Диссертация (1025023), страница 4
Текст из файла (страница 4)
1.10. Устройство включения кулачковой муфты [53]Наиболее интересным механическим устройством, обеспечивающимбезударное включение муфты, является устройство, показанное на Рис. 1.11 [52].В данной конструкции используются втулки с многозаходной резьбой,24обеспечивающие проворот одной муфты относительно другой при включении.Такая конструкция компактна, однако требует наличие больших зазоров междукулачками полумуфт, что также ограничивает применение данного устройства вдифференциалах автомобиля, где момент, прикладываемый к выходным валамдифференциала может иметь знакопеременный характер.Рис. 1.11. Устройство включения кулачковой муфты с многозаходнойрезьбой [52]Попытки улучшить характеристики кулачковых муфт предпринималисьмногими исследователями и конструкторами. Однако в настоящий моментимеются только механические конструкции, позволяющие синхронизироватьполумуфты по взаимному положению кулачков, которые зачастую слишкомсложны или не позволяют применять в автомобильных узлах из-за спецификисвоей конструкции.251.4.
Анализ численных методов исследования процессов включениямуфтИсследованием процессов включения кулачковых муфт занимались такиеотечественные учёные как В.С. Поляков, И.Д. Барбаш, О.А. Ряховский,Д.Н. Решетов и др. Ими были сформулированы критерии работоспособностизубчатых муфт, определены предельные напряжения смятия при различныхусловиях включения.В рассмотренной литературе по расчёту кулачковых муфт предлагаетсяследующая формула для вычисления времени включения кулачковой муфты:0 =60 1∙ , где 0 − время включения муфты в c; z – число кулачков, n – частота вращения воб/мин.В Таблице 1 представлены рекомендуемые значения напряжений смятиядля различных условий включения муфты.При анализе отечественной литературы не выявлены работы, детальноописывающие процесс включения кулачковых муфт с учётом взаимодействия повсем участкам кулачка.Таблица 1.Напряжения смятия при включении кулачковых муфтТип включенияНапряжение смятия, кгс/см2В состоянии покоя900-1200На малом ходу500-700На быстром ходу350-450Взарубежнойлитературевстречаетсямножествоработпомоделированию процесса включения кулачковых муфт [41, 42, 43, 44].
В работе[39] исследуется математическая модель муфты с использованием линейной26вязкоупругой модели удара Кельвина-Фойхта (Рис. 1.12) [36, 46, 47]. В даннойработе рассмотрено взаимодействие только боковых поверхностей кулачков.Результатами численного эксперимента являются графики моментов и скоростейвращения соединяемых полумуфт (Рис. 1.13).Рис. 1.12.
Моделирование контакта при включении кулачковой муфтыРис. 1.13. Моделирование процесса включении кулачковой муфтыВ работе [40] учтено взаимодействие по всем участкам муфт. Отмеченовлияние окружного зазора между кулачками полумуфт во включённомсостоянии. Этапы взаимодействия кулачков полумуфт показаны на Рис. 1.14.27Рис. 1.14. Моделирование этапов взаимодействия полумуфт привключенииВ процессе обзора были рассмотренызарубежные работыпоисследованию процесса включения кулачковых муфт методом конечныхэлементов и с помощью программных комплексов моделирования динамикитвёрдых тел.
Следует отметить, что в рассмотренных работах большое вниманиеуделено не только надёжному включению муфт, но произведена оценканагруженности кулачков и элементов муфт во время включения.Выводы по главе 1Управление трансмиссией колёсных машин является эффективнымспособом повышения таких эксплуатационных качеств как проходимость,динамичность, топливная экономичность, управляемость и др. Наиболееэффективным подходом является индивидуальное управление подводимымкрутящим моментом к каждому колесу или оси в зависимости от условий28сцепления с опорной поверхностью.
Однако такое управление подразумеваетсильное усложнение конструкции механической трансмиссии.Исследованиями отечественных учёных показано, что блокировкадифференциальных связей даёт существенный прирост тяговой силы дляколёсных машин в сложных дорожных условиях. Однако блокированная связьможет увеличить сопротивление движению и ухудшить управляемость.Отечественнымиисследователямиотмеченанеобходимостьсозданияавтоматизированных систем управления элементами трансмиссии, чтобы нетолько избежать увеличения требований к квалификации водителя, но иповысить надёжность трансмиссионных систем. Таким образом, разработкаавтоматической системы управления муфтами блокировки дифференциаловявляется актуальной задачей.Зарубежные разработки демонстрируют высокий уровень развития внаправлении автоматизации трансмиссии, в том числе и в системахавтоматической блокировки дифференциалов.Наиболее простым и эффективным способом управления блокировкамидифференциаловмеханическойтрансмиссиейявляетсяиспользованиекулачковых сцепных муфт, для которых следует отметить следующиеположительные свойства:- возможность передачи всего крутящего момента и большая несущаяспособность в отличие от фрикционных элементов;- высокий КПД по сравнению с другими типами муфт;- простота и компактность конструкции, что сказывается на низкойконечной цене.К недостаткам кулачковых муфт следует отнести следующее:- невозможность включения муфты во время движения;29- ненадёжное включение муфты при взаимодействии по торцевымучасткам кулачков.В отечественной литературе практически не уделено внимания вопросаммоделирования процесса включения кулачковой муфты.
В то же время возникаетпотребность в понимании процессов включения и изучения эксплуатационныхсвойств кулачковых муфт при использовании их в автоматизированныхсистемах.Для создания автоматической системы управления муфтами блокировкидифференциалов необходимо решить следующие задачи:1)разработатьматематическуюмодельпроцессавключенияивыключения кулачковых муфт блокировки дифференциалов;3) разработатьзаконнадёжноговключениякулачковоймуфтыблокировки дифференциалов колёсных машин и экспериментально подтвердитьего работоспособность;4) разработать метод определения законов управления муфтамиблокировки дифференциалов в трансмиссии многоосных колёсных машин;5) провести анализ работоспособности разработанного закона управлениямуфтами блокировки дифференциалов для колёсной машины 8х8 путёмчисленного эксперимента.30Глава 2.
Математическая модель процесса включения кулачковой муфтыИсследованиепроцессавключениякулачковоймуфтыпозволитопределить условия надёжного включения без поломки муфты и безсущественного снижения ресурса. Кроме того, использование математическоймодели кулачковой муфты в составе имитационной модели трансмиссииколёсной машины позволит выработать требования к системе автоматическогоуправления трансмиссией, где ключевым условием для включения блокировкиявляется разность скоростей вращения соединяемых элементов.2.1. Выбор системы координат математической модели и описаниегеометрических параметров кулачковой муфтыПри разработке модели включения кулачковой муфты вводитсянеподвижная цилиндрическая система координат (Рис. 2.1).
На этом иследующих ниже рисунках номером 1 обозначена полумуфта подвижная восевом направлении, номером 2 – неподвижная.Начало неподвижной системы координат находится на оси полумуфт,полярныйуголотсчитываетсяотнекоторойнеподвижнойплоскости,проходящей через ось полумуфт, продольная координата x отсчитывается отплоскости торцов кулачков подвижной полумуфты в выключенном состоянии.В математической модели рассматривается два типа углов (Рис. 2.2): α1 , α2 −абсолютные углы поворота полумуфт и φ1 , φ2 − углы положения одноимённыхэлементов кулачков (например, плоскостей симметрии кулачка) в пределах шагамуфты θ, т.е. углы φ1 и φ2 изменяются от 0 до θ.31Рис. 2.1. Система координат математической модели кулачковой муфтыРис.
2.2 Координаты математической модели кулачковой муфты32Геометрические параметры кулачков представлены на Рис. 2.3: А1 , А2 –длина дуги на среднем диаметре торцевого участка кулачка соответствующейполумуфты; 1 , 2 – наибольшая длина дуги кулачка на среднем диаметре; γ угол передней фаски кулачка; ψ – обратный угол боковой поверхности кулачка.В общем случае, процесс взаимодействия полумуфт при включенииможно разбить на несколько этапов, описываемых различными уравнениями вматематической модели муфты:1) начальный этап перемещения подвижной полумуфты до началавзаимодействия со второй полумуфтой;2) процесс взаимодействия полумуфт по торцевым поверхностямкулачков;3) процесс взаимодействия полумуфт по передним фаскам кулачков;4) процесс взаимодействия полумуфт по боковым поверхностям.Рис.
2.3. Геометрические параметры полумуфт332.2. Уравнения взаимодействия на участках кулачка муфтыРассмотрим уравнения движения полумуфт на каждом из этапов.1. Перемещение подвижной полумуфты до начала взаимодействияУравнения движения полумуфт до начала взаимодействия можнопредставить в виде (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
