Динамика генератора колебаний импульсной многопоточной бесступенчатой передачи со свободной кривошипной головкой

Сравнение теоретических и экспериментальных данных для экспериментальной установки (кривые 2 и 4), а также для натурального образца (кривые 1 и 3), свидетельствует о достоверности теоретических результатов. Расхождение между этими данными находится в пределах 12 %.

Для определения влияния на виброхарактеристики несущей конструкции введения дополнительных элементов жесткости на экспериментальной установке крепились вертикальный, горизонтальный и наклонный элементы жесткости (см. рис. 3).

При введении дополнительного вертикального элемента, положение которого изменялось в зависимости от величины £1, проводились замеры виброперемещений различных точек вертикальных и горизонтальных стоек несущей конструкции экспериментальной установки.

На рис. 6 представлена зависимость максимальных горизонтальных виброперемещений (к) вертикальной стойки С.

Рис. 6. Зависимость максимальных горизонтальных виброперемещений (Х^ вертикальной стойки С несущей конструкции от места установки дополнительного вертикального элемента ((,1/ Ц: 1 - теоретические данные; 2 - экспериментальные данные; /. - максимальное значение величины

Наименьшие значения виброперемещений получены при установке вертикального элемента на расстояние £1, равное 40 % от значения

Полученные с помощью экспериментальной модели вибрационные характеристики сепарирующей машины позволяют моделировать несущую конструкцию для поиска оптимальных решений по ее компоновке экспериментальным путем с целью снижения вибрации, а также проверки достоверности теоретических результатов.

Список литературы

1.Пивень В. В., Уманская О. Л. Применение метода анализа размерности для определения действительных перемещений рамы зерноочистительной машины с помощью механически подобной модели// Вестник Курганского государственного университета,-2005,-№ 2 (02).- С. 19-20.

2. Пивень В. В., Уманская О. П., Голосеев Б.А. Уравнения движения

несущих элементов вибрационных машин с учетом упругих свойств основания//Вестник Курганского государственного университета,-2005,- № 4 (04).- С. 91-92.

E.H. Ревняков

Курганский государственный университет, г. Курган

ДИНАМИКА ГЕНЕРАТОРА КОЛЕБАНИЙ ИМПУЛЬСНОЙ МНОГОПОТОЧНОЙ БЕССТУПЕНЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ СО СВОБОДНОЙ КРИВОШИПНОЙ ГОЛОВКОЙ

В механической импульсной бесступенчатой передаче (МИБП) [1] мощность передается несколькими параллельными потоками, что позволяет значительно уменьшить внутренние динамические нагрузки.

Для преобразования вращательного движения входного вала в колебательные движения ведущих частей механизмов свободного хода (механических выпрямителей), расположенных звездообразно и работающих со сдвигом по фазе, в этой передаче используется эксцентриковый преобразователь. Его основным недостатком является консольное приложение нагрузки в кинематической паре «пазовый диск-коромысло выпрямителя». Если в генераторе механических колебаний МИБП вместо пазового диска применить кривошипную головку и прицепные шатуны по аналогии с авиационными двигателями типа «звезда», коромысла можно выполнить двухопор-ными и избежать консольного приложения нагрузки.

В статье исследована динамика генератора колебаний, в котором кривошипная головка выполнена свободной, а все шатуны - прицепные. Рассмотрен вопрос обеспечения устойчивости свободной кривошипной головки за счет введения дополнительных торсионных валов (торсионов).

На рис.1 приведена расчетная схема генератора колебаний для одного потока мощности. Кинетическая энергия системы

2 2 ^ 3-' 2 j^x 2 .

где J , /3 , J и /5 - моменты инерции входного вала, прицепных шатунов, коромысел и кривошипной головки генератора; фъ j и ф4 j - угловые скорости j-ro

шатуна и коромысла; п -число работающих параллельно со сдвигом по фазе выпрямителей [2].

ОО - стойка; ОА - кривошип входного вала; АВ - кривошипная головка; ВС - прицепной шатун; СО - коромысло выпрямителя Рис. 1. Гзнератор колебаний со свободной кривошипной головкой

При свободной кривошипной головке генератор колебаний имеет две степени свободы. В качестве обобщенных координат примем д1 =(р -угол поворота входного вала и = у - отклонение кривошипной головки

от начального положения дц' , задаваемого углом 0 . Зависимости угловых координат шатунов и коромысел от обобщенных координат и их частные производные были получены в [3].

Уравнение Лагранжа II рода для координаты = у :

d_ dt

f дтЛ

дТ

ду) ду ^

Обобщенная сила Qy с учетом [3] равна

Q

ЪСу j i4

(

sm

закц)

j=i

sin

» , Sill {

+1C L <P>ami • , -Г

,=1 sill

J' J

где с и с' - жесткость основных торсионов, соединенных с ведомыми частями выпрямителей, и дополнительных торсионов, обеспечивающих устойчивость кри-

вошипной головки; (р.

¡in:j) J

И (р

¡in:j) J

углы закрутки [2]

основных и дополнительных торсионов; ц - число дополнительных торсионов.

Запишем уравнение (1) в виде

дф\ду) ду\ду) дф\ду) ду\ду) ду ''

При исследовании движения свободной кривошипной головки примем допущение, что масса шатунов значительно меньше массы коромысел (/3 ~ 0 ). Тогда после вычисления частных производных и приведения подобных уравнение (1') примет вид

Л (Р. Г)Г = Ы<Р, У)Ф + ¿ф(<Р' г)Ф2+-

Qr

+ У)ФУ + Jy(<P, У)У +—

J л I

л

где

( д(р_

J

4 j=1

4_У

V дУ J

у) = -X

dcp4j дср4]

J=i Sep ду '

^d<p4_j д f d<p4_j

дер ду{ дер J j=l

ду дер ^ дер

дери д (dcp4 j

дер дер l ду

J„{<p,r) = - 2Ё

дср4} д (дср4 . \

jf{cp,y)=~YJ

лл

£ ду дер ^ ду

дср4 . д (дср4 . Л

ду ду I ду

J

Зададим следующие значения параметров, соответствующие генератору колебаний МИБП для автомобиля

ГАЭ-3302 "Газель": Ш = ОД; ОА = 0,02; АВ = 0,033;

ВС = 0,044 ; СЛ = 0,067 л; в = 39,8° ;

с = 1421^

рас

. = 5; Л = 1Д • КГ1 кг м2. на Рис.2

представлены графики численного решения уравнения (3) при ф = const = 200 С 1 (считаем J1->- оо ) и внутреннем передаточном отношении iT = 0,7 (это параметр,

характеризующий уменьшение общего передаточного отношения МИБП из-за закрутки торсионных валов [2]).

1-/4 =1,2-10 3 кглг, с' = 0; 2 - /4 = 1,2 • 10 1 кг Л'Г, с' = 142 Нл/рад ; з-/4 =0,6-10 3 кглг, с' = 0

Рис.2. Решение уравнения движения кривошипной головки

Раскачка колебаний (кривая 1) свидетельствует о том, что при отсутствии дополнительных торсионов

(с' = 0 ) движение кривошипной головки может быть неустойчивым. В момент обрыва кривой 1 оно становится несовместимым с наложенными на нее кинематическими связями. На практике это может привести к мягкому удару и разрушению генератора колебаний.

Если в конструкцию передачи ввести цг = ц = 5 дополнительных торсионов, углы закрутки которых будут изменяться от нуля до максимального значения, равного удвоенной амплитуде колебаний ведущих частей выпрямителей, можно обеспечить устойчивость генератора

колебаний на данном режиме уже при жесткости с' этих торсионов порядка 10% от жесткости с рабочих

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3

17

торсионов (кривая 2). При этом возрастает частота собственных колебаний кривошипной головки, которые, как это видно из графика, промодулированы низкой частотой, меньшей частоты вращения входного вала МИБП.

Раскачка угловых колебаний кривошипной головки возникает из-за отрицательных полуволн моментов сил инерции коромысел CD генератора (рис.1), при которых шатуны ВС работают на сжатие. Если уменьшить моменты инерции коромысел вдвое (J =0,6-10 3 кг-лГ) -

движение кривошипной головки на данном режиме станет устойчивым даже при отсутствии дополнительных торсионов (кривая 3).

На основании проведенного исследования можно сделать вывод, что наличие дополнительной степени свободы в генераторе колебаний со свободной кривошипной головкой может привести к нежелательным динамическим явлениям. Для стабилизации движения свободной кривошипной головки могут применяться дополнительные торсионные валы, жесткость которых должна составлять десятые доли от жесткости основных.

Список литературы

1. Патент РФ №2211971 /A.A. Благонравов Механическая бесступенча-

тая передача. Кл F 16Н 3/74, 29/22. БИ №25. 2003.

2. Благонравов A.A. Механические бесступенчатые передачи. -

Екатеринбург: УрО РАН, 2005,- 202 с.

3. Ревняков E.H. Кинематика генератора механических колебаний с

прицепными шатунами//Сборник научных трудов «Механика и

процессы управления»ХХХ\/1 Уральского семинара по механике и

процессам управления,- Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - С.298-302.

С.Г. Тютрин, В.И. Бочегов

Курганский государственный университет,

г. Курган

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ФОЛЬГИ С ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ПЕРФОРАЦИЕЙ

Метод определения циклических напряжений при помощи металлической фольги с концентраторами [1] был успешно опробован в работах [2, 3]. При этом были использованы медная гальваническая фольга и промышленная алюминиевая фольга, а концентраторы изготавливались сверлением или прошивкой. В результате экспериментов было доказано, что применение фольги с концентраторами приводит к появлению сильного внешнего эффекта на датчиках в виде макротрещин, видимых даже невооруженным глазом, которые на твердой фольге появляются раньше, чем следы дислокаций. Было отмечено, что контроль датчиков по моменту появления макротрещин существенно повышает объективность оценки, а для изготовления концентраторов можно применять любые современные методы обработки.

Одним из таких методов является электроискровая резка материалов [4], суть которой состоит в расплавлении и испарении небольших порций вещества импульсами электрического тока, возникающими между двумя то-копроводящими телами, одно из которых является обрабатываемой деталью, а второе — электродом-инструментом.

Датчики изготавливались в лаборатории кафедры «Физика конденсированного вещества» КГУ на установке [5], где в качестве электрода-инструмента используется движущаяся проволока диаметром 0,2 мм, что обеспечивает высокую производительность, точность и чистоту обработки. Резка осуществляется в жидкой среде (ди-

стиллированная вода), что способствует охлаждению электродов и удалению продуктов эрозии. Датчики обрабатывались пакетно: по несколько штук одновременно. При этом в качестве концентраторов изготавливались краевые прорези с шагом 2,5 мм и глубиной врезания 0,5 мм (рис.1). Для получения симметричных и центрально расположенных концентраторов (рис. 2, 3) датчик предварительно складывался пополам. Вид ванны с закрепленным пакетом датчиков и движущимся электродом показан на рис. 4.

ПППГ1ППГ1Г1ПГ1

Рис. 1

nnnrinnnrinn

_П_П_П_П_П_П_П_П_П_I

Рис. 2

о о о о о о о о о

Рис. 3

Готовые датчики имели размеры около 6,5x55 мм с шириной прорезей 0,4 мм длиной 0,6 мм (рис. 1, 2) и 1,2 мм (рис. 3). Датчики наклеивались на стальной образец с полированной конической рабочей частью и испытыва-лись на машине для усталостных испытаний МУИ-6000. Испытания периодически прерывались для контроля датчиков с целью выявления макротрещин у концентраторов на поверхности фольги. При обнаружении появившейся макротрещины измерялся диаметр поперечного сечения образца, по величине которого, с учетом заданного машиной изгибающего момента, вычислялась амплитуда циклических напряжений образца.

Рис. 4

Вид концентраторов с появившимися трещинами на поверхности датчиков из медной гальванической фольги толщиной 10 мкм показан на рис. 5. Из рисунка видно, что качество выполнения концентраторов довольно высокое. В то же время появление одновременно двух трещин от одного концентратора указывает на необходимость уменьшить ширину прорезей, сделать концентраторы более острыми.