CC BY
9
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБН11ЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 621.825.5 Проф. М.П. Мартинщв1, д-р техн. наук;
асист. В.В. Малащенко2, канд. техн. наук; аспгр. В.В. Федик2
КОНСТРУКТИВН1 ОСОБЛИВОСТ1 КУЛЬКОВО* ОБПННО1 МУФТИ
Розглянуто особливостi будови ново! кульково! обгшно! муфти для стартерiв транспортних засобiв, що обладнанi двигунами внутршнього згорання. Наведено розрахункову схему та анал^ичш вирази для силового 11 аналiзу. Встановлено, що збшьшення кута нахилу пазiв iстотно зменшуе величину максимального обертально-го моменту.
Актуальн1сть проблеми. Вщомо, що складовою частиною привод1в стартер1в автомобЫв, транспортних 1 тдйомно-транспортних систем, що зас-тосовуються в р1зних галузях машинобудування, е р1зномаштш муфти. Вони можуть виконувати р1зш функцп, зокрема слугувати запоб1жними пристро-ями, що захищають машину вщ перевантажень. Одночасно таю муфти часто застосовують для автоматичного з'еднання та роз'еднання вал1в, яю передають обертальний момент тшьки в одному напрямку [1-5]. Однак, традицшно в техшщ застосовують роликов! обпнш муфти, що схильш до ковзання особливо тд час перевантаження та взимку. Це спонукало до розроблення принци-пово нових пристро!в, яю передають обертальний момент не тертям, а зачеп-ленням твмуфт через кульки, що розмщеш в !хшх пазах [6-10].
Постановка завдання. Основним завданням ще! роботи е анал1з будови та навантажувальних можливостей ново! кульково! обгшно! муфти, що розроблена на р1вш патенту Укра!ни [10]. Проведет попередш дослщження повшстю тдтверджують можливють застосування !! у стартерах машин, що мають двигуни внутршнього згорання [11-13]. Однак, процес упровадження завжди вимагае ретельного виконання анал1тичних дослщжень стосовно си-лово! взаемоди м1ж з'еднувальними кульками та боковими поверхнями паз1в твмуфт у робочш зон пристрою. Це стосуеться робочого режиму, процесу викочування кульок ¿з паз1в, холостого ходу та процесу вкочування кульок в пази ведено! твмуфти. Пщ час цих процешв м1ж кульками та поверхнями па-з1в не тшьки збер1гаеться постшний контакт, а й юнуе постшна силова взаемод1я, значення зусиль яко! змшюеться як за модулем, так ! за напрям-ком. Це пояснюеться тим, що у таких муфтах пази для розмщення кульок ви-конано похилими шд кутом а = 20 - 70°. Результати !х дослщжень викладено в наукових роботах [11-13] та шших. Тут наведено особливосп будови та си-лово! взаемодп м1ж основними елементами ново! кульково! обгшно! муфти,
1 НЛТУ Украши, м. Льв1в;
2 НУ "Льв1вська поттехшка"
що мае пази ведучо! пiвмуфти також похил^ а ведено! - прямi та паралельш до 11 осi обертання [10].
Виклад основного матер1алу. Конструкщю ново! кульково! обгшно! муфти наведено на рис. 1, яка складаеться iз ведучо! 1 i ведено! 4 твмуфт. Ведуча пiвмуфта виконана у виглядi фланця 2 з похилими пазами 3 i маточи-ни. Ведена пiвмуфта виконана у виглядi цилiндра 5 з шеспрнею 12. На робо-чiй поверхш ведено! пiвмуфти виконано прямi пази 6, у яких розмщено кульки 7, до яких постшно доторкаеться натискне кiльце 8 за допомогою пружини 9. Ведуча i ведена твмуфти розташованi у корпусi 10 та зафжсоваш стопорним кiльцем 11.
Функщонування ново! муфти, подiбно до вщомих, примiром [6-9], тобто тд час обертання ведучо! напiвмуфти у напрямку похилостi пазiв (за годинниковою стрiлкою, якщо дивитися з торця ведучо! швмуфти) кульки натискним кшьцем i пружиною вштовхуються у похилi пази фланця ведучо! пiвмуфти. Внаслщок того, що кульки завжди знаходяться у пазах цилшдрич-но! поверхш ведено! твмуфти, вони щеплюють швмуфти та передають обер-тальний момент, муфта знаходиться у робочому сташ, обертаеться одне цiле. У випадку, коли ведена напiвмуфта збiльшуе швидюсть обертання (основний двигун запущено) кульки виштовхуються iз похилих пазiв, вщсовуючи натискне кiльце влiво та стискаючи пружину. Пiвмуфти роз'еднуються, кульки проковзують по торцю фланця ведучо! швмуфти, муфта переходить до холостого режиму роботи, за якого передавання обертального моменту вщ моховика колшчастого вала до ротора стартера стае неможливим.
Рис. 1. Конструкцiя кульковоЧ обгтноЧ муфти: а) загальний вигляд у розрiзi; б) перетин площиною, що проходить через центрi кульок
Для аналiзу закономiрностей змши величини обертального моменту за-лежно вщ основних параметрiв кулькових запобiжних муфт необхiдно устано-вити зусилля у робочiй зонi пристрою. Силову взаемодт мiж кулькою i робо-чими поверхнями пазiв твмуфт наведено на рис. 2 (частина муфти, що вщпо-вщае рис. 1), де ^ - колова сила, що дiе на одну кульку; Ех - !! осьова складо-ва; ^ - сумарна (нормальна) сила тиску кульки на поверхню пазiв ведено! на-твмуфти; - сила пружностi пружини, що дiе також на одну кульку.
Враховуючи те, що у подiбних пристро!в вiдсутнi жорсткi вимоги що-до точностi виготовлення !хшх елементiв, перерахованi зусилля, що дж>ть у
136
Збiрник науково-технiчних праць
30HÍ доторкання кульок з робочими поверхнями na3ÍB твмуфт, визначають за формулами:
2T¡
2T¡
2Тр
Ft = ТгТ; F* = T7Ttga; Fn = TW^-' (1)
KiDoz KiDoz KiDoz cosa
де: Do - дiаметр кола центрiв кульок; z - кшькють кульок; Ki =0,85...0,9 - ко-ефiцieнт нерiвномiрностi розподiлення навантаження.
За результатами аналiзу встановле-но, що кут нахилу пазiв ведучо! пiвмуфти доцiльно змiнювати в межах a = 20 - 70o. Це залежить вщ пружних можливостей на-тискно! пружини (рис. 1). Розмiр X необ-хщно погоджувати з дiаметром кульок d (рис. 2). Його мiнiмальна величина приймаеться рiвною дiаметра кульок.
Величина обертального моменту, що передаеться муфтою, регулюеться станом затягнуто! пружини, сила пружносп яко! дорiвнюе
Рис. 2. Розрахункова схема кульковоТ муфти
F 1 пр
Gd¡X 8D3i¡'
(2)
де: О - модуль пружносп при зсувi матерiалу пружини (О = 8-104 МПа); dд -дiаметр дроту пружини; X - осьова деформащя пружини, яка рiвна глибинi паза (рис. 2); В - середнш дiаметр пружини; ¡р - кшькють робочих витюв пружини. Зрозумiло, що пружину доцшьно приймати стандартною. Вона мо-же бути вибрана за силою ¥пр та геометричними розмiрами муфти, тобто за зовнiшнiм дiаметром цилшдрично! поверхнi ведено! пiвмуфти.
Якщо знехтувати силами тертя мiж рухомими елементами муфти, яю е малими порiвняно з робочими навантаженнями, то можна з деяким набли-женням вважати, що осьова сила рiвна силi пружностi пружини, тобто мае мюце рiвнiсть
Fx = Fm
Gd¡X ' 8D3i„ '
(3)
Використовуючи вирази (1)-(3), остаточно отримуемо залежнiсть мiж обертальним моментом муфти та !! основними конструктивними параметрами у виглядi
KDJGd¡X
Тр
16D3i ¡tga
(4)
Одержат залежносп (3-4) мають iстотне прикладне значення для ви-конання iнженерного розрахунку основних геометричних параметрiв подiб-них пристро!в i можуть використовуватися на стади !х проектування.
У робот проведено кiлькiсний аналiз одше! iз запропонованих муфт з такими початковими параметрами: Б0 = 50 мм - дiаметр кола центрiв кульок; г= 6 - кiлькiсть кульок; d =10 мм - дiаметр кульок; dд = 0,5-4,0 мм - дiаметр дроту пружини змшюемо в таких межах; 1=4-10 мм - осьова деформащя пружини рiвна глибинi паза i також змшюеться у вибраних межах; Б = 45 мм - середнш дiаметр пружини; гр = 5 - кшьюсть робочих виткiв пружини. Пружина виготовлена iз пружинно! стат 65Г.
Результати кiлькiсного аналiзу залежностей мiж пружною силою та дiаметром дроту пружини i обертальним моментом наведено вiдповiдно на рис. 3. Кшьюсний аналiз проведено для рiзних кутiв нахилу пазiв натвмуфт, якi вибирали в межах 20 <а< 700.
т----------
0 ■ГГ|"*-~Т Т ------
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Упр.Н
Рис. 3. Залежтсть мж силою пружностi пружини i обертальним моментом Висновки:
1. Застосування муфти наведено! будови дае змогу отримати техшчний результат стосовно спрощення конструкцп, збшьшення передавального обертального моменту, тдвищення довгов1чност1 та зменшення метало-м1сткост1 муфти.
2. За результатами кшьюсного анал1зу встановлено, що збшьшення кута нахилу паз1в !стотно зменшуе величину максимального обертального моменту. Так, його збшьшення у три рази приводить до зменшення обертального моменту бшьше як у 5 раз1в. Очевидним е твердження, що ку-том нахилу паз1в твмуфт зручно керувати (зм1нювати) величиною обер-тального моменту.
3. Отримаш результати у вигляд1 аналггачних вираз1в \ графтв можуть бути науковим шдгрунтям для подальших дослщжень под1бних пристро!в з метою !х впровадження в транспортних засобах, що обладнуються стартерами.
Л1тература
1. Автомобильный справочник : пер. с англ. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : ЗАО "КЖИ". За рулем, 2004. - 992 с.
2. Иванов Е.А. Муфты приводов / Е.А. Иванов. - М. : Изд-во "Машгиз", 1959. - 348 с.
3. Малащенко В.О. Муфти привод1в. Конструкцп та приклади розрахунюв / В.О. Мала-щенко. - Льв1в : Вид-во НУ "Льв1вська полггехшка", 2006. - 196 с.; Вид. 2-ге, [перероб. та доп.], 2009. - 208 с.
138
Збiрник науково-техшчних праць
4. Павлище В.Т. Основи конструювання та розрахунку деталей машин / В.Т. Павлище. -К. : Вид-во "Вища шк.", 1993. - 556 с. - Вид. 2-ге, [перероб. та доп.]; Львiв : Вид-во "Афша", 2003. - 558 с.
5. Поляков В.С. Справочник по муфтам / В.С. Поляков, И.Д. Барбаш, О.А. Ряховский. -Л. : Изд-во "Машиностроение", 1979. - 344 с.
6. А.С. № 17916442А1, МКИ F16D41/06. Обгонная муфта / В .А. Малащенко, С.Г. Калинин, П.Я. Петренко, БИ № 4, 1993. - 2 с.
7. Патент на винахвд № 77435 (Укра!на) / Запобiжна муфта. МКИ F16D41/04 / П.М. Га-щук, В.В. Малащенко, О.1. Сорогавський // Опубл. 2006. Бюл. № 12. - 4 с.
8. Патент на корисну модель № 43260 (Укра1на) / Обгшна муфта. МКИ F16D41/06 / В.О. Малащенко, П.М. Гащук, В.В. Малащенко, О.1. Сорогавський // Опубл. 2009. Бюл. № 15. - 4 с.
9. Патент на корисну модель № 64104 (Укра1на) / Запобiжна муфта. МКИ F16D43/00 / В.О. Малащенко, В.В. Малащенко // Опубл. 2011. Бюл. № 20. - 4 с.
10. Патент на корисну модель № 30362 (Укра1на) / Обгшна муфта. МКИ F16D41/06 / В.В. Малащенко // Опубл. 2008. Бюл. № 4. - 4 с.
11. Гащук П.М. Аналiз залежносп обертального моменту вщ конструктивних парамет-рiв заж^жних муфт / П.М. Гащук, В.В. Малащенко // Вюник Нащонального ушверситету "Львiвська жштехшка". - Сер.: Динамжа, мщшсть та проектування машин i приладiв. - Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полiтехнiка". - 2010. - № 678. - С. 20-25.
12. Малащенко В.В. Пщвищення ефективносп роботи механiзмiв вiльного ходу засто-суванням кулькових муфт : дис. ... канд. техн. наук / В.В. Малащенко, 2010. - 146 с. (рукопис).
13. Глобчак М.В. Силовий аналiз процесу вимикання кульково! обгшно! муфти старте-рiв / М.В. Глобчак, В.В. Малащенко // Вюник Нащонального ушверситету "Львiвська полггех-шка". - Сер.: Динамiка, мiцнiсть та проектування машин i приладiв. - Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полiтехнiка". - 2012. - № 730. - С. 27-30.
Мартынцив М.П., Малащенко В.В., Федик В.В. Конструкционные особенности шариковой обгонной муфты
Рассмотрены особенности строения новой шариковой обгонной муфты для стартеров транспортных средств, оборудованных двигателями внутреннего сгорания. Приведены расчетная схема и аналитические выражения для силового ее анализа. Установлено, что увеличение угла наклона пазов существенно уменьшает величину максимального вращательного момента.
Martyntsiv M.P, Malashenko V. V., Fedik V.V. Design features ball freewheel
The morphology of the new ball-way clutch for starters vehicles equipped with internal combustion engines. Shows the design scheme and the analytical expression for the power analysis. It is set that the increase of angle of slope of slots diminishes the size of maximal rotatory moment substantially.
УДК 621.822.6 Доц. Г.В. Заяць, канд. техн. наук -
Приднтровська державна академш будгвництва та арххтектури
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ФАКТОРА ВЕРТ1ННЯ НА ОП1Р КОЧЕННЮ П1Д ЧАС РУХУ КУЛЬКИ К1ЛЬЦЕМ ОПОРНО-ПОВОРОТНОГО КРУГА БУД1ВЕЛЬНО1 МАШИНИ
Розглянуто навантажувальну здатшсть опорно-поворотних крупв крашв для сового виробництва з врахуванням тертя кочення та ковзання. Наведено графжи роз-подшення цих видiв тертя залежно вщ моменту опору. Встановлено, що зусилля як вертшня, так i кочення кульки бшовою дорiжкою кшьця ОПК залежать вщ сшввщно-шення коефiцieнтiв рiвняння елiпса плями контакту.
