CC BY
13
УДК 621.825.5 Доц. О.1. Соромвський, канд. техн. наук;
студ. Ю.€. Носов - НУ "Львiвська полiтехнiка"
АНАЛ1З СИЛОВИХ ПАРАМЕТР1В КУЛЬКОВО1 МУФТИ В1ЛЬНОГО ХОДУ ВЕЛОСИПЕДА
Розглянуто теоретичнi та експериментальш дослiдження ново! конструкцп куль-ково! муфти вiльного ходу. Для випадку цилшдрично! форми периферiйних кiнцiв па-зiв визначено максимальнi напруження, що виникають в елементах муфти. За допомо-гою моделювання роботи муфти методами скшченних елементiв отримано епюри розподiлу напружень у напiвмуфтах. Для перевiрки результатiв виготовлено дослщ-ний зразок муфти i експериментально дослщжено його роботоздатнiсть у реальних умовах. Таким чином, дослщжено основш навантажувальш параметри муфти та вияв-лено мюця перевантажень робочих поверхонь пазiв напiвмуфт.
Постановка задачi. Муфти вшьного мають широке застосування у р1зно-маштних мехашзмах 1, зокрема у транспортних засобах для автоматичного з'еднання та роз'еднання вал1в, та слугують для передавання обертального моменту тшьки в одному напрямку. На сьогодш в таких випадках здебшьшого зас-тосовують роликов1 муфти вшьного ходу. Проте вони мають низку ютотних вад, головними з яких е обмежений термш роботи та незначний обертальний момент, оскшьки навантаження передаеться внаслщок тертя. Ц явища ставлять актуаль-ну проблему щодо подальшого вдосконалення мехашзм1в вшьного ходу.
Рис. 1. Кулькова муфта втьпого ходу для задпьоХвтулки велосипеда
Основний матерiал. На основ! здшснених попередшх досл1джень в На-цюнальному ушверситет "Льв1вська полггехшка" розроблено нову конструкщю кульково! муфти вшьного ходу для задньо! втулки багатошвидюсного велосипе-
да. Дослщний зразок ще! муфти виготовлено у заводських умовах i дослiджено експериментально його роботоздатнiсть в реальних умовах експлуатацй.
Запропонована муфта (рис. 1) складаеться iз повщно! напiвмуфти 1, яка за допомогою шлiцiв з'еднуеться з зiрочками 6 велосипеда ведено! натвмуфти 2, що за допомогою нарiзi нагвинчуеться на маточину його заднього колеса; зов-шшньо! гайки 3, яка притискае зiрки та дистанцшш кшьця 5 до фланця повщно! напiвмуфти; внутршньо! гайки 4; шдшипниюв кочення зi стандартними кульками 7; з'еднувальних кульок 8, що розмщет одночасно в пазах повщно! 1 та ведено! 2 натвмуфт i насипного шдшипника.
Розглянемо випадок руху велосипеда тд гiрку з великим ухилом (саме у цьому режимi на муфту будуть даяти максимальнi навантаження). Приймемо таю початковi данi: вага велосипеда з водiем т=90 кг, поздовжнш ухил дороги 1=30 %, зовшшнш дiаметр колеса -=30", коефiцiент тертя кочення _/=0,02. Розра-хункову схему представлено на рис. 2.
Рис. 2. Схема сил, що дЮть на велосипед тд час руху
З рис. 2 визначаемо тягову силу Б
Р = Рг + mg ■ ьта = mg(f соьа + 8та) = 90-9,81-(0,02-еов 17°+Бт17°) = 275 Н,
де: а - кут шдйому, а = аг^ 1 = агС^ 30 = 17 град.
Обертальний момент на тяговому колес велосипеда
Т = Р ■ - = 275 ■ = 104,5 Нм. 2 2
Отже, момент, що передаеться муфтою, становить близько 105 Нм. Коло-ва сила, що дае на кожну кульку у зачепленш:
Т 105
Рк = — =--= 600 Н,
Я ■ п 17,5 ■Ю-3-10
де: Я - радiус розмщення кульок у муфтi, мм; п - кшьюсть кульок у зачеплен-нi. Перевiримо умову мiцностi кульки на зрiз при дi! дано! колово! сили. У ви-падку, коли контакт йде по лши, вщбуваеться деформацiя зсуву, що буде мати мюце у поперечному перерiзi кульки, яке близьке до центрального. Якщо знехтувати зазором мiж нашвмуфтами, то площа перерiзу буде дорiвнювати площi центрального перерiзу. Тодi площа зрiзу дорiвнюе 8зр = 0,25 ■ п ■ -2 .
Вважаемо, що напруження розподаляються рiвномiрно по поверхнi контакту, тодi умову мiцностi на зрiз визначають за вiдомою залежнiстю:
Тзр = —^ < [тзр], (1)
4F
nd 2
де тзр, [тзр] - розрахункове та допустиме дотичнi напруження при 3pi3i. Розрахункове напруження зpiзу знаходимо за формулою (1)
4FK 4 • 600 ,7 7
Т П= 47'7 МПа-
Допустиме напруження за третьою теоpiею мiцностi (теоpiя найбiльших дотичних напружень) визначаемо як [тзр] = 0,5 •ат = 0,5 • 340 = 170 МПа.
Очевидно, що умова мщносп на зpiз виконуеться зi значним коефь цiентом запасу
Wr = Т] = = 3,56.
т3р 47,7
Осюльки пеpифеpiйнi юнщ пазiв напiвмуфт мають цилiндpичну форму, то !х контакт з кулькою здiйснюеться по лши. В цьому pазi максимальне контак-тне напруження визначають за формулою Герца i вiдповiдно умову контактно! мiцностi можна записати у виглядд
q < [ан],
" т\ \ о
\2рз,
де: 1м - коефiцiент, який враховуе мехатчт властивостi матерiалу деталей, що знаходяться в контактi; ц = Рр/1 - контактний тиск; рзв - зведений радiус кри-
визни поверхонь деталей у зош !хнього контакту; 1к - довжина лши контакту.
1/2
Для випадку сталевих деталей 2м = 275 МПа . Будемо вважати, що радь ус кульки i радiус кривизни поверхонь пазiв напiвмуфт у зош !х контакту одна-
ков^ тобто рзв = —2, а лмя контакту 1к = п—2, де — - дааметр кульки. Тодi оста-точно умова контактно! мiцностi набуде вигляду
^=275П5тп й м> (2),
де Я - радiус, на якому розмiщенi кульки; ан i [ан ] - розрахункове i допустиме контактш напруження.
За формулою (2) розрахуемо контактш напруження у деталях муфти:
ан = 275J 2 405 •1203 = 1343 МПа. п 47,5 • 42 •Ю
За допомогою програмного продукту Solid Works було спроектовано модель кульково! муфти вшьного ходу велосипеда. Моделювання роботи муфти методами сюнченних елементiв за допомогою Cosmos Works (MSC Adams) дало змогу отримати таю епюри розподшу напружень у напiвмуфтах (рис. 3).
Як видно з рис. 3, а, максимальш напруження виникають у зош контакту кульки з веденою твмуфтою i становлять ан = 1366 МПа. При поршнянт результатов моделювання з теоретичними розрахунками вiдносна похибка е досить малою:
8 =
1366 -1343
1366
= 0,0168 = 1,7 %.
с„, МПа
11,366е+003 1.252е+003 1.138е+003 1 025е+003 9.108е+002 7.969е+002 6.831 е+002 5.692е+002 4.554е+002 3.415е+002 2.277е+002 1.139е+002
ан, МПа
1,272е+003 1.166е+003 1.060е+003 9.539е+002 8.479е+002 7.419е+002 6.360е+002 5.300е+002 4.240е+002 . 3.181 е+002 . 2.121 е+002 1.061е+002
Рис. 3. Епюри розподту напружень у деталях муфти:
а - ведена натвмуфта, б - пов1дна натвмуфта
Якщо матер1алом деталей муфти взяти сталь 45 з такими параметрами: модуль пружност Е =2-105 МПа; границя мщносп ов = 680 МПа; границя теку-чост от = 340 МПа, то тд час пор1вняння отриманих результатов з допустими-ми напруженнями видно, що розрахунков1 напруження значно перевищують як границю текучосп, так { границю мщносп цього матер1алу: он = 1366 МПа > [он] = 340 МПа, у цьому випадку коефщент запасу мщносп становить
Он] 340
пг
Он
1366
= 0,25.
Як бачимо (рис. 3), найбшьш навантаженими е перифершт дшянки паз1в на повщнш { веденш натвмуфтах. Це пов'язано з тим, що у цш зот виникають максимальш контактш напруження деталей муфти. Для перев1рки теоретичних ре-
зультапв виготовлено дослщний зразок ще! кульково! муфти вiльного ходу i досль джено експериментально його роботоздатнiсть у реальних умовах експлуатацi!.
Пiсля здiйснених експериментальних дослiджень дослiдний зразок було розiбрано. На рис. 4 зображено повщну та ведену напiвмуфти пiсля виконаних експериментальних дослщжень. Як видно з рис. 4, внаслщок значних наванта-жень у робочiй зонi виникають мiсцевi пластичнi деформацi!. З метою виявлення мiсць перевантажень основнi елементи муфти, зокрема нашвмуфти, було спещ-ально виготовлено зi сталi 40Л без будь-яко! додаткового оброблення.
Рис. 4. Основш елементи розроблено'1муфти
Висновки. За результатами кшьюсного анашзу дослщжено основнi на-вантажувальнi параметри ново! кульково! муфти вiльного ходу з експеримен-тальною перевiркою !! роботоздатностi у реальних умовах експлуатацй. За допо-могою комп'ютерного моделювання встановлено напруження, що виникають в елементах муфти та мюця перевантажень робочих поверхонь пазiв напiвмуфт.
Виконаш розрахунки та отриманi результати е вагомим шдгрунтям для подальших дослщжень нових кулькових муфт вiльного ходу, як можуть засто-совуватись у рiзноманiтних механiчних пристроях.
Л1тература
1. Пат. 66514А Укра!на, МКИ Б16Б43/20. Запоб1жна муфта / П.М. Гащук, В.В. Малащен-ко, О.1. Сороювський. Опубл. 17.05.2004. Бюл. № 5.
2. Пат. 77435 Укра!на, МПК Б16Б43/00. Запоб1жна муфта / П.М. Гащук, В.В. Малащен-ко, О.1. Сорок1вський. Опубл. 15.12.2006. Бюл. № 12.
3. Ряховский О.А. Справочник по муфтам / О.А. Ряховский, С.С. 1ванов. - Л. : Изд-во "Политехника", 1991. - 383 с.
Сорокивский О.И., Носов Ю.Е. Анализ силовых параметров шариковой муфты свободного хода велосипеда
Рассмотрены теоретические и экспериментальные исследования новой конструкции шариковой муфты свободного хода. Для случая цилиндрической формы периферийных концов пазов определены максимальные напряжения, которые возникают в элементах муфты. С помощью моделирования работы муфты методами конеч-
ных элементов получены эпюры распределения напряжений в полумуфтах. Для проверки результатов изготовлен опытный образец этой шариковой муфты свободного хода и экспериментально исследована его работоспособность в реальных условиях. Таким образом, исследованы основные нагружающие параметры муфты и обнаружены места перегрузок рабочих поверхностей пазов полумуфт.
Sorokiskyi O.I., Nosov Yu.Ye. Analysis of force parameters a bicycle ball overrunning clutch
Theoretical and experimental researches of new construction of ball overrunning clutch are considered. For the case of cylindrical ends of the peripheral grooves defined maximum tension arising in elements of clutch. Using simulation methods of the finite element got a graph of stress distribution in half-clutches. For verification of results the pre-production model of this ball overrunning clutch is made and experimentally probed it working ability in the real terms. Thus, the main loading parameters investigated and found out the places of overloads at workings surfaces of grooves of half-clutches.
УДК 697.92 Acnip. O.I. Дзерин1 - НУ "Львiвська полтехмка "
П1ДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 ОПАЛЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ
СВИНОКОМПЛЕКС1В
Розглянуто системи опалення, що тдтримують необхщний тепловий режим свинокомплекав, зокрема в цеху для поросят i свиноматки. Врахувавши низку вад, запропоновано систему опалення, в якш внаслщок поеднань рiзних елеменпв систем опалення, що забезпечують локальний обiгрiв, пщвищуеться ïï ефектившсть.
Ключовi слова: тепловий режим, локальний обiгрiв.
Постановка проблеми. У цеху для поросят i свиноматки наявш р1зш температурш режими: зокрема, в зош розташування поросят е необхщшсть в шдтриманш вищо'' температури повггря, шж у мющ перебування свиноматки. Для нормального росту i розвитку поросят необхщно здшснювати локальний об1гр1в. У примщеннях свинокомплекшв, зокрема в цехах поросят i свиноматки для тдтримання теплового режиму можуть бути влаштоваш опалювальш системи рiзних титв.
Як приклад, розглянемо опалювальну припливно-витяжну систему, яка дае змогу одночасно на^вати та вентилювати примщення, однак не забезпечуе локального на^ву, необхiдного для вирошування поросят [1].
Рис. 1. Повтряна система опалення:
1 - витяжна шахта, 2 - подавальний noeimponpoeid
Локальний на^в, необхщний для поросят, забезпечують шфрачервош на^вачь Вони можуть бути прямокутно'' форми (рис. 2), а також у виглядi лам-
1 Наук. кер1вник: доц. В.М. Желих, канд. техн. наук - НУ "Льв1вська полггехшка"
