РОЗДІЛ 2
ОБГРУНТУВАННЯ КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛОСКИХ (ОДНОРЯДНИХ) ПЛАНЕТАРНИХ ВІДЦЕНТРОВИХ МУФТ З ПОВІДЦЕВИМИ МУФТАМИ
2.1. Узагальнена модель структурного синтезу планетарних відцентрових муфт
Важливим етапом у проектуванні планетарних відцентрових муфт (ПВМ) є їх структурний синтез, у процесі якого створюється нова схема муфти.
У більшості випадків вибір структурної схеми обумовлюється вихідними даними, а саме: умовами експлуатації майбутньої муфти, габаритними розмірами та іншими вимогами. Виникає проблема вибору оптимального варіанта структурної схеми муфти з множини можливих схем.
Важливим моментом при формуванні нових технічних рішень є створення узагальнених моделей структурного синтезу, в яких закладені основи формування нових груп механізмів на основі певних закономірностей забезпечення вихідних параметрів при реальній роботі механізму як складової частини машини.
Розглянемо структурний синтез плоских (однорядних) планетарних відцентрових муфт, починаючи із конструкції з двома сателітами, оскільки односателітні муфти є не зрівноваженими і не придатними для практичного використання.
На рис. 2.1 наведена схема ПВМ, яка є базовою при структурному синтезі муфт даної групи.
У підшипниках водила 1 і його кришки 2 діаментрально-протилежно розміщені вали 3, на яких з одного боку жорстко встановлені сателіти 4. Вони знаходяться у постійному кінематичному зачепленні з веденим колесом 5, яке жорстко встановлено на валу 6. На інших кінцях валів 3 на підшипниках вільно встановлені дебаланси 7. Крім того, на проміжку між сателітами і дебалансами з валами жорстко з'єднані ведучі диски 8 з виступами-повідцями 9. Щоб виступи-повідці не впливали на формування обертового моменту, на центральному веденому колесі 5 на ведучих дисках 8 з боку сателітів розташовані пальці-зрівноважувачі 10.
При обертанні водила 1 вільному перекочуванню сателітів 4 по центральному веденому колесі 5 періодично протидіють відцентрові сили Fn01 з боку вільно розміщених на валах 3 дебалансів 7.
Рис.2.1. Планетарна двосателітна відцентрова муфта
ПВМ можуть мати різну кількість сателітів і дебалансів, центри мас яких можуть займати різні положення щодо радіальних осей, які проходять через вісь обертання водила і вісь обертання сателіта.
На рис.2.2 зображена узагальнена модель структурного синтезу муфт, на основі якої формуються муфти даної підгрупи.
Рис. 2.2. Узагальнена модель планетарної відцентрової муфти
Структурний синтез планетарних відцентрових муфт полягає у послідовному коловому зміщенні відносно осі О1У центра мас С2 наступного дебалансу відносно положення центра мас С1 попереднього дебалансу на кут ?*с2 (при миттєвому початковому значенні ?*с2=0, коли центр мас С1 першого дебалансу збігається з віссю О1У). Значення кутів ?*с для різної кількості сателітів n можуть дорівнювати: або .
При цьому
(2.1)
.
При розміщенні центрів мас дебалансів 5 на однаковій відстані від осі обертання водила кути ?*с рівні між собою, тобто ?*с1 =?*с2 =...=?*сn.
Така узагальнена модель структурного синтезу планетарних відцентрованих муфт забезпечує можливість отримання багатоваріантної структури муфт нової підгрупи.
2.2. Теоретичне визначення характеру зміни обертового моменту та навантажувальної здатності планетарної відцентрової муфти
Для реалізації узагальненої моделі структурного синтезу муфт і визначення характеру зміни обертового моменту на центральному веденому колесі необхідно провести теоретичні розрахунки навантажувальної здатності й отримати практичні для інженерного використання аналітичні залежності.
На рис.2.3 наведено схему для розрахунку навантажувальної здатності планетарної відцентрової муфти.
Рис. 2.3. Схема для розрахунку навантажувальної здатності планетарної відцетрової муфти
При обертанні ведучого водила 1 з кутовою швидкістю на дебаланс 5 масою діє відцентрова сила . У довільному положенні центра мас дебалансу С?1, який повернувся разом з повідцем і сателітом на кут ?с відносно початкового положення С1, відстань від осі обертання сателіта 3
(т. О2) до вектора дії відцентрової сили дорівнює О2Е = Н і змінюється від нульового значення до максимального та знову до нульового протягом кожного півоберта сателіта.
Обертовий момент Tc, який формується на сателіті відцентровою силою , дорівнює
. (2.2)
Значення відцентрової сили , яка проходить через вісь обертання водила (т.О1), , де д- маса дебалансу; - кутова швидкість обертання водила; - радіус розміщення центра маси дебалансу 5 (т. С1) відносно осі обертання водила (точка О1).
За теоремою косинусів, з трикутника О1С1О2 отримаємо
(2.3)
де rc - радіус розміщення центра маси дебалансу відносно осі обертання сателіта (т. О2).
Звідси
. (2.4)
Площа трикутника О1С1О2 дорівнює
. (2.5)
З іншого боку, площа трикутника О1С1О2 -
. (2.6)
Прирівнявши залежності (2.5) і (2.6), визначимо плече Н дії відцентрової сили в біжучій т.С11 центра мас дебалансу
. (2.7)
Підставивши отримані значення R з (2.4) і Н з (2.7) після скорочень, отримаємо аналітичну залежність для визначення обертового моменту Тс1 ,який формується на сателіті відцентровою силою на першій половині його оберту
. (2.8)
Максимальне значення Тс1 max виникає при ?с = 900
. (2.9)
Оскільки на другій половині кожного оберту сателіта відцентрова сила змінює напрям дії відносно його осі (т. О2), а обертовий момент дорівнює нулю (через припинення дії силового зв'язку між повідцем 6 і дебалансом 5), то обертовий момент, який створюється на сателіті, змінюється за законом представленим на рис.2.4.
Рис. 2.4. Залежність