Расчет рабочих процессов ротационных пневматических двигателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.541

РАСЧЕТ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ РОТАЦИОННЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

М.Ю. Елагин, Е.М. Сидоров

Приведены результаты расчетов рабочих процессов пневматических ротационных двигателей для различного пневмоинструмента.

Ключевые слова: расчет рабочих процессов, пневматические двигатели, пневмоинструмент.

В данной работе приведены результаты расчетов работы двигателя РС-32 в зависимости от частоты вращения ротора и аналогичные характеристики, приведенные в работе [1]. Расчеты проводились при частоте вращения вала двигателя, равной 3000 об./мин, давлении в сети 600 кПа, температуре стенки двигателя равной 293 К.

На рис. 1- 3 показано уменьшение мощности Ы, крутящего момента М и увеличение расхода воздуха Q для машины РС-32 в зависимости от торцового зазора 8, полученные расчетным путем с помощью разработанного математического описания и алгоритма.

3500 3000

|_ 2500

Ой

_^2000

3 1000 О

НЕ 500 о

п, об ./мин Рис. 1. Мощность двигателя

В большинстве случаях величина зазора в реальных конструкциях ограничивается не требованиями обеспечения максимального КПД машины, а технологическими возможностями предприятия-изготовителя.

Из рис. 1 видно, что максимальная мощность двигателя лежит в диапазоне частот от 3000 до 6000 об/мин, что говорит о целесообразности применения ограничителя частоты вращения двигателя для предотвраще-

ния его работы «вразнос». Максимальная мощность двигателя составляет 2,8 кВт. На низких частотах двигатель работает неэффективно, КПД его использования будет низким.

Крутящий момент максимален при низких оборотах (рис. 2) и снижается с увеличением частоты вращения ротора. Таким образом, удобно его применение в пневмогайковертах, так как для соединений с большим моментом затяга будет обеспечиваться сохранность резьбы. Плавность характеристики момента позволяет регулировать крутящий момент в зависимости от частоты вращения ротора.

12

10

е

х

н"

X

ф

е

о

3 4

£ 2 а_ 2

1

ч ч N

Ч ч И

\ ►—

1000 2000 3000 4000 БООО ЄООО 7000

во;-о

п, об/мин Рис. 2. Крутящий момент двигателя

Расход воздуха максимален на высоких частотах (рис. 3). При работе при высоком крутящем моменте расход низкий (0,025...0,033 кг/с). При высокой угловой скорости ротора расход воздуха достигает 0,048 кг/с.

об/мин

Рис. 3. Расход воздуха из сети

На рис. 4 приведены результаты расчетов протечек через сопряжения двигателя.

0,003

0.0025

0.002

и

'С 0.0015

Й 0:001

т 0.0005 О

О 0

^-0;0005

О. -0.001

с

4-0.0015

О

3 ~0.002 £-0:0025

4 Л

Г ч

1 -

1 *>■ ~~ф

\ 'V 1

> » в- £ Ч Г # # ф ф^ 7 • В а ■ а ■ а > а

ч су с 1 о- о о о

N \ 1

ч 1

-ш

Время, с

Рис. 4. Текущий расход при протечке в ячейку двигателя через ограничивающие ее пластины:

Расход при протечке из ячейки —■— расход при протечке Бячейку

Отдельно представлены расходы при протечках, существенно влияющие на КПФ РПД. Расход при протечках может быть как положительный, так и отрицательный, так как перепады давления в полостях РПД за цикл значительны, и в соседних полостях может быть перепад давления 8...10 атм. Поэтому перетечки между полостями РПД имеют различные направления из полости при избыточном давлении и в полость при недостаточном.

На рис. 5, 6 представлены результаты расчета пневматического двигателя с тангенциальными лопатками. Из представленных результатов видно, что сила трения в пазу ротора при увеличении угла наклона с 0 до 30о уменьшается. При этом одновременно наблюдается увеличение мощности, крутящего момента двигателя и уменьшение мощности теряемой на преодоление трения.

Сила трения лопатки в пазу ротора от угла наклона лопатки существенно не зависит (см. рис. 5). Для всех углов наклона лопатки получаем приблизительно одинаковые результаты. Экстремумы силы трения приходятся на периоды движения лопатки в пазу, в то время как нулевые значения силы трения соответствуют моментам, когда лопатка неподвижна.

Применение тангенциальных лопаток позволяет существенно снизить момент трения в РПД вследствие уменьшения площади контакта лопатки ротора с поверхностью статора (см. рис. 6).

Сила трения лопатки в пазу ротора, Н

Рис. 5. Зависимость силы трения от угла наклона лопатки:

2,1 т

2,09 -2,08 -2,07 -

| 2,06 -

£ 2,05 -

X

О

ь 2,04 -

н

® 2,03 -

о

Ш 2,02 -2,01 -

2

1,99 -

0 10 20 30

Угол наклона лопатки, град

Рис. 6. Зависимость момента трения от угла наклона лопатки

Результаты, приведенные на рис. 1 - 6, позволяют сделать вывод о достаточной точности разработанной математической модели ротационного пневматического двигателя и возможности использования ее при исследовании и совершенствовании рабочих процессов, а значит, и двигателей в целом [2 - 4].

Список литературы

1. Зеленецкий С.Б., Рябков Е.Д., Микеров А.Г. Ротационные пневматические двигатели. Л.: Машиностроение, 1976. 240 с.

2. Елагин М.Ю. Математическая модель ротационного пневматического двигателя // Сб. статей III Международной науч.-техн. конф. / Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2011. С. 43-48.

3. Елагин М.Ю. Расчет механических потерь в ротационном пневматическом двигателе // Сб. статей III Международной науч.-техн. конф./ Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2011. С. 48-53.

4. Елагин М.Ю. Определение протечек газа в ротационных пневматических двигателях // Сб. статей III Международной науч.-техн. конф./ Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2011. С. 54-59.

Елагин Михаил Юрьевич, д-р техн. наук, проф., а1сИ@,уапёех.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Сидоров Евгений Михайлович, асп., aich@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

CALCULATION OF A ROTARY AIR MOTORS

M. Y. Elagin, E.M. Sidorov

The calculation results of workflow-pneumatic rotation onnyh engines for various pneumatic tools are given.

Key words: payment workflows, pneumatic motors, pneumatic moinstrument.

Elagin Michail Yurievich, doctor of technical sciences, professor, aich@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Sidorov Eugeniy Michailovich, postgraduate, aich@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.0-8

РАСЧЁТНЫЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ДИНАМИЧНОСТИ

Л.В. Савельева

Рассмотрена история возникновения расчётных моделей для определения коэффициента динамичности.

Ключевые слова: коэффициент динамичности, динамические нагрузки, динамическая модель, жёсткость зубчатого зацепления, крутильные колебания.

Зубчатые передачи представляют собой наиболее распространённый вид передач в современном машиностроении. Они имеют высокий КПД, очень надёжны в работе, обеспечивают постоянство передаточного числа, компактны, просты в эксплуатации, долговечны и могут передавать любую мощность.

В зубчатых передачах современных быстроходных машин, кроме статических нагрузок, могут действовать значительные динамические нагрузки. Такие нагрузки приводят к снижению точности, увеличению шума, возникновению вибраций и даже преждевременному разрушению зубчатой передачи. Поэтому обязательным этапом при проектировании зубчатых передач современных машин является проведение динамического анализа.

При выполнении динамического анализа сложных механических систем будем придерживаться следующего порядка: 1 - создание расчётной модели, 2 - создание математической модели.

102