общие принципы в работе передаточных механизмов с

Секция 1 «АВТОМОБИЛИ, ТРАКТОРЫ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОЛЕСНЫЕ И ГУСЕНИЧНЫЕ МАШИНЫ».
Подсекция «Автомобили и интеллектуальные транспортные системы».
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ В РАБОТЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ С ГИБКОЙ
СВЯЗЬЮ
доц. Дмитриева Л.А.
МГТУ «МАМИ»
[email protected],
(495)223-05-23д.1500
Механизмы с гибкой связью призваны обеспечить передачу мощности от ведущего
звена к ведомому. Разновидности подобных механизмов вращательного движения- передач
отличает как тип гибкой связи, так и конструктивное исполнение. В первом случае гибкая
связь работает либо трением (в ременных передачах), либо зацеплением ( в цепных или
подобных передачах). Во втором – гибкая связь может охватывать не только одно или
несколько ведомых звеньев, но и ряд дополнительных (натяжных, направляющих), причем
работать на ведомом звене как по замкнутой поверхности (поверхности шкивов, звездочек),
так и разомкнутой (гусеничный привод). Общим для всех механизмов является требование
обеспечения начального натяжения гибкой связи, которое при передаче полезной нагрузки
дополняется рабочим, реализованном на ведущем звене.
В теоретическом плане гибкую связь часто отождествляют с гибкой лентой или
нитью, а многогранные поверхности звеньев (звездочек) – с окружностью.
На рис.1 приведено сопоставление расчетных моделей: передачи с натяжным звеном
(рис.1а) и гусеничного привода (рис.1б). Различие заключается лишь в исполнении ведомого
звена. В передаче на рис.1а гибкая связь охватывает ведомое звено по длине дуги,
соответствующей углу
, причем рабочая поверхность звена замкнута в окружность. В
гусеничном приводе на рис.1б ведомое звено развернуто на плоскость, при этом гибкая связь
работает поверхностью, обратной той, которая контактирует с ведущим звеном.
Несмотря на приведенные отличия, теоретические положения и зависимости для
рассмотренных механизмов во многом одинаковы. В частности, они определяются, в первую
очередь, направлением движения гибкой связи ( на рис.1 показано стрелками),так как при
реверсе натяжения ветвей в замкнутом контуре составленном гибкой связью, меняются на
обратные.
, натяжение набегающей на
Обозначим: начальное натяжение гибкой связи
ведущее звено ветви
, сбегающей
,натяжение от действия центробежных сил
, скорость движения гибкой связи .
окружную силу
,
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
67
Секция 1 «АВТОМОБИЛИ, ТРАКТОРЫ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОЛЕСНЫЕ И ГУСЕНИЧНЫЕ МАШИНЫ».
Подсекция «Автомобили и интеллектуальные транспортные системы».
гибкая связь
гибкая связь
β
вщ
α
нз
вм
вм
нз
α
l
а)
б)
Рисунок 1 - Расчетные модели механизмов с гибкой связью.
а) ременная передача с натяжным роликом;
б) гусеничный привод
индексы: вщ-ведущее звено; вм-ведомое.
нз – натяжное звено.
Покажем графически взаимосвязь натяжений, используя понятие жесткости
.
(1)
где
-натяжение ветви ;
- деформация вызванная
упругих свойств гибкой связи закону Гука. В результате
. Предполагаем подчинение
(2)
где
связи;
– приведенный модуль упругости;
- длина ветви.
Учтем известную зависимость
,
где
–площадь поперечного сечения гибкой
(3)
- погонная масса гибкой связи.
Длину всего замкнутого контура, занимаемого гибкой связью , разобьем на участки:
1) На участок ведущей наиболее натянутой ведущим звеном ветви длиной ;
2) На участок ведомой менее натянутой ветви
, причем
(4)
Рассмотрим поэтапно работу гибкой связи.
На холостом ходу без передачи полезной нагрузки ветви натянуты одинаковой силой
( + ), но сдеформированы по разному вследствие различия жесткостей:
(5)
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
68
Секция 1 «АВТОМОБИЛИ, ТРАКТОРЫ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОЛЕСНЫЕ И ГУСЕНИЧНЫЕ МАШИНЫ».
Подсекция «Автомобили и интеллектуальные транспортные системы».
(6)
Рисунок 2 - Схема работы гибкой связи
При реализации ведущим звеном окружной силы
ветви дополнительно
сдеформируются: ведущая - до
, ведомая - до
, причем в силу условия совместности
дополнительных деформаций имеем
. Согласно рис.2 получаем:
(7)
;
(8)
(9)
(10 )
(11)
С учетом значений
и формулы ( 4 ) имеем:
(12 )
,
т.е. согласно рис.2
(13 )
;
(14 )
(15 )
Эти уравнения отличаются от известных классических наличием
ними совпадают.
и при
с
, учитывающего совместную жесткость ветвей, удобнее
При расчете коэффициента
использовать в формуле (7) величину
,т.е. длину натянутой ветви от ведущего звена к
ведомому, т.к. ведомая ветвь может существенно деформироваться дополнительно
собственным весом.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
69
Секция 1 «АВТОМОБИЛИ, ТРАКТОРЫ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОЛЕСНЫЕ И ГУСЕНИЧНЫЕ МАШИНЫ».
Подсекция «Автомобили и интеллектуальные транспортные системы».
звена
Дополнительная деформация ветвей
. Согласно рис.2
требует наличия угла поворота ведущего
(16 )
,
т.е.
(17)
Если учесть роль упругих деформаций гибкой связи [ 1 ] –
(18)
,
то
(19)
В тоже время можно принять
(20)
В результате получаем
(21)
Это позволяет оценивать тяговые свойства передачи характеристикой в виде:
(22)
Если связать
со степенью или коэффициентом тяги , т.е.
, и использовать
уравнение (22) ,то по виду и содержанию получаемая характеристика совпадет с
традиционной кривой скольжения ременной передачи:
при этом рассчитывается по зависимости:
[1]. Коэффициент тяги
(23)
На рис.3 приведены результаты экспериментального сравнения характеристик
: традиционной и рассчитанной на базе формулы (22) , причем в последней при
расчете использовались экспериментальные значения
.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
70
Секция 1 «АВТОМОБИЛИ, ТРАКТОРЫ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОЛЕСНЫЕ И ГУСЕНИЧНЫЕ МАШИНЫ».
Подсекция «Автомобили и интеллектуальные транспортные системы».
Рисунок 3 - Сравнение тяговых характеристик клиноременных передач
При определении
учтено, что статическое нагружение передачи адекватно
моделирует ее поведение при работе под нагрузкой.[2],[3]. Поэтому в условиях статического
нагружения при фиксированном моменте нагрузки на ведомом звене имелась возможность
измерять угол поворота
ведущего звена. Оценим для частного случая - ременных передач
сделанное заключение. Испытанию подверглась клиноременная передача при условии
, что под нагрузкой приводило к изменению
обеспечения постоянства межосевой силы
начального установленного межцентрового расстояния, а в сторону уменьшения на ∆а ,
отразившемся на результатах сравнения при
. В рабочей же зоне совпадение кривых
указывало на правильность выбранных исходных предпосылок.
В нормативной документации оптимальным режимом нагружения передачи принято
условие
если при
. Это значение следует корректировать с учетом
воспользоваться уравнением (7) в виде:
. Действительно,
, и приравнять его значению определяемому выражением (13) ; то получим:
(24)
Подставляя это уравнение в (23), получаем:
(25)
В частном случае
получаем известную оптимальную величину
Это значение позволяет подтвердить приведенное выше заключение о
приемлемости результатов сравнения при
представленных на рис.3.
В итоге полученные результаты дают констатацию возможности использования
общих принципов в оценке работы передаточных механизмов с гибкой связью.
Литература
1. Пронин Б.А. Клиноременные и фрикционные
Машгиз,1960,334 с.;
передачи
и
вариаторы,-
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
71
Секция 1 «АВТОМОБИЛИ, ТРАКТОРЫ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОЛЕСНЫЕ И ГУСЕНИЧНЫЕ МАШИНЫ».
Подсекция «Автомобили и интеллектуальные транспортные системы».
2. Галаджев Р.С., Ровеньков Е.Д., Игнатенко Ю.П., Савенков М.В. Исследование
деформаций и усилий в клиноременном контуре. В сб. Бесступенчато-регулируемые
передачи, Вып.1, Ярославль: ЯПИ,1976 г. с.33-37;
3. Мартынов В.К., Семин И.Н. Сравнение статических и динамических тяговых
характеристик клиноременной передачи. Международный научный симпозиум
«Автотракторостроение» -2009. Материалы 65-й Международной НТК ААИ 25-26
марта 2009 г.в М.200-с.195-203.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
72