Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные свойства, классификация и анализ дифференциальных передач 15
1.1. Общие свойства механизмов с двумя степенями свободы 15
1.2. Классификация и общие свойства трехзвенных планетарных механизмов 31
1.3. Замкнутые передачи, составленные из двух и трех механизмов с двумя степенями свободы 42
1.4. Особенности анализа замкнутых передач при использовании в замыкающей ветви вариатора 44
1.5. Выводы, постановка цели и задач исследования 48
Глава 2. Проектирование схем замкнутых регулируемых передач 51
2.1. Обобщенная теория синтеза замкнутых дифференциальных передач 51
2.2. Дифференциальные передачи с односторонними динамическими связями 67
2.3. Замкнутые передачи с увеличенным диапазоном регулирования 75
2.4. Выводы по главе 80
Глава 3. Синтез и выбор конструктивных решений бесступенчато-регулируемых передач с внутренним разделением потока мощности 81
3.1. Дифференциальные гидростатические передачи с внутренним разделением потока мощности 81
3.2. Дифференциальные фрикционные передачи с внутренним разделением потока мощности 102
3.3. Дифференциальные инерционно-импульсные передачи с внутренним разделением потока мощности 111
Глава 4. Экспериментальное исследование дифференциальных бесступенчато-регулируемых коробок передач с внутренним разделением потока мощности 125
4.1. Стендовые испытания коробки передач гидростатического типа 125
4.2. Стендовые испытания инерционно-импульсных передач 143
Заключение и общие выводы 147
Литература 149
- Классификация и общие свойства трехзвенных планетарных механизмов
- Дифференциальные передачи с односторонними динамическими связями
- Дифференциальные фрикционные передачи с внутренним разделением потока мощности
- Стендовые испытания инерционно-импульсных передач
Введение к работе
Актуальность темы. Современное кризисное состояние мирового энергетического комплекса требует постоянного поиска экономии энергоресурсов и повышения эффективности использования машинных агрегатов.
При всем разнообразии машин конструктивно каждую из них можно условно разделить на три составляющих, предназначенных для< вьшолнения определенных функций: двигатель, преобразующее устройство (трансмиссия) и исполнительный механизм. От качества и надежности преобразующего устройства зависит согласованная работа двигателя и исполнительного механизма, определяемая регулированием скорости рабочих органов в зависимости от нагрузки машины, изменяющихся свойств обрабатываемого объекта, возникающих в процессе работы машины сопротивлений и условий технологического процесса.
В большинстве машин для изменения скоростного режима используются ступенчатые коробки передач с большим числом зубчатых пар. В настоящее время процесс переключения передач доведен практически до совершенства, тем не менее, он не обеспечивает бесступенчатого регулирования передаточного отношения и, как следствие, полного использования возможностей машины.
Наиболее эффективно управление скоростным режимом работы машины можно осуществить бесступенчатой передачей, позволяющей устанавливать оптимальный скоростной режим в соответствии с изменяющимися условиями работы или технологического процесса [13, 17, 22, 24, 51, 68, 98, 121 и др.].
Применение трансмиссии с бесступенчатым регулированием передаточного отношения и трансформацией вращающего момента существенно повышает эффективность использования мощности двигателя и производительность рабочего процесса машины. Для экономии энергоресурсов необходимо расширить диапазон бесступенчатого регулирования передаточного отношения при максимально достижимом коэффициенте
8
полезного действия передачи. Осуществить бесступенчатое регулирование
возможно механическими регулируемыми передачами (вариаторами),
гидравлическими, инерционно-импульсными и электрическими
регулируемыми приводами [10, 17, 19,26, 27, 53, 73, 98, 112, 114 и др.].
Анализируя перечисленные передачи, можно констатировать, что, имея ряд преимуществ, каждая из них обладает и перечнем известных недостатков, которые не позволяют определенной передаче занять неоспоримое лидирующее место в машиностроении.
Создание простых по конструкции и надежных в эксплуатации бесступенчатых передач (трансмиссий), имеющих максимальные несущую способность и КПД при минимальных массогабаритных показателях и низкой себестоимости является одной из важнейших задач машиностроения.
Непрерывность регулирования бесступенчатой передачи позволяют автоматизировать управление для достижения наибольшего эффекта за счет автоматического согласования скорости рабочих органов в зависимости от изменившихся условий работы машины. Для. автоматизации управления процессами трансформации, накопления; суммирования, и распределения. потоков мощности в силовом приводе машины можно использовать дифференциальные механизмы, обоснованно относящиеся к передачам прогрессивных типов [22, 123, 130 и др.].
Благодаря своей возможности распределения нагрузки по параллельным потокам мощности, дифференциальные механизмы снижают нагруженность зубчатых зацеплений при сравнительно высоком КПД.
Дифференциальные передачи обладают целым рядом достоинств [23, 30, 31, 48, 49, 53, 113, 128 и др.], таких как возможность получения больших передаточных отношений при малых массогабаритных показателях, возможность разделения и суммирования силовых потоков, бесшумность, компактность, малые потери на трение и др., которые определили им особое место среди многих видов механических передач и обусловили обширные
9 области их применения: в транспортных машинах, в редукторах авиадвигателей, в машиностроении, в приборостроении, в вычислительных системах в качестве сумматоров непрерывного действия и т.д.
При соединении двух основных звеньев замыкающим механизмом с переменным передаточным отношением, образуется замкнутая дифференциальная передача с широким диапазоном бесступенчатого регулирования передаваемых скоростей и вращающих моментов, обеспечивающая согласованную работу механизмов и сохраняющая при этом малые массогабаритные показатели [32, 49, 56, 128, 129 и др.]. При этом уменьшение потока мощности, передаваемого через наиболее слабое бесступенчато-регулируемое звено, ведет к уменьшению общего диапазона регулирования замкнутой многопоточной передачи, а увеличение диапазона регулирования возможно лишь при циркуляции потока мощности, т.е. при перегрузке передачи [51, 98].
Среди большого разнообразия замкнутых дифференциальных передач наиболее интересными и наименее изученными являются; замкнутые дифференциальные передачи с внутренним разделением потока мощности, в. которых возможно разделение потока мощности без уменьшения общего диапазона регулирования, увеличение на единицу передаточного отношения и повышение передаваемой мощности и КПД при малых габаритах и массе передачи [113]. В передачах такого типа разделителем потока мощности является сам бесступенчато-регулируемый механизм.
Разнообразие машин, обусловленное спецификой их работы, большое количество научных работ по силовым передачам свидетельствует о важности проблемы и необходимости ее анализа. В- связи с этим разработка рациональной схемы и анализ условий работы замкнутой дифференциальной бесступенчато-регулируемой передачи с внутренним разделением потока мощности является весьма перспективной проблемой, решение которой позволит повысить КПД трансмиссии и экономические показатели машины в
10 целом. Поэтому в настоящее время вопрос о целесообразности изучения и применения таких передач стал весьма актуален.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью исследования является повышение эффективности бесступенчато-регулируемых передач применением рациональных схем с разделением потока мощности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать методику исследования замкнутых дифференциальных
передач с внутренним разделением потока мощности и провести анализ их
основных свойств в сравнении с дифференциальными передачами со
смешанным и внешним разделением потока мощности и с полнопоточными
передачами;
обосновать рациональные схемы и конструктивные параметры замкнутых бесступенчато-регулируемых передач с внутренним разделением потока мощности;
проверить предлагаемые теоретические положения экспериментальным исследованием коробок передач с внутренним разделением потока мощности.
Объект исследования являются дифференциальные бесступенчато-регулируемые передачи с внутренним разделением потока мощности.
Методы исследования. Достижение поставленной цели осуществлялось теоретическими и экспериментальными исследованиями.
Теоретическое исследование реализовано на основе системного подхода и положениях кинематики, динамики механизмов и машин с использованием численных и аналитических методов решения линейных алгебраических уравнений для обоснования рациональных конструктивных решений.
Экспериментальные исследования выполнены на специальных стендовых лабораторных установках с использованием стандартных и частных методик.
Обработка результатов экспериментальных данных проводилась методами математической статистики с применением ЭВМ.
Достоверность и обоснованность теоретических положений работы подтверждается реализацией их в конструкциях экспериментальных образцов
передач различного типа и результатами лабораторных испытаний опытных коробок передач.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
- теоретически и экспериментально обосновано то, что повышение КПД
при увеличении диапазона регулирования бесступенчатых замкнутых
дифференциальных передач возможно только в, передачах с внутренним
разделением потока мощности;
- определены особенности замкнутой дифференциальной передачи с
односторонними динамическими связями;
- разработаны и обоснованы рациональные схемы замкнутых бесступенчато-
регулируемых передач с внутренним разделением потока мощности при высоком
КПД в широком диапазоне бесступенчатого регулирования передаточного
отношения;
- проведені анализ возможных схем планетарных импульсаторов* с
неуравновешенными сателлитами и возникающих динамических моментов на
ведущем' и ведомом валах, на основе которого выделена рациональная схема,
позволяющая создавать новые виды инерционных трансформаторов вращающего
момента.
Практическая значимость. Разработанные рекомендации могут быть использованы в конструкторских разработках для предприятий машиностроения и при создании новых конкурентно-способных технологических систем и машин.
Реализация результатов. Результаты исследований использованы в научной работе по гранту Минобразования РФ «Разработка научных основ создания автоматических трансмиссий с динамическими связями» (руководитель В.А. Умняшкин) и применяются в учебном процессе в Чайковском технологическом институте и в Ижевском государственном техническом университете.
12 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на заседаниях кафедры «Автомобильный транспорт» Чайковского технологического института (филиал ИжГТУ) и докладывались на следующих конференциях: «Транспортные системы Сибири»: III Всероссийская научно-техническая конференция, Красноярск, 2005 г.; «Значение научной работы в процессе подготовки конкурентоспособных специалистов для предприятий Удмуртской республики»: научно-методическая конференция, Ижевск, 2006 г.; «Теория динамических систем в приоритетных направлениях науки и техники»: Всероссийская научная конференция, Ижевск, 2007 г.; «Прогрессивные технологии в транспортных системах»: VIII Российская научно-практическая конференция, Оренбург, 2007 г.; Проблемы и перспективы автомобилестроения в России: Материалы Всероссийской научно-технической конференции, Ижевск, 2007 г.; «Политранспортные системы»: V Всероссийская научно-техническая конференция, Красноярск, 2007 г.; Ижевск, 2008 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе одна научная* статья в издании, рекомендуемом ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы (144 наименования). Общее количество страниц в диссертационной работе 162, в том числе 55 рисунков и 8 таблиц.
Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту, определен объект исследования, проведена краткая аннотация всех глав диссертации и дается общее представление о работе.
В первой главе приведен обзор литературы, дан анализ существующих типов трехзвенных планетарных механизмов, их конструкций и свойств; проанализированы особенности замкнутых дифференциальных передач при использовании в замыкающей ветви вариатора. Проведенный анализ позволил
13 сформулировать цель, теоретические и практические задачи диссертационной работы.
Комплексное исследование замкнутых дифференциальных
бесступенчато-регулируемых передач проведено во второй главе. На примерах конкретных дифференциальных бесступенчато-регулируемых передач гидростатического, фрикционного и инерционно-импульсного типов выявлены их основные качества, выведены, зависимости для определения основных параметров передач и показаны их преимущества перед полнопоточными (однопоточными) передачами. Рассмотрена работа и выявлены особенности замкнутых дифференциальных передач с односторонними динамическими связями.
Третья глава посвящена рассмотрению вопросов конструирования дифференциальных бесступенчато-регулируемых передач с внутренним разделением потока мощности различных типов: гидростатического, фрикционного и инерционно-импульсного. Конструктивные разработки таких передач могут послужить базой для создания опытно-промышленных образцов.
В четвертой заключительной главе для оценки правильности основных теоретических положений диссертации приведены результаты экспериментального исследования дифференциальных бесступенчато-регулируемых передач с внутренним разделением потока мощности гидростатического и инерционно-импульсного типов. Дано описание стенда для испытания исследуемых образцов передач и методика проведения экспериментов. Представлены экспериментальные данные по определению КПД передач, которые подтвердили теоретические преимущества дифференциальных передач с внутренним разделением потока мощности и доказали целесообразность и перспективность разработок.
В результате проведенной работы получены обобщенные теоретические зависимости для определения основных характеристик дифференциальных бесступенчато-регулируемых передач с внутренним разделением потока
14 мощности различных типов, которые удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.
Разработана методика синтеза, позволяющая обоснованно выбирать элементы замкнутых дифференциальных передач исходя из условия получения минимальных габаритов и максимального КПД при заданном диапазоне регулирования.
Классификация и общие свойства трехзвенных планетарных механизмов
К классу трехзвенных механизмов с числом степеней свободы больше единицы могут быть отнесены электрические передачи (рис. 1.7, а, б), инерционные и импульсные вариаторы (рис. 1.7, в, г), гидрообъемные передачи (рис. 1.7, д), фрикционные (рис. 1.7, е\ гидродинамические передачи (рис. 1.7, ж, з), а также реечные дифференциальные механизмы [4] и волновые передачи [30, 103, 106].
Трехзвенный механизм с двумя степенями свободы можно представить обобщенной схемой, показанной на рис. 1.8, где а, Ьис обозначены подвижные (основные) звенья, посредством которых этот механизм может быть соединен с двигателями, рабочими органами, неподвижным звеном или с другими механизмами [32].
Несоосные схемы зубчатых и фрикционных механизмов с параллельными и пересекающимися осями состоят из одной-двух пар взаимодействующих между собой круглых колес, имеют постоянное или изменяемое передаточное отношение, положительное или отрицательное внутреннее передаточное отношение. Передачи с одной парой взаимодействующих колес широко используются в манипуляторах, механизмах поворота кранов, антенн, экскаваторов и т.д.
Механизмы с двумя парами последовательно расположенных взаимодействующих колес, три звена которых соединены с двигателем, рабочим органом и неподвижной системой и имеющие к тому же промежуточное звено в виде двухвенцового сателлита, применяются чаще всего при остановленном водиле.
Соосные механизмы получены из несоосных путем совмещения осей трех основных звеньев - трех пар колес. Наиболее рациональными из них являются механизмы, конструктивно упрощенные, а венцы одного или обоих сателлитов выполнены как одно целое. Наиболее простыми из соосных являются передачи типа K-H-V (где К - центральное колесо, Н - водило, V - механизм, соединяющий сателлит с центральным колесом), но их применение ограничено нетехнологичностью механизма V.
Наименьшие осевые размеры имеют соосные механизмы с конструктивным совмещением венцов сателлита. Наибольший кинематический эффект при весьма низком КПД имеют механизмы с положительным внутренним передаточным отношением. Самым низким КПД обладают механизмы с двумя парами взаимодействующих колес (особенно внешнего зацепления) и с ведущим водилом. Высокий КПД и наибольшую нагрузочную способность имеют соосные передачи с отрицательным внутренним передаточным отношением. Наибольшее распространение из всех типов планетарных механизмов получили многопоточные передачи 2К-Н с одним внешним и одним внутренним зацеплениями сателлита, передачи 2К-Н с двумя внутренними зацеплениями сателлита (рис. 1.9) и многопоточные передачи ЗК с одним внешним и двумя внутренними зацеплениями (рис. 1.10) указанного звена. Передачи с двумя внутреннимш зацеплениями сателлита обладают большим передаточным отношением при небольшом количестве деталей и хорошо зарекомендовали себя в механизмах повторно-кратковременного действия и тихоходных приводах. - по типу регулируемой ветви: объемные гидромеханические, гидромеханические динамического действия, электромеханические, замкнутые механические вариаторы. - по виду нерегулируемой ветви: бесступенчатые с замкнутой дифференциальной передачей, бесступенчатые с простой дифференциальной передачей и непрерывно-ступенчатые механизмы с коробкой передач. - по типу суммирующего и разделяющего механизма: планетарные и непланетарные с регулируемой дифференциальной ветвью.
- по режиму протекания рабочих процессов в регулируемой ветви: с одним или двумя обращениями режима (при наличии двух агрегатов в передаче) и без обращения режима, т.е. без перехода из режима насоса или генератора в режим двигателя, и наоборот.
- по типу агрегатов, использующихся в регулируемой ветви: с одним или двумя агрегатами одинарного вращения [46], с одним или двумя дифференциальными агрегатами. В передачах с одним агрегатом используются электрические машины, объемные гидравлические агрегаты, включенные в общую сеть, гидромеханические динамического действия, замкнутые механические вариаторы и т.д. по общей схеме передачи: замкнутая одноконтурная или многоконтурная передача.
Сложным механизмам или отдельному трехзвенному механизму с двумя степенями свободы, также как и механизмам с различными степенями свободы, присущи общие и частные свойства независимо от их внутреннего соединения: последовательного, параллельного или смешанного.
Таким образом, имеется система дифференциальных уравнений, порядок которых зависит от того, какими функциями являются величины вращающих моментов Mi, М2, М3. В зависимости от этих величин рассматриваемые уравнения являются линейными или нелинейными. При решении представленной задачи необходимо учитывать, что знаки движущего момента и угловой скорости одинаковы, а знак момента сопротивления противоположен знаку угловой скорости.
При использовании ТПМ как механизма коробки переключения передач привод осуществляется от солнечного колеса 1, тогда водило 3 является ведомым элементом. При нагружении ведомого вала моментом сопротивления Мз коронная шестерня 2 стремится повернуться в сторону, противоположную вращению выходного вала. При полностью-заторможенной коронной шестерне 2 вся мощность проходит через водило 3. При проскальзывании дисковой фрикционной муфты 5, связанной с короной шестерней 2, часть подводимой мощности затрачивается на преодоление трения в муфте, а оставшаяся часть поступает на выходной вал.
Дифференциальные передачи с односторонними динамическими связями
На выходные характеристики замкнутой дифференциальной схемы при замыкании динамическими трансформаторами вращающего момента с односторонними связями, например, инерционными и непрозрачными гидродинамическими, накладываются определенные ограничения, связанные с необратимостью и возможностью работы таких трансформаторов в определенном интервале передаточных отношений. Дифференциальные схемы, в свою очередь, изменяют условия работы динамического трансформатора вращающего момента, его кинематический и силовой диапазон.
Необратимость трансформатора допускает только однозначную комбинацию его со схемой дифференциальной передачи.
Признаком существования динамических связей в силовой системе является наличие степеней свободы звеньев, движение которых характеризуется действием сил реактивных связей (сил реакций). Само понятие «динамические связи» при исследовании механизмов было введено С.Н. Кожевниковым [8] и впоследствии развито О.Г. Озолом [70], показавшим, что данные связи являются важной характеристикой любого механизма. В сравнении с кинематическими связями, динамические связи не накладывают ограничений на относительные перемещения и скорости звеньев силовой передачи и позволяют передавать лишь определенные силы, зависящие от других сил, действующих в передаче, а также от характера движения звеньев механизма. Практически все силовые передачи машин имеют звенья с динамическими связями [113, 117]. Особый интерес представляет работа таких механизмов в дифференциальных передачах, выполненных по замкнутой схеме.
В соответствии с изменением основного параметра дифференциального механизма — передаточного отношения Ф от ведущего вала к ведомому при неподвижном замыкающем звене - дифференциальные передачи можно разделить на три группы (-оо Ф 0,0 Ф 1,1 Ф со), а с учетом указанных
К осуществляемого вида замыкания получим шесть общих групп замкнутых дифференциальных передач (рис. 2.2 - 2.4) с динамическим трансформатором вращающего момента, каждая из которых имеет общие свойства по изменению выходных характеристик и условий работы динамического трансформатора.
Так передачи, соответствующие схемам на рис. 2.2, 2.3, а и 2.4, б, являются передачами с циркуляцией мощности, а на рис. 2.3, б и 2.4, а — передачами с параллельными потоками мощности, в которых динамический трансформатор нагружен лишь частью передаваемой мощности, которая в первом случае (рис. 2.3, б) увеличивается с увеличением передаточного отношения, а во втором (рис. 2.4, а) — уменьшается: Схемы передач по рис. 2.2, а позволяют существенно повысить силовое передаточное отношение по сравнению с коэффициентом трансформации динамического трансформатора Кт, но одновременно с этим значительно повышается нагрузка трансформатора. В передачах, соответствующих схеме рис. 2.2, б, напротив, с повышением силового передаточного отношения нагрузка динамического трансформатора уменьшается.
Возможные конструкции замкнутых дифференциальных передач, представленные обобщенными структурными, схемами на примере дифференциального механизма и инерционного трансформатора вращающего момента, а также их характеристики, приведены в таблице 2.1 [120].
В таблице 2.1 приняты следующие обозначения: МСХ — механизм свободного хода; И — импульсатор; Д — дифференциальный механизм с тремя основными звеньями а, Ь,с;Ф- параметр дифференциального механизма.
Для характеристики работы ИТВМ в схеме с дифференциальным механизмом применимы следующие оценочные критерии: - отношение вращающих моментов на основных звеньях импульсатора Ми и ведомого маховика Мм к моменту на ведущем звене механизма Мо, т.е. я = ми/мо тм = Мм/М0; - коэффициент трансформации передачи К; - отношение максимальной разности угловых скоростей ведущего звена импульсатора сои и ведомого маховика сом к угловой скорости вращения ведущего вала передачи соо . j = — м . Следует отметить, что с уменьшением величины jmax облегчается динамический режим работы ИТВМ, а максимум величины jmax соответствует режиму начала движения и зависит от величины параметра Ф дифференциального механизма; - отношение величины потока мощности, передаваемой ИТВМ Nm, к мощности, передаваемой передачей N (без учета потерь) a = Nm/N.
Результаты анализа дифференциальных схем с применением ИТВМ приведены в таблице 2.2 [120]. При исследовании было сделано допущение о возможности ИТВМ передавать любую мощность, необходимую по условиям работы. Кроме того, величины вращающих моментов и угловых скоростей на звеньях импульсатора и ведомого маховика приняты осредненными за цикл.
Дифференциальные фрикционные передачи с внутренним разделением потока мощности
Как уже было сказано выше, дифференциальные фрикционные бесступенчатые передачи с внутренним разделением потока мощности имеют отличительные особенности, такие как увеличение на единицу передаточного отношения и коэффициента трансформации, более высокий КПД, чем полнопоточные фрикционные передачи.
Рассмотрим основные характеристики передачи на примере планетарной фрикционной передачи с внутренним разделением потока мощности, представленной на рис. 3.12.
Сравнивая зависимости (13) и (58), можно заключить, что ix = іпер.дв. = і представляет собой передаточное отношение планетарного механизма в переносном движении (диски - сателлиты заторможены и передача вращается как одно целое), іу = іотн.дв_ = іфР - передаточное отношение планетарного механизма в относительном движении (заторможено водило). Следовательно, передачу действительно можно классифицировать как дифференциальную с внутренним разделением потока мощности, рис. 2.1, е.
Полученная зависимость (59) аналогична зависимости для дифференциальных гидростатических передач с внутренним разделением потока мощности в работе [87] и подтверждают преимущества дифференциальных бесступенчато-регулируемых передач с внутренним разделением потока мощности, а также показывает, что максимальное значение КПД получается при щ—І- Это следует учитывать при выборе параметров таких передач.
Использование большого числа параллельно работающих фрикционных дисков позволяет значительно улучшить условия работы каждой фрикционной пары. Многократность фрикционного контакта дает возможность существенно уменьшить контактные давления и удельные мощности трения, даже при относительно низких значениях геометрического КПД. Малая сила нажатия позволяет получить минимальные размеры площадок контакта дисков, что в какой-то мере компенсирует повышенное геометрическое скольжение, характерное для многодисковых вариаторов [101].
Использование смазки приводит к уменьшению коэффициента трения, но в данном случае это компенсируется применением большего числа фрикционных, пар и не увеличивает контактные давления или габариты передачи.
Благодаря работе передач в масляной ванне и попаданию тонких пленок смазки в зоны контакта, значительно уменьшается?нагрев фрикционных дисков и уменьшается износ. А использование смазки с противозадирными присадками позволяет повысить допустимые контактные давления.
Для конструктивной схемы многодисковой фрикционной передачи характерно разгруженность подшипниковых узлов от больших осевых сил.
Указанные особенности многодискового вариатора позволяют получить хорошие эксплуатационные показатели и использовать их для; передачи значительных мощностей.
Передача работает следующим образом. Энергия с коленчатого вала двигателя через цепную передачу приводит во вращение водило 1, которое вращает палец 2 с вильчатым рычагом 3, расположенным на ней. Шестерня- 5, сидящая на шлицевом валике 6, находится в зацеплении с шестерней 4. Валик 6 вращается в подшипниках, установленных на вильчатом рычаге 3. Ведущие фрикционные диски, 7, сидящие на1 валике 6, расположены между центральными. дисками 8, соединенными с водилом 9 кулачковой муфтой 10, посредством которой давление на нажимной диск 8 изменяется пропорционально» величине-передаваемого вращающего момента.
Центробежный грузик 14, преодолевая силу пружины 15, поворачивает кольцо 16, управляющее положением вильчатого рычага 3. При работе двигателя (когда мотоцикл стоит) на холостых оборотах, ведущий конический диск 7 с эффективным переменным радиусом х, имеющим при- этом максимальную величину, обкатывается по неподвижным центральным дискам 8 и вращает коронную шестерню 12. С увеличением числа оборотов, вала двигателя, и, следовательно, водила 1, уменьшается величина эффективного радиуса х, а перекрытие дисков увеличивается. Коронная шестерня 12 останавливается, ы при достижении определенных оборотов диски 7 начинают приводить в движение центральные диски 8, т.е. мотоцикл трогается с места и начинается разгон. При оборотах вала двигателя, близких к максимальным, происходит блокировка водила 1 и коронной шестерни 12 центробежными грузами 14, связанными с водилом, таким образом осуществляется прямая передача с весьма большим КПД.
Как уже было отмечено выше, в инерционно-импульсных бесступенчатых передачах энергия передается не непрерывно, а в виде периодических импульсов. Для таких передач свойственно преобразование равномерного вращательного движения ведущего вала в колебательное движение промежуточных звеньев, которое затем с помощью механизмов свободного хода вновь преобразуется во вращательное.
Рассмотрим основные характеристики передачи на примере инерционно-импульсного трансформатора вращающего момента с импульсатором в виде неуравновешенных сателлитов (типа передачи Хоббса) (рис. 3.14).
Водило планетарного механизма 1, соединенное с приводным двигателем, нагружено массивными неуравновешенными сателлитами 2. Эта часть механизма является импульсатором. Возникающая в центре тяжести сателлитов 2 центробежная, сила, создает на промежуточном валу 3, знакопеременный вращающий момент, отрицательный импульс которого замыкается на корпус через механизм свободного хода 6, а положительный - передается через муфту свободного хода 5 на ведомый вал 4. На рис. 3.14 показаны также четыре положения неуравновешенных грузов: в положениях / и III плечо центробежных сил равно нулю, момент на промежуточном валу 3 также равен нулю; в положении II на промежуточный вал действует положительный момент; в положении IV- отрицательный.
Стендовые испытания инерционно-импульсных передач
Экспериментальные исследования- инерционно-импульсного1 трансформатора вращающего момента проводились с целью обоснования наиболее рациональной» схемы для привода легкового І автомобиля. Отсюда вытекают следующие задачи:. - сравнительные исследования переходных процессов ИТВМ с выходным і механизмом свободного хода (рис. 3.14) и без него; - исследование тормозных характеристик ИТВМ; - исследование условий выхода ИТВМ на режим динамической муфты.
Такие исследования не могут быть выполнены на вышеописанном стенде рис. 4.4 и 4.5. Исследования проводились на специальной экспериментальной установке (рис. 4.13) лабораторного образца, позволяющего менять его кинематическую схему.
Эта работа выполнена группой исследователей в развитии упомянутого выше гранта; руководителем которого являлся- В.А. Умняшкин, и достаточно подробно изложена в диссертационном исследовании И.С. Набиева [76].
В задачи автора настоящего исследования входило снятие внешних выходных характеристик и КПД, т.е. параметров, которые можно было снять на стенде по рис. 4.4 и 4.5. При испытании- инерционно-импульсной передачи выходной, вал коробки соединялся непосредственно с валом, электрическойt машины.
Основные научные и практические результаты диссертационной работы, посвященной разработке и обоснованию рациональных схем дифференциальных бесступенчато-регулируемых передач с внутренним разделением потока мощности, позволяют сформулировать следующие выводы и заключения. 1. Полученные зависимости для замкнутых дифференциальных передач являются универсальными и позволяют исследовать передачи с любым числом потоков мощности и независимо от места расположения разделителя, мощностного потока (дифференциала) в общей структурной схеме. 2. Увеличение диапазона передаточных отношений- в замкнутых дифференциальных передачах с одной коробкой передач независимо от вида разделителя потока мощности возможно только с такой циркуляцией, при которой абсолютная величина мощности, передаваемая! через коробку, больше величины мощности, передаваемой через передачу в целом. 3. В передачах с внутренним разделением, потока мощности диапазон передаточного отношения в сравнении с обособленной коробкой увеличивается на единицу. При уменьшении диапазона регулирования, передачи использование дифференциальной схемы с внутренним разделением потока мощности повышает ее КПД. 4. Дифференциальные замкнутые схемы передач с динамическими трансформаторами момента с односторонними связями (непрозрачные гидротрансформаторы, инерционные и др.) изменяют условия работы передачи в связи с возможностью их работы в. определенном интервале передаточных отношений. Приведенные обобщенные схемы таких передач позволяют в зависимости от условий работы выбрать наиболее рациональную схему. 5. Дифференциальные гидростатические передачи с внутренним разделением потока мощности в приемлемом диапазоне регулирования 148 передаточных отношений в сравнении с гидродинамическими, имеют значительно более высокий КПД, находящийся в пределах 0,70-г 0,84. 6. Гидростатические передачи, построенные по принципу планетарных шестеренчатых насосов и гидромоторов; являются дифференциальными с внутренним разделением потока мощности, менее трудоемки в изготовлении и эксплуатации, чем аксиально-поршневые, однако, требуют разработки системы управления изменением передаточного отношения. 7. Фрикционные передачи могут быть с внутренним разделением потока мощности при планетарном исполнении фрикционной пары и имеют достаточно высокий КПД, равный 0;83 + 0,92. 9. Инерционно-импульсные передачи с неуравновешенными сателлитами являются передачами1 с внутренним разделением потока мощности, имеют КПД, равный 0,7- 0,98. 10. Внешняя выходная, характеристика инерционно-импульсного трансформатора1 вращающего момента отличается от идеальной и- в, значительной степени зависит от рационального выбора массы неуравновешенных грузов и размерных параметров механизма. 11. Стендовые испытания инерционного трансформатора вращающего момента подтвердили теоретические выводы, но при этом отмечается недостаточная долговечность механизма свободного- хода, практически ставящая под сомнение применение известных схем: 12. Анализ возможных схем планетарных импульсаторов и возникающих динамических моментов на ведущем и ведомых звеньях позволил выделить рациональную схему, на основе которой можно создавать новые виды инерционных трансформаторов вращающего момента. 13. Результаты диссертационной работы использованы в научно исследовательской работе по гранту Минобразования РФ «Разработка научных основ создания автоматических трансмиссий с динамическими связями» (руководитель В.А. Умняшкин).
