CC BY
6
УДК 621.825.5/.7
ВПЛИВ КОМПОНУВАННЯ МУФТИ 3 ТОРЦЕВИМИ КАНАТАМИ ТАНГЕНЦ1АЛБНОГО РО3ТАШУВАННЯ НА СИЛОВУ В3А6МОД1Ю Н ЕЛЕМЕНТ1В
В. О. Проценко1, О.Ю. Клементьева2
Розглянуто силову взаемодвд елементiв муфти з торцевою установкою прямих ка-HaTiB тангенцiального розташування. Отримано розрахунковi залежностi, що описують вплив на не! деяких компонувальних пaрaметрiв. Дослiджено вплив одного i3 нaйбiльш важливих пaрaметрiв муфти, а саме спшвщношення дiaметрiв розташування втулок у нашвмуфтах на натяг канайв. Отримано вираз, що дае змогу обчислити значення ко-ефiдieнтa дiaметрiв, який забезпечуе мшшальний натяг канапв.
Ключовг слова: муфта, канат, компоновка, обертальний момент, колова сила, натяг.
Вступ. В умовах кризи, що сшткала свтову економжу останнiми роками, особливо!' актyальностi набувають вимоги до забезпечення ресурсозбере-ження промислово! продукцц. Заощадження ресyрсiв найбiльш ефективно ви-конувати протягом усього життевого циклу будь-якого виробу, вiд етапу проек-тування до yтилiзацi!. Зниженню витрат пiд час експлуатацц та yтилiзацi! може сприяти рацiональне проектування, тому вдосконалення наявних i розроблення нових методiв розрахунку деталей машин з метою забезпечення !'х мшшально! завантаженостi, а вiдтак i максимально! довговiчностi е актуальним завданням. Задачi проектування рiзноманiтних муфт детально розглянуто у ввдповвдних працях [1-5], проте для канатних муфт вони розроблеш недостатньо.
Аналiз виконаних дослщжень та постановка задачь Муфти з канатни-ми пружними елементами, як i бyдь-якi iншi складальнi одиницi, можуть мати безлiч варiантiв конструктивного виконання. Зрозyмiло, що кожен iз цих варь анпв характеризуватиметься своши перевагами та недолшами, проте конструктору потрiбно прагнути до такого варiантy, коли будуть забезпеченi мiнiмальнi витрати пiд час всього життевого циклу муфти. Мiнiмiзацi! витрат, кр1м шших варiантiв, може бути досягнуто внаслвдок зменшення витрат на змiннi та вит-ратнi елементи протягом всього перюду експлуатацп муфти. Очевидно, що ви-хiд iз ладу слабких ланок будь-якого виробу напряму залежить ввд навантажен-ня. Для муфт такими ланками е сталевi канати, яю е основними несними елементами i працюють у найбшьш важких умовах. З огляду на це, точний облш навантаження канатних пружних елеменпв на стадп проектування та компоновки муфти, е важливою умовою забезпечення !'х довговiчностi, що потребуе застосування вiдповiдних розрахункових залежностей. Разом iз цим, важливою проблемою е рацюнальний вибiр сшвввдношення мiж конструктивними параметрами муфт для забезпечення мш1мального навантаження на канатш елементи, що потребуе аналiзy впливу на навантаження конструктивних елементiв муфт та пошуку рацюнального спiввiдношення мiж ними. Результати аналiзy вiдомих пyблiкацiй свiдчать, що силову взаемодда елеменпв канатних муфт та вплив на не! конструктивних параметр1в муфт на сьогодш дослiджено недос-
1 доц. В.О. Проценко, канд. техн. наук - Херсонська державна морська академш;
2 астр. О.Ю. Клементьева - Херсонська державна морська академш
татньо. З огляду на викладене, метою ще'1 роботи е дослiдження силово'1 взаемо-д11 елементiв муфти з торцевою установкою канапв тангенцiального розташу-вання та встановлення впливу на навантаження канатiв деяких 11 компонуваль-них параметрiв, зокрема спiввiдношення дiаметрiв розташування втулок у по-вiднiй та веденш напiвмуфтах.
Виклад основного матерiалу. На рис. 1 наведено розрахункову схему муфти. Муфта мютить повщну i ведену напiвмуфти, на кожнш iз яких встанов-лено г втулок iз пальцями, якими закршлено вiдповiдно г канатiв. Втулка 1 встановлена у повщнш напiвмуфтi та тд час прикладення до не'1 рушiйного моменту Твч спричиняе натяг каната силою ¥н, яка передаеться на втулку 2 та створюе на веденiй напiвмуфтi момент, який повинен переважати момент опору Твн. Вказат моменти створюються коловими силами на втулках 1 i 2, вщповщ-но та
Рис. 1. Розрахункова схема муфти з торцевою установкою прямих KaHamie тангенщального розташування
Зпдно 3Í складеною схемою, розглянувши трикутник AKL, запишемо
KL = AL х sin Д (1)
або Ft1 = FH х sin Д.
Отже, шукана сила FH становитиме
F, = Л- = 2T . (2)
sin Д zD3e sin Д Для визначення кута р1 з трикутника ОАВ запишемо рiвностi:
ОВ або-^ = -D^-, (3)
sin % sin Д sin % 2sin Д '
де: АВ = LK - теоретична довжина каната; £ - кут монтажного змщення натв-муфт (компонувальний параметр). З виразу (3) отримаемо
Д^. (4)
2Lk W
Пiдстaвивши (4) у (2), отримаемо нову формулу
F = 4Т\ ,. (5)
zDseDeH sin $
З трикутника ОАВ отримаемо
АВ =y¡ О А2 + ОВ2 - 2ОА х ОВ х cos $, LK =yl 0,25(Dje 2 + Dm2) - 0,5D3eD„H cos$. Пiдстaновкою (6) у (5) отримаемо рiвняння
(6)
w _ 4Ty¡0,25(D382 + Dm2) - 0,5D3eDeu cos $ (7)
zD3eDeH sin $
Шд час проектування нових муфт постае задача вибору ращонального спiввiдношення мiж дiaметрaми розташування втулок у нашвмуфтах D3e та DeH. Iснуючi у практищ конструювання муфт емпiричнi сшвввдношення не дають змогу прийняти ртення про вибiр рaцiонaльних величин цих дiaметрiв.
Тому проaнaлiзуемо формулу (7), вводячи нову величину - дiaметрiв
WD = d3L , отримаемо формулу (7) у виглядi (8):
DBH
4T\¡0,25De„2(Wd2 +1)-0,5D2 cos$Wd .
F =-n2 ■ e-; (8 )
zDi sin
_ 4TV0,25(^d2 +1) - 0,5cos (8)
н = ts ■ £ . (8)
zDm sin
Виконане чисельне моделювання для муфти i3 z = 6, DeH = 95 мм, £ = 45 ° при обертальному моментi Т = 1000 Нм та рiзних D3B, i вiдповiдно iyD, дало змогу побудувати графж зaлежностi сили натягу каната FH вiд величини коефь цiентa дiaметрiв y/D (рис. 2). Анaлiз цього грaфiкa показуе, що iснуе таке значения коефщента y/D, за якого забезпечене, за рiвних iнших умов, мшшальне значення сили натягу каната FH. Для модельно!' муфти, зпдно з рис. 2, цей ко-ефiцiент мае значення близько y/D = 1,4. Очевидно, що для ращонального проектування муфти потрiбно отримати вираз для обчислення цього оптимального, з точки зору зниження зaвaнтaженостi канатов, значення коефщента y/DF, щоб дати у майбутньому шструмент конструкторам для проектування мшшально навантажених муфт.
Проaнaлiзуемо можливiсть отримання ращонального стввщношення даамет-р1в розташування втулок у зовшшнш та внутрiшнiй нашвмуфтах з умови мiнiмiзaцií нaвaнтaженостi канатов силою FH, що адекватно пошуку мМмуму функци (8).
Для цього вiзьмемо першу похiдну вiд (8) та приргвняемо íí до нуля.
294 Збiрник науково-техшчних праць
4T_ ^0, 25 Yd 2 - 0,5 cos Yd + 0,25
(9)
Кос(|нщент jiaMCTpie i|/D=D'!b/Dbh
Рис. 2. Графт залежностi сили натягу каната FH eid величини коеф^ента
diaMempie wD
4T
zd}h sin г
Yd U0, 25 yd2 - 0,5 cos Yd + 0,25V -yj0, 25 yd2 - 0,5 cos гYd + 0,25
Yd
= 0.(10)
Очевидно, в останньому Bnpa3i (10) дорiвнювати нулю може тшьки чи-сельник, тому матимемо такий вираз:
Yd (0,25Yd2 - 0,5 cos Yd + 0,25)/ - ^0,25Yd2 - 0,5 cos Yd + 0,25 = 0 ;
Yd(0,5Yd - °,5c°s£--^ 2 - 0,5 cos Yd + 0,25 = 0;
2^/0,25 Yd2 - 0,5 cos Yd + 0,25
Yd(0, 5 Yd - 0,5 cos £) - 2(0, 25yd2 - 0,5 cos Yd + 0,25) = 0;
0, 5yd2 - 0,5 cos Yd - 0, 5yd2 + cos Yd - 0,5 = 0;
0,5 cos Yd - 0,5 = 0;
cos Yyd = 1;
1
Yd =
Для модельно! муфти матимемо
1
Yd =
cos г
1
(11) (12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
= 1,41.
cos г cos45c
З виконаного розрахунку та зютавлення його з графжом на рис. 2 видно, що вони адекватт одне одному, що свщчить про правильнють в^х мipкувaнь та виконаних теоретичних дослщжень. Вiдтaк можна стверджувати, що отрима-ний вираз (17/) дае змогу обчислювати оптимальний коефiдieнт дiaметpiв yDf , який дае змогу виконати компоновку муфти iз мiнiмaльним натягом канапв.
/
>
N
¥бр =
008 %
(17')
Вiдповiдно, оптимальний кут монтажного змiщення напiвмуфт £Р, забез-печення якого дае змогу зменшити натяг канатiв до мЫмуму за вiдомого коефь цieнта дiаметрiв у/в, можна знайти за такою формулою:
= агооо8—.
(18)
Аналiз графка на рис. 2 та результапв виконаних дослiджень, дае змогу стверджувати, що збтьшення коефiцieнта у/0 вщ 1,0 до 1,41 спричиняе зменшен-ня натягу канатiв зi значення близько 3800 Н до значення 3500 Н або приблизно на 7 %, що спричинить пщвищення довговiчностi канатiв та муфти загалом. Гра-фiчне зображення залежност (17') представлено на рис. 3 i е номограмою для ви-бору оптимального коефiцieнта дiаметрiв у/ВР за вщомого кута £ чи оптимального кута за вщомого коефiцieнта дiаметрiв у/п тд час проектування муфти.
Коефщент д1аметр1в \|/ОР=Озв/Овн Рис. 3. Графт залежност1 оптимального коефщента дiаметрiв щВР вiд величини оптимального кута монтажного зм^ення
Отже, унаслщок виконаних теоретичних дослщжень можна зробити таю висновки:
1. Компонувальнi параметри, зокрема коефщент вiдношення дiаметрiв у/в, мають значний вплив на навантаженють елементiв муфти з торцевими канатами.
2. Вперше дослiджено вплив цього коефщента на натяг канатiв та отримано вираз для визначення коефщента у/ВР, який забезпечуе мМмальне значення натягу канатiв.
3. Показано, що зi збiльшенням коефщента дiаметрiв з 1,0 до 1,41 сила натягу канапв муфти зменшуеться вiд 3800 Н до 3500 Н, або на 7 %.
4. Побудовано номограму для вибору значень кута монтажного змщення та коефщента дiаметрiв, що забезпечують мЫмальний натяг каната пiд час проектування.
1
Напрямки подальших дослщжень:
1. Дослщження впливу кута монтажного змщення напiвмуфт на натяг кана-^в.
2. П^вняння основних показникiв муфт з торцевою установкою каната тан-генцiального та хордального розташування.
3. Розроблення методики проектування муфт з торцевою установкою каната.
4. Дослщження впливу несшввкноста на перерозподiл навантаження мiж канатами у муфтах.
5. Дослщження впливу несшввкност на додатковi навантаження вщ муфт на поeднуванi вали.
6. Дослщження впливу несшввкноста на довговiчнiсть канатiв.
7. Дослщження тепловидшення вiд канатiв муфт пiд час ïx роботи в умовах несшввкностг
8. Дослщження мiцностi та розроблення методики розрахунку фланщв напiв-муфт.
9. Обгрунтування параметрiв пристро\'в для затиску канатш у муфтах.
10. Комплексна оптимЬацт параметрiв муфт з торцевими канатами.
Лггература
1. Лукин М.Г. Муфты сцепные и упругие / М.Г. Лукин; под ред. Б.А. Иванова. - Л. : Изд-во "Советский печатник", 1935. - 284 с.
2. Иванов Е.А. Муфты приводов / Е.А. Иванов. - М. : Изд-во "Машгиз", 1954. - 348 с.
3. Поляков В.С. Муфты. Конструкции и расчет / В.С. Поляков, И.Д. Барбаш. - Л. : Изд-во "Машиностроение", 1973. - 336 с.
4. Ряховский О.А. Справочник по муфтам / О.А. Ряховский, С.С. Иванов. - Л. : Изд-во "Политехника", 1991. - 384 с.
5. Малащенко В.О. Муфти привод]в. Конструкцп та приклади розрахунгав / В.О. Малащен-ко. - Льв]в : Вид-во НУ "Льв1вська шштехнжа", 2009. - 208 с.
Надклано до редакцп 17.02.2016 р.
Проценко В.А., Клементьева О.Ю. Влияние компоновки муфты с торцевыми канатами тангенциального расположения на силовое взаимодействие ее элементов
Рассмотрено силовое взаимодействие элементов муфты с торцевой установкой канатов тангенциального расположения. Получены расчетные зависимости, описывающие влияние на него некоторых компоновочных параметров. Исследовано влияние одного из важнейших параметров муфты, а именно соотношения диаметров расположения втулок в полумуфтах на натяжение канатов. Получено выражение, позволяющее вычислить значение коэффициента диаметров, обеспечивающего минимальное натяжение канатов.
Ключевые слова: муфта, канат, компоновка, вращающий момент, окружная сила, натяжение.
Protsenko V.O., Klementyeva O.Yu. Geometrical Conditions of Existence of Coupling with Tangentially Located Ropes
The new design of coupling with tangentially located ropes is proposed in the article. The advantages of this coupling compared to existing are designed. By providing theoretical researches the basic geometric constraints are established and also five conditions for the existence of proposed design coupling are formulated. The mathematical expression for the verification of the existence of the conditions is set by the geometric coupling. Keywords: coupling, rope, misalignment, layout.
