2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ........................................................... 5
Глава 1. ГИДРОМАШИНЫ НА ОСНОВЕ ЗУБЧАТЫХ МЕХАНИЗМОВ 14
1.1. Особенности нагнетателей на базе зубчатых передач............. 14
1.2. Создание и освобождение запертых объемов зубчатыми колесами............................................................. 14
1.2.1. Способ, основанный на отсечении(захвате) объема......... 14
1.2.2. Метод, основанный на изменении запертого объема......... 15
1.3. Выводы....................................................... 19
Глава 2. СИНТЕЗ ПЛАНЕТАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ С НЕКРУГЛЫМИ КОЛЕСАМИ И ПЛАВАЮЩИМИ САТЕЛЛИТАМИ... 20
2.1. Обозначения, термины и определения........................... 20
2.2. Геометрический синтез планетарных передач.................... 22
2.3. Синтез центроид колес планетарной передачи................... 26
2.3.1. Свойства касания связанных центроид..................... 26
2.3.2. Зависимости между геометрическими и кинематическими параметрами центроид............................................. 30
2.3.3. Выбор форм астроид...................................... 35
2.3.4. Уравнение центроид...................................... 35
2.3.5. Синтез центроиды СКВЗ при и= 1.......................... 39
2.3.6. Синтез центроиды СКВЗ при выпуклых основаниях центроиды СКНЗ........................................................... 44
2.3.7. Синтез центроиды СКВЗ при вогнутом основании центроиды СКНЗ........................................................... 54
2.3.8. Расчет центроиды СКНЗ при заданной центроиде СКВЗ....... 62
2.4. Выводы....................................................... 68
Глава 3. ГЕОМЕТРИЯ КОНСТРУКЦИИ КОЛЕС............................... 69
3.1. Выбор вида зацепления........................................ 69
3.2. Эвольвентное зацепление некруглых колес...................... 70
3
3.3. ЭвОльвентные Зубья некруглого колеса, формируемые эволь-вен Iным производящим зубчатым колесом...................... 74
3.4. Приближенное циклоидальное зацепление с промежуточными телами...................................................... 81
3.5. Выводы......................................................107
Глава 4. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУ КЦИИ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГИДРОМАШИНЫ..................................................109
4.1. Каналы для подвода и отвода рабочей жидкости................109
4.1.1.Каналы, выполненные на боковой поверхности крышки СКВЗ... 111
4.1.2. Каналы, размешенные на боковой поверхности диска, связанного с СКНЗ..................................................117
4.2. Теоретическая производительность гидромашины................122
4.3. Способы разгрузки защемленного объема рабочей жидкости во впадинах зубьев.............................................126
4.3.1. Расчет высоты модификации зубьев с эвольвентными профилями.. 128
4.3.2. Модификация вершин зубьев передач с промежуточными телами.. 137
4.4. Выводы......................................................141
Глава 5. СИЛОВОЙ АНАЛИЗ И ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧ . 142
5.1. Усилия в зацеплениях .......................................142
5.2. Расположение сателлитов относительно центроид солнечных колес... 147
5.3. Опорные реакции и вращающие моменты на валах солнечных колес.......................................................151
5.3.1. Анализ передачи с выпуклым основанием центроиды СКНЗ.152
5.3.2. Анализ передачи с вогнутым основанием центроиды СКНЗ.163
5.3.3. Анализ передачи с заданной ценгроидой СКВЗ...........167
5.4. Допускаемое давление рабочей жидкости.......................170
5.5. Выводы......................................................173
Глава 6. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ КОЛЕС, ОПЫТНАЯ РГМ,
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РГМ..................................175
6.1. Технология изготовления некруглых колес.....................175
4
6.1.1. Аппроксимация профилей зубьев для обработки на станках с ЧПУ ..176
6.1.2. Корректирующее устройство к зубодолбежному станку......181
6.1.3. Обработка некруглых колес обкаткой центроиды высокоточных колес.....................................................191
6.2. Методы и средства контролн некруглых колес..................200
6.3. Опытная РГМ............................................... 201
6.3.1. Конструкция опытной РГМ................................202
6.3.2. Результаты испытания опытной гидромашины...............204
6.4. Области возможного применения новой РГМ.....................205
6.5. Выводы......................................................205
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................207
ЛИТЕРАТУРА.......................................................210
ПРИЛОЖЕНИЕ
218
5
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
В современных условиях развития техники ни одна отрасль промышленности, транспорта и сельского хозяйства не может обойтись без гидравлических машин [1]. Распространенный электропривод с механической передачей не всегда является оптимальным средством передачи энерши и движения, хотя имеет ряд достоинств: отноаттельная дешевизна, возможность получения точных законов перемещения звеньев в укороченных кинематических цепях, малая чувствительность к изменениям среды. Однако механический привод содержит и ряд конструктивных и эксплуатационных недостатков. Прежде всего, это громоздкость и большая протяженность кинематических цепей. Жесткость механических кинематических цепей мала, что препятствует повышению точности движения рабочих органов. Жесткие кинематические связи двигателя с рабочими машинами приводят к не переналаживаемым устройствам с фиксированными кинематическими параметрами и, как правило, не отвечающим требованиям мобильности производства.
Применение гидравлических машин позволяет существенно уменьшить количество звеньев кинематических цепей и повысить точность перемещения рабочих органов за счет увеличения жесткости, обеспечиваег более рациональную компоновку при сложном пространственном расположении рабочих органов, проводит к уменьшению масс (2]. Кроме того, использование гидромашин обеспечивает высокую надежность системы за счет меньшей чувствительности к пс-рсфузкам. даст явное преимущество при плавном регулировании скоростью.
Основными средствами гидрофикации являются гидромашины [3]: аксиально-поршневые, радиально-поршневые, пластинчатые, шестеренные и другие, каждая из которых обладает своими достоинствами и недостатками.
В устройствах с повышенными требованиями к габаритным размерам и массам, например в мобильных системах и переносных устройствах, широкое применение находят шестеренные гилромашнны. Шестеренные гидромашины в конструктивном отношении значительно проще, а по металлоемкости (отношению массы к рабочему объему) они в среднем на порядок превосходят аксиаль-но-поршнсвыс [4]. Вместе с тем существующие шсстсрснныс пщромашины не лишены недостатков: неуравновешенные силы, вызванные давлением рабочей
6
жидкости и силами в зацеплении зубьев, приводят к износу деталей опорных узлов, в результате чего происходит падение КПД, а также увеличение торцевых зазоров и утечка рабочей жидкости. Гак, число отказов из-за потерн герметичности для насосов составляет в среднем 26 % от общего числа отказов [5]. Как правило, восстановление герметичности изношенных узлов представляет достаточно сложную и трудоемкую работу, а иногда и невыполнимую.
В последнее время за рубежом получили развитие весьма перспективные роторные гидромашины (РГМ) нового поколения с улучшенными характеристиками на базе передач планетарного типа с нскруглыми колесами. Отличительной особенностью новой гидромашины является отсутствие опорных реакций при определенных сочетаниях геометрических параметров, что позволяет существенно упростить конструкцию опорных узлов, торцевых уплотнений и системы в целом, а геометрические формы деталей и их взаимное расположение позволяют создавать компактные устройства. Кроме того, конструкция новой гидромашины такова, что она легко могут быть соединены последовательно на основе единого вала. 11ереключение магистралей высокого и низкого давлений осуществляется без использования специальных устройств.
Развитию новых РГМ в нашей стране препятствует в первую очередь недостаточность знаний об особенностях процессов, происходящих в гидромашинах, а также отсутствие обоснованных методов расчета их конструкции. Б связи с этим решение проблемы, объединяющей вопросы синтеза, технологии изготовления колее, геометрических, силовых и прочностных расчетов, а также расчета параметров РГМ иа основе планетарной передачи с нскруглыми зубчатыми колесами с учетом качественных характеристик гидромашины является особо актуальным.
Основная идеи работы
Основная идея работы заключается в создании оригинального метода синтеза центроид некруглых солнечных колее планетарных передач с плавающими сателлитами, позволяющего значительно расширить область существования РГМ и улучшить их качественные характеристики.
Цель работы
Целью исследования является комплексная разработка научных основ создания планетарных передач с некруглыми солнечными колесами и плавающими сателлитами применительно к РГМ с улучшенными характеристиками, использование которых в передаточных устройствах придает приводам новые функ-
7
цнональные и преобразующие свойства, позволяющие повысить эффективность рабочих машин и осуществляемых ими производственных процессов.
Задачи исследований
Для достижения цели работы были решены следующие основные задачи:
1. Анализ схем использования зубчатых механизмов в гидромашинах и оценка их достоинств и недостатков.
2. Разработка метода синтеза планетарной передачи с некруглыми замкнутыми солнечными колесами и плавающими сателлитами, исходя из условия соседства, сборки, а также кривизны центроид солнечных колес.
3. Теоретическое обоснование геометрического условия касания центроид связанных колес планетарной передачи.
4. Разработка и обоснование методов синтеза центроид планетарной передачи с некрупными солнечными колесами и плавающими сателлитами.
5. Обоснование выбора и исследование эвольвентных и циклоидальных профилей зубьев как наиболее предпочтительных для использования в гндро-машинах на базе планетарной передачи с некруглыми колесами
6. Разработка метода расчета качественных (технических) характеристик РГМ.
7. Разработка методов силового и прочностного расчетов планетарной передачи гидромашины.
8. Анализ технологических возможностей изготовления некруглых колес. Разработка методов обработки и контроля колес РГМ.
9. Разработка конструкций РГМ, экспериментальная проверка и применение разработанных усзронств в производственных условиях.
Методы исследований
Теоретические исследования базируются на методах синтеза планетарных механизмов, основных заколах механики, численных методах решения дифференциальных и систем нелинейных уравнений, теории зубчатых зацеплений, теории нскруглых зубчатых колес, методах расчета зубчатых передач на прочность, методах расчета шестеренных насосов.
Достоверность и обоснованность результатов
Изготовление колес, сборка планетарных передач и экспериментальная проверка разработанной конструкции Р1 М в лабораторных условиях с сопоставлением теоретических и практических параметров, а также внедрение результатов
8
работы в производство являются подтверждением достоверности и обоснованием результатов работы.
Основные защищаемые положении:
1. Разработанный метод синтеза планетарных передач с некруглыми солнечными колесами и плавающими сателлитами устанавливает новые соотношения между геометрическими параметрами, расширяющие область существования передач РГМ.
2. Методика расчета центроид колес с использованием двух круглых жестко связанных центроид сателлита и кинематического условия связи между параметрами позволяет создавать РГМ с улучшенными характеристиками.
3. Применение разработанною способа синтеза приближенного зацепления с роликовыми промежуточными телами к планетарным передачам с некруглыми колесами упрощает технологию изготовления колес.
4. Разработанный метод расчета канатов для рабочей жидкости и новый способ их размещения дают возможность увеличения пропускной способности каналов м повышения производительности роторных гидромаинш.
5. Предложенный метод определения взаимного расположения солнечных колес и сателлитов, а также фаз рабочих камер, ориентированный на применение ! НС, упрощает силовой и прочностные расчеты передач РГМ.
6. Предложенный универсальный способ аппроксимации кривых, позволяет находить координаты формообразующих точек профилей зубьев некруглых колес с любой заданной (фиксированной или переменной) точностью.
Научная новизна
Разработаны теоретические основы для ситгтеза, геометрических и силовых расчетов, а также проектирования и изготовления планетарных передач с некруглыми солнечными колесами и плавающими сателлитами к РГМ:
1. Установлена связь между формами центроид нскруглых солнечных колес с количеством сателлитов и числами зубьев колес.
2. Разработан метод синтеза центроид некруглых солнечных колес планетарных передач с плавающими сателлитами.
3. Решена задача синтеза передач с некруглыми колесами с использованием промежуточных тел.
4. Предложены методы силовых и прочностных расчетов планетарной передачи, а также способы улучшения технических параметров РГМ.
5. Обобщены и развиты методы изготовления некруглых колес.
9
Практическая значимость полученных результатов
Выполненное исследование является существенным вкладом в решение практической задачи внедрения в машиностроительный комплекс страны гидроприводов с новыми свойствами, способствующими увеличению эффективности машин.
Созданы условия для широкого внедрения гидромашин нового поколения, обладающих такими положительными качествами, как отсутствие опорных усилий, малая флуктуация вращающего момента, высокая производительность, соосность колес, простота конструкции, небольшие габаритные размеры. Все это позволяет упростигь конструкции приводов известных машин, придать приводам новые свойства, решать с положительным для производства эффектом известные и новые технологические задачи. Применение нового поколения гидро-машин в промышленности позволит сократить номенклатуру устаревшей техники, уменьшить аварийность и в итоге поднять технический уровень производства.
Воплощены следующие практические задачи:
1. На основе разработанных алгоритмов созданы программные модули комплексной системы расчета РГМ: блоки расчета, совмещенные с синтезом центроид колес и определением качественных характеристик гидромашины; программные блоки геометрического расчета передач с эвольвентным и приближенным циклоидальным профилями зубьев с учетом вредных защемленных объемов жидкости во впадинах зу бьев; блоки вычисления силовых, прочностных и энергетических параметров РГМ; модули решения технологических задач.
2. Реализованы разработанные технологические методы изготовления и контроля некрутых колес.
3. Разработаны и изготовлены конструкции новых РГМ, на базе которых начато производство ручных гидравлических бурильных машин. Кроме того, РГМ используется в приводе разгона экстру дера в производстве полипропилена.
Реализация результатов исследовании
Работа выполнялась в рамках инновационной межвузовской программы Министерства образования РФ “Прогрессивные зубчатые передачи” 1996-2000 гг. Научные результаты работы использованы в процессе выполнения НИР и ОКР при решении задач научно-технических программ, включенных в планы кафедры “Теоретическая и прикладная механика” Томского политехнического университета 1995-2000 гг. На основании программы “Разработка и исследование экспериментальных гг опытных образцов гидромашнны с планетарной зубчатой пе-
10
рсдачсй для гидравлического бура”, включенной в план работы Томского электромеханического завода (ТЭМЗ), опытные образцы РГМ прошли испытания и идет подготовка к выпуску партии гидробуров для шахт. Одна из конструкций новой РГМ используется в усовершенствованном вспомогательном приводе экструдера на заводе “Полипропилен”. Кроме того, для производства подготовлена техдокументация на малогабаритную автомобильную лебедку с РГМ.
Материалы диссертационной работы используются при проведении занятий со студентами по дисциплине “Теория механизмов и машин”. Вопросы практической реализации нестандартных профилей зубьев на станках с ЧПУ используются при выполнении курсовых и дипломных проектов студентами специальности 120100-“Технология машиностроения".
Исходные материалы и личный вклад соискатели
В качестве исходных материалов послужили патенты с описаниями устройства и принципа работы гидромашнн с планетарными зубчатыми передачами, рекламные проспекты и результаты научно-исследовательской работы кафедры “Прикладная механика” ТПУ по передачам с промежуточными телами, выполненной под руководством д.т.н.. проф. А.Е. Беляева. Решение некоторых геометрических вопросов и задач по обработке циклоидальных профилей сателлитов для передач с промежуточными телами отражено в публикациях совместно с соавторами. Теоретические исследования, разработка различных приводов на базе гидромашины с планетарными передачами, а также внедрение в производство проводились автором самостоятельно.
Апробации работы
Основные положения дисссргацнонной работы докладывались и обсуждались на:
1. Международной конференции “Теория и практика зубчатых передач", Ижевск, 1996г.
2. Шестом Международном симпозиуме “Теория реальных передач зацеплением". Курган. 1997г.
3. Международной конференции 'Теория и практика зубчагых передач”, Ижевск, 1998г.
4. Второй межвузовской отраслевой научно-технической конференции “Автоматизация и прогрессивные технологии”, Новоурадьск, 19991'.
5. Международном технологическом конгрессе “Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения", Омск, 2001г.
11
6. Научных семинарах кафедры “Теоретическая и прикладная механика” Томского политехнического университета 1996-2001 гг.
Публикации
По тематике диссертации опубликовано 30 работ, в том числе 4 авторские свидетельства на изобретения и три патента РФ
Основные научные положения и результаты диссертации опубликованы в 20 работах, в числе которых одно авторское свидетельство на изобретение, три патента РФ и монография.
Содержание работы
В первой главе диссертационной работы рассмотрены особенности нагнетателей на основе зубчатых передач, способы создания и освобождения запертых объемов зубчатыми колесами. Проведен анализ достоинств и недостатков известных гндромашин на базе зубчатых передач. Приведена схема и описан принцип работы гндромашииы нового поколения с улучшенными характеристиками на основе планетарной зубчатой передачи с некруглыми солнечными колесами.
Вторая глава посвящена задачам синтеза планетарных механизмов с некруглыми солнечными колесами и плавающими сателлитами. Найдены зависимости чисел зубьев колес и количества сателлитов от геометрических форм солнечных колес. Установлено свойство касания цещроид трех связанных колес: точки конгакга центроид и центр вращения подвижного солнечного колеса расположены на одной прямой линии. Искомой является центроида одного из солнечных колес, описываемая дифференциальным уравнением с краевыми условиями. Приведены результаты численного решения дифференциальных уравнений с различными формами центроиды одного из солнечных колес и сателлита. Проверка результатов решения осуществляется на реальных передачах.
В третьей главе рассмотрен вопрос о выборе вида зацепления. Установлено, что в окрестности точки перегиба центроиды эвольвентный профиль состоит из двух плавно сопрягающихся эвольвент. Указанное обстоятельство вызывает определенные трудности при формировании профилей зубьев методом копирования. Отмечено, что эвольвентные профили зубьев нскруглых солнечных колее можно обработать со смещением, если исходное зубчатое колесо производящего колеса совпадает с сателлитом. Дано математическое описание эвольвентпых профилей зубьев солнечных колее, обрабатываемых долбя ком. исходное колесо которого совпадает с сателлитом. Приведено обоснование применимости при-
12
ближенного циклоидального зацепления с промежуточными телами, позволяющего упростить технологию изготовления и возможности обработки циклоидальных профилей зубьев сателлита стандартным эвольвентным инструментом.
Четвертая глава посвящена конструктивным элементам гидромашины и анализу их влияния на качественные характеристики. Показано, что канаты для подвода и отвода рабочей жидкости могут быть размещены на торцевых дисках, связанных как с солнечным колесом с внутренними зубьями, так и с колесом с внешними зубьями, причем во втором случае суммарная площадь канатов во много раз больше, чем в нервом исполнении. Здесь же приведены уравнения теоретической производительности и результата численного определения эксперимента! ьной гидромашины. Значительное место отведено способам устранения защемленных объемов во впадинах зубьев. Предложен метод модификации вершин зубьев, суть которого заключается в уменьшении высоты головки зуба (диаметра окружности вершин зубьев) только у торцов колес на небольшую глубину, достаточную для перетекания защемленной жидкости.
В нмгой главе предешвлен силовой анализ гидромашины с различными формами центроид солнечных колес и видами зацепления. Приведено условие критического положения колес, в котором может нарушиться зацепление (сателлит может быть выдавлен жидкостью из зацепления). Описан метод определения координат центров всех сателлитов относительно солнечного колеса в любой фазе перемещения. Показано, что источником сил и моментов на солнечных колесах являются совокупное действие сателлитов и непосредственное давление рабочей жидкости. Получены аналитические зависимости, позволяющие находить опорные усилия и вращающие моменты на ватах солнечных колес. Рассмотрены вопросы прочностного расчета передач с различными видами зацепления. На основании анализа результатов решения выявлено сочетание геометрических параметров передачи гидромашины, при котором отсутствуют опорные реакции.
В шестой главе рассмотрены проблемы, касающиеся технологии изготовления и контроля зубчатых колес. Представлены простейшие у ниверсальные формулы и дан алгоритм, позволяющий аппроксимировать профили зубьев для реализации на станках с ЧПУ. Приведены схемы и расчет двух оригинальных вспомогательных устройств к зубодолбежному станку для обработки некруглых колес. Рассмотрен метод комплексной проверки некруглых колес, основанный на особенностях геометрии солнечных колес: замкнутости и симметричности.
13
Представлена конструкция опытной гидромашины и приведены результаты сопоставления экспериментальных и теоретических параметров. В завершении главы приведены области возможного применения новой РГМ.
В заключении дана общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертационной работы.
Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту заслуженному деятелю науки РФ. проф. Беляеву A.B., коллективу кафедры ‘Теоретическая и прикладная механика” Томского политехнического университета и, особо, заведующему кафедрой проф.| Нестеренко вТП, доц. Морозову Г.М., ст. преп. Борисенко Г.И. и проф. Саруеву Л.А. за помощь и поддержку.
Автор благодарит руководство Томского электромеханического завода (ТЭМЗ) и главного конструктора канд. техн. наук Ю.М. Башлыкова, которые пробудили и постоянно поддерживали интерес к данной работе, а также ждали конкретного результата для применения на производстве.
14
Глава 1. ГИДРОМАШИНЫ НА ОСНОВЕ ЗУБЧАТЫХ МЕХАНИЗМОВ
1.1. Особенности нагнетателей на базе зубчатых передач
По принципу действия нагнетатели разделяются на объемные и лопастные^): давление в псрвых-создастся за счет непосредственного сжатия рабочей жидкости, а в лопастных-при сс закручивании.
Объемные нагнетатели, работающие при поступательном движении рабочего органа,- это поршневые, при вращатслыюм-пластинчатые и зубчатые.
Каждый из указанных устройств обладает своими специфическими достоинствами и недостатками.
Шестеренные, или зубчатые, нагнетатели конструктивно достаточно просты, компакты, удобны при компоновке (соединении), реверсивны, способны развивать сравнительно высокие давления, в них отсутствует клапанный механизм и т.д. Вес это создает предпосылки для широкого применения таких типов нагнетателей.
К недостаткам шестеренных нагнетателей относится несколько пониженный по сравнению е другими объемными нагнетателями КПД.
Рассматриваемые устройства в подавляющем большинстве случаев являются обратимыми (при подаче под высоким давлением рабочей жидкости приводится в движение выходное звено). Обратимые шестеренные нагнетатели называют шестеренными гидромашинами.
1.2. Создание и освобождение запертых объемов зубчатыми колесами
1.2.1. Способ, основанный на отсечении (захвате) объема
Цикл работы подавляющего большинства шестеренных машин состоит: от-ссчка-псрснос-освобождсние. Захват и перенос рабочего тела м01уг осуществляться двумя способами. В первом случае используется пространство, заключенное между зубьями (впадиной) и корпусом машины. Типичным представителем такого типа машин являются колеса Ру га (рис. 1.1,б) и аналогичные им (рис.
1.1, в), а также наиболее распространенные типы представленные на рис.1.1, г.
Другой способ основан на использовании нскруглых колес (рис. 1.1, б). Замкнутый объем находзггся между нскруглым колесом и корпусом машины
15
(этот принцип, в частности, используют в счетчиках расхода жидкости).
«)
д)
а
Рис. 1.1. Шестеренные машины, работающие по принципу отсечения объема:
а - запертые объемы; в, в, г - запертый объем заключен между зубьями и корпусом ; д - объем образован нскруглым колесом и корпусом
1.2.2. Метод, основанный на изменении запертого объема
В этом случае -запертое пространство между поверхностями сопрягаемых зубьев колес, которое является рабочей камерой, заполняется постепенно и так же плавно происходит освобождение. Машины, работающие по указанному принципу, представлены на рис. 1.2 [6. 7). Эти машины по прошводнтельности превосходят машины, описанные в предыдущем пункте [8]. Однако они весьма критичны к износу профилей зубьев, так как лишены способности самокомпен-
Рис. 1.2. Шестеренные машины с переменным объемом рабочей камеры
17
сации зазора в зацеплении [9). На практике применяют разные варианты исполнения: вращаются оба колеса; колесо с внутренними зубьями закреплено, а колесо с наружными зубьями совершает планетарное движение. На рис. 1.3 представлено еще одно семейство гидромашин с переменным рабочим объемом. В на-
стоящее время данная конструкция проходит патентную экспертизу.
Особый интерес представляет новый тип шестеренной гидромашины на основе передачи планетарного типа с некруглыми солнечными колесами и плавающими сателлитами [10. 11]. обладающей улучшенными техническими характеристиками.
Шестеренная гидромашина (рис. 1.4) планетарного типа содержит два некрутых солнечных колеса / и 2 с наружными и внутренними зубьями и плавающие сателлиты 3, сопряженные с солнечными колесами. На торцевой крышке размещены подводящие 4 и отводящие каналы 5 рабочей жидкости. Причем подводящие и отводящие каналы чередуются и расположены на одинаковом удалении от осей солнечных колес. Управление каналами осуществляется сателлитами 3, которые выполняют роль клапанов. Просгранств© б, заключенное между двумя соседними сателлитами и солнечными колесами, служит рабочей камерой. Устройство в режиме двигателя при неподвижном солнечном колесе с внутренними зубьями 2 работает следующим образом.
В зоне активного хода, когда подводящие каналы 4 не перекрыты сателлитами 3У рабочая жидкость из магистрали высокого давления через подводящие канаты 4 поступает в рабочую камеру 6. При этом сателлиты 3, взаимодействуя с
Рис. 1.3. Гидромашина с переменным объемом рабочей камеры, содержащая обойму с роликами
18
солнечными колесами 1, 2, создают момент, приводящий в движение солнечное колесо / с валом 7 ( направление вращения показано стрелкой IV). Кроме того, в результате непосредственного воздействия рабочей жидкости на солнечное ко-
Рис. 1.4. Шестеренная гидромашина планетарного типа с некруглими
солнечными колесами:
/-солнечное колесо с наружными зубьями;
2-солнечное колесо с внутренними зубьями;
3- сателлит;
4- подводящий канал рабочей жидкости;
5- канал для отвода рабочей жидкости;
6-рабочая камера;
7- вал солнечного колеса с наружными зубьями
лесо I возникает дополнительный движущий момент, совпадающий по направлению с предыдущим, сак как вектор результирующей силы проходит вне оси вращения вала 7. При дальнейшем вращении солнечного колеса / с валом 7 подводящий канал 4 перекрывается сателлитом и заканчивается фаза активного хода. После этого рабочая камера 6 соединяется с магистралью низкого давления через выпускающий канал 5.11 результате этого происходит вывод рабочей жидкости. Затем наступает фаза активного хода и т. д. Описанный процесс работы
б 4
2
19
выполняет каждая пара сателлитов 3 ( количество сателлитов в данном исполнении конструкции равно семи ) и поэтому движущий момент на валу 7 является суммарным.
Изменение направления вращения вала 7 осуществляется путем переключения каналов 4 и 5 с магистралью высоким и низким давлением. К достоинствам данной гидромашины относятся: высокая производительность; соосность и, как следствие, компактность; возможность подбора параметров из условия уравновешенности сил, т. с. отсутствия опорных реакций.
За рубежом, в частности на заводе силовой гидравлики “ГИДРОМЕХ” в Польше, изготавливают такие гидромашины, однако информации относительно расчетов указанных машин, за исключением рекламных проспектов, нет. Следует сказать, что шестеренных гидронасосов в России производят в достаточном количестве [12). Что касается производства гидромоторов, то в нашей стране оно практически отсутствует, не считая так называемых героторных двигателей, изготавливаемых по лицензии [13].
1.3. Выводы
1. Шестеренные гидромашины с переменным объемом рабочей камеры более производительны, однако существующие типы обладают некоторыми недостатками, такими как необходимость совершения планетарного движения одного из звеньев, усложняющая конструкцию гндромашины; повышенный износ профилей зубьев и зависимость производительности от качества зацепления.
2. Новые тины гидромашнн с переменным объемом рабочей камеры на основе планетарных передач с некруглыми солнечными колесами лишены вышеуказанных недостатков, и им присущи следующие достоинства: отсутствие опорных реакций (при определенных сочетаниях параметров), существенно упрощающее конструкцию устройства и системы в целом; соосность колес, исключающая планетарное движение; простота распределения потоком рабочей жидкости; высокая надежность и долговечность.
3. Производство шестеренных гидромоторов в России развито слабо. Поэтому улучшенные технические характеристики новых гидромашин, разработка методов геометрического и прочносгного расчегов, а также решение технологических задач должны сопутствовать освоению выпуска новой конкурентоспособной продукции.
20
Глава 2. СИНТЕЗ ПЛАНЕТАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ С НЕКРУГЛЫМИ КОЛЕСАМИ И ПЛАВАЮЩИМИ САТЕЛЛИТАМИ
2.1. Обозначения, термины и определения
На рис. 2.1 показаны элементы планетарного механизма, для которых введены термины.
Рис. 2.1. Геометрические элементы планетарного механизма
21
Ниже пояснены термины для элементов механизма на рис. 2.1, а также обозначения параметров, часто применяемых в работе:
/ -солнечное колесо с наружными зубьями (СКНЗ);
2-солнечное колесо с внутренними зубьями (СКВЗ);
3- сателлит;
4- центроида (Примечание.
Различают центроиду СКНЗ, СКВЗ и сателлита);
5- выступ;
6- вершина выступа;
7- ось выступа;
8- основание выступа;
9- центр основания выступа;
10-ось основания выступа;
//- арка;
12- вершина арки;
/3-ось арки;
/‘/-основание арки;
15-центр основания арки;
16- ось основания арки;
/7-линия водилы (JIB) - отрезок прямой линии, соединяющий центры СКВЗ и СКНЗ с центром сателлита;
18- полюс;
19- полюсная линия;
Ф„-угловой шаг арочный; ф6-угловой шаг выступа /V-число арок;
п-число выступов;
5- число сателлитов;
Л/-число зубьев СКНЗ;
число зубьев СКВЗ;
X}- число зубьев сателлита;
V- условное среднее передаточное отношение (УСПО) между СКНЗ и ЛВ;
к- коэффициент смещения; РГМ-роторная гидромашина
- Київ+380960830922