Исследование и повышение нагрузочной способности храпового механизма свободного хода с упругими рабочими телами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат технических наук Фолифоров, Михаил Александрович

• Фолифоров, Михаил Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фолифоров, Михаил Александрович

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ РАБОТ ПО ХРАПОВЫМ МЕХАНИЗМАМ СВОБОДНОГО ХОДА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Особенности и направления исследований храповых механизмов свободного хода.

1.2. Постановка задачи.

ГЛАВА II. ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МСХ И ПОДАТЛИВОСТИ РАБОЧИХ ТЕЛ НА НАГРУЗОЧНУЮ СПОСОБНОСТЬ ХРАПОВОГО МЕХАНИЗМА СВОБОДНОГО ХОДА С НОМИНАЛЬНЫМИ РАЗМЕРАМИ.

2.1. Конструктивные схемы храповых МСХ.

2.2. Ограничения при заклинивании рабочих тел, определяемые геометрическими параметрами МСХ.

2.3. Определение предпочтительной области податливости рабочих тел храпового МСХ.

2.3.1. Напряжения в криволинейных рабочих телах храповых МСХ.

2.3.2. Влияние податливости рабочих тел на изгибные напряжения в рабочих телах храповых МСХ.

2.3.3. Влияние податливости рабочих тел на контактные напряжения в храповых МСХ.

ГЛАВА Ш. ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧИХ ТЕЛ НА НАГРУЗОЧНУЮ СПОСОБНОСТЬ ХРАПОВОГО

МЕХАНИЗМА СВОБОДНОГО ХОДА.

3.1. Влияние погрешностей различных элементов МСХ на величину зазора между концом рабочего тела и впадиной зуба храповика.

3.2 Влияние погрешностей геометрических параметров рабочих тел на заклинивание МСХ.

3.3. Влияние погрешностей длин и толщин криволинейных рабочих тел на силы, действующие в рабочих телах.

3.4. Влияние погрешностей длин и толщин криволинейных рабочих тел на напряжения в рабочих телах. Определение зависимости сг = / (Я) с учётом погрешностей.

Глава IV. МЕТОДИКА РАСЧЁТА ХРАПОВОГО МСХ С ПОВЫШЕННОЙ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ.

4.1. Определение основных геометрических параметров храпового МСХ.

4.2. Пример расчёта по предлагаемой методике.

Глава V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХРАПОВОГО

МЕХАНИЗМА СВОБОДНОГО ХОДА С УПРУГИМИ РАБОЧИМИ ТЕЛАМИ.

5.1. Цели и задачи эксперимента.

5.2. Описание экспериментального стенда и измерительной аппаратуры.

5.3. Проведение экспериментальных исследований.

5.4. Обработка экспериментальных данных. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и повышение нагрузочной способности храпового механизма свободного хода с упругими рабочими телами»

Создание новых машин и механизмов, отвечающих нуждам современного общества, являлось и является одной из важнейших инженерных задач. При этом, как правило, используется один из способов: создание качественно новых механизмов, действующих в соответствии с принципами, отличными от использовавшихся ранее, или преобразование и оптимизация известных ранее механизмов с целью получения или улучшения каких-либо свойств, диктуемых новыми требованиями. Поставленная проблема определяет необходимость разработки патентоспособных конструкций механизмов, а также создание новых методов расчёта существующих конструкций.

Одним из механизмов, достаточно часто применяемых в машиностроении является механизм свободного хода (МСХ), функция которого заключается в передаче крутящего момента в одном направлении и свободном относительном вращении в противоположном. В настоящее время создано большое количество различных конструкций МСХ, однако они часто являются наиболее слабым звеном во многих передачах. МСХ используются в часовых механизмах, в приводах стартеров, станков, в импульсных передачах, ключах и т.д. При этом в каждой из перечисленных областей к механизмам свободного хода предъявляются специфические требования, связанные с режимом работы передачи.

В настоящее время наиболее распространёнными являются фрикционные (роликовые) механизмы свободного хода, в которых крутящий момент передаётся силами трения. Храповые МСХ, в которых крутящий момент передаётся нормальными силами, распространены не так широко, однако обладают рядом свойств, делающих предпочтительным их использование в ряде высоконагруженных передач.

Нагрузочная способность храповых МСХ выше, чем у механизмов других типов. Одним из способов увеличения нагрузочной способности является передача крутящего момента несколькими рабочими одновременно, для чего рекомендуется увеличивать податливость рабрчих тел. Однако не ясно как именно взаимосвязаны податливости рабочих тел и напряжения в них, как распределяются усилия между упругими рабочими телами. Кроме того, нет чёткого описания влияния погрешностей элементов МСХ на распределение усилий между рабочими телами и на напряжения в них.

В данной диссертационной работе проводится исследование влияния геометрических параметров элементов МСХ и податливостей рабочих тел на нагрузочную способность храпового механизма свободного хода. Определяются зависимости напряжений в рабочих телах от их податливостей с учётом погрешностей изготовления рабочих тел.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений.

Заключение диссертации по теме «Машиноведение, системы приводов и детали машин», Фолифоров, Михаил Александрович

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Решением поставленной оптимизационной задачи является область предпочтительных податливостей рабочих тел МСХ. Этой области, как правило, соответствует заклинивание 2-3 рабочих тел, что способствует снижению контактных напряжений в области касания свободных концов рабочих тел и впадин зубьев храповика.

2. Учет погрешностей изготовления криволинейных рабочих тел храпового МСХ даёт возможность определять возможные отклонения сил, действующих на рабочие тела МСХ при передаче крутящего момента несколькими рабочими телами одновременно; а также позволяет уточнять границы области предпочтительных податливостей МСХ в соответствии с заданной вероятностью.

3. Предлагаемая методика расчёта храпового МСХ позволяет подбирать геометрические параметры криволинейных рабочих тел МСХ, обеспечивающие их оптимальную податливость при заданной величине передаваемого механизмом крутящего момента, что позволяет достигать тех значений изгибных и контактных напряжений, при которых долговечность рассматриваемых МСХ превысит долговечность храповых МСХ близких габаритов с жёсткими рабочими телами.

4. На основе предложенной методики разработан и изготовлен храповой МСХ для ведущего моста четырёхколёсного мототранспортного средства.

5. Проведённые экспериментальные исследования подтвердили основные положения теоретической части работы и достаточное соответствие полученных зависимостей реальным нагрузкам в храповом МСХ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фолифоров, Михаил Александрович, 2009 год

1. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т., т.2 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1982. — 576 с.

2. Ассонов А. Д. Технология термической обработки деталей машин. — М.: Машиностроение, 1969. — 264 с.

3. Батищев Д. М. Методы оптимального проектирования. — М.: Радио и связь, 1884. 248 с.

4. Благонравов А. А. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. — М.: Машиностроение, 1977. — 143 с.

5. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984. — 312 с.

6. Быкова Т. В. Определение усилия удара в храповом МСХ при замыкании в механической бесступенчатой передаче. / Конструирование, управление и эксплуатация в транспортном комплексе: Монография / Под ред. Ю. А. Микипориса. Ковров: КГТА, 2006. с. 58 - 62.

7. Гаркавенко Е. А. Основы расчёта храповых механизмов свободного хода приводов машин. Автореф. Дисс. канд. техн. наук. — Одесса, 1989. 16с.

8. Глушков Г. С. Инженерные методы расчётов на прочность и жёсткость. М.: Машиностроение, 1971. - 384 с.

9. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Высш.шк., 2003. 479 с.

10. Данилов Н. П. Исследование механизма свободного хода с дифференциально-упругим устройством. / Машиноведение №235, Челябинск: ЧПИ, 1979. с. 76 - 78.

11. Данилов Н. П. Жёсткий Микрохраповый механизм свободного хода для инерционного трансформатора. / Динамика и синтез инерционных и импульсных силовых систем. Челябинск: ЧПИ, 1981. - с. 67 - 73.

12. Данилов Н. П. Разработка конструкций и методов расчёта параметров микрохрапового управляемого механизма свободного хода с минимальнымходом включения в трансмиссиях машин. Дисс. канд. техн. наук. — Челябинск, 1988.-257 с.

13. Динамика удара. Пер. с англ./ Зукас Дж.А., Николас Т., Свифт X. Ф. и др. М.:Мир, 1985. - 296 с.

14. Долинский Е. Ф. Обработка результатов измерений. — М.: Издательство стандартов, 1973. — 192 с.

15. Дрозд М. С., Метлин М. М., Сидякин Ю. И. Инженерные расчёты упругопластической деформации. М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.

16. Иванов М. Н., Финогенов В. А. Детали машин: Учебник для машиностроительных специальностей вузов. М.: Высш. Шк., 2007. - 408 с.

17. Испытания материалов: Справочник / Под ред. X. Блюменауэра. Пер. с нем. — М.: Металлургия, 1979. — 448 с.

18. Кассандрова О. Н., Лебедев В. В. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1970. - 104 с.

19. Корн Г. А., Корн Т. М. Справочник по математике для научных работников и инженеров. — М.: Наука, 1984.

20. Левина 3. М. Решетов Д. Н. Контактная жёсткость машин. М., «Машиностроение», 1971. — 264 с.

21. Леонов А. И. Инерционные вращающие трансформаторы вращающего момента. — М.: Машиностроение, 1978 224 с.-10724. Леонов А. И. Микрохраповые механизмы свободного хода. М.: Машиностроение, 1982. — 219 с.

22. Леонов А. И., Дубровский А. Ф. Механические бесступенчатые нефрикционные передачи непрерывного действия. — М.: Машиностроение, 1984.-192 с.

23. Леонов А. И. Филимонов В. Н. Григорьев Ю. С. Анализ динамических нагрузок на микрохраповые механизмы свободного хода инерционного трансформатора. / Динамика механических систем. — Владимир: ВПИ, 1989. с. 26 -33.

24. Мальцев В. Ф. Роликовые механизмы свободного хода. М.: Машиностроение, 1968. —416 с.

25. Мальцев В. Ф. Горкавенко Е. А. К динамике включения храповых механизмов свободного хода. / Третья Всесоюзная научная конференция по инерционно-импульсным механизмам, приводам и устройствам: Тезисы докладов. Челябинск, 1982. с. 27 - 28.

26. Масленников П. В. Концентрация нагрузки в зубчатом храповом зацеплении. / Третья Всесоюзная научная конференция по инерционно-импульсным механизмам, приводам и устройствам: Тезисы докладов. — Челябинск, 1982. с. 40 41.

27. Масленников П. В. Методы расчёта на прочность и износостойкость зубчатых обгонных муфт. Дисс. канд. техн. наук. — Ярославль, 1983. — 227 с.

28. Мельник А. Н. Выбор оптимальных параметров микрохраповых механизмов свободного хода с упругими элементами. / Пятая Всесоюзная научно-техническая конференция по вариаторам и передачам гибкой связью: Тезисы докладов. Одесса, 1976. с. 171 — 172.

29. Мельник А. Н. Оптимизация геометрических параметров микрохрапового механизма свободного хода. / Динамика инерционных трансформаторов, приводов и устройств №261. / Под ред. А. И. Леонова. -Челябинск: ЧПИ, 1981. с. 98 103.

30. Мельник А. Н. К методике расчёта микрохрапового механизма свободного хода с упругими пластинами. / Динамика инерционных трансформаторов, приводов и устройств №261. / Под ред. А. И. Леонова. — Челябинск: ЧПИ, 1981. с. 103 107.

31. Мельник А.Н. Оптимизация формы упругих пластин микрохрапового механизма свободного хода. / Третья Всесоюзная научная конференция по инерционно-импульсным механизмам, приводам и устройствам: Тезисы докладов. Челябинск, 1982. с. 42 — 43.

32. Михаль С. Часы. От гномона до атомных часов. Пер. с чеш. — М.: Знание, 1983.

33. Пилипенко Н. М. Механизмы свободного хода. — М.: Машиностроение, 1966. 288 с.

34. Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справочник по сопротивлению материалов. — Киев: «Наукова думка», 1975. — 706 с.

35. Приборостроение и средства автоматики. Справочник в пяти томах. Том 1. Взаимозаменяемость и технические измерения. / Под ред. Б. А. Тайца. М.: Машиностроение, 1964. — 568 с.

36. Решетов Д. Н. Работоспособность и надёжность деталей машин: Учебное пособие для машиностроит. специальностей. М., «Высш. Школа», 1974.-206 с.

37. Рязанов А.А. Математическая модель храпового механизма свободного хода с дифференциальным устройством. / Динамика механических систем. -Владимир: В ПИ, 1985. с. 84 90.

38. Рязанов А.А. Решение математической модели храповой муфты с самоустанавливающимися собачками. / Динамика механических систем. — Владимир: ВПИ, 1989. с. 53 60.

39. Сопротивление материалов: Методическое руководство к лабораторным работам / Составитель Бондалетов В.П. Ковров: КГТА, 1998. -100 с.

40. Степнов М. Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. — М.: Машиностроение, 1985. — 232 с.

41. Тензометрия в машиностроении. / Под ред. Р. А. Макарова. — М.: Машиностроение, 1975. 288 с.

42. Тесаков Р. В. Храмова Е. И. О снижении контактных напряжений в элементах механизма свободного хода инерционного трансформатора. / Вибрационные машины и технологии: Сборник научных трудов под ред. С. Ф. Яцун. Курск: КГТУ, 2008. с. 450 - 457.

43. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. 8-е изд., стереотип. -М.: Наука, 1979.-560 с.

44. Тесаков Р. В. Фолифоров М. А. Влияние неточностей изготовления на усилия в рабочих телах при работе механизма свободного хода. / Вибрационные машины и технологии: Сборник научных трудов под ред. С. Ф. Яцун. Курск: КГТУ, 2008. с. 441 - 446.

45. Фолифоров М. А. Об использовании упругих рабочих тел в МСХ нефрикционного типа. / Вооружение, технология, безопасность, управление:

46. Материалы III научно-технической конференции аспирантов и молодых учёных. В 3 ч. 4.1. Ковров: КГТА, 2008. с. 229 -233.

47. Фолифоров М. А. Влияние погрешностей изготовления различных элементов механизма свободного хода на условия его заклинивания. / Известия вузов. Машиностроение — 2007. №11.

48. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин. М.: Издательство АПМ, 2004. — 472 с.

49. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений: Справочное пособие под ред. Б. С. Касаткина. — Киев: «Наукова думка», 1981. 584 с.

50. Яблонский А. А. Никифорова В. М. Курс теоретической механики: Учебник. 9-е изд., стер. — СПб.: «Лань», 2004. 768 с.1.l1. УТВЕРЖДАЮ1. УТВЕРЖДАЮ

51. Проректор по научной работе и межлунапопным связям1. Зам. главного инженера1. ГОУf.'yr-y . /X ; -л•'/?-•: \-;20Q8 г..1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

52. В процессе внедрения выполнены следующие работы:

53. Выполнены чертежи, силовой расчет деталей и характеристик ведущего моста на основе механизмов свободного хода конструкции, предложенной кандидатом технических наук, доцентом КГТА Тесаковым Р.В.

54. Разработан и изготовлен храповой механизм свободного хода с упругими рабочими телами для ведущего моста на основе рекомендаций, предложенных аспирантом КГТА Фолифоровым МА. в его диссертационной работе.

55. Разработан и изготовлен храповой механизм свободного хода с резиновыми элементами для гашения колебаний рабочих тел при свободном ходе на основе рекомендаций, предложенных аспирантом КГТА Колягановым Е.В.

56. Технико-экономические показатели внедрения:

57. Повышается проходимость транспортного средства, более полно используется мощность двигателя, снижается расход топлива, повышается безопасность движения.

58. Предложения о дальнейшем внедрении работы и другие замечания:

59. Изготовить опытный образец четырехколесного мототранспортного средства с ведущим мостом на основе механизмов свободного хода и провести дорожные и стендовые испытания.

60. От исполнителя: Руководитель темы Кандидат техн. наук, доцент1. Р.В. Тесаков1. От заказчика:

61. Ответственный за внедрение Гл. кон^руктор ГН ПКЦ1. М.Г. Маринин1.l

62. Программа определения предпочтительной области податливостей рабочих тел храповогомеханизма свободного хода.

63. Исходные данные для расчёта Дополнительные данные

64. Крутящий момент, Нм М is Количество рядов МСХ (1 или 2) CI := i

65. Наружный диаметр МСХ, м D := o.is Количество рабочих тел,одновременно передающих1. NPT := 1крутящий момент1. Ширина МСХ, м В := 0.02

66. Допускаемый угол поворота обойм, град Вшах := о оз „1. Предврительное ml := 83

67. Зубья на наружной (1) или внутренней (2) обойме А := I количество рабочих тел

68. Допускаемое напряжение, МПа a on* (i6 io9)1. Решение:i) Определяем число зубьев храповика п и число рабочих тел m1. Збо • NPTnl := --А1 := nl I I nl = 144.578 Д1 = 61.578ml • Ртах

69. Предврительное количество <Nзубьев храповика n:=ceil(nl) п= из Ш= ml

70. Угол сектора крепления зуба, рад у := ——— у = о.07бml

71. Принимаем количество рабочих тел m = 83 количество зубьев п = 145

72. ОШИБКА,уменьшигечислорабочихтел if Д1 < 1 —> Подобноечислорабочихтелвозможно Подобноечислорабочихтелвозможно if Д1 & 1

73. Выбираем геометрические параметры МСХ

74. Радиус впадин зубьев храповика, м (Rmax) 0.07

75. Радиус вершин зубьев храповика, м Rl := 0.068

76. Радиус креплений осей рабочих тел, м г := 0.05

77. Радиус скругления впадин зубьев храповика, м RZUB := (0.001) Следовательно

78. Минимальная возможная длина рабочих тел, м lmin := |R r| + 0.001 lmin = 0.021

79. Максимальная возможная длина рабочих тел при А=1, м2г • lmaxl1. R2sin(y)lmaxl2 Г2• cos(y)R1 cos(y)) - f ——— j solve, lmaxl V lmaxl J1.lit

80. Максимальная возможная длина рабочих тел при К=2, м2~1.axsolve, Imax -> ,2818779121233бб79880е-4cos(y)

81. Данные о длинах рабочих тел0060

82. Предпочпггельня длина рабочих тел, м 1предп := >/|r2 г2| 1предп - 0.0491.ax := о.отовводитсявручнуюнаоснованииполученногорезультата) Выбираем геометрические параметры рабочих тел МСХ

83. Количество значений в диапазоне каждого из размероврабочего тела Р83 := 2

84. Диапазон толщин рабочих тел, м hmin := о.ооов hmax := 0.001s

85. Предварительная ширина рабочих b := o.oiтел, м

86. Диапазон центральных угловрабочих тел, град amin:=70 amax:=90

87. Радиус скругления свободных концов рабочих тел, м rl := 0.00021. ML :=lmin ^lmin+ Imaxj1.ax1. Mh :=1. UShmin ^hmin + hmaxj2hmaxamin1. Ma :=amax• M~in- —1. Vieoy '(lio).1. ML =006 4 0.065 < 0.07 у1. Mh =1. Г 4 \

88. X 10 1.15 x 10" 3 V 15 x 10" 3 J1. Maf 1.222 N " Us7lJж=2.i-co{amin.(^)|1.510 3•.-co{f[amin.(-b).| -amin.[amin-(2.,-слотахf .i-co{i.[amax.(^)|. amax • - 2 • co{± {amax ■ (1. МП *4691 x НГ3> <7.753 X 10" Ъ j

89. Зависимость напряжений в рабочих телах от их податливостей без учёта заклинивания дополнительных рабочих тел

90. J 2• R2• ML2 + 2- R2• f2 + 2• f2• ML2 R4- r4 - ML4 Rnep(ML) :=2 • ML1. Rnep(ML) =0068^0063 ч0.059у1. P(ML) :=2.M-ML-NPT

91. Количество рабочих тел, заклиненных при различных податлнвостяхшзакл =0