CC BY
45
УДК 621.83.061
МЕХАНИЗМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ В РЕДУКТОРЕ
Ю.В. Ремизович ФГБОУ ВПО «СибАДИ», Россия, г. Омск.
Аннотация. В данной статье предложена конструкция редуктора с переменным передаточным числом. За прототип принята коробка перемены передач (КПП) транспортных средств. Отмечена сложность механизмов переключения передач. Обоснован механизм переключения, действующий независимо от направления вращения ведущего колеса. Может быть использован в КПП взамен дисковых фрикционных муфт и тормозов. Даны рекомендации по расчету.
Ключевые слова: редуктор, переключение передач, переменное передаточное число.
Введение
Неотъемлемой частью всех крановых механизмов является редуктор. В основном это горизонтальные зубчатые редукторы с постоянным передаточным числом.
Постановка задач
Разновидностью редукторов можно считать КПП транспортных средств (ТС), в том числе, автоматические. В данных КПП используют планетарные передачи с двухкас-кадной электрогидравлической системой управления [1,2]. Для переключения передач используют фрикционные элементы: муфты и тормозы. На каждой передаче может быть включено различное сочетание фрикционных элементов: две муфты и тормоз; два тормоза и муфта и т.д. Для управления муфтами и тормозами в качестве силового привода используют кольцевые гидроцилиндры. В автоматических КПП легковых автомобилей используют роликовые обгонные муфты, которые обладают односторонним действием.
Транспортные средства с приводом от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) имеют 4...8 скоростей вперед и одну скорость заднего хода, зависящих от частоты вращения ДВС. В крановых механизмах при всех рабочих операциях должно быть обеспечено возвратно-поступательное движение с одинаковым управлением скоростями за счет реверсирования электродвигателя.
Из изложенного следует сделать вывод, что применение КПП ТС для крановых механизмов невозможно.
Известны предложения по редуктору с переменным передаточным числом для крановых механизмов передвижения [3].
Решение задач
Цель данной публикации - обосновать возможность создания механизма переключения передач редуктора в виде фрикционного устройства типа роликовой обгонной муф-
ты, действующего при любом из двух направлений вращения ведущего вала и обеспечивающего включение (выключение) передачи, а также в качестве тормоза.
На рисунке 1 изображен фрагмент кинематической схемы редуктора. Шестерня 1 передает вращение на колесо 2, закрепленное на шлицевом валу 3. В колесо 2 встроен механизм переключения 4. Для управления механизмом используется устройство состоящее из ползуна 5, перемещаемого по валу 3 вилкой 6. Вилка 6 тягой 7 соединена с шарико-винтовой передачей (ШВП) 8, приводимой во вращение электродвигателем 10 через муфту 9. ШВП закреплена в стенке 11 редуктора. Концевые выключатели 12 ограничивают ход ползуна 5 в необходимых пределах.
Собственно механизм переключения изображен на рисунке 2. Он содержит втулку 4, в расточки которой и колеса 2 помещены конические ролики 13 соединенные сепаратором (не показан). Втулка 4 соединена с ползуном 5 кинематической связью 14.
На рисунке 3 показан вариант выполнения кинематической связи 14. Во втулку 4 установлено наружное кольцо 15 радиально-упорного шарикоподшипника, зафиксированное пружинным стопорным кольцом 16. В ползуне 5 установлено внутреннее кольцо 17 подшипника и зафиксировано кольцом 18. Тем самым обеспечена независимость вращения деталей 4, 5 и передача силового воздействия при включении (выключении) механизма. Работает механизм переключения передач следующим образом. В исходном положении втулка 4 находится в левом положении. Ролики 13 заклинены и происходит передача вращающего момента Т от шестерни 1 на колесо 2 независимо от направления вращения (по или против часовой стрелке). Для выключения передачи включают элек-
тродвигатель 10. В ШВП 8 вращательное движение преобразуется в поступательное и тяга 7 через вилку 6 отводит ползун 5, а тем самым и втулку 4 через связь 14, вправо. Взамен натяга между роликами 13 и соответствующими коническими поверхностями втулки 4 и колеса 2 появляется зазор. Втулка 4 вращается; колесо 2 неподвижно. Передача момента Т невозможна.
Рис. 1. Фрагмент кинематической схемы редуктора
Рис. 2. Схема механизма переключения передач
Как известно, зубчатые передачи бывают прямозубые, косозубые и шевронные [4,5]. В зацеплении при передаче вращающего момента возникают силы: окружная и радиальная - в прямозубых и шевронных; окружная, радиальная и осевая - в косозубых. Для их определения используют следующие формулы:
Б = 2Т/dw ; = 2Т^а^ ^ ;
= 2!^Р/dw ,
где Бг, Ба - силы окружная, радиальная и осевая соответственно; dw - начальный диаметр зубчатых колес; а ^ - угол зацепления; Р - угол наклона линии зуба.
Рис. 3. Схема кинематической связи
Из этого следует, что наиболее приемлемым для данного случая переключения передач является шевронное зацепление, в котором осевые силы уравновешены (шестерня 1 закреплена на валу неподвижно в осевом направлении).
В основу расчета данного механизма может быть принята долговечность Lh в часах [4]
и =
(ю5/6д ](е/Ре )р ,
где п- частота вращения, мин- ; p = 3,33; С - коэффициент динамической работоспособности H; Бе - эквивалентная нагрузка. которая может быть определена по формуле
Бе = (хКуБг + уБа )К 5 Кт, где х, у - коэффициент радиальной и осевой (Ба = 0) сил соответственно (х = 0,4 ); Ку - коэффициент учета вращения деталей 2 или 4; К 5 - коэффициент безопасности (для редукторовК5 = 1,3... 1,5); Кт -температурный коэффициент (Кт = 1,25 при температуре 2000С) [4,6].
0,5Lwe
г
Рис. 4. Определение точек приложения сил
Под действием радиальной силы Fr в механизме возникает внутренняя осевая сила
(см. рис. 4), которую следует приложить к
ползуну 5. Пояснения к обозначениям размеров и параметров на рисунке 4 - см. [7,8].
Для уточнения расчетных зависимостей необходимо выполнить серию экспериментов.
Выводы
Предложена и обоснована простая и надежная конструкция механизма переключения передач в редукторе. Тем самым, появляется возможность разработать редуктор с переменным передаточным числом и с его помощью управлять скоростями рабочих операций: скорости крана, крановой тележки и др.
Библиографический список
1. Румянцев, Л.А. Новые планетарные коробки перемены передач / Л.А. Румянцев // Строительные и дорожные машины. - 2014. - № 6. - С. 40 - 44.
2. Румянцев, Л.А. Устройства управления планетарной коробкой перемены передач / Л.А. Румянцев // Строительные и дорожные машины. -2014. - № 11. - С. 31 - 35.
3. Ремизович, Ю.В. Редуктор с изменяемым передаточным числом для крановых механизмов/ Ю.В. Ремизович // Вестник СибАДИ. - 2014. - № 3 (37) - С. 22 - 26.
4. Приводы машин: Справочник / В.В. Длоугий, Т.И. Муха, А.П. Цупиков, Б.В. Януш; Под общ. ред. В.В. Длоугого. - 2-е. изд. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1988. - 383 с.
5. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. Т.2. - 9-е изд. - М.: Машиностроение, 2006 - 960 с.
6. ГОСТ Р 50371-92. Муфты механические общемашиностроительного применения. - М.: Издательство стандартов, 1992. - 7 с.
7. Remizovich Y.V. Control of load's speed of ascent in crane operation // Russian Engineering Research, 2012. Vol. 32, № 7-8, pp. 529 - 531.
8. ГОСТ 3395-89. Подшипники качения. Типы и конструктивные исполнения. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 12 c.
References
1. Rumjancev L.A. Novye planetarnye korobki peremeny peredach [New planetary box changes gear]. Stroitel'nye i dorozhnye mashiny, 2014, no 6. pp. 40 -44.
2. Rumjancev L.A. Ustrojstva upravlenija pla-netarnoj korobkoj peremeny peredach [The control Device, planetary gearbox changes gear]. Stroitel'nye i dorozhnye mashiny, 2014, no 11. pp. 31 - 35.
3. Remizovich Ju.V. Reduktor s izmenjaemym peredatochnym chislom dlja kranovyh mehanizmov [Reducer with variable gear-ratio for crane mechanisms]. Vestnik SibADI, 2014, no 3 (37) pp. 22 - 26.
4. Privody mashin: Spravochnik [Drives of machines: Reference book]. V.V. Dlougij, T.I. Muha, A.P. Cupikov, B.V. Janush; Pod obshh. red. V.V. Dlougogo. L.: Mashinostroenie, Leningr. otd-nie, 1988. 383 p.
5. Anur'ev V.I. Spravochnik konstruktora-mashinostroitelja [Reference designer-mechanical engineer]. Moscow, Mashinostroenie, 2006, 960p.
6. GOST R 50371-92. Mufty mehanicheskie ob-shhemashinostroitel'nogo primenenija. [State standard R 50371-92. The coupling of mechanical engineering application]. Moscow, Izdatel'stvo standartov 1992. 7 p.
7. Remizovich Y.V. Control of load's speed of ascent in crane operation // Russian Engineering Research, 2012. Vol. 32, № 7-8, pp. 529 - 531.
8. GOST 3395-89. Podshipniki kachenija. Tipy i konstruktivnye ispolnenija [State standard 3395-89. The rolling bearings. Types and design.]. Izdatel'stvo standartov Moscow, 1989. 12 p.
THE MECHANISM OF A GEAR CHANGE IN THE REDUCER
Y.V. Remizovich
Abstract. This article discusses the issues related to the problem of the development of a gearbox with variable gear ratio. As a prototype adopted gear shift (CAT) vehicles. Noted the complexity of the gear shift mechanism data CAT. Proved the mechanism of a gear change, the current regardless of the direction of rotation of the drive wheel.
Keywords: reducer, gear changes, variable gear ratio.
Ремизович Юрий Владимирович (Россия, г. Омск) - кандидат технических наук, доцент кафедры Подъемно-транспортные машины и гидропривод ФГБОУ ВПО «СибАДИ» (644080, г. Омск, ул. Мира, 5, e-mail: [email protected]).
Remizovich Y. V. (Russian Federation, Omsk) -candidate of technical sciences, the associate professor Hoisting-and-transport cars and a hydraulic actuator of The Siberian State Automobile and Highway academy (SibADI) (644080 Omsk, Mira Ave. 5, e-mail: remizovich_uv@sibadi. org).
