CC BY
7
УДК 621.01
ПЛОСКОРСМСПМЫЙ АВТЭСАРИАТОР
11. Д. Ьалзкнн, И. 11. Згоиник
Омский государсшеяьый технический университет, г Омск, Россия
Аннотация - В материал« статьи развивается авторский принцип конструирования механических систем наделением систем свойством адаптации к реальным параметрам. Б частности, предложено схемное решение плоскоременного лвтоварнатора с изменяемой передаточной функцией в зависимости от уровня трансформируемого силового потока. Эго реализуется с помощью пени управления, встроенной непосредственно в конструкцию шкива автоварпатора.
Показано, что если цепь управления Естроена в оба шкива автоварпатора, то оаа может быть исполнен« на базе упругих элементов с линейной характеристикой.
Ключевые слова: алгоритм, автоварнатор, жесткость, изменение.
Тенденция современного машиностроения предусматривает использование механических передач, построенных на базе вдрнаторных схем с использованием прогрессивного метода наделения передач на стадии их проектирования свойством адаптации к переменным условиям внешнего нагруження.
Известны технические решения автоварнаторных схем передач, кинематические размеры звеньев которых автоматически изменяются в зависимости от уровня трансфоэмируемого силового потока, обеспечивая стационарный. энергетически совершенный режим рабств: двигателя.
Из множества вариантов технических задании на проектирование механической передачи мы остановимся на задаче схемного синтеза плоскоременного автоматического вариатора с автоматическим изменением кинематических размеров основных звенвев в зависимости от уровне передаваемого енлозого потока [1. 2]. что обеспечивает стационарную работу двигателя в условиях переменного знешнего нагруження.
Ш. Теория
Автоизменение передаточной функции скорости вариатора достигается с помощью всгроеннойЕ конструкцию ведсмого шкива автевариатора пепи управления, реализующей дополнительное к основному движение звеньев. Принципиальнее схемное решение предлагаемого варианта шкива представлено на рнс. 1 [3].
Рнс. 1. Шкнз-гнпероолоид с изменяемой геометрией: 1 - пелушкив-ведомый вал ременнен передачи; 2 - несущие элементы со сферическим базированием; 3 - пружина растяжения; 4 - двухподвижный полушкив: 5 - скользящая опора двухподвижного полушкнза; б - опорный узел ведомого вгла передачи; 7 - нагрузка (потребитель); Б] - тянущая ветвь передачи; в? - холостая зетвв
I. ВВЕДЕНИЕ
П. Постановка задачи
В исходном положении фланцы 1 и 4 находятся на минимальном расстоянии друг от друга. при этом одно-полостный гиперболоид вращения. образуемый несущими прямолинейными стержнями 2. имеет минимальный размер дпаметра б горлозом сепешш.
При увеличении нагрузки на ведомом валу б фланец 4 поворачивается и смещается относительно ведомого вала б. растягивая пружину 3, тем самым диаметральный размер гиперболоида в горловом сечении изменяется к болыгуто сторону что приводит к автоматическому увеличению передаточного о-ношення автова-риатора и. в конечном итоге, обеспечивает однорежимнугю стационарную работу двигателя в условиях переменного внешнего нагруження. Б предельном максимальном расчетном нагруженни кинематическая поверх-ность шкива вырождается в круговой цилиндр с диаметром, равным диаметру размещения несущих стержней 2 на фланцах 1 и 4.
Эвэтоцпя плата гиперболоида возможна по за наличия б конструкции цвухподвижпои опоры 5 полупнспва 4. который под воздействием переменного значения силового потока ($/-5:) способен совершать дополнитель-ное угловое и осевое движения, приводящие к пространственному изменению ориентации несущих элементов 2 представляющих собой конструктивное исполнение прямолинейных образующих кинематической поверхности гиперболоида как линейчатой неразвертываюшейся поверхности. При этом элементы 2 своими концами базируются на полушкиьах подвижно на сферических опорных поверхностях ско.льження.
Эволюция ведомого звенз - гиперболоида приводит к изменению радитса его горлового сечения от исход-ного минимального значения г=оо до конечного максимального г=Я. соответствующего радиусу базирования несушпх элементов па полупжнвач 1 и 1.
Прямая и обратная эво.люцин гиперболоида обеспечиваются при силовом равновесном взаимодействии передаваемого переменного силового потока со встроенным в конструкцию упругим элементом 3.
Характеристика упругого элемента определяет режим функтгиониров.-ния автовариатора поэтому выбор жесткости пружины, входящей в цепь управления, является важным этапом проектирования автовариатора в целом
За кинематический размер шкива принимаем изменяемый размер горлового сечения гиперболоида вращения.
Рассмотрим алгоритм расчета некоторых силовых соотношений шкнва с изменяемой геометрией [4]
1. Рассчитываем начальную и конечную величину осевой силы Рос. зависимую от переменного момента сил сопротивления Мс, начального и конечного радиуса горлового сечения гиперболоида и утла В\
р _ -^Снач р ХТСког.
" Л-вА»'
гдеу? - угол скрещивания несущих стержней с осью гиперболоида.
Д?
2. Определяем постоянное значение жесткости линейного упругого элемента к =-—.
^шах
где ДРос =?к хоч -Рк кач - изменение осевой силы упругого элемента при начальном н конечном значении момента Д2П1ах - осевая деформация гиперболоида.
3. Определим потребную жесткость упругого элемента по заданной закономерности изменения передаточного отношения, зависимого эт перем«шого внешнего погружения б определенном диапазоне
График изменения величины потребной жесткосги упрутего элемента в зависимости от переменного внешнего нагруження будет таким, как показано на рис. 2.
Расчета показали-
1. Необходимое автоуправленне передаточным отношением азтовариатора можно обеспечить в определенном диапазоне изменения внешнею шируАеншМс = (2 - б) сд. с помощью унруюш элсмеша сс (лабильным значением жесткости, что видно порнс. 2. Нелинейность величины жесткости можно техннчегкн скомпенсировать пружиной без межвитковых зазоров (предварительно «заневоленной» технологически).
2. При эволюции гиперболоида от исходного положения осевое смещение двухдодвнлаюго фланца б папа ле является значительным, а лрн уменьшении утла р это смещение замедляется. Осевая сила Р^ . воспринимаемая упругим элементом, по мере эволюции увеличивается, что приводит к завышенному значению жестко:тн. Потенциально при эволюции тип?рбояоидя следует предположить что жесткость 1с упругого элемента должна
быть переменной, причем по мере эволюции гиперболоида она должна увеличиваться, чго технически вполне реализуемо.
Я=4,6 сд.
ед.
Я=5 ел И к-0,8 ед.
Ь/с
Рис. 2.Изменение жесткости упругого элемента в зависимости
пт переменного тшетттнего нагруяени? М с при нзменяхщемсярадиусе базнрозания несущих элементов.
IV. Обсуждение результатов С целью ослабления влияния нелинейного участка осевсй деформации, общую деформацию шкнза следует определить с тем, чтобы Ее допускать малых значении угла р.
^ С унелрчением Мс рястет и кинематический радиус ледпмого арена, т с при япарястании Мс и адекватном увеличении в одинаковое количество раз, в идеале, окружные н оссзыс силы останутся неизменными, единственный фактор, изменяющий осевую сил;/, будет переменный угол /з. Для адекватного изменения передаточной функции аЕтоварнатора перспективно техническое решение с двумя шкивами изменяемой геометрии
4. Если левая часть шкнва будет неподвижной в осевом направления, тс горловое сечение будет смещаться зправо на Дг/2 при каждом оаге, что можно скомпенсировать использованием в конструкции аьтсвариатора двух шкизоз с изменяемой геометрией.
V. Вьтсды и заключение
Таким образом, адоивариатир предлагаемой схемы, содержащий шкив с изменле.мои хеимпрней л ьороен-ным упругим элементом, вполне способен обеспечить стационарную работу двигателя в определенном диапазоне изменения внешнего силового нагруження.
Однако заметим, что, в целом, изменение передаточной функции ьвтовариатора происходит с определенным отклонением от закономерностей внешнего нагруження. Большими возможностями в этой части будет обладать автовариатор с двумя шкивами изменяемой геометрии.
И этом случае передаточная функция гклрагти при линейном законе изменения йнртттнего нагрукения будет изменяться, как показано на рис. 3:
Рнс. 3. Изменение передаточного отношения в зависимосш от переменною внешне!и нааруженин
при одновременной работе дьух шкивов изменяемой геометрии. Таким образом, одновременная работа двух сшивов изменяемой геометрии способна обеспечит» адекватное изменение передаточпогс отношения и зависимости от перемегаого внелшего иагружеппя в широком дпгпз
зоне его изменения, что ооеспечнт стационарную работу двигателя в условиях переменного внешнего нагруже-
СПИСОЕ ШПЕРАГУРЫ
1. Пат. 73425 Российская Федерация. МПК F 16 H 55/52. Шкиб / Балакнн П. Д.. Згонннк И. IL 200S. Бюл. № 14
2. Пат. 73426 Российская Федерация. МПК F 16 H 559/52. Шкив / Батакин П. Д., Згонннк И. П. 2008 .Был. № 14
3. Батакнн П. Д.. Згонннк И. П. Геометро-кннематнческне н ситовые соотношения в механическом плоско -ременном автоварнаторе // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 200?. № 2(80). С. 75-7S.
4. Батакнн П. Д.. Згонннк И. П. Алгоритм расчета жесткости упругого элемента, входящего в состав цепи управления механического автоварнатора /■' Омскнн научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии 2010 № 2(90). С. 15-18.
