Анализ эксплуатационных характеристик вариантов адаптивной фрикционной муфты с раздельным силовым замыканием

УДК 621.825.54

, д-р техн. наук, , аспирант

(Донской государственный технический университет)

Анализ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК вариантов адаптивной фрикционной муфты с раздельным силовым замыканием

Shishkarev M. P., Uglenko A. Y.

ANALYSIS OF OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF ADAPTIVE VARIATION

OF FRICTION CLUTCHES WITH SPLIT POWER CIRCUIT

Аннотация: Приведены результаты исследования нагрузочной способности и точности срабатывания двух вариантов адаптивной фрикционной муфты второго поколения с раздельным силовым замыканием фрикционных групп. Показано, что наилучшим сочетанием нагрузочной способности и точности срабатывания второй вариант АФМ обладает при определенном соотношении усилий замыкания пар трения фрикционных групп.

Abstract: the results of the study load and precision actuation of two Adaptive friction clutches of the second generation with splitfriction force groups. Shows that the best combination of load response and the accuracy of the second variant has a specific ratio of circuit pairs of friction forces.

Ключевые слова: адаптивная фрикционная муфта, нагрузочная способность, точность срабатывания, коэффициент усиления.

Keywords: adaptive friction clutch, load capacity, performance tolerance, the amplification factor.

Состояние вопроса.

Исследуем точность срабатывания обоих вариантов АФМ, если они имеют нагрузочную характеристику в форме кривой, возрастающей в интервале значений коэффициента трения . Воспользуемся соотношениями (1) и (2) для вывода формул коэффициентов точности.

       Для рассматриваемой формы нагрузочной характеристики вариантов АФМ выражения для величин коэффициента точности имеют следующий вид:

− для первого варианта:

,  (19)

− для второго варианта:

.  (20)

В формулах (19) и (20) принято: , − соответственно КУ для первого и второго вариантов АФМ; , − коэффициент соответственно для первого и второго варианта АФМ.

       Остальные параметры (, , ) в сравниваемых вариантах АФМ одинаковые.

       Ввиду того, что аналитическим способом сопоставить величины коэффициентов точности по соотношениям (19) и (20) не представляется возможным, воспользуемся графическим способом. В качестве аргументов указанных функцией примем соответственно параметры и .

       Исходными данными для построения графиков являются: =0,8, =0,1, =4. При указанных данных можно воспользоваться значениями КУ, приведенными на графиках рис. 3.

       Графики функций (19) и (20) показаны на рис. 5 (соответственно кривые 1 и 2). При построении кривой 2 принято соотношение, связывающее между собой коэффициенты и : .

Анализ графиков показывает следующее:

- характер изменения точности срабатывания сравниваемых вариантов АФМ одинаковый. Точность срабатывания первого варианта АФМ возрастает с увеличением коэффициента , точность срабатывания второго варианта также увеличивается (кривые 1 и 2);

- при одинаковом соотношении между величинами сил и точность срабатывания второго варианта АФМ, в целом, выше, чем точность срабатывания первого варианта, кроме значений коэффициентов (кривая 1) и (кривая 2).

Для полного анализа точности срабатывания вариантов АФМ обратимся к рис. 3. Оценку эффекта повышения КУ будем производить согласно коэффициенту, вычисляемому по формуле:

.  (21)

       Коэффициент условно характеризует комплексную точность срабатывания АФМ и называется коэффициентом эффективности УУ.

       По результатам вычислений, сделанных для построения графиков на рис. 3 и рис. 5, построены графики функции (21) в форме зависимости , показанные на рис. 6. Кривая 1 отображает график указанной зависимости для первого варианта АФМ, кривая 2 - для второго варианта.

       Анализ графиков показывает следующее:

- величина первого варианта АФМ снижается при уменьшении величины (см. выше);

- в обоих случаях при больших значениях КУ (рис. 3) эффективность УУ снижается (рис. 6), при уменьшении величины КУ − повышается.

Одна из задач расчета и проектирования АФМ заключается в достижении высокой точности срабатывания при высокой номинальной нагрузочной способности. Высокая точность срабатывания достигается за счет увеличения КУ, что одновременно снижает нагрузочную способность муфт.

       Следовательно, критерием высокой эффективности УУ обратной связи является минимизация величины . По данному критерию, согласно данным рис. 6, более эффективным является УУ первого варианта АФМ в интервале значений . В остальной части интервала значений более эффективно УУ обратной связи второго варианта АФМ.

Используя вновь введенный показатель оценки эффективности УУ обратной связи сравниваемых вариантов АФМ, если нагрузочные характеристики последних представлены кривыми, имеющими максимум внутри интервала значений коэффициента трения при условии равенства друг другу величин вращающего момента при граничных значениях последнего.

Используем, как и в предыдущем случае, графический способ. Для построения графиков воспользуемся данными, приведенными на рис. 4.

Графики зависимости показаны на рис. 7. Кривая 1 отображает указанную зависимость для первого варианта АФМ, кривая 2 для второго варианта.

Анализ графиков показывает следующее:

- при увеличении эффективность УУ первого варианта АФМ снижается (кривая 1);

- с уменьшением эффективность УУ второго варианта АФМ повышается (кривая 2);

- в интервале значений и эквивалентных ему значений эффективность УУ первого варианта АФМ выше, чем второго варианта;

- в интервале эффективность УУ первого варианта АФМ ниже, чем второго варианта.

Сравнение показывает более высокую эффективность УУ первого варианта АФМ.

       Сопоставление значений , вычисленных для двух форм кривых нагрузочных характеристик АФМ по рис. 6 и по рис. 7 показывает, что более эффективно используется УУ АФМ с нагрузочной характеристикой в виде кривой, монотонно возрастающей в интервале .

       Данный вывод справедлив как для первого, так и для второго варианта АФМ (соответственно кривые 1 и 2 на рис. 6 и на рис. 7).

Сравнение нагрузочной способности вариантов АФМ

       Сравнение точности срабатывания вариантов АФМ показало преимущество одного или другого варианта в определенных интервалах величин . Поскольку наилучшим вариантом АФМ будет считаться вариант, сочетающий в себе наилучшее соотношение нагрузочной способности и точности срабатывания, представляет интерес определение указанного соотношения эксплуатационных характеристик вариантов АФМ и сопоставление последних по данному критерию.

       Кроме того, нас будет также интересовать соответствие характера изменения нагрузочной способности и точности срабатывания вариантов АФМ, в частности, в пределах тех интервалов изменения величины коэффициента и эквивалентного ему коэффициента (см. выше), внутри которых преимущество по точности срабатывания имеет тот или другой вариант АФМ.

       При исследовании и сопоставлении вариантов АФМ воспользуемся графическим способом.

       Графики, показанные на рис. 8, построены по соотношениям (1) и (2) при следующих исходных данных: =800 Н, =0,1 м, =0,1, =4. Величины КУ, соответствующие выбранным значениям коэффициентов и , заимствованы из графиков, изображенных на рис. 3.

       Кривая 1 построена по соотношению (1), кривая 2 по соотношению (2).

       В данном случае рассматривается форма нагрузочной характеристики в виде кривой, монотонно возрастающей в интервале значений коэффициента трения .

       Анализ графиков показывает следующее:

- номинальная нагрузочная способность обоих вариантов АФМ снижается при увеличении (для первого варианта) и при уменьшении (для второго варианта) величин и ;

- наилучшее сочетание нагрузочной способности и точности срабатывания имеет место при максимальном значении для второго варианта АФМ (=1,07, =59,7 Нм − соответственно рис. 5, кривая 2, рис. 8, кривая 2);

- первый вариант АФМ не обладает выраженным показателем по наилучшему сочетанию нагрузочной способности и точности срабатывания (соответственно рис. 8, кривая 1, рис. 5, кривая 1);

- абсолютно лучшим сочетанием нагрузочной способности и точности срабатывания второй вариант АФМ обладает при изменении в интервале (кроме нижнего граничного значения);

- в интервале (соответственно ) второй вариант АФМ по-прежнему имеет преимущество по нагрузочной способности перед первым вариантом, однако уступает ему по точности срабатывания.

Исследуем сочетание нагрузочной способности и точности срабатывания вариантов АФМ для формы нагрузочной характеристики в виде кривой, имеющей максимум внутри интервала , при равенстве друг другу вращающих моментов, соответствующих граничным значениям.

       При исследовании воспользуемся графическим способом, примененным выше. Для построения графиков используем те же исходные данные, что и при построении графиков на рис. 8.

       При построении графиков воспользуемся данными, касающиеся величин КУ, которые были использованы для графиков на рис. 4.

       Графики зависимости показаны на рис. 9. Кривая 1 отображает зависимость (1), кривая 2 - зависимость (2). Графики построены по соотношениям (1) и (2).

       Анализ графиков показывает следующее:

- сохранена, как и ранее, тенденция к снижению нагрузочной способности обоих вариантов АФМ при увеличении (для первого варианта) и при уменьшении (для второго варианта);

- второй вариант АФМ обладает большей нагрузочной способностью при более высокой точности срабатывания (см. рис. 4, кривая 2), что имеет место практически при всех значениях и . При =0,65 (1,6) точность срабатывания обоих вариантов АФМ практически одинакова (рис. 4, кривые 1 и 2), однако нагрузочная способность второго варианта значительно выше (рис. 9).

       Таким образом, проведенное исследование показало в обоих случаях отсутствие выделяемых интервалов изменения величин и , в которых наблюдалось бы качественное соответствие показателя точности срабатывания и нагрузочной способности сравниваемых вариантов АФМ.

       Результаты исследования могут быть использованы при выборе варианта АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием, с учетом реальных условий их эксплуатации.

Вывод. При нагрузочной характеристике в виде кривой, имеющей максимум внутри интервала , второй вариант АФМ обладает большей номинальной нагрузочной способностью и точностью срабатывания при большинстве значений коэффициента .

Литература

, Эксплуатационные характеристики адаптивной фрикционной муфты с раздельным силовым замыканием // Тракторы и сельхозмашины. – 2013. - № 3. – С. 28-31. , Модернизация адаптивной фрикционной муфты второго поколения // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2012. - № 10. – С. 3-7.