Введение к работе
Актуальность темы. К приводам современных машин все чаще предъявляют требование не только бесступенчатого регулирования, но и его автоматического осуществления. Особое значение автоматическое регулирование приобретает при использовании в транспортных средствах, поскольку, повышая удобство и простоту эксплуатации, обеспечивает безопасность движения. Применение автоматической передачи также улучшает тягово-скоростные характеристики транспортного средства: повышается динамичность, уменьшается время разгона. Кроме того, автоматическое регулирование исключает перерасход топлива. Инерционные трансформаторы являются бесступенчатыми автоматическими по своей природе передачами механического типа, предназначенными для преобразования скорости и вращающего момента на рабочих органах машин. Обладая высоким КПД, близким к КПД ступенчатых передач, они имеют в то же время компактные конструкции, вписывающиеся в габариты ступенчатых приводов и в ряде случаев снижающие габариты, защищают двигатель от перегрузки и остановки в моменты затормаживания рабочих органов, допускают создание конструкций с коэффициентами трансформации момента, большими, чем, например, у гидротрансформаторов. На режиме прямой передачи, характерном для автомобилей, инерционный трансформатор работает как упругая динамическая муфта и значительно снижает крутильные колебания в трансмиссии по сравнению со ступенчатой передачей. При установке этого привода на горных, строительных, сельскохозяйственных, дорожных и других машинах, стендах для имитационных и ускоренных испытаний полезной оказывается вибрационная подача момента на рабочий орган.
В инерционном трансформаторе отсутствует непрерывный поток энергии, а изменение вращающего момента и угловой скорости происходит за счет накопления энергии грузовыми звеньями и импульсной ее передачи с помощью механизмов свободного хода (МСХ). Из принципа работы инерционного трансформатора следует, что МСХ являются важнейшими звеньями нефрикционной передачи, работающими в тяжелых условиях (частота срабатывания МСХ соизмерима с частотой вращения входного вала, а передаваемый пиковый момент в 7 – 8 раз превышает средний). Именно с отсутствием МСХ, удовлетворяющих таким условиям, связаны трудности внедрения инерционных трансформаторов.
Среди всего многообразия вариантов конструкций МСХ наиболее приемлемыми для использования в составе импульсных механических передач являются храповые МСХ блочной конструкции. Как и все храповые механизмы, они имеют конструктивные зазоры, приводящие к удару при замыкании. В связи с этим их применение в качестве МСХ инерционного трансформатора требует исследования влияния конструктивных параметров передачи и режимов работы на ударные нагрузки в МСХ и определения напряжений, возникающих при этом в элементах МСХ.
Цель работы и основные задачи исследования. Целью настоящей работы является определение кинематики и обоснование метода расчета ударных нагрузок, возникающих в храповых МСХ, работающих в составе импульсной механической передачи, а также определение приемлемых режимов работы передачи и рациональных конструктивных параметров, обеспечивающих надежную работу.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: построить математическую модель для определения кинематических характеристик МСХ при замыкании; провести теоретический анализ влияния конструктивных параметров передачи и режимов ее работы на напряжения, возникающие в МСХ; проанализировать существующие теории и гипотезы удара применительно к рассматриваемому случаю работы МСХ; экспериментально определить нагрузки, возникающие в МСХ при работе передачи.
Методы исследования:
теоретический анализ работы храпового МСХ блочного типа в составе импульсной передачи на основе уравнений теоретической механики, теории удара, сопротивления материалов и теории упругости;
математическое моделирование замыкания МСХ в составе импульсной передачи с использованием ЭВМ;
экспериментальная проверка результатов исследования с использованием методов статистической обработки данных.
Научная новизна работы заключается в:
математической модели, раскрывающей кинематические характеристики МСХ при замыкании и дополнительно учитывающей изменение скорости вала реактора при расчете движущего момента;
научном обосновании критериев по выбору конструктивных параметров МСХ и режимов работы передачи;
принципах построения экспериментальной установки, позволяющей имитировать удар в МСХ в составе импульсной передачи;
обосновании методики расчета контактных напряжений в храповых МСХ блочного типа в составе импульсной передачи.
Практическая ценность. Решение актуальной задачи повышения работоспособности и надежности как МСХ, так и импульсной передачи в целом, что создает перспективу практического развития таких передач в авто- и мототранспорте и других видах техники.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых «Конструирование, управление и эксплуатация в транспортном комплексе» (Ковров, КГТА, 2006), на международной научно-технической конференции Вибрация 2008 «Вибрационные машины и технологии» (Курск, КГТУ, 2008), на международной научно-технической конференции Вибрация 2010 «Управляемые вибрационные технологии и машины» (Курск, КГТУ, 2010), на V научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых «Вооружение. Технология. Безопасность. Управление» (Ковров, КГТА, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, 3 из них в изданиях, рекомендованных ВАК. Также издана 1 монография, получено 2 патента.
На защиту выносятся следующие положения:
результаты информационного научного поиска, определяющие цель и задачи исследований;
математическая модель для расчета кинематических параметров МСХ при замыкании;
анализ влияния конструктивных параметров МСХ и режимов работы передачи на величину силы удара при замыкании;
результаты экспериментальных исследований;
методика выбора конструктивных параметров МСХ и режимов работы передачи.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и четырех приложений. Основная часть содержит 152 страницы машинописного текста, в том числе 79 рисунков и 30 таблиц. Библиографический список содержит 96 наименований. Приложения содержат программу расчета, результаты эксперимента и два акта внедрения результатов работы.
Похожие диссертации на Обоснование выбора конструктивных параметров импульсных передач на основе исследований ударных процессов в храповых механизмах блочного типа
