Расчетно-экспериментальная оценка самоторможения при проектировании передач червячного типа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат наук Кузьмин, Антон Васильевич

• Кузьмин, Антон Васильевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Кузьмин, Антон Васильевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО САМОТОРМОЖЕНИЯ

И ЕГО ПРИЧИН

1.1. Структурные особенности самотормозящих механизмов

1.2. Самоторможение механизма с точки зрения энергетического равновесия

1.3. Исследование простейшего механизма «ползун - наклонная плоскость»

1.3.1. Моделирование механизма «ползун - наклонная плоскость»

в тяговом режиме прямого хода

1.3.2. Моделирование механизма «ползун - наклонная плоскость»

в тяговом режиме обратного хода

1.4. Определение самоторможения и самотормозящего механизма

1.5. О причинах самоторможения

1.5.1. Анализ работы храпового механизма в различных режимах

1.5.2. Анализ работы червячной передачи в различных режимах

1.5.3. Причины классического самоторможения

1.6. Особенности применения самотормозящих механизмов на примере механических передач

1.7. Задачи работы

2. ИССЛЕДОВАНИЕ САМОТОРМОЖЕНИЯ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ

2.1. Анализ самоторможения червячной передачи

2.1.1. Моделирование червячной передачи в тяговом режиме прямого хода

2.1.2. Исследование червячной передачи в тяговом режиме прямого хода

2.1.3. Моделирование червячной передачи в тяговом режиме обратного хода

2.1.4. Исследование червячной передачи в тяговом режиме обратного хода

2.1.5. Общий анализ работы червячной передачи

2.1.6. Анализ причин самоторможения червячной передачи

2.2. Понятие о запасе самоторможения червячной передачи

2.2.1. Коэффициент запаса самоторможения червячной передачи

2.2.2. Примеры оценки самоторможения червячной передачи

с учетом коэффициента запаса самоторможения

2.2.3. Проектирование червячной передачи с заданным

коэффициентом запаса самоторможения

2.2.4. Пример расчета червячной передачи с заданным

коэффициентом запаса самоторможения

2.3. Выводы

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ В СПИРОИДНОМ ЗАЦЕПЛЕНИИ

3.1. Описание стенда для моделирования спироидного зацепления

3.1.1. Выбор схемы и параметров узла трения стенда

3.1.2. Конструкция и принцип работы стенда

3.1.3. Определение коэффициента трения на стенде

3.2. Определение параметров узла трения стенда для моделирования

спироидного зацепления

3.2.1. Соответствие базовых параметров зацепления и его модели

3.2.2. Выбор и расчет параметров моделируемой передачи

3.2.3. Расчет параметров узла трения

3.3. Методика проведения экспериментальных исследований на стенде

и обработки результатов

3.4. Результаты экспериментов

3.5. Анализ результатов экспериментов

3.6. Выводы

4. ИССЛЕДОВАНИЕ САМОТОРМОЖЕНИЯ СПИРОИДНОЙ ПЕРЕДАЧИ

4.1. Анализ самоторможения спироидной передачи

4.1.1. Моделирование спироидной передачи в тяговом режиме прямого хода

4.1.1.1. Тяговый режим прямого хода при работе правой стороной витка червяка

4.1.1.2. Тяговый режим прямого хода при работе левой стороной витка червяка

4.1.2. Исследование спироидной передачи в тяговом режиме прямого хода

4.1.3. Моделирование спироидной передачи в тяговом режиме обратного хода

4.1.3.1. Тяговый режим обратного хода при работе правой стороной витка червяка

4.1.3.2. Тяговый режим обратного хода при работе левой стороной витка червяка

4.1.4. Исследование спироидной передачи в тяговом режиме обратного хода

4.1.5. Общий анализ работы спироидной передачи

4.1.6. Анализ причин самоторможения спироидной передачи

4.2. Понятие о запасе самоторможения спироидной передачи

4.2.1. Коэффициент запаса самоторможения спироидной передачи

4.2.2. Статическое и динамическое самоторможение

4.2.3. Примеры оценки самоторможения спироидной

передачи с учетом коэффициента запаса самоторможения

4.2.4. Проектирование спироидной передачи с заданным

коэффициентом запаса самоторможения

4.2.5. Пример расчета спироидной передачи с заданным

коэффициентом запаса самоторможения

4.3. Выводы

5. РАЗРАБОТКА СПИРОИДНОГО РЕДУКТОРА МЕХАНИЗМА

ПОВОРОТА РАМЫ СПРЕДЕРА С УЧЕТОМ САМОТОРМОЖЕНИЯ

5.1. Выбор и обоснование направления модернизации механизма

5.2. Расчеты привода

5.2.1. Расчет сопротивлений вращению захватной рамы спредера

5.2.2. Расчет статической мощности и выбор двигателя

5.2.3. Кинематический расчет привода

5.3. Расчеты спироидного редуктора

5.3.1. Расчет геометрических параметров спироидной передачи

5.3.2. Расчет самоторможения спироидной передачи

5.4. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Расчетно-экспериментальная оценка самоторможения при проектировании передач червячного типа»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Спироидная передача по принципу действия относится к передачам червячного типа, но имеет перед червячной передачей некоторые существенные преимущества, объясняющиеся фундаментальными отличиями геометрии и кинематики спироидного зацепления. Эти преимущества определяют перспективность использования спироидной передачи в механизмах машин как более прогрессивного и современного аналога червячной передачи. На практике это отражается в расширяющемся применении спироидных передач в механизмах машин всех отраслей промышленности, где распространены червячные передачи.

Спироидная передача (как и червячная) относится к классу самотормозящих механизмов, которые можно привести в движение только со стороны входного звена (червяка), но попытка привести механизм в движение со стороны выходного звена (колеса) вызывает затормаживание. Свойство самоторможения передач червячного типа может проявляться или исчезать в зависимости от действительных значений некоторых трибо-логических параметров в зацеплении, многие из которых склонны к существенному изменению в процессе эксплуатации. Например, именно из-за нестабильности этого свойства применение самотормозящих передач без тормоза запрещено в механизмах грузоподъемных машин, подконтрольных Ростехнадзору, поскольку известны случаи исчезновения свойства самоторможения после некоторого времени эксплуатации. При проектировании привода нельзя также полностью игнорировать теоретически возможное проявление свойства самоторможения, т.к. возможное бесконтрольное затормаживание обратного хода передачи в некоторых режимах работы может привести к тяжелой поломке и выходу из строя всего привода.

Возможность самоторможения является важнейшим свойством спироидной передачи, которое может быть как вредным для всего привода, так и полезным.

В настоящее время в практике проектирования свойство самоторможения спиро-идной передачи и его влияние на свойства механизма не учитываются. Существующие методики оценки условий самоторможения передач червячного типа (в т.ч. и спироид-ной передачи) приводят зацепление таких передач к значительно более простому винтовому зацеплению и не учитывают большое число важнейших трибологических параметров зацеплений, поэтому представляются значительно упрощенными и неполными. Для практических расчетов самоторможения передач червячного типа требуется значитель-

ное уточнение условий самоторможения с целью получения как можно более точных результатов при проектировании таких передач.

Тема настоящей диссертационной работы является актуальной, поскольку направлена на изучение свойства самоторможения перспективной спироидной передачи, а также на уточнение условий самоторможения червячной и спироидной передач с цилиндрическим червяком.

Цель работы: обоснование использования передач червячного типа в качестве самотормозящих механизмов в структуре приводов.

Объект исследования: спироидная и червячная передачи с цилиндрическим червяком.

Предмет исследования: свойство самоторможения спироидной и червячной передач.

Идея работы заключается в обоснованном выборе критерия оценки условий самоторможения спироидной и червячной передач, с помощью которого возможно оценивать свойство самоторможения на начальных этапах проектирования механизмов.

Задачи исследований:

1. Создание математических моделей самотормозящих червячной и спироидной передач, адекватно описывающих зависимости КПД от параметров, влияющих на самоторможение передач.

2. Исследование свойств самоторможения червячной и спироидной передач на созданных моделях и уточнение параметров передач, от которых существенно зависит наличие или отсутствие самоторможения.

3. Выбор и обоснование критерия оценки условий самоторможения передач червячного типа.

4. Разработка методик оценки условий самоторможения, пригодных на начальных этапах проектирования передач.

5. Проведение комплекса экспериментальных исследований по определению коэффициента трения в зацеплении спироидной передачи в широком диапазоне параметров трения. Создание базы значений коэффициента трения для зацепления данной передачи.

Методы исследований. Решение перечисленных задач произведено на основе общих положений и методов теории передач зацеплением, методов математического моделирования зацеплений с нахождением их свойств, метода физического моделирования

спироидного зацепления на специально созданном стенде, оснащенном аттестованными и поверенными приборами.

Положения, выносимые на защиту:

1. Уточненные условия самоторможения червячной и спироидной передач с цилиндрическим червяком.

2 т/* оо о о

. Критерий оценки условий самоторможения червячной и спироидной передач -коэффициент запаса самоторможения кс.

3. Методики оценки условий самоторможения для червячной и спироидной передач.

4. Методики проектирования червячной и спироидной передач с заранее заданными коэффициентами кс, т.е. с известным запасом самоторможения (или с его отсутствием).

5. Комплекс экспериментальных исследований по определению коэффициента трения в зацеплении спироидной передачи с заданными параметрами, результатом которых является база значений коэффициента трения, использованная при оценке самоторможения смоделированной передачи.

Достоверность полученных результатов подтверждена проверкой справедливости полученных моделей червячного и спироидного зацеплений применительно к свойству самоторможения, а также достаточным объемом исследований коэффициента трения в спироидном зацеплении на его физической модели с применением современной аппаратуры, поверенных средств измерений и статистических методов обработки результатов.

Научная новизна:

1. Созданы математические модели самотормозящих червячной и спироидной передач, адекватно описывающие зависимости КПД передач от параметров, влияющих на их самоторможение.

2. При изучении свойства самоторможения на созданных моделях определены параметры передач, влияющие на самоторможение, и уточнены условия самоторможения передач червячного типа.

3. Предложен критерий оценки условий самоторможения червячной и спироидной передач - коэффициент запаса самоторможения кс.

4. Разработаны методики оценки условий самоторможения для червячной и спиро-идной передач на основе предложенного критерия. Разработаны методики проектирования червячной и спироидной передач с заранее заданными коэффициентами кс.

5. Проведен комплекс экспериментальных исследований по определению коэффициента трения в зацеплении спироидной передачи при различных сочетаниях значений параметров трения. Создана база значений коэффициента трения в зацеплении данной передачи.

Личный вклад автора состоит в создании математических моделей червячного и спироидного зацеплений; в подтверждении адекватности созданных моделей применительно к свойству самоторможения; в создании методик оценки условий самоторможения для червячной и спироидной передач; в создании методик проектирования червячной и спироидной передач с заранее заданным запасом самоторможения; в постановке и проведении экспериментов по определению коэффициентов трения в спироидном зацеплении при различных сочетаниях значений параметров, влияющих на трение; в обработке и анализе полученных экспериментальных данных.

Практическая ценность работы заключается в разработке методик оценки условий самоторможения для спироидной и червячной передач; в разработке методик проектирования спироидной и червячной передач с заранее заданным запасом самоторможения; в разработке и внедрении в промышленность конструкторских разработок с применением указанных методик.

Реализация работы в промышленности. Результаты работы использованы при проектировании и внедрении спироидного редуктора механизма поворота захватной рамы спредера (грузозахватного устройства для крупнотоннажных контейнеров).

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях «Неделя науки СГУПС - 2009», «Дни науки - 2010», «Дни науки - 2011» и «Наука и молодежь XXI века» Сибирского государственного университета путей сообщения (г. Новосибирск, 2009 - 2011 г.г.), на межвузовской конференции «Интеллектуальный потенциал Сибири» (г. Новосибирск, 2011 г.), на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (г.Самара, 2011г.), на научно-технических семинарах кафедры «Подъемно-транспортные, путевые, строительные и дорожные машины» Сибирского государственного университета путей сообщения (г. Новосибирск, 2011 - 2016 г.), на всероссийской конференции «Проблемы разви-

тия горных наук и горнодобывающей промышленности» (г. Новосибирск, 2016 г.), на международной научной конференции «Механика и трибология транспортных систем -2016» (г. Ростов-на-Дону, 2016 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит введение, пять глав, заключение и список литературы из 71 источника. Объем диссертации без приложений 155 страниц, включая 67 рисунков и 9 таблиц.

В первой главе диссертационной работы выявлены структурные особенности самотормозящих механизмов, которые имеют важнейшее значение при выявлении и определении свойства самоторможения. Рассмотрено механическое самоторможение с точки зрения теории энергетического равновесия механизма, в результате чего найдена принципиальная возможность выявления механического самоторможения по признаку равенства условного КПД работоспособного механизма отрицательному значению в определенных режимах работы. Подробно рассмотрено поведение простейшего механизма «ползун - наклонная плоскость» (который можно принимать за предельно упрощенную модель зацепления передач червячного типа) в различных режимах работы. Рассмотрены особенности применения самотормозящих механизмов на примере механических передач. Выявлены достоинства и недостатки применения таких механизмов в приводах машин, которые (недостатки) в основном происходят из-за малой изученности свойств самоторможения и самотормозящих механизмов.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию самоторможения червячной передачи. Получены математические зависимости КПД червячной передачи от основных влияющих переменных параметров. В результате проведенного анализа зависимостей и их графиков было выявлено, что определяющим углом для проявления самоторможения червячной передачи является осевой угол трения фх червячного зацепления. Уточнены необходимое и достаточное условия самоторможения передачи. Из необходимого и достаточного условий выведен критерий оценки самоторможения червячной передачи - коэффициент запаса самоторможения кс, который связывает геометрические параметры зацепления с геометрией треугольника трения и с расположением движущей силы в границах этого треугольника или за ними. Сформулирована последовательность расчета червячной передачи с заданным коэффициентом кс, основным расчетным параметром в которой является коэффициент диаметра червяка д.

Третья глава посвящена проведенному комплексу исследований по определению коэффициента трения f в спироидном зацеплении методом физического моделирования на стенде, моделирующем трибологические процессы в зацеплении. В результате серии проведенных экспериментов и вычислений получена табличная база значений коэффициента трения в зацеплении смоделированной спироидной передачи. На основе полученных таблиц построены графики зависимости коэффициента динамического трения ^ от скорости скольжения в зацеплении р5. Экспериментальные данные значений коэффициента трения, полученные методом физического моделирования передачи, являются необходимым средством и условием получения адекватных результатов при проектировании самотормозящих спироидных передач.

В четвертой главе проведено теоретическое исследование самоторможения спироидной передачи с цилиндрическим червяком. Геометрические силовые модели передачи построены для четырех различных режимов работы: прямого хода и обратного хода при работе правой и левой поверхностями витка. Анализ моделей позволил сформулировать математические зависимости КПД спироидного зацепления от основных влияющих параметров. В результате проведенного анализа зависимостей и их графиков было выявлено, что решающее значения для самоторможения спироидной передачи играет соотношение между осевыми углами трения фхК; фх1 и делительным углом подъема витка червяка у в спироидном зацеплении. Отсюда были уточнены необходимое и

О Г> и

достаточное условия самоторможения спироидной передачи. За критерий оценки самоторможения спироидной передачи взят тот же параметр, что и для червячной передачи -коэффициент запаса самоторможения кс. Сформулирована последовательность расчета спироидной передачи с заданным коэффициентом запаса самоторможения. Приведены примеры оценки самоторможения спироидной передачи и примеры расчета передачи с известным запасом самоторможения, которые поясняют сформулированные ранее методики расчета.

В пятой главе диссертации отражены результаты практической разработки спи-роидного редуктора механизма поворота захватной рамы спредера для универсальных контейнеров. Разработка редуктора произведена с учетом самоторможения спироидной передачи по предложенным в главе 4 методикам.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО САМОТОРМОЖЕНИЯ

И ЕГО ПРИЧИН

В соответствии со сборником наиболее употребляемых в современном машиностроении терминов, самотормозящим называется такой механизм, который «не способен передавать движение от выхода к входу» [1]. А.И.Турпаев в монографии «Самотормозящие механизмы» дает аналогичное по смыслу определение: «Самотормозящими называются механизмы, которые можно привести в движение только со стороны ведущего (входного) звена, причем попытка привести механизм в движение со стороны ведомого (выходного) звена вызывает затормаживание» [2].

Часто в специальной литературе встречается также термин самотормозящийся механизм. Пример употребления этого термина с суффиксом -ся можно увидеть в трудах В.Л.Вейца; вот как он определяет механизмы, имеющие рассматриваемые здесь свойства: «(...) механизм не может осуществлять положительного (полезного) действия по преодолению моментов сопротивления. Такие механизмы называются самотормозящимися» [4]. Или, например, в справочнике по червячным редукторам под редакцией Ю.В.Левитана: «червячные передачи делятся на несамотормозящиеся, т.е. такие, в которых возможна передача движения от червяка к колесу под действием определенного момента, и на самотормозящиеся, т.е. такие, в которых поворот червяка от колеса невозможен» [5]. Также посвящены исследованию самотормозящихся механизмов многие труды ученого-современника В.В.Панюхина [6].

1.1. Структурные особенности самотормозящих механизмов

Итак, из всех приведенных выше определений ясно, что самотормозящим является такой механизм, передача движения между звеньями которого возможна только в прямом направлении (от входного звена к выходному). При попытке передать движение через самотормозящий механизм в обратном направлении (от выходного звена к входному) он самотормозит - входному звену движение не сообщается. Для более конкретного определения такого поведения механизма следует четко различать, какое звено механизма является входным, а какое - выходным; также не следует путать входное звено механизма с ведущим, а выходное - с ведомым. Ведущее и ведомое звенья определяются для данного механизма исходя из направления передачи энергии механического движения в данный момент времени; входное и выходное звенья назначаются исходя из основной функции данного механизма в конкретной машине.

1.2. Самоторможение механизма с точки зрения энергетического равновесия

Уравнение энергетического равновесия для любого механизма имеет вид [8]:

, туп

Ад-Ас = Х'-^-Х^, (1.1)

где АД - работа всех движущих сил; Ас - работа всех сил сопротивления; I ту2/2 - кинетическая энергия механизма (сумма кинетических энергий всех его звеньев); V и у0 -скорости звеньев в начале и в конце рассматриваемого перемещения соответственно.

Уравнение (1.1) можно представить в виде, облегчающем рассмотрение вопроса об энергии, потребляемой на преодоление различных видов сопротивлений (что необходимо для определения понятия самоторможения механизма):

= (1.2)

Если условно представить стоящую в скобках разность кинетических энергий как работу Аи сил инерции:

Ад-Ас±Аи = 0. (1.3)

Работа Аи имеет двойной знак из-за того, что разность кинетических энергий в начале и в конце рассматриваемого времени движения меняет знак: при разбеге механизма она положительна, при выбеге - отрицательна.

Работа Ас сил сопротивления состоит из работы Апс сил производственных сопротивлений (сил, для преодоления которых механизм и создавался), работы Ат сил трения и других сил побочных (непроизводственных) сопротивлений и работы Аст сил тяжести звеньев. Тогда уравнение (1.3) принимает вид:

Аа-АПс-АТ±Ак±А„ = Ъ. (1.4)

Работа АсТ имеет знак «±», так как при подъеме общего центра масс звеньев механизма работа сил тяжести отрицательна, при опускании - положительна. В зависимости от конструкции механизма в уравнение (1.4) могут быть включены работы других сил (например, сил упругости пружин).

Для установившегося движения уравнение (1. 4) принимает вид:

АД = Апс ^ АТ. (15)

С точки зрения энергоэффективности степень совершенства механизма показывает доля работы АД движущих сил, затрачиваемая на преодоление сил производственных сопротивлений несмотря на неизбежное наличие внутри самого механизма сил трения (сил непроизводственных сопротивлений). Об этом можно судить по коэффициенту ц

полезного действия (КПД) механизма. Механическим КПД ц называется отношение абсолютной величины работы сил производственных сопротивлений к работе всех дви-

жущих сил за цикл установившегося движения:

А

Л={т£. (1.6)

Лд

Или, принимая во внимание уравнение (1.5):

(1.7)

Из формулы (1.7) следует, что КПД может быть равен нулю, если работа Ат всех сил непроизводственных сопротивлений, имеющихся в механизме, равна работе Ад движущих сил. В этом случае движение механизма возможно, но без совершения какой-либо полезной работы, что обычно называется движением вхолостую.

Далее из формулы (1.7) следует, что КПД работоспособного механизма не может быть меньше нуля, так как для этого необходимо, чтобы величина работы Ат сил непроизводственных сопротивлений (сил трения) была больше величины Ад:

1-^<0 при Ад < Ат. (1.8)

д

Механизм, удовлетворяющий условию (1.8), находится в покое: действительного движения механизма произойти не может. Это явление носит название самоторможения механизма. Такой механизм не может быть выведен из состояния покоя сколь угодно большой движущей силой, поскольку величина работы Ат сил трения все равно будет больше величины Ад. Если же механизм уже находится в движении, то под действием сил трения он постепенно будет замедлять свой ход, пока не остановится. Получение при теоретических расчетах отрицательного значения КПД служит признаком самоторможения механизма (невозможности передачи движения в заданном направлении).

1.3. Исследование простейшего механизма «ползун - наклонная плоскость»

Далее для более конкретного ответа на вопрос, какой механизм считать самотормозящим, требуется определить, что же считать самоторможением и какова суть понятия «самоторможение». Для этого рассмотрим простейший двухзвенный механизм «ползун - наклонная плоскость», имеющий одно подвижное звено (ползун) и стойку (плоскость), который при определенных собственных параметрах обладает свойством не передавать движение от выхода к входу.

1.3.1. Моделирование механизма «ползун - наклонная плоскость» в тяговом режиме прямого хода

Схема работы механизма показана на рисунке 1.1. Механизм предназначен для преобразования горизонтальной движущей силы /д в вертикальное перемещение ползуна и приложенной к нему вертикальной силы производственных сопротивлений ^пс.

Ползун, находящийся под действием постоянной вертикальной силы производственных сопротивлений и под действием постоянной горизонтальной движущей силы переместился из положения А в положение Л\. Такой режим работы механизма называется тяговым режимом прямого хода. Производственная работа силы состоит в подъеме ползуна на высоту А^б; при этом на преодоление силы тратится работа:

На рисунке 1.2, а показана схема действующих в механизме сил: Рд - движущая сила, под действием этой силы ползун движется вверх по наклонной плоскости; -сила производственных сопротивлений, действующая в направлении, обратном направлению движения ползуна; Гп - сила нормальной реакции, действующая со стороны плоскости на ползун; - сила трения между контактирующими поверхностями, величина которой зависит от коэффициента трения / и величины силы

Рпс

Рисунок 1.1 - Схема работы механизма «ползун - наклонная плоскость» в тяговом режиме прямого хода.

(111)

(1.10)

(1.9)

(1.12)

Равномерное движение ползуна по наклонной плоскости в направлении, противоположном направлению действия силы ^пс, возможно при соблюдении условия:

. (1.13)

План сил, построенный в соответствии с уравнением (1.13) равновесия сил, действующих на ползун, показан на рисунке 1.2, б.

Рисунок 1.2 - Механизм «ползун - наклонная плоскость» в тяговом режиме прямого хода:

а) схема распределения сил; б) план сил.

Из плана сил (рисунок 1.2, б) следует, что величина движущей силы равна:

Рд = Рп с^ (// + ( ) , (1.14)

где в - угол угол между наклонной плоскостью и горизонталью; ф - угол трения.

р = а гс^/, (1.15)

где/ - коэффициент трения (в данном случае - трения движения).

Подставив полученное значение силы в формулу (1.11), получим зависимость для определения КПД механизма в тяговом режиме прямого хода:

Р+<р ) ^(0 + ц> ) . ( . )

Из формулы (1.16) следует, что КПД п положителен лишь в промежутке между значениями в = 0 и в = 90° - ф. В промежутке значений в от (90° - ф) до 90° значение п отрицательно - ползун не может быть приведен в движение сколь угодно большой по величине силой вследствие заклинивания:

• при // 6 ( 0 ... ( 9 0 ° — р ) ); п > 0 - движение возможно;

• при // 6 ( ( 9 0 ° — р ) . .. 9 0 °) ; п < 0 - заклинивание механизма.

1.3.2 Моделирование механизма «ползун - наклонная плоскость» в тяговом режиме обратного хода

На рисунке 1.3, а показана схема механизма «ползун - наклонная плоскость» при опускании ползуна под действием силы Такой режим работы механизма называется тяговым режимом обратного хода. Обозначения действующих сил здесь аналогичны тем, что введены выше в п. 1.3.1 для случая подъема ползуна по наклонной плоскости.

Рисунок 1.3 - Механизм «ползун - наклонная плоскость» в тяговом режиме обратного хода:

а) схема распределения сил; б) план сил.

Равномерное движение ползуна по плоскости, как и в предыдущем случае, возможно при соблюдении условия равенства векторной суммы действующих сил нулю:

План сил, построенный в соответствии с условием (1.17), показан на рисунке 1.3, б. Из плана сил следует, что величина силы равна:

Схема работы механизма в тяговом режиме обратного хода показана на рисунке 1.4.

л

Рис + Р„ + Рп + Рт = 0.

(1.17)

/д = /и - ф).

(1.18)

Рисунок 1.4 - Схема работы механизма «ползун - наклонная плоскость» в тяговом режиме обратного хода.

Из схемы на рисунке 1.4 и формулы (1.6), КПД механизма в данном случае равен:

77 = ^ = = Р-иисс^р. (1.19)

1 Лд РД(АВ) Рд ьи

С учетом уравнения (1.18) зависимость (1.19) принимает вид:

7 = -исе^ = (1.20)

Из формулы (1.20) следует, что при опускании ползуна под действием силы КПД п оказывается отрицательным при значениях угла в наклона плоскости, лежащих в пределах от 0 до ф. В этих пределах движение ползуна под действием силы невозможно - механизм самотормозит. Движение ползуна возможно в пределах значений угла в от ф до 90°, так как в этих пределах КПД положителен:

• при р 6 ( 0 ... ф) ; п < 0 - самоторможение механизма;

• при р 6 ( ф . .. 9 0 °) ; п > 0 - движение возможно.

Выведенные в п.п. 1.3.1 и 1.3.2 формулы применяются также для приближенного определения КПД винтовых и червячных механизмов. В случае передачи вращения от червяка к колесу применяется формула (1.16) для случая подъема ползуна по наклонной плоскости. В случае передачи от колеса к червяку применяется формула (1. 20) для случая опускания ползуна по наклонной плоскости. Все следствия, вытекающие из этих формул, остаются действительными и для винтовых и червячных механизмов [8].

1.4. Определение самоторможения и самотормозящего механизма

Анализ работы простейшего механизма «ползун - наклонная плоскость» в двух режимах работы позволил выявить базовые свойства самоторможения как физического явления, а также отделить это явление от подобного по природе происхождения явления - заклинивания. Явление самоторможения, как и явление заклинивания, возникает именно вследствие наличия непроизводственных потерь механической энергии внутри механизма, основным источником которых является трение.

Самоторможение - физическое явление, состоящее в торможении подвижного звена (звеньев) механизма при передаче движения в обратном направлении (от выходного звена к входному) за счет возникновения в кинематических парах механизма реактивных сил, уравновешивающих активные движущие силы. Самоторможение как физическое явление проявляется при движении тел (звеньев механизма) относительно друг друга, поэтому точнее называть его механическим явлением. Самоторможение есть торможение (т.е. замедление и/или остановка) механизма при обращении движения, но без

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузьмин, Антон Васильевич, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Теория механизмов и машин. Терминология: Учеб. пособие / Н.И.Левитский, Ю.Я.Гуревич, В.Д.Плахтин и др.; Под ред. К.В.Фролова. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2004. 80 с.

2. Турпаев А.И. Самотормозящие механизмы. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1976. 208 с.

4. Вейц В.Л. Динамика машинных агрегатов. М.: Машиностроение, 1969. 370 с.

5. Червячные редукторы: Справочник / Ю.В.Левитан, В.П.Обморнов, В.И.Васильев. Л.: Машиностроение, 1985. 168 с.

6. Панюхин В.В. Исследование самоторможения механизмов и разработка методов проектирования высокоэффективных зубчатых зацеплений с тормозящими профилями: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Владимир, 1999.

7. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1987. 560 с.

8. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: учеб. для втузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Наука, 1988. 640 с.

9. Бухгольц Н.Н. Основной курс теоретической механики: В 2-х частях. Часть первая. М.: Наука, 1965. 468 с.

10. http://www.dpva.info - инженерный справочник; зависимость коэффициента трения скольжения различных материалов по стали от скорости (50.. .500 м/с);

11. Правила устройства и безопасной эксплуатации подъемников (вышек) ПБ-10-611-03;

12. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ-10-382-00;

13. Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин: Учебник для машиностроительных специальностей вузов - 12-е изд. испр. - М.: Высш. шк., 2008. 408 с.

14. Решетов Л.Н. Трение в зубцах с эвольвентным зацеплением. Труды семинара по теории машин и механизмов, т. 1, вып. 2. Изд. АН СССР, 1947.

15. Баранов Г.Г. Курс теории механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1966. 510 с.

16. Ковальков А.А. Проектирование механизмов подъемно-транспортных машин на основе спироидных передач с учетом теплового режима работы: Дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 2006. 98 с.

17. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для студентов втузов / Под ред. В.А.Финогенова. - 6-е изд., перераб. М.: Высш. шк., 2000. 383 с.

18. Часовников Л.Д. Передачи зацеплением. Изд. 2-е переработанное и дополненное. М., «Машиностроение», 1969. 468 с.

19. Сергеева И.В. Моделирование зацепления при проектировании приводов машин на основе спироидных передач: Дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 2012. 176 с.

20. Крагельский И.В. Трение и износ - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1968; 480 с.

21. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин -2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Высш. шк., 1983. 350 с.

22. Александров М.П, Гохберг М.М. и др. Справочник по кранам. Л.: Машиностроение, 1988; Т. 2. 559 с.

23. Чернавский С.А., Боков К.Н., Чернин И.Н. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей. М.: Машиностроение, 1988. 416 с.

24. Чернавский С.А., Снесарев Г.А., Козинцев Б.С. Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие для втузов -5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984. 560 с.

25. Проектирование деталей машин. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Детали машин и основы конструирования". Новосибирск: Изд-во СГАПС. 1995. 64 с.

26. Дроздов Ю.Н. Трение и износ в экстремальных условиях: Справочник. М.: Машиностроение, 1986. 223 с.

27. Дроздов, Ю.Н. Противозадирная стойкость трущихся тел. М.: Наука, 1981. 140с.

28. Рещиков В.Ф. Трение и износ тяжелонагруженных передач. М.: Машиностроение, 1975. 232 с.

29. Хрущов М.М. Лабораторные методы испытания на изнашивание материалов зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1966. 151 с.

30. Зак П.С., Шапиро И.И. Моделирующие машины для червячных передач // Вестник машиностроения. 1984. №12. с. 6-8.

31. Д.Н.Решетов. Машины и стенды для испытаний деталей. М.: Машиностроение, 1979. 343 с.

32. Зак П.С. Исследование червячных передач и редукторов, вып. 8. М.: Недра, 1965. 244 с.

33. Ремезова Н.Е. Расчет винтовых зубчатых передач на заедание // Вестник машиностроения. 1960. №4. с. 40-45.

34. Зак П.С., Шапиро И.И., Байрамова Т.М. Исследование заменителей высокооло-вянистых бронз для червячных передач на роликовых моделях // Вестник машиностроения 1979. №2. с. 27-29.

35. Анферов В.Н., Гольдфарб В.И. Результаты исследования коэффициентов трения в зацеплении цилиндрической спироидной передачи и проблемы совершенствования передач зацеплением. Сборник докладов научного семинара учебно-научного центра зубчатых передач редукторостроения. Ижевск-Москва: ИжГТУ, 2000. с. 144-148.

36. Анферов В.Н. Результаты исследования износостойкости цилиндрических спи-роидных передач методом роликовой аналогии // Современные информационные технологии. Проблемы исследования, проектирования и производства зубчатых передач: сб. докл. междунар. науч. семинара. Ижевск: ИжГТУ, 2001. с. 213-218.

37. Анферов В.Н., Гольдфарб В.И. Расчетно-экспериментальная оценка ресурса по износу спироидных передач // Передачи и трансмиссии. 2002. №2, с. 44-54.

38. Передачи спироидные с цилиндрическими червяками. Расчет геометрии: Рекомендация. Ижевск, 1973.

39. Анферов В.Н. Создание приводов подъемно-транспортных машин на основе спироидных передач: Дис. ... док. техн. наук. Новосибирск, 2002. 262 с.

40. Ткачук А.П. Создание кабелесборочного механизма электропогрузчиков / Ав-тореф. дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 2005. 22с.

41. Анферов В.Н., Ковальков А.А. Результаты исследований КПД редукторов с цилиндрической спироидной передачей // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2006. №6, с. 106-110.

42. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Браун Э.Д. Моделирование трения применительно к зубчатым передачам, работающим всухую // Машиноведение. 1970. №5, с.86-91.

43. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г. Трение и к.п.д. зубчатых передач в вакууме // Вестник машиностроения. 1970. №2, с.7-9.

44. Дроздов Ю.Н., Анферов В.Н. К расчету ресурса спироидных передач по износу // Расчетно-экспериментальные методы оценки трения и износа. М.: Наука,1980. с. 19-22.

45. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 480с.

46. Крагельский И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов. М.:Машиностроение, 1977. 526 с.

47. Генкин М.Д., Кузьмин Н.Ф., Мишарин Ю.А. Вопросы заедания зубчатых колес. М.: Изд. АН СССР, 1959. 147 с.

48. Хрущов М.М. Лабораторные методы испытания на изнашивание материалов зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1966. 151 с.

49. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник / Р.М. Матвеевский, В.Л. Лашхи, И.А. Буяновский и др. М.: Машиностроение, 1989. 224 с.

50. Чичинадзе А.В. Основы трибологии (трение, износ, смазка): Учебник для технических вузов / А.В.Чичинадзе, Э.Д.Браун, Н.А.Буше и др. М.: Машиностроение, 2001. 664 с.

51. Чичинадзе А.В., Албагачиев А.Ю., Кожемякина В.Д. Фрикционно-износные и температурные характеристики материалов при высокоскоростном скольжении в машинах и аппаратах // Трение и смазка в машинах и механизмах. М.: Машиностроение, 2010. №3.

52. Чичинадзе А.В., Мамхегов М.А. Тепловые и физико-химические процессы при высокоскоростном скольжении и их взаимосвязь с параметрами трения износа // Трение и смазка в машинах и механизмах. М.: Машиностроение, 2009. №9.

53. Передачи спироидные с цилиндрическими червяками. Расчет геометрии: Рекомендация. М.: Госстандарт СССР, ВНИИНМАШ, 1973. 86 с.

54. ГОСТ 22850. Передачи спироидные. Термины, определения и обозначения.

55. Гольдфарб В.И. Основы теории автоматизированного геометрического анализа и синтеза червячных передач общего вида: Дис. ... док. техн. наук. Ижевск, 1985. 417 с.

56. Георгиев А.К. Элементы геометрической теории и некоторые вопросы проектирования и производства гипоидно-червячных передач: Дис. ... канд. техн. наук. Ижевск, 1965. 263 с.

57. Трубачев Е.С. Основы анализа и синтеза зацепления реальных спироидных передач: Дис. ... док. техн. наук. Ижевск, 2004. 347 с.

58. Эйдинов М.С. Расчет зубчатых и червячных передач. М.: Машгиз, 1961. 216 с.

59. РД 57.11-78. Передачи спироидные цилиндрические. Методы изготовления: Руководящий документ.

60. ГОСТ 18477-79. Контейнеры универсальные. Типы, основные параметры и размеры.

61. ГОСТ 23002-87. Единая контейнерная транспортная система. Спредеры для контейнеров серии 1. Общие технические требования.

62. ISO 668: 1995. Контейнеры грузовые серии 1. Классификация, размеры и номинальные характеристики.

63. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины: Учебник для машиностроительных специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1985. 520 с.

64. Филатов А.П., Анферов В.Н., Игнатюгин В.Ю. Грузоподъемные машины: Учебное пособие. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2005. 191 с.

65. Абрамович А.А. Козловые краны общего назначения. М.: Машиностроение, 1983. 232 с.

66. Чернавский С. А. Проектирование механических передач: Учебное пособие для немашиностроительных специальностей вузов. М., 1976. 608 с.

67. ГОСТ 17494-87. Машины электрические вращающиеся. Классификация степеней защиты, обеспечиваемых оболочками вращающих электрических машин.

68. ГОСТ 9563-60. Основные нормы взаимозаменяемости. Колеса зубчатые. Модули.

69. ГОСТ 3675-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи червячные цилиндрические. Допуски.

70. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие / С.А.Чернавский, К.Н.Боков, И.М.Чернин. М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. 416 с.

71. Курмаз Л.В. Конструирование узлов и деталей машин: Справочное учебно-методическое пособие. М.: Высшая школа, 2007. 455 с.