Расчетная схема элементов МСХ

Изобретение относится к машиностроению. Механическая бесступенчатая передача содержит ведущий и ведомый валы, установленный на ведущем валу эксцентриковый преобразователь с механизмом (16) регулирования эксцентриситета, размещенные звездообразно механизмы свободного хода (МСХ) и соосные с ними зубчатые колеса (10), зацепляющиеся с центральным зубчатым колесом (11), установленным на ведомом валу (18). Ведущие элементы (7) МСХ соединены с преобразователем, а ведомые (8) через торсионные валы (9) соединены с зубчатыми колесами (10). Кривошип преобразователя выполнен на промежуточном валу (2), установленном внутри ведущего вала с эксцентриситетом, равным радиусу кривошипа, и имеет возможность поворота вокруг своей оси с помощью механизма регулирования эксцентриситета. Это позволяет выполнить шейку кривошипа достаточно малого диаметра для того, чтобы соединить его с коромыслами ведущих элементов (7) МСХ с помощью кривошипно-шатунного механизма. Изобретение позволяет обеспечить дополнительное регулирование, позволяющее получить любую нужную загрузку двигателя в широком диапазоне изменения передаточного отношения, повысить потенциальную надежность преобразователя.

Угол между касательными, проведенными через точку соприкосновения ролика с обоймой и звездочкой, называется углом заклинивания а.

Для уменьшения влияния погрешностей изготовления и износа деталей на величину угла заклинивания роликов рабочие поверхности звездочки рекомендуется выполнять не плоскими, а цилиндрическими с направляющими в виде окружности, архимедовой или логарифмической спирали.

Заклинивание и заклиненное состояние МСХ

Под заклиниванием МСХ понимают процесс перекатывания роликов в сужающуюся часть клинового пространства между звездочкой и обоймой в результате действия сил трения в контакте, вызванных перемещением ведущего звена относительно ведомого в направлении передачи крутящего момента. Этот процесс характеризуется ростом сил нормального давления и сил трения сцепления между обоймой и звездочкой, потерей энергии на трение качения роликов по рабочим поверхностям, потерей энергии на разрыв масляной пленки и накоплением потенциальной энергии деформации.

Процессу заклинивания предшествует момент, соответствующий окончанию периода свободного хода, когда угловые скорости обоймы со 1 и звездочки со 2 становятся равными.

Принимается допущение, что на все ролики, помещенные в сепараторе, действуют одинаковые силы и заклинивание роликов происходит одновременно.

Методика расчета и схема сил, действующих на ролик в период заклинивания МСХ, приведены в [3]. В настоящее время еще не принята какая-либо единая теория заклинивания МСХ.

Расклинивание МСХ

Период расклинивания МСХ характеризуется уменьшением передаваемого муфтой крутящего момента от значения, соответствующего заклиненному состоянию, до нуля. По мере уменьшения крутящего момента основные звенья освобождаются от деформаций.

мск

Под действием сил упругости происходит перемещение ролика в более широкую часть клинового пространства. Одновременно с этим ведущее и ведомое звенья поворачиваются относительно друг друга.

Свободный ход МСХ

Под периодом свободного хода МСХ понимают время движения механизма, в течение которого ведомое звено движется с большей угловой скоростью, чем ведущее. При этом ролики расклинены и под действием сил трения в контакте с обоймой вращаются в окнах сепаратора. Свободный ход продолжается с момента окончания процесса расклинивания МСХ до момента начала периода заклинивания.

Выбор основных конструктивных параметров МСХ

Главными критериями работоспособности МСХ являются:

— способность муфты заклиниваться без пробуксовывания;
— контактная прочность и усталостная выносливость наиболее нагруженных элементов;
— отсутствие повышенного износа рабочих поверхностей деталей при высоких относительных угловых скоростях движения звеньев в период свободного хода.

Надежное заклинивание МСХ возможно при выполнении условий:

— контакта роликов с обоймой и звездочкой в начальный момент заклинивания;
— самозаклинивания роликов в начальной стадии периода их заклинивания;
— но пробуксовывания муфты при наличии деформации нагруженных элементов.

Выполнение первого и второго условий обеспечивается главным образом за счет действия прижимного усилия на ролики, величина которого выбирается с учетом динамики движения основных звеньев МСХ и свойств смазочного масла.

Выбор угла заклинивания

Вопрос о выборе угла заклинивания ролика при проектировании роликовых МСХ обычно решается на основании опытных данных их конструирования и эксплуатации. Для саморасклинивающихся МСХ

углы заклинивания выбираются в пределах 3° < а < 5° 30', а допуск на величину угла заклинивания составляет ± 15'.

Требования к конструкции деталей МСХ

Для уменьшения габаритных размеров МСХ необходимо использовать максимально возможное количество роликов и обеспечивать более равномерный их контакт с обоймой и звездочкой. Равномерность распределения давления по длине роликов может быть достигнута, если изготовить слегка выпуклые ролики (с бомбиной) или ролики с небольшой конусностью на концах.

Большое влияние на равномерность распределения нагрузки между роликами и по длине каждого из них оказывает точность изготовления сепаратора и звездочки, а в процессе длительной эксплуатации — износостойкость материала сепаратора. Применение сепараторов из алюминиевых сплавов показало, что они имеют неудовлетворительную износостойкость. Более высокие показатели обеспечивают бронзовые и стальные сепараторы. Опыт эксплуатации и результаты исследований высокооборотных МСХ вертолетов свидетельствуют о целесообразности применения стальных облегченных сепараторов и необходимости повышения качества их динамической балансировки.

Особое внимание при проектировании МСХ должно быть обращено на точность центрирования звездочки, обоймы и сепаратора. При эксцентричном расположении звездочки относительно обоймы ролики заклиниваются под различными углами а, что может привести к значительной перегрузке одних роликов, в то время как другие могут совсем не передавать момента.