Динамическая модель движения механического привода вариаторного типа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.833/839-86

П. Д. БЛЛДКИН О. С. МИХАЙЛИК

И. П. згонник

Омский государственный технический университет

ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА ВАРИАТОРНОГО ТИПА

Представлена конструкция жесткого сепаратора механического автовариатора, для обеспечения определенности движения промежуточных тел качения. Предложена модель цепи управления механического автовариатора в зависимости от переменного внешнего нагружения. Цепь управления и особая конструкция основных звеньев автовариатора способны обеспечить стационарный режим работы энергетической установки.

В настоящее время научно обоснован принцип конструирования механических систем наделением их свойством адаптации иа стадии проектирования к первичным, силовым, температурным и деформационным ошибкам [ 11. принцип реализуется при создании машин различного назначения. Помимо обозначенных, целью адаптации может быть стабилизация движения вала двигателя при переменном внешнем нагружении машины. Это возможно, если механизм преобразования движения исполни ть автовариатором, имеющем в своем строении цепь управления передаточной функцией. Так, в конструкции механического привода автовариаторноготина с неголоном-ной связью по техническому решению [21 дополнительное движение звеньев, д\я изменения передаточной функции, побуждается переменным уровнем силовою потока, формируемою исполнительным органом машины, и реализуется специальной, встроенной в конструкцию привода цепью управления, построенной на механических элементах. Недостатком автоматического фрикционного вариатора (2), в котором промежу точные тела качения размещены в гнездах упругого сепаратора являлосьто, что в момент смены нагрузки из-за отсутствия жесткой связи между гнездами сепаратора возможны не радиальные перемещения тел 2, что приводило к проскальзыванию этих тел качения, снижению механического к.п.д., а также к неопределенности передаваемого силового потока, нагреву элементов передачи, уменьшению срока их службы.

Для устранения такой неопределенности предложен фрикционный вариатор по техническому решению |3|, который содержит ведущее и ведомое звенья, связанные соответственно с ведущим и ведомым валами, промежуточные тела качения, размещенные в гнездах сепаратора и взаимодействующие с ведущим звеном и опорной поверхностью корпуса, нажимное устройство, расположенное между ведущим валом и ведущим звеном, гибкие звенья, связывающие гнезда тел качения с ведомым валом. Сепаратор выполнен жестким с тангенциальными прорезями, в которых размещены гнезда тел качения, связанные с пружинами растяжения. Опорная поверхность корпуса выполнена плоской либо эквидистантой к рабочей поверхности ведущего звена, причем обе поверхности

могут быть коническими, сферическими или иной формы, а гибкие звенья М01*ут быть выполнены в виде пружин или в виде тросов (рис. 1; рис. 2). Изменение передаточной функции происходит за счет изменения радиального расположения тел качения.

Эта конструкция способна обеспечить полное использование располагаемой мощности в механическом приводе, за счет стационарного и энерге тически совершенного режима работы двигателя при переменном характере протекания рабочего процесса:

М.д = N,4 = М,ю,п = М2ь>2 = сопя!, (1)

где Ы, и Ы2 - мощности. <0, и <о2 — скорость ведущего и ведомого звена автовариатора соответственно, П — механический КПД привода. При изменении внешней нагрузки М,, автовариа тор должен изменить передаточную функцию для достижения Мг(0а = СОП81 .

Уточним задачу. Представляет интерес исследование возможности за счет вариации жесткости цепи управления обеспечить необходимое изменение передаточной функции вариатора и устойчивость его работы в условиях переменного внешнего нагружения.

В конструкции автовариатора [3] три обобщенные координаты: две угловые определяют положение ведущего и ведомого валов и одна линейная — радиальное положение промежуточных тел качения. Динамическое поведение системы в значительной мере зависит от изменения линейной координаты, тем более что именно она определяет передаточную функцию автовариатора, и именно эта координата управляется цепыо управления.

Составим динамическую модель цени управления. Приведем массы тел качения и жесткости упругого сепаратора к одному звену — звену приведения, выберем за ось Ъ общую ось автовариатора, а ось X направим вдоль прорези сепаратора. Внешнее силовое нагружение ограничим достаточно общим гармоническим законом, получим при 4=0:

т х+81дпх(Р 0+с х = Р го»

пр N прх рад . и)

где - сила нормального взаимодействия тела качения с активными поверхностями звеньев, Г - коэффициент трен ИЯ.

В нашем случае правая часть уравнения движения представлена гармонически изменяющейся функцией внешней силы:

11(1) = Р 5ІПЮІ рал

где Р|МЛ — амплитудное значение при переменном внешнем нагружении, <о — частота изменения силы. Как правило, частота для большинства энергетических, транспортных машин является невысокой.

Очевидно, что частота периодического движения тел качения 2 по «х» определится частотой изменения внешнего моментного нагружения, поскольку тела качения сепаратора поджаты на периферию упругими элементами и приводятся в движение с помощью плоских пружин, как показано на рис. 2.

'и=Мн/'н.

Рис. I. Автоматический фрикционный вариатор по а.с. [2]: 1 - ведущее звено, 2 - ведомое звено, 3 - ведущий вал,

4 - ведомый вал, 5 - тела качения, б - корпус,

7 - гнезда жесткого сепаратора, 8 - жесткий сепаратор,

9 - гибкие звенья, 10 - пружины растяжения,

11 - нажимное устройство

где Гц - радиус выходного вала (рис. 2), М - момент нагрузки.

Тела качения сепаратора размещены между двумя поверхностями основных звеньев и нагружены нормальными силами кратно более высокими, чем р^, следовательно, их управляемое движение будет сопровождаться значительным трением скольжения и собственные колебания этой упругой системы маловероятны, т.е. тела качения будут совершать управляемое движение по законам статики.

Статическое поведение сепаратора наиболее вероятно и при монотонном изменении М„. Основной задачей синтеза цени управления остается подбор жесткости упругого элемента, обеспечивающего адекватное изменение передаточной функции.

Покажем закономерность изменения передаточной функции вариатора подобной схемы и с этой целью определим окружную скорость тела качения в точке К (контакттел качения и поверхности ведущего звена):

\/к = <о,р = (о,(Я - г со.ча), (3)

где Я - расстояние от центра вариатора до центра тела качения, г — радиус тела качения, а — угол касания тела качения и ведущего звена (рис. 3).

Скорость V движения центра тела качения 2 ясна из пропорции (рис. 4):

г 4- тэта

Рис. 2. Конструкция жесткого сепаратора по а.с. [3]: 1 - ведущее звено, 2 - тела качения,

3 - гнезда жесткого сепаратора, 4 - гибкие звенья, 5 - жесткий сепаратор, 6 - пружины растяжения

г>

или

Рис. 3. Кинематическая схема автовариатора:

0 - стойка; 1 - ведущее звено; 2 - тело качения; Н - водило, упругий сепаратор;

М - силовой момент внешнего нагружения

V =

1 + 5Іпа

и, соответственно, с учетом (3) получаем

V = ш1 (К — гсо5я)/( 1 + яіпа). (4)

Угловая скорость водила (упругого сепаратора):

V

или

_ео1(Я~ гсого) я Д(1 + 5Їпа)

(5)

При изменении внешнего силового момента нагрузки мк. цепь управления автовариатора должна обеспечить адеква тное изменение передаточного отношения, например, при увеличении мн вдвое, передаточное отношение автовариатора также увеличивается в два раза, а произведение скорости вращения выходного вала на величину силового момента сохраняется неизменным, что обеспечивает стационарную

гага!

Рис. 4. Картина распределения линейных скоростей по звену 2 (вид по оси вращения звена 2 в гнезде сепаратора)

работу двигателя и скоростной режим движения ведущего звена 1.

Преобразуем (5), записав передаточное отношение от ведущего звена 1 к водилу Н (упругому сепаратору):

_ о>г _ Я(1 4- єіп ос)

Й — ГСОХ ос

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ КСІНИК N. 2 Й6) 2007 МАШИНОСІРОСНИЕ И МАШИНОЬЩНМ

В выражении (6) варьируемых параметра два: Я и ос, причем я функционально и детерминировано зависит от силового момента мк. Так, при постоянной радиальной жесткости упругого сепаратора зависимость от момента может бытьпредставлена линейной функцией вида:

R = R0- cpMj

(7)

Если значения я по (7) заложить в (6), то при переменном моменте мк и адекватном ему расчетном иг н можно из (4) вычислить ос, что в совокупности С г и однозначно определит геометрию активной поверхности звена 1, как огибающую ряда последовательных положений звена 2, зависимых от переменного силового момента

Таким образом, цепь управления, взаимодействуя с передаваемым силовым потоком и особой конструкцией основных звеньев, способна адекватно изменить кинематические размеры последних, при этом достигается необходимое ав томатическое изменение передаточной функции для стационарного режима работы энергетической установки, например, транспортной машины.

Библиографический список

1. Балл кин П.Д. Механические передачи с адлпгнвиими свойствами. Научное издание. — Омск: Изд-во ОмГГУ. 1996. — 144 с.: ил.

2. А.с. No 2J20070, Мкл. F 16 Н 15/50, Автоматический фрикционный вариатор/ ПА Балакин. В.В. Бнснко (Россия)// Открытия. Изобретения. 1998. No 28.

3. А.с. No 27335, кл. F 16 Н 15/50, Автоматический фрикционный вариатор/ Г1.Д. Балакин, 10.0. Филлипов, О.С. Михдйлик (Россия) //Открытия. Изобретения. 2003. No 2.

БАЛАКИН Павел Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Теория механизмов и машин».

МИХАЙЛИК Ольга Сергеевна, кандидат технических наук, ассистент кафедры «Теория механизмов и машин».

ЗГОННИК Ирина Павловна, аспирант кафедры «Теория механизмов и машин»>.

Статья поступила в редакцию 09.04.07 г.

© П. Д. Балакин, О. С. Михайлик, И. П. Згонник

УДК: 621.435.3219.5

П. Д. БАЛАКИН Э. А. КУЗНЕЦОВ В. А. ЛОБОВ

Омский государственный технический университет

Омский танковый инженерный институт

МОДЕЛЬ ПЕРВОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ РЕАЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ШТОКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО АМОРТИЗАТОРА С НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ВТУЛКОЙ В УСЛОВИЯХ ИМПУЛЬСНОГО НАГРУЖЕНИЯ

Дано теоретическое обоснование доресурсного выхода из эксплуатации гидравлического амортизатора со значительным углом давления в условиях динамического нагружения. Разработчику подвески транспортных машин следует учитывать результаты кинетостатического моделирования подвижных реальных связей, вводить в конструкцию устройства, ослабляющие уровень динамических реакций в связях.

Как известно, гидравлические амортизаторы телескопического типа являются составной частью подвески большинства транспортных машин. Широкое распространение этих практически необслуживаемых комплектующих изделий объясняется их способностью надежного преобразования энергии вынужденных колебаний опорных узлов движителя в

тепловую энергию, рассеиваемую корпусом амортизатора в окружающую среду.

Однако амортиза тор является проблемным узлом подвески, поскольку на его работоспособность влияет агрессивная среда (абразив, вода), причем защитные колпаки или гофрированные чехлы, экранирующие шток, затрудняют теплообмен, температура