Методика расчета основных параметров планетарного вариатора | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Несмотря на коронавирус, электронный вариант журнала выйдет 6 июня.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Методика расчета основных параметров планетарного вариатора / О. Ф. Пашаев, Д. А. Свечников, Д. В. Ивонин [и др.]. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 16 (306). — С. 154-158. — URL: https://moluch.ru/archive/306/68893/ (дата обращения: 25.05.2020).



В статье рассмотрена бесступенчатая механическая передача на основе планетарного вариатора в качестве трансформатора крутящего момента трансмиссий специальных колесных шасси и методика определения его основных параметров.

Ключевые слова: трансмиссия, планетарный вариатор, контактные напряжения.

Для повышения эффективности применения специальных колесных шасси наиболее предпочтительным является решение технических проблем, влияющие на ее основные составляющие. К этим составляющим относится показатель живучести с входящими в него характеристиками — это подвижность, защищенность, заметность и коэффициент готовности транспортных средств к маршу.

Составной частью транспортного средства, обеспечивающей его подвижность, является трансмиссия. Каждый тип транспортной или тяговой машины имеет свою специфику, определяемую назначением машины и условиями ее работы [1]. В настоящее время на специальных колесных шасси применяются механическая и гидромеханическая трансмиссии, имеющих как свои достоинства, так и недостатки.

В настоящее время на автомобилях применяются механическая, гидромеханическая, электрическая, гидрообъемная (гидростатическая) трансмиссии. Из них бесступенчатыми являются:

− электрическая;

− гидрообъемная;

− механическая на основе вариатора.

Аналитический обзор существующих бесступенчатых трансмиссий, указывает, что оптимальным выбором является механическая трансмиссия с вариатором.

Механической трансмиссией называется такая, в которой все передающие и преобразующие элементы механические. Достоинства механической бесступенчатой трансмиссии на основе клиноременного вариатора: простота конструкции; бесшумность работы; удобство и простота в управлении; плавность разгона и движения; сравнительно больший КПД (в зависимости от передаточного отношения до 0,95); дешевизна в производстве; более высокая топливная экономичность; щадящий режим работы двигателя.

Однако существующая клиноременная передача имеет существенный недостаток — ограничение передаваемого крутящего момента. Кроме того, возможности существующих и перспективных образцов специальных колесных шасси с механической ступенчатой, либо гидромеханической трансмиссиями, с точки зрения увеличения маневренных возможностей практически исчерпаны.

Данный недостаток представляется возможным устранить применив бесступенчатый механический планетарный вариатор [3]. Принципиальная схема вариатора показана на рис. 1.

Механическая бесступенчатая фрикционная передача выгодно отличаются от гидравлических и электрических передач.

Рис. 1. Принципиальная схема вариатора: 1 — ведущий конус, 2 — сателлит, 3 — ведомое кольцо

Фрикционная бесступенчатая передача имеет следующие главные достоинства в сравнении с другими видами передач:

− простота конструкции тел качения;

− равномерность передачи движения и, как следствие, бесшумность работы, что делает возможным их применение при высоких числах оборотов;

− способность преобразовывать большие крутящие моменты;

− наибольший коэффициент полезного действия в сравнении с другими видами бесступенчатых передач;

− достаточно жесткая характеристика зависимости передаточного отношения от нагрузки;

− сравнительно малый удельный объем передачи.

Однако наряду с достоинствами, передача имеет и недостатки, из которых главные следующие:

− она неприменима там, где не допускается накопление ошибки передаточного отношения;

− в ней возможен неравномерный износ фрикционных тел из-за пробуксовки.

Значение отмеченных выше недостатков, а также и других неуказанных здесь может быть сведено к минимуму путем выбора рациональной схемы бесступенчатой фрикционной передачи и определения ее оптимальных параметров.

Применение данного типа трансмиссии на специальных колесных шасси, по нашему мнению, позволит повысить средние скорости движения, снизит утомляемость механиков-водителей, что в итоге приведет к расширению маневренных возможностей и повышению эффективности их применения.

Однако, в настоящее время отсутствует методика расчета основных параметров данного вариатора применительно к трансмиссиям специальных колесных шасси, имеющих большую массу и значительные крутящие моменты двигателей.

Основными параметрами вариатора, определив которые мы можем вычислить все остальные, являются радиус ведомого кольца R (рис. 2), большой радиус сателлита rB, малый радиус сателлита rА и угол наклона сателлита β.

Чтобы обеспечить передачу заданной мощности, следует исходить из допускаемых контактных напряжений на поверхности основного фрикционного контакта. В передаче (рис. 1) основным фрикционным контактом будет контакт между кольцом 3 и сателлитом 2.

В курсе деталей машин допускаемые контактные напряжения определяют по формуле Герце-Беляева

, (1)

где F- сила сжатия рассчитываемых фрикционных тел; Е- модуль упругости первого рода материала; 1/ρ — приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей; b1- длина контакта; kD- коэффициент долговечности, который вводится при расчете металлических тел качения и учитывает потребный срок службы передачи и переменность режима работы.

Из формулы (1) определим допустимую силу FД

(2)

или

,(3)

где - постоянная величина.

Рис. 2. К определению приведенного радиуса кривизны

Определим приведенный радиус кривизны в месте основного контакта (в точке С, рис. 2).

Радиус кривизны сателлита в плоскости ведомого кольца определяется по формуле

, (4)

где liрасстояние от точки М до точки на образующей сателлита; β- угол наклона сателлита.

Из рисунка мы видим, что

lС= МА+l-СВ,(5)

где

МА+ l = R tgβ;(6)

CB= R tgφc.(7)

Найдем угол φС через угол φА:

; (8)

.(9)

Подставив выражение (9) в формулу (8), получим

,(10)

где d — отношение радиуса кольца к расстоянию МА.

Передаточное отношение вариатора определяется по формуле

,(11)

где, φi угол между перпендикуляром ОВ и i- й точкой на образующей l.

Получим

. (12)

Диапазон регулирования передаточного отношения определяется по формуле [1]

,(13)

откуда получим

.(14)

В свою очередь из формулы (11) для точки С имеем

,(15)

откуда

. (16)

Подставив выражения (6) и (7) в формулу (5), получим

.(17)

Подставив выражения (17) в формулу (4) запишем

. (18)

Приведенный радиус кривизны определяется по известной формуле [4]

,(19)

где ρ1- ρС, ρ2- R.

После преобразований

(20)

С учетом формулы (20) и b= b1/R выражение (3) будет иметь вид:

.(21)

Потребную силу FП в точке С определим из условия равенства мощностей на ведущем и ведомом валах

, (22)

где М1 и n1 — крутящий момент и частота вращения входного вала; М и n3 крутящий момент и частота вращения выходного вала ηп — коэффициент полезного действия передачи, который в первом приближении считаем ηп=1.

Из данного выражения получим

, (23)

где i31C — передаточное отношение передачи, когда кольцо находится в точке С.

С другой стороны, реактивный момент в точке С определяют

, (24)

где i- число сателлитов одного ряда; f- коэффициент трения с учетом коэффициента запаса сцепления.

Приравняв выражения (23) и (24), получим

.(25)

Потребная сила FП должна быть равной допустимой силе FД, поэтому приравнивая их запишем

.

Откуда выведем радиус ведомого кольца

.(26)

Используя выражение (26) определяют остальные основные геометрические пара параметры передачи, являются основой при разработке конструкторско-технической документации для изготовления передачи.

В предложенной методике расчета основных параметров учтено применение данного вариатора в качестве трансформатора крутящего момента в трансмиссиях специальных колесных шасси, имеющих большую массу и значительные крутящие моменты двигателей, а именно расчетным случаем является нахождение ведомого кольца в точке С, соответствующей максимальному передаточному числу вариатора (момент начала движения), передаточное отношение и радиус кривизны в данной точке получены аналитическим путем, отвечающим требованиям точности и оперативности расчетов.

Литература:

  1. Степанченко Э. П., Фалалеев П. П. Технологическое оборудование.- М.: МО СССР, 1986, 364 с.
  2. Антонов А. С., Кононович Ю. А. и др. Армейские автомобили. Теория.- М.: Военное издательство МО СССР, 1970, 526 с.
  3. Пирожков Е. И. Выбор схемы и синтез фрикционной планетарной бесступенчатой передачи с разгруженными от нор нормальных контактных сил валами и подшипниками. — М.: ВВИА имени профессора Н. Е. Жуковского, 1960. — 96 с.
  4. Детали машин: Учебник для вузов / Л. А. Андриенко, Б. А. Байков, И. К. Ганулич и др.; Под ред. О. А. Ряховского.- 3-е изд., перераб. и доп. — М: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. — 520с.
Основные термины (генерируются автоматически): ведомое кольцо, передаточное отношение, приведенный радиус кривизны, крутящий момент, формула, механическая трансмиссия, основной фрикционный контакт, гидромеханическая трансмиссия, планетарный вариатор, потребная сила.


Похожие статьи

Планетарная передача | Статья в журнале «Молодой ученый»

Основной кинематической характеристикой планетарной передачи является передаточное отношение (u). Передаточное отношение такой передачи визуально определить очень сложно, потому что механизм может вращаться различными способами, и для кинематического...

Эквивалентная расчетная схема трансмиссии хлопковой машины

Тогда приведенная податливость трансмиссии хлопковой машины от колес до маховика

Приведенный суммарный момент инерции ведущих колес и массы машины определяем из

Кроме указанных сил, внутреннего вязкого сопротивления, инерционных сил вращающихся и...

Общий анализ надежности автомобильных трансмиссий

В качестве основного объекта принята трансмиссия автомобиля ГАЗель Next.

Замасливание дисков, износ фрикционных накладок ведомого диска, ослабление силовых пружин

Самым распространенным видом автоматической трансмиссии стала гидромеханическая передача...

Система управления вариатором | Статья в журнале...

Основные термины (генерируются автоматически): ведомый шкив, ведущий шкив, передаточное отношение, управляющий клапан, вариатор, CVT, рабочая жидкость, импульсный сигнал, заданное передаточное отношение, контактный переключатель.

Математическое описание агрегата с клиноременным вариатором

Основные термины (генерируются автоматически): ведомый шкив, ведущий шкив, передаточное отношение, управляющий клапан, вариатор, CVT

Передаточное отношение определяется через радиусы начальных окружностей зубчатых колес или через числа их зубьев.

Кинематический и силовой анализ схемы зубчатого вариатора...

Передаточное отношение определяется через радиусы начальных окружностей зубчатых

Кинематическая схема зубчатого вариатора момента с несимметричным дифференциалом

Исходные данные для расчета: , передаточное отношение , частота вращения ведущего...

Использование беспилотной автотракторной техники...

Трансмиссия CVT управляется электроникой по CAN-шине, что позволяет ей работать с электронными управляющими блоками, позволяет по команде электронного блока плавно менять передаточное число, передаёт достаточно большой крутящий момент и мощность.

Определение усилий на управляющий механизм клиноременного...

Передаточное отношение определяется через радиусы начальных окружностей зубчатых колес или через числа их зубьев.

При этом передаточное отношение вариатора изменяется плавно и так же плавно трансформируется «поток» крутящего момента к ведущим колесам.

Анализ бесступенчатых передач в электротехнике | Молодой ученый

Основные термины (генерируются автоматически): передача, механическая энергия, сила трения, бесступенчатая передача, широкий диапазон, приводной двигатель, переменное передаточное отношение, движущееся твердое тело, бесступенчатое регулирование скорости...

Похожие статьи

Планетарная передача | Статья в журнале «Молодой ученый»

Основной кинематической характеристикой планетарной передачи является передаточное отношение (u). Передаточное отношение такой передачи визуально определить очень сложно, потому что механизм может вращаться различными способами, и для кинематического...

Эквивалентная расчетная схема трансмиссии хлопковой машины

Тогда приведенная податливость трансмиссии хлопковой машины от колес до маховика

Приведенный суммарный момент инерции ведущих колес и массы машины определяем из

Кроме указанных сил, внутреннего вязкого сопротивления, инерционных сил вращающихся и...

Общий анализ надежности автомобильных трансмиссий

В качестве основного объекта принята трансмиссия автомобиля ГАЗель Next.

Замасливание дисков, износ фрикционных накладок ведомого диска, ослабление силовых пружин

Самым распространенным видом автоматической трансмиссии стала гидромеханическая передача...

Система управления вариатором | Статья в журнале...

Основные термины (генерируются автоматически): ведомый шкив, ведущий шкив, передаточное отношение, управляющий клапан, вариатор, CVT, рабочая жидкость, импульсный сигнал, заданное передаточное отношение, контактный переключатель.

Математическое описание агрегата с клиноременным вариатором

Основные термины (генерируются автоматически): ведомый шкив, ведущий шкив, передаточное отношение, управляющий клапан, вариатор, CVT

Передаточное отношение определяется через радиусы начальных окружностей зубчатых колес или через числа их зубьев.

Кинематический и силовой анализ схемы зубчатого вариатора...

Передаточное отношение определяется через радиусы начальных окружностей зубчатых

Кинематическая схема зубчатого вариатора момента с несимметричным дифференциалом

Исходные данные для расчета: , передаточное отношение , частота вращения ведущего...

Использование беспилотной автотракторной техники...

Трансмиссия CVT управляется электроникой по CAN-шине, что позволяет ей работать с электронными управляющими блоками, позволяет по команде электронного блока плавно менять передаточное число, передаёт достаточно большой крутящий момент и мощность.

Определение усилий на управляющий механизм клиноременного...

Передаточное отношение определяется через радиусы начальных окружностей зубчатых колес или через числа их зубьев.

При этом передаточное отношение вариатора изменяется плавно и так же плавно трансформируется «поток» крутящего момента к ведущим колесам.

Анализ бесступенчатых передач в электротехнике | Молодой ученый

Основные термины (генерируются автоматически): передача, механическая энергия, сила трения, бесступенчатая передача, широкий диапазон, приводной двигатель, переменное передаточное отношение, движущееся твердое тело, бесступенчатое регулирование скорости...

Задать вопрос