Assessment of performance characteristics of second generation adaptive friction clutches

Abstract

Load characteristic and operation accuracy of two different modifications of adaptive friction clutches of the second generation are investigated.

Full Text

УДК 621.825.54 ТСМ № 10-2014 Оценка эксплуатационных характеристик адаптивных фрикционных муфт второго поколения Д-р техн. наук М.П. Шишкарев, инж. Чан Ван Дык (Донской ГТУ, shishkarevm@mail.ru) Аннотация. Исследованы нагрузочная характеристика и точность срабатывания двух разных вариантов адаптивных фрикционных муфт (АФМ) второго поколения. Показано, что по комплексной оценке эксплуатационных характеристик преимущество имеет вариант с нагрузочной характеристикой в виде кривой, монотонно возрастающей в интервале изменения коэффициента трения. Ключевые слова: адаптивная фрикционная муфта, точность срабатывания, нагрузочная способность. В работах [1, 2] рассмотрены два варианта АФМ второго поколения, отличительная особенность которых - уменьшенный момент сил трения дополнительной фрикционной группы (ДФГ). В этих вариантах задача уменьшения момента сил трения ДФГ решена по-разному: в первом за счет уменьшения среднего радиуса поверхностей трения, во втором посредством введения раздельного силового замыкания пар трения основной фрикционной группы (ОФГ) и ДФГ. Цель модернизации базовой АФМ второго поколения - увеличение коэффициента усиления (КУ) обратной связи, которое приводит к повышению точности срабатывания. Сравнительная оценка номинальной нагрузочной способности и точности срабатывания вариантов АФМ второго поколения преследует две цели: установление уровня точности срабатывания второго варианта АФМ и сопоставление точности срабатывания первого и второго вариантов АФМ. Точность срабатывания будет определяться при минимально допустимом значении коэффициента (для первого варианта), который можно найти по формуле: , где , - средние радиусы поверхностей трения ДФГ и ОФГ. Обязательное условие увеличения КУ: <1. Используя найденное в работе [2] соотношение, запишем выражения для коэффициента точности Кт: - для обоих вариантов АФМ с нагрузочной характеристикой в виде кривой, монотонно возрастающей в интервале значений коэффициента трения (обозначим ее как нагрузочную характеристику 1): , (1) - для второго варианта АФМ с нагрузочной характеристикой в виде кривой с точкой максимума внутри интервала при равенстве вращающих моментов, соответствующих граничным значениям коэффициента трения (нагрузочная характеристика 2): , (2) где - число пар трения ОФГ; - КУ; - коэффициент трения, при котором вращающий момент второго варианта АФМ становится максимальным внутри указанного интервала значений коэффициента трения; - критическое значение КУ, соответствующее . Для построения графиков используем исходные данные: =0,1; =0,8; =6. Величина вычислялась по соотношению , (3) полученному в работе [2], а значение - по соотношению (4) для выражения (2). Здесь - относительная ширина интервала значений коэффициента трения : . Полученные на основании (4) значения использовались при вычислении коэффициента трения по (3). Для определения значений КУ по (1) используем выражение (3), заменив в нем на . При этом форма кривой нагрузочной характеристики АФМ будет соответствовать соотношению (1) при КУ, вычисляемом по формуле: . Графики, построенные по (1) и (2), представлены на рис. а (соответственно кривые 1 и 2). Их анализ показывает, что: - точность срабатывания обоих вариантов АФМ уменьшается при увеличении коэффициента ; - точность срабатывания варианта АФМ с нагрузочной характеристикой 2 (кривая 2) выше, чем с нагрузочной характеристикой 1 (кривая 1). Графики на рис. а не дают точного представления о преимуществе АФМ с той или иной формой нагрузочной характеристики по точности срабатывания. Это объясняется тем, что кривые построены при неодинаковых значениях КУ: кривая 2 - при более высоких. Анализ относящегося к обоим вариантам АФМ соотношения , (5) где - усилие замыкания пар трения ОФГ, показывает, что вращающий момент муфты возрастает при увеличении коэффициента . Это утверждение справедливо в том случае, когда разность в скобках в числителе положительная. Для определения знака указанной разности обратимся к рис. б, на котором кривые 1 и 2 построены по значениям КУ, использованным при построении аналогичных кривых на рис. а. Анализ графиков на рис. б показывает следующее: - значения КУ, использованные при построении кривой 1 на рис. б, меньше значений КУ, использованных для кривой 2 на рис. б (соответственно кривые 1 и 2 на рис. а); - только при (при ); в остальных случаях (при ) разность в скобках в числителе соотношения (5) положительная. Следовательно, высказанное выше предположение справедливо, т.е. при увеличении коэффициента наблюдается рост номинального вращающего момента. Данный результат поможет всесторонне оценить преимущество использования нагрузочной характеристики 2. На рис. б значения КУ, принадлежащие кривой 2, больше значений КУ, принадлежащих кривой 1. Это свидетельствует о том, что при указанных значениях коэффициента и соответствующих им величинах КУ точность срабатывания АФМ, имеющей нагрузочную характеристику 2, выше, чем при нагрузочной характеристике 1. Оценка в отдельности нагрузочной способности и точности срабатывания сравниваемых вариантов АФМ дает конкретные результаты только при , когда этот коэффициент начинает существенно влиять на увеличение нагрузочной способности. При подобная оценка представляется затруднительной. Воспользуемся средствами оценки эксплуатационных характеристик АФМ, предложенными в работе [3]. Применение коэффициента оценки Ко позволяет составить однозначное представление о комплексных характеристиках АФМ вследствие взаимообразного влияния нагрузочной способности и точности срабатывания. Коэффициент оценки вычисляется по формуле: (6) где - условный номинальный вращающий момент. На основании (5) находим: , (7) что справедливо для обоих вариантов и двух различных форм нагрузочной характеристики АФМ. Учитывая соотношения (1), (2) и (7) в формуле (6), запишем выражения для вычисления Ко: - для нагрузочной характеристики 1: (8) - для нагрузочной характеристики 2: (9) Графики зависимости показаны на рис. в. Кривая 1 построена по соотношению (8), кривая 2 - по (9). Исходные данные те же, что и для рис. а, б. Принято . Значения КУ взяты из данных кривых 1 и 2, изображенных на рис. б. Анализ графиков на рис. в показывает, что с увеличением коэффициента возрастают коэффициенты оценки и , что свидетельствует об увеличении комплексного показателя оценки эксплуатационных характеристик АФМ. Совместный анализ графиков, изображенных на рис. а и в, показывает, что более высокое значение объясняется более высокой номинальной нагрузочной способностью варианта АФМ с нагрузочной характеристикой 1. Выделить из коэффициента оценки и сравнить по вариантам АФМ компоненту нагрузочной способности весьма сложно, поскольку речь идет о различной точности срабатывания и различных значениях коэффициента . В связи с этим обратимся к соотношению (5), с помощью которого исследуем точность срабатывания вариантов АФМ с различными формами нагрузочной характеристики. При исследовании нагрузочной способности АФМ используем расчетные данные параметров, полученные для построения графиков на рис. а, б. В качестве аргумента снова примем коэффициент . Остальные исходные данные: =800 Н; =0,1 м; =0,1. Графики нагрузочной способности АФМ представлены на рис. г: кривая 1 - для АФМ с нагрузочной характеристикой 1; кривая 2 - для АФМ с нагрузочной характеристикой 2. Их анализ показывает, что вращающий момент для обоих вариантов АФМ возрастает при увеличении коэффициента . Проведенное исследование показало, что вторая форма нагрузочной характеристики не может быть получена при реализации способа, при котором достигается за счет уменьшенного по сравнению с парами трения ОФГ среднего радиуса поверхностей трения ДФГ. Это подтверждается кривой 2 на рис. а, которая в интервале значений , включающем предельное значение , для указанного способа отсутствует. Причина заключается в невозможности выполнения на данном отрезке условия , приведенного выше (см. рис. б, кривые 1 и 2). Действительно, уже при (рис. б, кривые 2 и 3). При имеет место неравенство , что, согласно особенности АФМ второго поколения, недопустимо [1]. Следовательно, при получение нагрузочной характеристики 2 принципиально невозможно. Таким образом, вторая форма нагрузочной характеристики может быть получена только при раздельном силовом замыкании пар трения фрикционных групп. Результаты исследования могут быть использованы при выборе принципиальной схемы для уменьшения момента сил трения ДФГ, а также для расчета и проектирования варианта АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием. Выводы 1. Второй вариант АФМ обладает более высокой точностью срабатывания: - при нагрузочной характеристике в виде кривой, монотонно возрастающей в интервале , и значениях коэффициента , меньших минимального предельно допустимого значения для первого варианта АФМ; - при любых значениях коэффициента , допустимых при нагрузочной характеристике в виде кривой, имеющей максимум внутри интервала . 2. При одинаковых параметрах (за исключением КУ) более высокой точностью срабатывания обладает второй вариант АФМ с нагрузочной характеристикой в виде кривой с максимумом внутри интервала и равенством вращающих моментов при граничных значениях коэффициента трения. 3. По комплексной оценке эксплуатационных характеристик, в частности по нагрузочной способности, преимущество имеет первый вариант АФМ с нагрузочной характеристикой в виде кривой, монотонно возрастающей в интервале .