания (ДВС), обладающих небольшим диапазоном изменения угловой скорости выходного вала и малым коэффициентом приспособляемости по моменту, возник вопрос о создании передачи, которая смогла бы обеспечить на движителе транспортного средства подобную характеристику, позволяющую максимально использовать мощность силовой установки. Такая передача должна быть бесступенчатой и обладать внешней характеристикой, близкой к гиперболической [44].

При создании бесступенчатых передач возникли сложности в обеспечении надежности и высокого значения КПД, что привело к поиску альтернативных решений. В качестве одного из таких решений широкое применение нашли механические ступенчатые коробки передач, которые достаточно просты в изготовлении, надежны и обладают КПД, близким к единице. Недостатком ступенчатых коробок передач является то, что они не позволяют реализовать всю мощность силовой установки при движении, что приводит к ухудшению динамических и топливно-экономических характеристик транспортных средств. Таким образом, пока в качестве силовой установки будет использоваться ДВС, идея создания надежной бесступенчатой трансмиссии, которая могла бы с успехом конкурировать со ступенчатой коробкой передач, будет чрезвычайно актуальной. Очевидно, что такая трансмиссия должна быть чисто механической, так как преобразование энергии из одного вида в другой всегда сопровождается потерями и не позволяет получить высокое значение КПД.

По принципу действия механические бесступенчатые передачи (БП) можно разделить на непрерывные и импульсные [12].

У непрерывных БП или, как их часто называют, фрикционных вариаторов на стационарных режимах скорости всех звеньев постоянны. Основным недостатком таких передач является наличие кинематического скольжения между рабочими поверхностями деталей при высоких контактных напряжениях. Так, например, при работе стальных поверхностей в масле коэффициент трения принимают равным 0,04-0,05 [29], следовательно, нормальные силы должны быть в 20-25 раз больше тангенциальных.

В импульсных БП скорости отдельных внутренних звеньев являются периодическими функциями времени. Благодаря этому свойству удается избавиться от главного недостатка непрерывных передач — наличия скольжения между рабочими телами под нагрузкой. Непременными составными элементами импульсных передач были механизмы свободного хода (МСХ). Чаще других применялись роликовые МСХ, которые показывали достаточную надежность при использовании в различных приводах в качестве обгонных муфт. Но при использовании в импульсных передачах МСХ любых конструкций оказывались элементами с наиболее низкой надежностью.

Для обеспечения надежности импульсной механической бесступенчатой передачи кроме механического выпрямителя также необходимо решить проблему больших динамических нагрузок.

На основании опыта многолетних исследований проф. A.A. Благонравовым была предложена кинематическая схема механической импульсной многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком (МБП) [9], в которой удалось обеспечить работу всех кинематических пар в условиях, аналогичных условиям их работы в ступенчатых коробках передач. Для таких условий расчетные методики обеспечения прочности и долговечности отработаны.

Для решения проблемы надежности МСХ было предложено использовать механические выпрямители нового типа - осевые выпрямители с дополнительными рабочими поверхностями [8].

Введение упругих элементов в кинематическую цепь бесступенчатой передачи [9] позволило ограничить максимальные динамические нагрузки, но при этом значительно усложнился расчет ее внешней характеристики, в ходе которого приходится решать уравнения с интегралами, пределы которых зависят от выбранного режима. В выполненных расчетах [17] для получения решения в первом приближении использовалась упрощенная модель с гармоническим генератором колебаний. В этом случае изменение пределов интегрирования в зависимости от режима удавалось определить достаточно точно. Потом по рекомендациям [21-23] вводились поправки, учитывающие отличие кинематики эксцентрикового преобразователя, являющегося генератором колебаний в передаче [9], от генератора гармонических колебаний. Эти поправки вводились в виде коэффициентов к углу и угловой скорости. Дальнейшие исследования показали, что введение поправок не обеспечивает необходимой точности.

Существующие методики для расчета кинематики эксцентрикового преобразователя, например, [40], базируются в основном на графоаналитических методах, обладающих большой трудоемкостью и приводящих к значительным погрешностям при расчете аналогов скоростей и их производных из-за малого (не более 20) количества расчетных точек. Если при анализе конкретной конструкции такие методы применимы, то при синтезе, когда требуется рассмотреть несколько конструктивных вариантов, их использование затруднительно.

На основании кинематической схемы [9] под руководством проф. A.A. Благонравова был разработан проект экспериментальной многопоточной бесступенчатой передачи на мощность 195 л.с. При разработке этого проекта автором диссертационного исследования решались следующие задачи: задача синтеза параметров МБП по заданным требованиям к ее трансформирующим свойствам; исследовалось взаимное влияние параметров элементов кинематической цепи МБП на ее внешнюю характеристику; рассчитывалась характеристика совместной работы МБП с двигателем внутреннего сгорания, необходимая для тягового расчета проектируемого транспортного средства. Также решалась задача устранения ударных импульсов при перекладке зазоров в суммирующем редукторе МБП.

Особое внимание было уделено вопросу обоснования надежности осевых выпрямителей. Проведенные ранее испытания экспериментальной механической бесступенчатой передачи с такими выпрямителями показали, что они обладают хорошими техническими характеристиками [20]. В ходе этих испытаний ставилась задача исследования бесступенчатой трансмиссии в целом, а не самого рабочего процесса выпрямителей. Поэтому задача экспериментального исследования работы осевых механических выпрямителей в бесступенчатой передаче с целью обоснования их достаточной надежности осталась нерешенной.

Таким образом, целью диссертации является разработка методики выбора параметров механической многопоточной бесступенчатой передачи с точки зрения обеспечения требуемых трансформирующих свойств и с точки зрения обеспечения безотказности и долговечности как основных составляющих надежности.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

- разработка методики расчета уточненной внешней характеристики многопоточной механической бесступенчатой передачи с учетом особенностей кинематики реального эксцентрикового преобразователя;

- разработка методики расчета характеристики совместной работы двигателя внутреннего сгорания и многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком;

- разработка методики выбора параметров конструкции многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком и исследование влияния параметров отдельных элементов кинематической цепи на ее внешнюю характеристику;

- разработка методики расчета параметров устройства для устранения колебаний в суммирующем редукторе многопоточной бесступенчатой передачи;

- экспериментальное исследование динамики включения механического выпрямителя осевого типа с дополнительными рабочими поверхностями с целью решения вопроса о его надежности.

Расчет характеристик бесступенчатой передачи ведется методами векторной и аналитической механики [1, 25]. Кинематические зависимости для эксцентрикового преобразователя получены методом векторных контуров [3]. Методика выбора параметров многопоточной бесступенчатой передачи разработана на основе параметризованной модели ее конструкции с использованием компьютерного моделирования. Исследование процессов перекладки зазоров в суммирующем редукторе МБП проводилось с учетом положений теории удара [43].

В проводимом исследовании впервые получены уточненные внешние характеристики многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком при разной угловой скорости входного вала. Также получены характеристики совместной работы многопоточной бесступенчатой передачи и двигателя внутреннего сгорания при разном положении педали подачи топлива. Разработанная методика выбора параметров конструкции, в отличие от предложенного ранее метода проб и оценок [17], позволяет достаточно точно обеспечить заданную кинематику и трансформирующие свойства бесступенчатой передачи, при этом учитываются компоновочные ограничения реальной конструкции.

На основании впервые проведенных экспериментальных исследований динамики включения осевого выпрямителя с дополнительными рабочими поверхностями сделан вывод о его потенциальной надежности при работе в бесступенчатой передаче.

Разработанные методики могут быть использованы при проектировании многопоточной бесступенчатой передачи для транспортных средств. На их основе может быть выполнен расчет тяговой и топливно-экономической характеристик машины. На основе результатов экспериментальных исследований могут быть выбраны параметры осевых выпрямителей из условия обеспечения их надежности.

Результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- на Международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2003» (Санкт-Петербург, 2003);

- на Всероссийской научно-технической конференции «Механика и процессы управления моторно-трансмиссионных систем транспортных машин» (Курган, 2003); на Международной конференции «Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства» (Волгоград, 2003);

- на Юбилейной XV Международной Интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения (Москва: ИМАШ РАН, 2003).

По результатам работы над диссертацией опубликовано 10 печатных работ [15, 16,48-55].

Работа является законченной. В результате ее выполнения были разработаны и реализованы в виде программ для ЭВМ конкретные расчетные методики, позволяющие разработать многопоточную бесступенчатую передачу практически для любого транспортного средства и обеспечить ее надежность.

На защиту выносятся:

- методика расчета уточненной внешней характеристики многопоточной механической бесступенчатой передачи и методика расчета характеристики совместной работы двигателя внутреннего сгорания и передачи; методика выбора параметров конструкции многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком;

- методика расчета колебаний в суммирующем редукторе многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком и методика расчета параметров устройства для устранения этих колебаний;

- результаты экспериментального исследования динамики включения механического выпрямителя осевого типа при работе на разных режимах в составе бесступенчатой передачи.

Основные положения диссертации изложены в пяти главах. В первой главе проведен анализ состояния вопроса и уточнены задачи исследования. Во второй главе приведена методика расчета уточненной внешней характеристики МБП и характеристики совместной работы с ДВС. Методика выбора параметров конструкции МБП изложена в третьей главе диссертации. Также здесь приведена методика расчета колебаний в суммирующем редукторе МБП и методика выбора параметров устройства для их устранения. Четвертая глава посвящена теоретическому исследованию динамики включения осевого выпрямителя с дополнительными рабочими поверхностями. В пятой главе приведены результаты экспериментального исследования динамики осевого выпрямителя и уточнена методика расчета внешней характеристики МБП с учетом зазора в выпрямителе.

Выводы

В главе 5 диссертационной работы была поставлена цель экспериментального исследования. Приведено описание экспериментального стенда, его электрическая и кинематическая схемы. Проведенное сравнение экспериментальной записи, полученной при работе передачи под нагрузкой, и теоретических графиков подтвердило полученные ранее результаты теоретического исследования динамики осевого выпрямителя. На основании этого сравнения был сделан вывод, что даже при не разогретом масле и отсутствии люфтовыбирающей пружины передача работает нормально: заклинивание по дополнительным поверхностями осевого выпрямителя происходит мгновенно и буксования между ними под нагрузкой нет.

Сделанный в гл. 4 по результатам теоретического исследования динамики выпрямителя вывод о смещении момента заклинивания выпрямителя по сравнению с теоретическим из-за выборки зазора был подтвержден экспериментально. Анализ записей, сделанных при разной температуре масла в картере передачи, показал, что с ростом температуры условия выборки зазора улучшаются. При установке на выпрямитель люфтовыбирающих пружин удалось обеспечить предварительную выборку зазора даже при не разогретом масле. Время выборки зазора при этом значительно уменьшалось.

Для количественной оценки влияния времени выборки зазора на внешнюю характеристику многопоточной бесступенчатой передачи были составлены уточненные уравнения для определения углов заклинивания и расклинивания выпрямителей. С помощью этих уравнений была получена уточненная функция угла раскрытия эксцентриков и построены внешние характеристики передачи с учетом зазора в выпрямителе. Анализ этих характеристик показал, что наличие зазора в выпрямителе может привести к значительному снижению максимального передаточного отношения трансмиссии и момента на выходном валу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе работы над диссертацией были получены следующие результаты:

- разработана и реализована в виде программного обеспечения (ПО) для ЭВМ методика расчета уточненной внешней характеристики многопоточной механической бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком с учетом особенностей кинематики эксцентрикового преобразователя;

- разработана и реализована в виде ПО для ЭВМ методика расчета характеристики совместной работы двигателя внутреннего сгорания и многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком;

- разработана и реализована в виде ПО для ЭВМ методика расчета колебаний в суммирующем редукторе многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком и методика расчета параметров устройства для устранения этих колебаний;

- разработана и реализована в виде ПО для ЭВМ методика выбора параметров конструкции многопоточной бесступенчатой передачи со свободным эксцентриком и исследовано влияние параметров отдельных элементов кинематической цепи на внешнюю характеристику передачи; теоретически исследовано влияние зазоров в механическом выпрямителе осевого типа на внешнюю характеристику многопоточной бесступенчатой передачи;

- впервые экспериментально исследована динамика заклинивания осевого механического выпрямителя с дополнительными рабочими поверхностями; определены граничные условия обеспечения самоторможения в таком выпрямителе;

- доказано отсутствие проскальзывания между дисками механического выпрямителя осевого типа под нагрузкой, что гарантирует долговечность и безотказность работы осевого выпрямителя в бесступенчатой передаче.

На основе разработанных в ходе исследований методик можно выбрать параметры многопоточной бесступенчатой передачи практически для любого транспортного средства. В качестве исходных данных для синтеза необходимы те же параметры, что и при расчете ступенчатых коробок передач. Расчетные методики реализованы в виде пакета программ для ЭВМ. С их помощью также можно по заданным параметрам конструкции рассчитать уточненную внешнюю характеристику бесступенчатой передачи и характеристику совместной работы двигателя и передачи.

На основе экспериментальных данных о работе механических выпрямителей нового типа - осевых с дополнительными рабочими поверхностями — было показано, что при выполнении условия самоторможения проскальзывание между дисками выпрямителя отсутствует. Следовательно, впервые получено доказательство возможности создания надежной механической бесступенчатой передачи. Некоторое уменьшение момента на выходном валу по сравнению с теоретическим значением, обнаруженное в ходе экспериментальных исследований, вызвано наличием зазоров в выпрямителе и может быть учтено при проектировании на основе предложенной уточненной расчетной модели.

1. Айзерман М.А. Классическая механика. М.: Наука, 1974. - 368 с.

2. Антонов A.C. Силовые передачи колесных и гусеничных машин. Теория и расчет. JL: Машиностроение, 1975. - 480 с.

3. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975. -640 с.

4. Артоболевский И.И., Зиновьев В.А., Умнов В.Н. Динамика механической системы с вариатором // Динамика машин. М.: Машиностроение, 1969. -С. 17-24.

5. Артоболевский И.И., Тишин М.М. Кинематика импульсных коробок передач // Вестник машиностроения. 1944. - №9-10. — С. 10-18.

6. Баженов С.П., Белоглазов В.Г. К анализу механизмов свободного хода в импульсной передаче // Передаточные механизмы Г Под ред. В.Ф. Мальцева и Б.А. Пронина. -М.: Машиностроение, 1971. С.198-205.

7. Балжи М.Ф. Инерционный бесступенчатый трансформатор крутящего момента: Дис. . д-ра. техн. наук. Челябинск, 1970. - 210 с.

8. Благо нравов A.A. Клиновой механизм свободного хода / Патент РФ №2070998, МПК F 16D 41/00.- 1996, Бюл. №36.

9. Благонравов A.A. Механическая бесступенчатая передача. Патент РФ №2211971. Б.И. 2003, №25.

10. Благонравов A.A. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. -М.: Машиностроение, 1977. 143 с.

11. Благонравов A.A. Механические потери в импульсной передаче с упругим звеном // Межвузовский сборник научных трудов «Бесступенчатые передачи и механизмы свободного хода». Калининград, 2001. - С.134-141.

12. Благонравов A.A., Держанский В.Б. Динамика управляемого движения гусеничной машины: Учебное пособие. — Курган: Изд-во КМИ, 1995. -162 с.

13. Благонравов A.A., Ревняков E.H. Устранение ударных импульсов в зубчатом зацеплении механической бесступенчатой передачи // Сборник научных трудов «Проблемы машиностроения». Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - С.202-209.

14. Благонравов A.A., Худорожков С.И. Внешняя характеристика многопоточной бесступенчатой передачи с упругими звеньями // Труды XXII Российской школы «Наука и технологии». М.: РАН, 2002.- С.118-125.

15. Благонравов A.A., Худорожков С.И. Динамика механической бесступенчатой передачи // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2002, №6. С. 19-24.

16. Воронцов A.A. Обоснование целесообразности применения в механических бесступенчатых передачах упругих звеньев и МСХ с дополнительными рабочими поверхностями: Дис. . канд. техн. наук. -Курган, 2002.-102 с.

17. Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1976. - 328 с.

18. Вульфсон И.И. Колебания машин с механизмами циклового действия. — JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. 309 с.

19. Вульфсон И.И, Коловский М.З. Нелинейные задачи динамики машин. -Л.: Машиностроение. Ленинг. отд-ние, 1968. 284 с.

20. Вязников М.В. Статические характеристики инерционной импульсной передачи с упругим элементом: Дис. . канд. техн. наук. Курган, 1999. -127 с.

21. Гантмахер Ф.Р. Лекции по аналитической механике. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2001.-264 с.

22. Гируцкий О.И., Раскин В.Е. Бесступенчатые передачи автомобиля (обзор) // Автомобильная промышленность США. 1984. - №9.

23. Держанский В.Б. Исследование процесса заклинивания механизма свободного хода с дополнительной кинематической связью: Дис. . канд. техн. наук. Курган, 1981. - 194 с.

24. Еновский-Лашков Ю.К., Баранов В.В., Раскин В.Е., Меламед К.Б. Бесступенчатые фрикционные трансмиссии автомобилей. II Легковые автомобили и автобусы // Обзорная информация. М.: НАМИ, 1990. - 48 с.

25. Есипенко Я.И. Механические вариаторы скорости. Киев: Гостехиздат УССР, 1961.-219 с.

26. Карабань В.Г. Исследование динамики импульсной механической системы постоянной скорости привода генератора транспортной машины: Дис. . канд. техн. наук. Курган, 1982. - 140 с.

27. Коднир Д.С. Контактная гидродинамика смазки деталей машин. М.: Машиностроение, 1976. -304 с.

28. Коростелин A.C. Новые конструкции автомобилей и их отдельных механизмов. -М.: ОГИЗ-Гострансиздат, 1931. 176 с.

29. Кропп А.Е. Приводы машин с импульсными вариаторами. М.: Машиностроение, 1988. - 144 с.

30. Куликов Н.К. Клиновые механизмы свободного хода // Труды НАМИ. -М.: Машгиз, 1954. Вып. 75.-68 с.

31. Леонов А.И. Инерционные автоматические трансформаторы вращающего момента. — М.: Машиностроение, 1978. 223 с.

32. Леонов А.И. Микрохраповые механизмы свободного хода. М.: Машиностроение, 1982. - 219 с.

33. Леонов А.И., Дубровский А.Ф. Механические бесступенчатые передачи непрерывного действия. М.: Машиностроение, 1984. - 191 с.

34. Леонов А.И., Ефимов Н.П. Бесступенчатые рычажно-фрикционные передачи. — М.: Машиностроение, 1987. — 136 с.

35. Мальцев В.Ф. Импульсивные вариаторы. — М.: Машгиз, 1963. — 279 с.

36. Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. М.: Машиностроение, 1978. - 367 с.

37. Мальцев В.Ф. Роликовые механизмы свободного хода. — М.: Машиностроение, 1968.-415 с.

38. Мишустин В.В. Исследование динамики регулируемой бесступенчатой передачи: Дис. . канд. техн. наук. Курган, 1980. -219 с.

39. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Машиностроение, 1976. 320 с.

40. Петров В.А. Автоматическое управление бесступенчатых передач самоходных машин. М.: Машиностроение, 1968. - 384 с.

41. Пилипенко М.Н. Механизмы свободного хода. М.: Машиностроение, 1966.-288 с.

42. Плешаков Ю.Д., Бекасова В.В. Динамика заклинивания роликового механизма свободного хода с колеблющимся ведущим звеном // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1982, №6. С. 14-18.

43. Пожбелко В.И. Инерционно-импульсные приводы машин с динамическими связями. -М.: Машиностроение, 1989. 136 с.

44. Ревняков E.H. Модель механического интегратора // Труды Международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2003». СПб.: «Нестор», 2003. - С.185-192.

45. Ревняков E.H. Приведение масс выпрямителей к массе ведущего эксцентрика // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. Выпуск V. Курган, 2003. -С.79-83.

46. Ревняков E.H. Уточненный расчет приведенной массы внешнего эксцентрика бесступенчатой трансмиссии // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. -Курган, 2004. С.239-241.

47. Ревняков E.H. Эксцентриковый преобразователь механической бесступенчатой передачи // Труды XXIII Российской школы «Наука и технологии». -М.: РАН, 2003. С.158 - 168.

48. Стратечук A.M. Определение характеристик саморегулируемой бесступенчатой передачи с эксцентриковым преобразователем: Дис. . канд. техн. наук. Курган, 1986. - 250 с.

49. Худорожков С.И. Повышение эффективности работы клинового механизма свободного хода с кинематической связью на основе оптимизации параметров конструкции: Дис. . канд. техн. наук. — Курган, 1985. — 150 с.

50. Чугаев P.P. Гидравлика. JL: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 672 с.

51. Шушкевич В.А. Основы электротензометрии. Минск: Высшая школа, 1975.-351 с.