Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние применения афм первого поколения в современной технике 8
1.1. Конструктивные решения и разновидности АФМ первого поколения 8
1.2. АФМ первого поколения с переменным КУ обратной связи
1.2.1. Муфта с жесткими опорными элементами УУ 13
1.2.2. Муфта с V-образными упругими лепестковыми элементами 14
1.3. Исследования АФМ первого поколения 15
1.3.1. Исследования режима статического нагружения 15
1.3.2. Исследование режима динамического нагружения 18
1.4. Основные направления совершенствования АФМ первого поколения с переменным КУ 20
1.5. Выводы 22
ГЛАВА 2. Разработка элементов теории расчета и проектирования афм первого поколения с переменным КУ ... 23
2.1 Теоретические основы применения одноконтурной отрицательной обратной связи в АФМ первого поколения 23
2.1.1 Теоретические основы одноконтурной отрицательной обратной связи в АФМ с дифференцированными парами 23
2.1.2 Теоретические основы одноконтурной отрицательной обратной связи в АФМ со всеми ведущими парами
2.2. Определение практической точности срабатывания АФМ первого поколения с переменным КУ 48
2.3. Исследование процесса срабатывания АФМ с переменным КУ 54
2.4. Исследование многодисковых АФМ 65
2.5. Исследование динамических режимов работы АФМ первого поколения с переменным КУ 72
2.5.1. Определение и анализ крутильной жесткости АФМ первого поколения с пер еменным КУ з
2.5.2. Определение и анализ динамических нагрузок в приводах с АФМ
первого поколения с переменным КУ 75
2.6. Выводы 80
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования афм первого поколения с переменным КУ 81
3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 81
3.2. План и программа экспериментальных исследований 81
3.3. Технические и контрольно-измерительные средства для проведения экспериментальных исследований
3.3.1. Экспериментальная установка для проведения исследований 83
3.3.2. Контрольно-измерительная аппаратура 85
3.3.3. Тарирование датчиков вращающего момента и ключей статического нагружения 85
3.3.4. Объекты экспериментальных исследований 87
3.3.5. Методика проведения экспериментальных исследований
3.4. Систематизация и обработка экспериментальных данных 91
3.5. Анализ экспериментальных данных 97
3.6. Выводы 98
ГЛАВА 4. Реализация результатов исследований 99
4.1. Разработка методики расчета и проектирования АФМ первого поколения с
переменным КУ 99
4.2 Способ изготовления гнезд УУ с переменным профилем 102
4.3. Разработка методики настройки АФМ первого поколения с переменным коэффициентом усиления 103
4.4. Области применения АФМ первого поколения с переменным КУ 111
4.5. Промышленное внедрение и экономическая эффективность 113
4.6. Выводы 113
Заключение 114
Список использованной литературы
- Муфта с V-образными упругими лепестковыми элементами
- Теоретические основы одноконтурной отрицательной обратной связи в АФМ со всеми ведущими парами
- Экспериментальная установка для проведения исследований
- Разработка методики настройки АФМ первого поколения с переменным коэффициентом усиления
Введение к работе
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.
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 6-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 н/Д; на 5-й и 6-й научно-практических 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.
Муфта с V-образными упругими лепестковыми элементами
Предохранительные фрикционные муфты широко используются для защиты агрегатов от перегрузок. Они отличаются от обычных сцепных (управляемых) фрикционных муфт тем, что являются постоянно замкнутыми и не могут быть во время работы включены или выключены, а также тем, что их специально встраивают в привод для предохранения последнего от перегрузок и поломок [50, 59].
Все фрикционные предохранительные муфты обладают существенным недостатком: если при расчете был принят динамический коэффициент трения (трения скольжения), то спроектированная по данным этого расчета муфта срабатывает при крутящем моменте, значительно превышающем расчетный, если же в расчетные формулы подставлялись значения статического коэффициента трения (трения покоя), то спроектированная муфта в этом случае не включается.
По форме трущихся поверхностей различают: дисковые с плоскими поверхностями трения, конусные с коническими поверхностями трения, очерченными круговым цилиндром [7]. По условиям эксплуатации (сухие, работающие без смазывания; масляные, работающие в масляной ванне); величине сигнала обратной связи) жесткие и упруго-предохранительные, с частичной обратной связью и полной обратной связью АФМ); и типам управляющего устройстра (с кулачками, винтовыми парами, роликами, шариками, с бифункциональным управляющим устройстром, с гидравлической обратной связью, комбинированные) [47].
Жесткими считаются муфты, в которых до наступления буксования отсутствует заметное угловое смещение полумуфт [7].
Наиболее типичным и наиболее распространенным представителем класса муфт повышенной точности ограничения нагрузки с частичной обратной связью является муфта конструкции Н.Д. Вернера [14, 25] (рис. 1.1). Это муфта получила распространение [21, 56, 60, 64] и описана в литературе как с двумя поверхностям трения, [23, 31] так и во многодисковой модификации [47-48]. Рис. 1.1. АФМ Н.Д. Вернера
УУ муфты состоит из тел качения 4, которое размещается в гнездах (см. сечение А-А) между упорным диском 6 и нажимным диском 5, установленным свободно на полумуфте 1. Вращающий момент между полумуфтами 1 и 2 передается через фрикционный диск 3 ведущей парой 3-6 и ведомой парой 3-5, вращающий момент на 4 которую передается телами качения 4. Возникающая на телах качения осевая реакция ослабляет действие пружины 7 и регулирует момент трения между фрикционными поверхностями в соответствии с передаваемым вращающим моментом.
Обратная связь между величиной передаваемого муфты крутящего момента и величиной усилия, создающего момента трения между фрикционными диками, создается путем взаимодействия шариков с поверхностями гнезд переменной глубины, но эта связь не полная, т. к. прежде чем произойдет контакт деталей механизма обратной связи (шарик и поверхности гнезд), диск 6 должен повернуться ОТ- д 2 1 носительно диска 5, преодолев началный момент, пока независящий от усилии в механизме обратной связи.
Недостатки конструкции муфты Н.Д.Вернера объясняются частичной обратной связи между передаемым крутящим моментом и величиной усилия возбуждающего момент трения.
На рис. 1.2 представлена модернизированная конструкция муфты Н.Д. Вернера, которая превращена в муфту с полной обратной связью [7]. Эта муфта отличается от конструкции муфты Н.Д. Вернера тем, что в свободной установке на по лумуфте 1 поставит упорный диск бив наличии связи тел качения 4 непосред ственно с полумуфтой. Для этого тела 4 размещены в сферических гнездах полумуфты 1 (см. А-А).
Муфта с бифункциональным УУ представлена на рис. 1.3 [68]. Полумуфты 1 и 2 кинематически связаны между собой пакетом фрикционных дисков 3 и 4. Диски 3 связаны со ступицей нажимного диска 5 посредством подвижного в осе вом направлении шлицевого соединения, а диски 4 - аналогичным способом с ба рабаном полумуфты 2. Нажим- 4 АФМ с бифункциональным управляющим устройством ной диск 5 не имеет кинематической связи с полумуфтой 1 в окружном направлении. Слева (см. рис. 1,а) пакет фрикционных дисков 3 и 4 опирается на упорный диск 6 по средством упорного подшипника 7, следовательно, нажимной диск 5 передает полный вращающий мо мент муфты. Передача нагрузки от полумуфты 1 на нажимной диск 5 (в том случае, если полумуфта 1 - ведущая) или от нажимного диска на полумуфту 1 (если ведущая - полумуфта 2) осуществляется посредством тел качения 8. Последние размещены в скошенных гнездах нажимного диска 5 и опорного диска 9, жестко закрепленного на ступице полумуфты 1 (см. рис. 1.3, б, сечение А-А). Силовое замыкание пакета фрикционных дисков 3 и 4 происходит за счет тангенциально установленныхпружин 10, которые опираются на бобышки 11, закрепленные соответственно на нажимном 5 и жестко закрепленном на ступице полумуфты 1 опорном 9 дисках. Окружные силы пружин 10, действуя на нажимной диск 5, создают момент сил, благодаря которому тела качения 8 заклиниваются в гнездах между их противоположными стенками. УУ состоит из дисков 5, 9 и тел качения 8, выполняет одновременно функцию нажимного устройства, обеспечивающего возбуждение сил трения между парами фрикционной группы и, следовательно, передачу нагрузки муфтой. АФМ с бифункциональным управляющим устройством не имеет преимущества перед муфтой Н.Д. Вернера по точности срабатывания [25], что ограничивает возможности ее применения. Установлено, что нагрузочная способность АФМ с бифункциональным УУ увеличивается по мере роста КУ обратной связи [68].
Муфты с гибкой лентой применяются, главным образом, при передаче крутящего момента в одном направлении. Различают муфты с лентой на внешней поверхности фрикционного барабана и с лентой во внутренней полости барабана. Муфта с наружной лентой, по сравнению с муфтами с внутренней лентой, проще по конструкции, в монтаже и эксплуатации. Однако муфты с внутренней лентой обеспечивают хороший отвод тепла от барабана, так как его наружная поверхность открыта.
Упругая АФМ с гибкой лентой показана на рис. 1.4. По исследованию [7, 25] пара трения представлена гибкой лентой 4 с прикрепленной к ней фрикционной накладкой 3, взаимодействующей с внутренней цилиндрической поверхностью барабана 1. Один конец ленты закреплен на диске 5, второй конец - на диске 6. Прижатие ленты к барабану осуществляют пружины 7, расположенные между упорами 8 и 9, закрепленными соответственно на дисках 5 и 6. Барабан имеет упоры с регулируемыми сферическими опорами 10. Между опорами и пальцами 12 установлены без предварительного натяжения пружины 11. Пальцы 12 закреплены на диске 5. Усилительное устройство муфты состоит из поворотных рычагов 13, установленных на пальцах 14, которые закреплены на диске 5. Рычаги имеют ограничители поворота 15, закрепленные на диске 6. Между рычагами 13 и пальцами 16 в неработающей муфте имеется зазор s . Недостатком этой муфты является невысокая нагрузочная способность, являющаяся следствием относительно небольшого угла обхвата ленты ведомой полумуфты [30].
Принцип действия упругих АФМ основан на разделении периодов работы: в течение одного периода действует упругая часть муфты, в течение другого периода - предохранительная часть. Угол относительного закручивания полумуфт в первом периоде может достигать 0,25 л [25]. При передаче вращающего момента выше расчетного, муфта с упругой переключается на предохранительную с повышенной точностью срабатывания. Это снижает кратковременные динамические перегрузки и периодически изменяющиеся динамические нагрузки, действующие в течение рабочего цикла машины.
Теоретические основы одноконтурной отрицательной обратной связи в АФМ со всеми ведущими парами
Созданный вариант АФМ первого поколения с переменным значением КУ обратной связи теоретически обладает точностью срабатывания «идеальной» АФМ [69]. Переменное значение КУ получается за счет изменения угла давления тела качения УУ в зависимости от передаваемой нагрузки.
Для получения переменного значения КУ в АФМ была изменена конструктивная схема УУ [72].
Проведенные экспериментальные исследования натурного образца АФМ с переменным КУ, однако показали, что муфта не обладает точностью срабатывания, присущей «идеальной» АФМ. Поскольку экспериментальные исследования проводились в статическом режиме нагружения на установке с укороченной кинематической цепью, т. е. с плавным увеличением нагрузки (время наступления полной перегрузки, приводящей к срабатыванию АФМ, больше, чем период собственных колебаний системы), влияние неучтенных динамических нагрузок практически исключалось.
Установление практической точности срабатывания АФМ первого поколения с переменным КУ, представлено нарис. 1.5 принципиальной схемой.
Уравнение осевого равновесия опорной втулки 6, согласно схеме сил, изоб р раженных на рис. 2.8, имеет вид [99]: / где Fp - текущая распорная сила между телами каче ния 4 и опорной втулкой 6; Fu - текущая сила натяже-Рис. 2.8. Расчетная схема ния пружина 9; FTp - сила трения между нажимным диском 7 и направляющей шпонкой 8.
В отличие от первых трех членов уравнения (2.56) сила FTp принята изменяющейся по линейному закону в функции вращающего момента АФМ. Величину коэффициента трения между нажимным диском и направляющей шпонкой, согласно данным работы [79], считаем постоянной. В уравнении (2.56) члены можно представить как где Ттм - номинальный вращающий момент АФМ; а. - текущий угол давления между телом качения 4 и стенкой гнезда; г - радиус окружности, на которой расположены тела качения 4; с0 - осевая жесткость пружины 9; JC. - текущая абсцисса точки контакта между телом качения 4 и стенкой гнезда; fx - коэффициент трения между нажимным диском 7 и направляющей шпонкой 8; d - диаметр центрального отверстия нажимного диска 7.
Для установления зависимости C(/j) воспользуемся условием, согласно которому текущее значение вращающего момента АФМ при любой величине f остается постоянным, и должно быть равно номинальному вращающему моменту муфты.
На рис. 1.5 втулка 6 перемещается направо тогда пружина 9 нажимает в диск 7, поэтому возникают дополнительную нагрузку. Рассмотрим схему, изображенную на рис.2.10. На схеме показан процесс перемещения тела качения 4 (номер позиции сохранен в соответствии с рис. 1.5) при автоматическом регулировании.
Положение I, II тела качения соответствует работе АФМ при минимальном и максимальном значении коэффициента трения. Ось абсцисс х проходит через центр тела качения, ось ординат у - через
Рассмотрим схему, изображенную на рис. 2.11. Схема соответствует виду, показанному стрелкой на рис. 2.10. Положения I и II на рис. 2.11 соответствуют аналогичным положениям тела качения на рис. 2.10.
Перемещение тела качения из положения І в положение II (рис. 2.10) приводит к относительному закручиванию полумуфты АФМ на угол фтах (рис. 2.11). Производя геометрические построения нарис. 2.11, найдем
Используя соотношения (2.65), (2.69), (2.70), (2.71), (2.72) и (2.73), найдем выражение для вычисления перегрузки AT, связанной с увеличением коэффициента трения и наступлением общей перегрузки в приводе машины:
Поскольку величина вращающего момента Гном при расчете и проектировании АФМ является исходной и задается как некоторая функция различных эксплуатационных факторов (номинальная мощность привода машины, место установки АФМ в кинематической цепи привода и т. п.), она считается постоянной.
Рассмотрим возможность уменьшения величины AT за счет изменения значения хтах. Обратимся к соотношению (2.65). Уменьшение значения JC. и, в частности, хтах возможно за счет увеличения осевых жесткостеи с0. В соотношении (2.75) получаем что свидетельствует об уменьшении вращающего момента AT при увеличении с0.
Графики функции зависимостей Т( ),Ф,( ) показаны на рис. 2.12. При вычислении фтах использовано соотношение (2.68), в котором, в свою очередь,
Таким образом, разработана кинематическая схема возникновения перегру 54 зок при работе АФМ первого поколения с переменным КУ. Причиной возникновения перегрузок при работе АФМ с переменным КУ являются дополнительные затраты энергии, необходимые для перемещения тел качения относительно боковых стенок гнезд УУ. С увеличением коэффициента трения fi (от 0,2 до 0,8) величина перегрузки AT повышается от 0 до максимального значения. Максимальная перегрузка при работе АФМ возникает при максимальном значении коэффициента трения, если до увеличения коэффициента трения работа муфты происходила при минимальном значении коэффициента трения.
Коэффициент точности АФМ увеличивается от 1 до 1,105 при повышении коэффициента трения от минимального до максимального значения.
Под новым будем понимать способ, заключающийся в уменьшении величины вращающего момента, соответствующего максимальному значению коэффициента трения, при неизменной величине вращающего момента, соответствующего минимальному значению коэффициента трения.
Коэффициент точности предохранительных муфт любого типа, в том числе АФМ, характеризующий величину поля рассеяния вращающего момента, вычисляется по формуле [80]: к =1пш _ (2.76) n.min Исследуем, как количественно изменяется коэффициент точности при одинаковом по величине изменении вращающего момента Тптях, если момент Тптіп остается постоянным, а также при изменении момента Тптіп, если момент Тптях остается неизменным.
Экспериментальная установка для проведения исследований
Измерение величины каждого момента Ти и Тс проводилось в объеме репрезентативной выборки, определяемой путем соответствующего расчета [80]. Для уменьшения систематических ошибок, вызываемых изменением внешних условий, при измерениях использовался метод рандомизации [4].
Величины коэффициентов трения покоя и скольжения при проведении экспериментов изменялись искусственно, нанесением на фрикционные поверхности мелкодисперсных веществ (цемент-канифоль-тальк, взятые в равной пропорции), а также смазочного материала (масло марки И-8А ГОСТ 20799-88). Равномерное распределение указанных материалов по площади фрикционных поверхностей в результате приработки не приводило к искажению естественного характера трения [12]. При проведении одной серии экспериментов проверялась через каждые 8-10 опытов величина коэффициента трения; при ее изменении заменялись промежуточные вещества после предварительной очистки поверхностей трения фрикционных дисков.
Величина угла скоса гнезд УУ АФМ первого поколения (базовой вариант) определена по формуле a = arctg(Cr /R ).
Настройка муфт. Настройка производилась на экспериментальной установке: сила натяжения пружины до принятой величины контролировалась закрепленным в магнитной стойке индикатором с использованием тензометрическои шайбы, после чего магнитная стойка с индикатором снималась. Тензометрическая шайба устанавливалась между пружиной и нажимным диском. При настройке муфт сила натяжения пружины контролировалась определением величины вращающего момента устройством статического нагружения.
Определение величины вращающего момента. Программа экспериментов предусматривала определение соответствующих величин предельного вращающего момента при различных режимах нагружения исследуемых муфт.
Настройка исследуемой муфты производилась на передачу номинального вращающего момента (при значении / = fmin). Настройка исследуемых муфт производилась на передачу номинального вращающего момента (при значении / = /min) одинаковой величины. Для каждой муфты сила натяжения пружины или группы пружин на всех этапах исследования для конкретных пар трения оставалась постоянной. В АФМ первого поколения сила натяжения пружины для пары «сталь 65Г-чугун СЧ15» составляла 1850 Н, для пары «сталь 65Г-материал НСФ-5» -1520 Н.
Каждый эксперимент повторялся в объеме измерений, определявшимся соответствующим расчетом, устанавливающим репрезентативность выборки. При проведении каждой серии экспериментов контролировались температура и влажность воздуха в лаборатории. Колебания температуры воздуха не превышали ±2 С, колебания относительной влажности воздуха - ±5 %. Характерные записи процесса срабатывания АФМ первого поколения приведены в приложении Е: - для базового варианта АФМ первого поколения на рис. ЕЛ; - для исследуемой АФМ первого поколения с переменым КУ на рис. Е.2.
На всех рисунках запись вращающего момента (в форме силы реакции ротора электродвигателя) на валу нагружающего устройства обозначена цифрой 1, нулевых линий - цифрой 2, частоты вращения вала двигателя привода - цифрой 3, отметчика времени - цифрой 4, частоты вращения вала двигателя нагрузки - цифрой 5, распорной силы УУ - цифрой 6, вращающего момента на валу двигателя привода - цифрой 7, силы натяжения пружины - цифрой 8. 3.4. Систематизация и обработка экспериментальных данных
Целью математико-статистической обработки экспериментальных исследований является: - прогнозирование неизвестных значений средних величин исследуемых результирующих показателей по заданным значениям предикторных переменных [4]; - выявление причинных связей между предикторными переменными и ре зультирующими показателями. В соглашении с центральной теоремой Ляпунова [8], средние значения случайных погрешностей определяются по закону нормального распределения. В соответствии с этим применяемый ниже математико-статистический аппарат основан на использовании математических зависимостей, которые отражают взаимосвязь статистических характеристик обрабатываемых данных, распределенных по нормальному закону, что принято в качестве основной гипотезы.
Необходимая точность и надежность оценок величин /п и /с обеспечивается объемом числа наблюдений, определяемым по формуле [8]: Я где za - «нормированное» отклонение; q - предельная ошибка оценки параметра, выраженная в долях среднего квадратичного отклонения. Величина коэффициента трения изменряется с точностью до третьего знака после запятой [63], поэтому принято =0,05. Приняв а =0,95 [55], получаем za = 1,96, следовательно, 7V 1537.
Поскольку 7Vg=76,85 4, согласно формуле Колмогорова [55], объем малой (репрезентативной) выборки, обеспечивающий вероятность отклонения выборочной средней от генеральной средней на величину, большую, чем q, не свыше 1-а, равен n = l/(eq)&7,2 (где е - основание натурального логарифма). Для достижения точности измерения величины предельного вращающего момента до одного знака после запятой принято /=0,08, тогда =600, а п « 5. Ниже приведена обработка экспериментальных данных замеров величины коэффициента трения /п по результатам серии наблюдений и величины вращающего момента при статическом нагружении муфты Н.Д. Вернера и величине коэффициента трения /п, полученной по результатам этой же серии.
Проверка основной гипотезы по выборке производилась при помощи критерия согласия Пирсона «хи-квадрат». В качестве параметров взяты их оценки: выборочное среднее и «исправленное» выборочное среднее квадратичное отклонение. Вероятности pj вычислялись по формуле [57]:
При анализе результатов обработки экспериментальных данных показано, что абсолютно лучшую точность срабатывания имеет АФМ первого поколения с переменным КУ.
Погрешность экспериментальных данных, полученная для АФМ первого поколения с переменным КУ больше, чем для базового варианта и объясняется более широким кругом допущений, принятых при получении математических моделей.
Графики нагрузочных характеристик (рис. 3.5) показывают, что значения вращающих моментов, полученные опытным путем, выше соответствующих теоретических результатов. Причиной является геометрическая погрешность шага расположения по окружности гнезд под тела качения, а также влияние сил трения в связях фрикционных дисков с полумуфтами, которое не учитывалось в теоретических исследованиях. Уменьшая величину реальной распорной силы, трение не оказывает, тем не менее, существенного влияния на точность срабатывания, что подтверждается сопоставлением теоретических и экспериментальных результатов.
Разработка методики настройки АФМ первого поколения с переменным коэффициентом усиления
АФМ первого поколения с переменным КУ, как показали теоретические и экспериментальные исследования, обладает точностью срабатывания, близкой к точности срабатывания «идеальной» муфты, при относительно низкой нагрузочной способности. Учитывая необходимость использования сочетания данных характеристик АФМ на практике, можно указать следующие предпочтительные области ее применения: - приводы оборудования, выполняющего технологические процессы, рабо 112 чиє параметры которых характеризуются невысокими стабильными значениями силовых факторов, действующих в приводе, при минимальных, по условиям компоновки, габаритных размерах и массе приводов и оборудования в целом (пищевые машины и аппараты, выполняющие технологические операции, которые требуют высокостабильных силовых факторов - сил, моментов - на рабочих органах для обеспечения требуемого качества пищевых полуфабрикатов и готовых изделий и т. п.); - оборудование, выполняющее непрерывные или периодические высокостабильные силовые воздействия при отсутствии резкоударных нагрузок на предметы труда для исключения бракованной продукции (механизмы натяжения нитей прядильного и ткацкого оборудования, автоматическое сборочное оборудование для соединения деталей запрессовкой со строго дозированным усилием и т. п.); - оборудование, работающее в условиях действующих больших перепадов температур и влажности, не исключающих также попадание на АФМ смазочных материалов и других жидкостей в процессе эксплуатации.
Кроме того, обладая упругими свойствами, муфта амортизирует, смягчает удары, вибрации и толчки, в частности, при возникновении перегрузок, что ограничивает их передачу вместе с вращающим моментом и положительно влияет на динамику привода и повышает его долговечность. Имея нелинейную жесткую характеристику, АФМ может предотвращать возникновение в машинах резонансных крутильных колебаний и, тем самым, значительно снижать динамические нагрузки на детали машин. Такое свойство также выгодно использовать в машинах, у которых нагрузка растет пропорционально квадрату скорости.
Крутильная жесткость нелинейной АФМ с переменным КУ растет с увеличением деформации, поэтому она, имея мягкую характеристику при небольших нагрузках, с увеличением нагрузки работает более жестко. В нелинейной муфте с увеличением нагрузки растет жесткость и с той же тенденцией меняется собственная частота системы. В связи с этим целесообразно использовать АФМ с переменным КУ в приводах для исключения резонансных явлений при разгоне и выбеге.
Результаты диссертационной работы получили положительный отзыв и приняты к использованию в ЗАО «ДОНКУЗЛИТМАШ» в виде методических рекомендаций по расчету, проектированию и настройке АФМ первого поколения с переменным КУ (акт использования результатов диссертационной работы приведен в приложении Н). Ожидаемый социально-экономический эффект от внедрения результатов работы ориентировочно составляет 397200 руб./год на годовую программу выпуска (расчет приведен в приложении П). Данный эффект получен за счет снижения себестоимости привода ввиду уменьшения массы его элементов. Дополнительный социально-экономический эффект может быть получен за счет снижения количества отказов в эксплуатации, а следовательно затрат на ремонт вышедших из строя деталей и узлов, что также напрямую влияет на снижение простоев техники.
На основе теоретических и экспериментальных данных разработана научно обоснованная инженерная методика расчета и проектирования АФМ первого поколения с переменным КУ, что позволяет создать АФМ с высокими эксплуатационными характеристиками.
Разработанная методика настройки АФМ, исследующая влияние параметров АФМ первого поколения с переменным КУ на выбор величины коэффициента запаса при настройке по среднему коэффициенту трения показала, что на величину коэффициента запаса влияет число пар трения фрикционной группы муфты и минимальный вращающий момент муфты (с учетом запаса сцепления) равный ее номинальному моменту. Это объясняется тем, что данная муфта теоретически должна передавать постоянный вращающий момент при любом значении коэффициента трения.
Результаты работы приняты к использованию в ЗАО «ДОНКУЗЛИТМАШ», ожидаемый технико-экономический эффект составляет . 397200 руб/год по ценам 2014 году.
В диссертационной работе решена научно-техническая задача исследования увеличения точности срабатывания АФМ, позволяющей повысить уровень защиты приводов машин от перегрузок. Разработаны элементы теории АФМ первого поколения с переменным КУ, а также определены основные технико-эксплуатационные характеристики АФМ.