ХАВРОНИН В.П., НЕСМИЯНОВ И.А., ХАВРОНИНА В.Н. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И КИНЕТОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УПРУГОДЕМПФИРУЮЩЕЙ МУФТЫ

Ключевые слова: , ,


ХАВРОНИН В.П., НЕСМИЯНОВ И.А., ХАВРОНИНА В.Н. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И КИНЕТОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УПРУГОДЕМПФИРУЮЩЕЙ МУФТЫ


Библиографическая ссылка на статью:
// Современная техника и технологии. 2012. № 7 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2012/07/1247 (дата обращения: 03.10.2017).

Снижение динамических нагрузок на энергетическую установку в приводах различных механизмов и машин является актуальной задачей. Наиболее эффективным местом установки упругодемпфирующих муфт является участок передачи энергии, наиболее близкий к валу двигателя [1]. Для снижения динамических нагрузок в исполнительных механизмах на приводной двигатель предлагается эластичная муфта, имеющая нелинейную характеристику при упругих элементах постоянной жесткости [2, 3].

Упругодемпфирующая муфта (рис. 1, а) состоит из полумуфт 1 и 3. На полумуфте 1 крепятся два роликовых толкателя 2, а в полумуфте 3 выполнен паз, в котором с возможностью перемещения установлены кулачки 4, распираемые пружинами 6 (рис. 1, б), и удерживаемые от выпадания пластинами 5.

Рисунок 1 – Упругодемпфирующая муфта

 На рис 2 и 3 представлен экспериментальный образец упругодемпфирующей муфты с кулачками, имеющими наклонные копирующие поверхности.

 Рисунок  2 – Упругодемпфирующая муфта в сборе

 Рисунок 3 – Упругодемпфирующая муфта в разобранном виде

 На рис.4 представлена замещающая кинематическая схема упругодемпфирующей муфты.

 Рисунок 4 – Кинематическая схема упругодемпфирующей муфты

Рассмотрим кинематические зависимости: перемещение, скорость и ускорение копирующих кулачков от угла закручивания полумуфт для последующего силового и динамического анализа муфт с различными копирующими поверхностями кулачков.

Для различных зависимостей жесткости муфты от угла закрутки предусмотрены различные профили поверхности кулачков (рис. 5).

 Рисунок  5 – Варианты исполнения кулачков

Рассмотрим кинематику двух муфт с различными копирующими поверхностями.

Рисунок  6 – Упрощенная кинематическая схема муфты с прямолинейной копирующей поверхностью кулачка (вариант а по рис.5)

Для муфты с прямолинейной копирующей поверхностью (рис.6) зависимость смещения кулачка S от угла поворота ведущей полумуфты  будет выражаться зависимостью S=r-r×cos(j), тогда скорость V=dS/dt=-r×sin(j) и ускорение a=dV/dt=-r×cos(j), где r- радиус крепления толкающего ролика, м.

Рисунок  7 – Зависимости перемещения прямого кулачка, его скорости и ускорения от угла поворота ведущей полумуфты:

xxx – перемещение;

ooo – скорость;

ппп- ускорение.

Аналогичные зависимости строятся для других копирующих поверхностей кулачков.

Например, для муфты, кулачки которой имеют наклонную прямолинейную поверхность, результаты кинематического анализа приведены на рис.8.

Рис.8. Зависимости перемещения кулачка с наклонными поверхностями, его скорости и ускорения от угла поворота ведущей полумуфты

Однако, следует учесть, что полученные кинематические зависимости справедливы при постоянной угловой скорости ведущей полумуфты. Но данными зависимостями можно воспользоваться для определения восстанавливающих сил упругих элементов, а также сил трения и сил инерции при кратковременном резком возрастании момента сопротивления на валу насоса (ведомой полумуфте), так как до момента полной деформации упругих элементов угловая скорость изменится незначительно, особенно при большой крутильной жесткости упругодемпфирующей муфты.

Проведем кинетостатический анализ упругодемпфирующей муфты (рис 8) в случае, когда кулачки сжимают упругий элемент и муфта передает вращающий момент.

 Рисунок  9 – Расчетная схема муфты к кинетостатическому анализу

Определим аналитическую зависимость между моментом на валу насоса и моментом на приводном валу MH=f(MД), где MД – вращающий момент.

В соответствии с расчетной схемой

где,   Ft – касательная сила, Н;

Fтр1=f1×N1 – сила трения толкателя о кулачок, Н;

Fтр2=f2×N2 – сила трения кулачка о направляющую, Н;

f1, f2 – соответственно коэффициенты трения толкателя о кулачок и кулачка по направляющим;

N1 – реакция кулачка на толкатель, Н;

N2 – реакция ведомой полумуфты на кулачок, Н;

Fв=c×S – восстанавливающая сила пружины, Н;

С – жесткость упругого элемента, Нм;

S – текущее перемещение кулачка относительно направляющих, м;

Fk- сила Кориолиса, Н;

mK – масса кулачка, кг;

φ – угол поворота ведущего вала (ведущей полумуфты), рад;

dφ/dt- угловая скорость ведущего вала, с-1;

Ф – центробежная сила инерции, Н.

Выразим перемещение кулачка через угол поворота ведущей полумуфты при остановленной ведомой полумуфте:

S=r-r×Cos(j), тогда скорость кулачка      (3)

Тогда уравнения (1 и 2) примут вид:

Выразим из уравнений (4) и (5) N1

Приравнивая левые части системы (6) и (7), выразим N2.

Получаем зависимость момента на валу гидронасоса от момента на приводном валу, соединенных посредством упругодемпфирующей муфты.

   Рисунок  10 – Зависимость касательной силы на ведомой полумуфте от угла закручивания полумуфт

Таким образом, предлагаемая конструкция упругодемпфирующей муфты позволяет при линейной жесткости упругих элементов получать нелинейную характеристику передачи крутящего момента.

 Литература

  1. Несмиянов, И.А. Эластичный привод гидронасоса как способ снижения энергопотребления гидромашин./ Несмиянов И.А., Хавронин В.П. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. №6, 2007. С.45-46.
  2. Пат. №2282068. Российская Федерация, МПК7  F16D3/12, F16D3/80 Упругая муфта [Текст] /  Несмиянов И.А., Хавронин В.П.; опубл. 20.08.06,  Бюл. №23.
  3. Пат. №2282069 Российская Федерация, МПК7  F16D3/12, F16D3/80 Упругодемпфирующая муфта [Текст] / Хавронин В.П., Несмиянов И.А.; опубл. 20.08.06, Бюл. №23.



Все статьи автора «Несмиянов Иван Алексеевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: