Введение к работе
Актуальность темы исследования. Анализ предохранительных муфт показывает, что, несмотря на высокие темпы научно-технического прогресса в области машиностроения, развитие и совершенствование конструкций предохранительных муфт заметно отстает, а их технико-эксплуатационные характеристики в целом недостаточно полно соответствуют современным требованиям по уровню защиты приводов машин.
Адаптивные фрикционные муфты (АФМ) обладают повышенной точностью срабатывания, однако в настоящее время они также не обеспечивают, в основном, необходимый уровень защиты от перегрузок. Среди многообразия различных классов АФМ второго поколения занимают особое положение, главным образом, благодаря повышенной нагрузочной способности и более высокой точности срабатывания при относительной конструктивной простоте. Данные эксплуатационные характеристики в течение определенного периода времени удовлетворяли необходимым требованиям по точности срабатывания.
Однако в связи с неуклонным повышением в настоящее время технических характеристик машин и механизмов, АФМ второго поколения утратили свои лидирующие позиции среди предохранительных механических устройств, сейчас их эксплуатационные характеристики, в целом, не отвечают необходимым современным требованиям.
Некоторое технологическое оборудование требует для осуществления технологических процессов сохранение действующих силовых факторов с минимальным (до 7...10 %) отклонением от номинальных значений. К такому оборудованию можно отнести, например, ткацкие станки, автоматические сборочные приспособления и комплексы приборостроения, точной механики и т. п.
Для обеспечения высокой степени постоянства рабочих усилий и моментов в приводах указанного оборудования требуется использование АФМ с существенно более высокой точностью срабатывания в указанных выше пределах.
Данная научно-техническая задача требует применения принципиально нового подхода к созданию подобных предохранительных устройств, и проведения комплекса исследований по моделированию и оптимизации происходящих в ней процессов.
Решение поставленной задачи невозможно без радикального изменения принципиальной и конструктивной схем устройства отрицательной обратной связи при сохранении общей конструктивно-компоновочной схемы остальных узлов АФМ.
В современном машиностроении исследование предохранительных фрикционных муфт занимает ключевое место.
В настоящее время возможности повышения точности срабатывания
базового варианта АФМ второго поколения без существенных конструктивных изменений практически отсутствуют. В связи с этим решение задачи повышения точности срабатывания АФМ второго поколения является актуальным.
Целью работы является повышение точности срабатывания адаптивной фрикционной муфты второго поколения на основе установления закономерности изменения коэффициента усиления управляющего устройства обратной связи.
Основными задачами диссертационной работы являются:
установление причин ограниченной точности срабатывания адаптивной фрикционной муфты второго поколения;
разработка теоретических основ использования в адаптивной фрикционной муфте управляющего устройства (УУ) с переменным коэффициентом усиления (КУ);
синтез конструктивного варианта УУ с переменной величиной КУ;
апробация на модели и проведение экспериментальных исследований синтезированной адаптивной фрикционной муфты;
разработка принципов настройки адаптивной фрикционной муфты с переменным КУ;
разработка научно обоснованной инженерной методики расчета и проектирования адаптивной фрикционной муфты с переменной величиной КУ на основе теоретических и экспериментальных исследований.
Объект исследования - процессы, происходящие в АФМ с переменным КУ.
Предмет исследования - АФМ второго поколения с переменным КУ. Научная новизна:
найдена закономерность изменения величины коэффициента усиления, позволяющая создавать адаптивные фрикционные муфты с более высокой точностью срабатывания [п. 2 паспорта специальности 05.02.02];
установлен и теоретически обоснован профиль гнезда под тела качения управляющего устройства для реализации найденной закономерности [п. 2 паспорта специальности 05.02.02];
разработаны элементы теории возникновения перегрузок при использовании адаптивной фрикционной муфты с переменным коэффициентом усиления, позволяющие определить практическую точность срабатывания муфты [п. 5 паспорта специальности 05.02.02].
На защиту выносятся следующие новые и содержащие элементы новизны основные положения:
элементы теории переменного КУ в АФМ второго поколения, позволяющие существенно повысить ее точность срабатывания;
принципы реализации переменного КУ в конструкции АФМ с комбинированной обратной связью, позволившие осуществить конструктив-
ную разработку УУ обратной связи;
принципиальная схема УУ, позволяющая реализовать переменный КУ в функции коэффициента трения и повысить точность срабатывания АФМ;
научно обоснованная инженерная методика расчета АФМ с переменным КУ, которая позволяет осуществлять расчет и проектирование муфты, обеспечивающей высокий уровень защиты приводов машин и механизмов от перегрузок.
Практическая ценность работы:
разработана научно обоснованная инженерная методика расчета, проектирования и настройки адаптивной фрикционной муфты второго поколения с переменным КУ, позволяющая создавать муфты с высокой точностью срабатывания;
разработана методика расчета практической точности срабатывания адаптивной фрикционной муфты второго поколения с переменным коэффициентом усиления.
Реализация результатов работы. Инженерная методика расчета и проектирования адаптивной фрикционной муфты второго поколения с переменным коэффициентом усиления принята для использования в ЗАО «Донкузлитмаш», г. Азов (Ростовская область).
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладьшались и обсуждались на 3-й международной научно-практической конференции «European Science and Technology» (г. Мюнхен (Германия), 30-31 октября 2012 г.), на 1-й международной научно-практической конференции «Science, Technology and Higher Education» (г. Вествуд (Канада), 11-12 декабря 2012 г.), 6-й международной научно-практической конференции в рамках 16-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2013» (г. Ростов-на-Дону, 26 февраля-1 марта 2013 г.), на 5-й научно-практической конференции «Инновационные технологии в машиностроении и металлургии» в рамках 9-го Промышленного конгресса Юга России (г. Ростов-на-Дону, 11-13 сентября 2013 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 22 печатных работы, в том числе 10 в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 129 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованных источников из 105 наименований, содержит 2 таблицы, 28 рисунков и приложения на 9 страницах.