CC BY
6
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 621.825(075.8) Article info Received 25.01.2017
КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВ1 ПАРАМЕТРИ ПРОФ1ЛЬНО1 В1ДЦЕНТРО-ВО1 ЗАПОБ1ЖНО1 МУФТИ З КАНАТНИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ
В. О. Проценко
Херсонська державна морська академiя, м. Херсон, Украша
Запропоновано конструкцш ввдцентрово! запоб1жно'1 муфти з канатними елементами профшьно-го принципу дй. Внаслiдок виконання теоретичних дослiджень оцiнено навантажувальну здатнiсть муфти запропоновано! конструкцп, отримано вiдповiднi розрахунковi формули для визначення и номшального моменту, моменту спрацьовування, а також коефщента точностi та коефiцieнта пере-вищення номiнального моменту. Проаналiзовано вплив кута монтажного змщення на характеристики муфти. Доведено, що муфта мае високу точнють спрацьовування.
Ключовг слова: запобiжна муфта, канат, момент, точнють.
Вступ. Сучаст тенденцп до пiдвищення швидко-хiдностi технолопчних машин та засобiв транспорту вимагають розроблення ефективних захисних прис-тро!в для обмеження перевантажень !х приводiв (Ма-lashhenko, & Kunovskyj, 2016; Broshhak, 2012). З огля-ду на це, удосконалення наявних та розроблення но-вих захисних пристро!в iз покращеними показниками становить важливу задачу для сучасного машинознав-ства.
Постановка задач! Муфти профiльного типу, що здатт виконувати запобiжнi функцп, мають низку пе-реваг порiвняно з поширеними фрикцiйними муфтами (Ljozin, 1974). Проте для них характеры i недолiки, що пов'язанi з наявшстю надлишкових зв'язк1в у !хтх мехатзмах, що спричиняе нерiвномiрнiсть розподiлу навантаження мiж несними елементами. 1ншим недо-лiком е висока жорсткiсть i вiдповiдно недостатня компенсувальна здатнiсть, ввдсутшсть демпфування. Однак навантажувальну здатнiсть таких муфт не дос-лiджено, тому мета ще! роботи - ощнити навантажувальну здатнiсть проф1льних ввдцентрових запобiж-них муфт, оснащених гнучкими ланками.
Виклад основного матерiалу. Схему розроблено! муфти зображено на рис. 1. Вона мктить повiдну на-п1вмуфту 1, до яко! одними зi сво!х кiнцiв прикршлеш канати 2, що iншими кшцями сполученi з осями 3 ро-лик1в 4, наприклад за рахунок вилок, подiбно до вело-сипедних. Ролики 4 мають можливiсть взаемоди з виступами 5 проф1льного отвору 6 ведено! нашвмуф-ти 7. У режим усталеного руху ролики 4 контактують з виступами 5 в однш точцi М, що розташована на !х радiальнiй поверхш. У разi перевантаження натяг ка-нат1в збiльшуеться i вони рухають ролики по радiаль-нiй поверхш вистушв 5 до центру муфти О. Перескочивши виступи 5, ролики 4 рухаються по поверхнях 7 до контакту з наступними виступами, забезпечуючи пробуксовку муфти.
Для ощнювання навантажувально! здатностi муфти потрiбно розглянути розрахункову схему муфти в момент, коли ролики, контактуючи з виступами зов-ншньо! нап1вмуфти, знаходяться ввдносно не! в неру-хомому сташ (рис. 2). Проаналiзуемо сили, що дiють на елементи муфти. Зокрема, на ролик дiе ввдцентрова сила ¥е, що спричиняе натяг канапв силою З боку виступу ведено! натвмуфти на ролик дiе сила N нормально! реакцп. Така ж сила, спрямована у протилеж-
ний бш, створюе обертальний момент на веденiй на-пiвмуфтi. Сила N напрямлена по дотичнш до кола центр1в ролиюв, що забезпечуеться паралельним до радiуса розташуванням робочо! дiлянки профiлю виступу ведено! нашвмуфти i забезпечуе максимальний обертальний момент.
Рис. 1. Нашвконструктивна схема муфти
Подальшi викладки грунтуються на таких припу-щеннях:
1. Канати не розтягуються у процесi роботи муфти;
2. Ролики, ои та елементи ведено! нашвмуфти не зазна-ють контактних деформацiй;
3. Розподiл навантаження мiж несними елементами вщ-буваеться абсолютно рiвномiрно;
4. Мiж роликами та профшьною поверхнею ведено! нашвмуфти пiд час 11 роботи в усталеному режимi за-безпечено зазори г;
5. Вага ролика та сполучених з ним деталей е малою по-рiвняно з iншими силами i вiдповiдно нею можна знехтувати.
Момент, що здатна передавати муфта iз г роликами масою тр в усталеному робочому режиш, стано-вить
(1)
Тр = zN-
2
Тобто задача ощнки навантажувально! здатностi
муфти зводиться до визначення сили N. Для цього
розглянемо прямокутний трикутник AMK. Звiдки
МА N ...
tga = ^77 = т.—тг, (2)
КМ Fe - G де G = mpg - вага ролика.
Citation APA: Protsenko, V. (2017). Some Structurally-Force Parameters of the Profile Centrifugal Clutch with Rope Elements. Scientific Bulletin of UNFU, 27(1), 164-167. Retrieved from
Звщки можна записати
N = (F - G)tga2 = (0,5mpWD3e - G)tga2. (3)
Для визначення кута а2 розглянемо трикутники ОРВ та ВРА, для яких можна записати
PB 0,5DgH sin X
PB
tga2 =- :
AP
OA - OP 0,5D3e - 0,5DeH cos X DeH sin X (d sin X
(4)
D3e - De„ cosX Yd - cosX' де: D3e - дiаметр розташування центрiв ролиюв; DeH -дiаметр закрiплення кшщв канатгв на внутрiшнiй на-твмуфтц X - кут монтажного змщення роликiв;
yD = Db - коефшдент дiаметрiв.
Deu
Рис. 2. Розрахункова схема муфти
Рис. 3. Розрахункова схема ролика
Застосовуючи замшу, можна записати також 1 1 1
(5)
Тодi номiнальний момент, що здатна передати муфта без пробуксовки, становитиме (силу ваги ролика G далi не враховуемо, тому що вона невелика):
0,25zm^w2D|BDBH sin X =
Т = 0,5zFetga2D3e =-
D3e - DeH cos X
0,25zmpa2D?;eyD sin X
(6)
Уи - 008 X
Визначимо момент, за якого муфта почне спрацьо-вувати (рис. 3). Це вщбудеться, коли ролики пiд дieю сили натягу канатав почнуть рухатись у радiальному напрямку. Запишемо рiвняння рiвноваги для ролика у проекцiях на радiальний напрямок ОА
Fв + Ркч + Ркв + О = ^ 008 02, (7)
де: Ркч - сила опору коченню ролика по поверхнi про-фшьного виступу, зведена до центра А ролика; Ркв -сила опору ковзанню ролика на його ош, зведена до центра А ролика.
1накше кажучи, муфта почне спрацьовувати у разi виконання нерiвностi (8) (без урахування ваги ролика
О)
Fu >
Fe + FK4 + FKt cosa2
(8)
Сила натягу каната FH пов'язана з моментом Т, що його передае муфта за вщомим стввщношенням
zFHD3eDeH sin X zFHD3eDeH sin X
T =
4LK
4/0, 25(D2¡ + De2H) - 0,5D3eDen cos X zFDshVd sin X
(9)
4/0, 25( +1) - 0,5yD cos X Тодi, пiдставивши у вираз (9) B^Mi рiвностi (Pavlyshhe, 2004) для обчислення складникiв FK4 та FKe формули (7), а також вирази (5) i (8), отримаемо формулу для моменту, за якого муфта почне спрацьовувати
T =
-1 сп
zFHD3eDeH sinX 4LK
zD,3eDeH sinX
Fe + N (2k + fdo) d р
zmKW D3eDm sinX
8/0,25(Д,
1 +
4cosa2LK
DeH sin X(2k + fdo) dр (D3e - DeH cos X)
(10)
• d
2 + Dbh 2) - 0,5D3eDeH cos X Тодi коефiцiент точноста спрацьовування муфти
становитиме
gm =■
1+
1+
1+
1+
DeH sin X(2km + fmdo )
dP ( D
- DSH cos X)
DSH sin X(2kn + fndo)
dP ( D3e
- DeH cos X)
Wd sin X(2km + fmdo )
dр ((d - cos X)
(D sin X(2kn + fndo) '
(11)
dр ((d - cos X)
де: km та kn - вiдповiдно, найбшьший на найменший коефiцiент тертя кочення у спряженнi ролика з веде-ною профшьною напiвмуфтою; fm та fn - вiдповiдно найбiльший на найменший коефщент тертя ковзання у спряженш ролика з його вксю; d0 та dp - дiаметри осi ролика та його поверхш.
З врахуванням виразу (5) коефщент перевищення номiнального моменту становитиме
1,08 J 1,06
я н
f- 1,04 1,02
«
0,98 0,96
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Кут монтажного змнцення роликтв С, град
Рис. 5. Залежнiсть коефщенпв точностi та перевищення номшального моменту вiд кута монтажного змщення ролик1в
З графiка на рис. 4 видно, що для до^джуваноТ муфти справедлива вiдома рiвнiсть (13) з обчислення кута £Р, що здатен забезпечити максимальну наванта-жувальну здатнiсть
nepe^ÏK BHKopHCTaHHX g^epe.^
Broshhak, 1.1. (2012). Mehanichni obmezhuvalni systemy: modulne proektuvannja: monograph Ternopil: Krok, p. 352. [in Russian].
Ljozin, D. L. (1974). Issledovanie uprugih i uprugo-predohrani-telnyh profilnyh muft. Abstract oof dissertation oof candidate oof economic Sciences (05.02.02 - Mashinovedenie i detali mashin). Moscow, p. 14. [in Russian].
Malashhenko, V. O., & Kunovskyj, G. P. (2016). Navantazhuvalna zdatnist pryvodiv velykomasovyh system: monograph. Lviv: Novyj svit-2000, p. 150. [In Ukrainian].
Pavlyshhe, V. T. (Ed.), Harchenko, Ye. V., Barvinskyj, A. F., & Garshnjev, Yu. G. (2004). Prykladna mehanika. Lviv: Intelekt-Zahid, p. 368. [In Ukrainian].
Т
k - —-ксп- Т '
Db
(D3e - Den cos£) + -^sin X(2k + fdo)
• d
4/0,2 5(D3e2 + Dbh2) - 0,5D3eDeH cos X
(12)
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Кут монтажного зм1щення роликов С, град
Рис. 4. Залежшсть момента номшального i спрацьовування муфти та сили натягу каната вiд кута монтажного змщення ролик1в
ym \ ken
\
\
1
= arccos-- 63,86°
2,27
(13)
Моделювання параметр1в згiдно з отриманими моделями виконували для муфти з такими вихдними да-ними: Dзe = 113,5 мм, Deн = 50 мм, dо = 10 мм, dр = 20 мм, mр = 0,110 кг, довжина ролика 1р = 30 мм, ^ = 0,002, К = 0,001, /т = 0,15, /„ = 0,05 (у розрахунках брали середт величини коефщентв тертя). Змшною величиною вважали кут £ монтажного змiщення роли-к1в. Результати теоретичних дослiджень при цьому дали змогу побудувати графши залежностi силових (рис. 4) та яюсних (рис. 5) параметр1в муфти вщ змiни кута £
X = агееоз— =
Ув
Варто також зазначити, що задачу оцшки наванта-жувальноТ здатностi та шших показник1в потрiбно ви-ршувати разом iз питаниями компонування елементв муфти.
Унаслiдок виконаних дослiджень можна зробити таю висновки:
1. Запропоновано конструкцiю запобiжноl вщцентрово'Г профшьно'Г муфти з канатними елементами та описано мехашзм 11 роботи.
2. Унаслщок виконання теоретичних дослiджень вперше отримано вирази для обчислення номшального моменту, що здатна передавати муфта запропоновано! конструкцп та моменту, за якого починаеться 11 спра-цювання, а також коефщкнив точносп муфти та перевищення номшального моменту.
3. Встановлено, що муфта характеризуемся високою точнiстю спрацювання, оскльки теоретичний коефь щент 11 точносп становить близько 1,1, що вигщно вирiзняе 11 серед муфт подiбного призначення.
4. Показано, що щ збiльшенням кута монтажного змь щення ролиюв £ навантажувальна здатнiсть муфти збшьшуеться, а точнiсть спрацьовування попр-шуеться. Так, за збiльшення кута £ з 30 до 60 ° номь нальний момент Т збшьшуеться вiд 18,7 Нм до 25,7 Нм (на 37 %), момент спрацьовування Тсп збшьшуеться вiд 19,01 Нм до 26,29 Нм (на 38 %), коефь щент точностi ут зменшуеться вщ 1,04 до 1,07 (на 2,9 %), коефЩент перевищення номшального моменту ^ зменшуеться вш 1.018 до 1.025 (на 0.7 %).
В. А. Проценко
КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОФИЛЬНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ
МУФТЫ С КАНАТНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Предложена конструкция центробежной предохранительной муфты с канатными элементами профильного принципа действия. За счет выполнения теоретических исследований выполнена оценка нагрузочной способности муфты предложенной конструкции. Получены соответствующие формулы для вычисления ее номинального момента, момента срабатывания, а также коэффициента точности срабатывания и коэффициента превышения номинального момента. Проанализировано влияние угла монтажного смещения на характеристики муфты. Доказано, что муфта имеет высокую точность срабатывания.
Ключевые слова: предохранительная муфта, канат, момент, точность.
V O. Protsenko
SOME STRUCTURALLY-FORCE PARAMETERS OF THE PROFILE CENTRIFUGAL
CLUTCH WITH ROPE ELEMENTS
Current trends to improve the rapidity of technological machines and means of transport require the development of effective protective devices to limit overload of their drives. Consequently the improvement of existing and development of new protective devices with improved performance is an important task for the modern machinery science. Profile type clutches, able to perform safety functions have a number of advantages over common friction clutches. However, the load capacity of such coupling has not been investigated, so the purpose of this work is evaluation of load capacity profile centrifugal safety couplings equipped with flexible links. By providing theoretical studies the load capacity of the proposed design coupling are estimated. The corresponding formulas for the calculation of its rated torque, torque response, as well as the rate of accuracy and response rate exceeding the rated torque are obtained. The effect of displacement the mounting angle on coupling characteristics is analyzed. Our conclusions are as follows. Firstly, due to the implementation of theoretical research the authors have obtained expressions for calculating the nominal moment that the proposed design clutch can transmit and the moment at which it begins operation, and coupling coefficients and accuracy exceeding the nominal torque. Secondly, the clutch has high precision operation, as the theoretical rate of accuracy is about 1.1, which favorably distinguishes it among similar joints destination. The research has proved that the clutch has a high response accuracy. It is shown that the increase in roller mounting displacement angle ^ load coupling capacity increases but operation response accuracy worsening. So when the angle ^ 30 to 60° nominal time T increases from 18.7 Nm to 25.7 Nm (37%), time of operation TSP increases of 19.01 Nm to 26.29 Nm (38%) rate accuracy decreases from 1.04 to 1.07 (2.9%), exceeding the nominal rate since reduced from 1,018 to 1,025 (0.7%).
Keywords: overload clutch; rope point accuracy; accuracy; coupling capacity.
1нформащя про автора:
В. О. Проценко, канд. техн. наук, доцент, Херсонська державна морська академiя, м. Херсон, УкраТна.
E-mail: eseu@ukr.net
