WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

волнообразователь, сепаратор, тела качения и жесткое колесо. Волнообразователь является ведущим звеном передачи, в то время как ведомым может выступать жесткое колесо (при остановленном сепараторе) или сепаратор (при остановленном жестком колесе). Жесткое колесо располагается снаружи сепаратора (рис. 1а) или внутри него (рис. 1б).

А А-А 4 2 3 1 4 1 3 2 1 4 3 А а) б) Рис. 1. Конструктивная схема волновой передачи а) с наружным расположением жесткого колеса, б) с внутренним расположением жесткого колеса.

1 – волнообразователь, 2 – сепаратор, 3 – тела качения, 4 – жесткое колесо Передаточное число этих передач, при остановленном сепараторе, определяется аналогично зубчатым волновым передачам при остановленном гибком колесе:

Tж zж с qв-ж = =, Тв u с где qв-ж – передаточное число волновой передачи от волнообразователя к жесткому колесу при остановленном сепараторе, zж – число впадин или выступов профиля жесткого колеса, u – число волн, создаваемых волнообразователем, Tж – число периодов впадин или выступов жесткого колеса ( Tж = zж ), Тв – число периодов профиля волнообразователя (Тв = u ).

Основные геометрические соотношения волновых передач с телами качения выражаются через диаметр шарика (ролика) (см. рис. 2): Rн - Rвн = 2е, dш(р) = Rн - Rвн + hс + 2, e = 0, 2dш(р), hс = 2, 2e, = 0, 4e = 0,08dш(р), где Rн и () Rвн – наружный и внутренний радиусы окружностей по впадинам жесткого колеса, е – эксцентриситет, hс – толщина сепаратора, dш(р) – диаметр шарика (ролика), – зазор между сепаратором и выступами жесткого колеса и между сепаратором и диском волнообразователя.

Средний Rсср, внутренний Rсвн и наружный Rсн радиусы сепаратора определяются зависимостями:

dш(р) D Rн Rвн Б rд А O2e O e e Рис. 2. К определению геометрических размеров жесткого колеса и сепаратора Rсср = rд + 0,5dш(р), Rсн = Rсср + 0,5hс, Rсвн = Rсср - 0,5hс, где rд – радиус диска волнообразователя, выражается зависимостью:

rд = Rвн + e - dш(р).

При неподвижном сепараторе и вращении диска волнообразователя, шарик совершает возвратно-поступательное движение с амплитудой ±e.

Необходимый профиль жесткого колеса получен из условия непрерывного контакта каждого тела качения как с диском волнообразователя, так и с жестким колесом, что исключает люфт и обеспечивает постоянное значение передаточного числа [1]. При вращении диска волнообразователя центр диска совершает движение по окружности, радиус которого равен эксцентриситету e.

Траектория движения шариков (роликов) определяется из условия их постоянного контакта с волнообразователем при остановленном жестком колесе (см. рис. 3).

Форма рабочей поверхности жесткого колеса выражается в параметрической форме, где в качестве параметра выступает угол, т.е. точка x, y – это точка, принадле( ) жащая рабочей поверхности жесткого колеса, при касании которой шарик (ролик) имеет следующие координаты своего центра: xт, yт, что соответствует полярному ( ) аргументу (см. рис. 4).

Формулы профиля жесткого колеса можно записать в следующем виде:

x = l() sin + rш(р) sin( + ), y = l() cos + rш(р) cos( + ), где l() = ecos( zж ) + S(), S() = rш(р) + rд - e2 sin2 ( zж ), () e zж sin zж ( ) () = arctg.

S ( ) h с 2e r д R с н R с вн R с ср.

y Профиль жесткого колеса y yi Траектория движения центров шариков yт i yв xв xi x xт x e Рис. 3. К определению траектории дви- Рис. 4. Траектория движения центров жения тел качения тел качения и профиль жесткого колеса Для существования непрерывного контакта всех тел качения с волнообразователем и жестким колесом передачи между хордой впадины жесткого колеса и диаметром тела качения должно соблюдаться соотношение АБ 2 2,06 dш(р), из кото( ) рого получено условие (см. рис. 2):

1,03 dш(р) Rвн.

sin / zж ( ) При невыполнении данного условия профиль жесткого колеса, построенный по полученным математическим зависимостям, на границах между впадинами будет иметь т.н. «усы», которые в металле не могут быть выполнены и профиль будет иметь разрыв производной, а тела качения, находящиеся у этих зон, будут иметь некоторый свободный ход, т.е. не смогут одновременно контактировать и с волнообразователем, и с жестким колесом.

Для построения формы профиля жесткого колеса для программ AutoCAD и SolidWorks написаны программы, при помощи которых созданы твердотельные модели и опытные образцы ВПШ(Р) (см. рис. 5).

В волновых передачах шариковых (роликовых) в качестве основного параметра, который определяет нагрузочную способность и через который определяются все геометрические размеры передачи, принят диаметр тела качения dш(р).

Число тел качения zш(р) (в одном ряду) выбирается исходя из передаточного числа. В схемах с остановленным сепаратором число тел качения на единицу меньше числа впадин жесткого колеса:

zш(р) = q -1.

Применив ряд допущений, минимальный диаметр тела качения определяется по формуле:

) р ( ш i r l д r а) б) в) Рис. 5. Волновые передачи с телами качения:

а) твердотельная модель, б) опытный образец волновой передачи шариковой, в) опытный образец волновой передачи роликовой.

241 Mн sin / zш(р) ( ) dш(р), n kр zш(р) где Mн – максимальный момент нагрузки; n – число рядов тел качения; kр – коэффициент, характеризующий увеличение допустимого момента при использовании роликов. При длине роликов lр = dр принято kр = 2, для шариков kр = 1.

Зависимость для наружного диаметра D и длины L передачи:

2,D =+1,8 dш(р), L = 1, 2n +1,8 dш(р).

( ) sin / q ( ) Графики зависимостей D q, L q, dш q при Mн = 100 Нм для ( ) ( ) ( ) n = 1, 2,3, 4, 6,8 показаны на рис. 6.

120 n=n=n=n=n=n=40 n=n=n=n=n=n=0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 q q Рис. 6. Графики зависимостей D q, L q при Mн = 100 Нм для n = 1, 2,3, 4,6,( ) ( ) L, мм D, мм Полученные формулы позволили создать алгоритм расчета передачи по трем параметрам – моменту нагрузки, передаточному числу и наружному диаметру передачи. Полученные зависимости позволили сравнить габариты ВПШ(Р) с другими типами передач [4]. Графики зависимости объемов передач, отнесенных к моменту нагрузки, от передаточного числа для волновой передачи с телами качения – шариками при числе рядов тел качения 1, 2, 3, 4, а также для других типов механических передач приведены на рис. 7/ Графики показывают, что при передаточном числе, большим 20, объем ВПШ(Р) будет меньше, чем объем других типов передач при одинаковых значениях передаточного числа и момента нагрузки.

Рис. 7. Зависимости объемов различных типов механических передач от передаточного числа. ЦП – зубчатая цилиндрическая передача, ЧП – червячная передача, П1, П2, П3, П4 – планетарные передачи, ВП – зубчатая волновая передача, ШВП+РМ – шариковинтовая передача с рычажным механизмом, Орб.-план – орбитально-плантарная передача, ВПШ – волновая передача шариковая.

Во второй главе сформулирована концепция силового минипривода.

Силовыми миниприводами принято называть исполнительные механизмы, особенности которых заключаются в [2, 10, 11, 12]:

1. Использовании волновой шариковой передачи, позволяющей получить высокий КПД, малые габариты, низкую стоимость, высокий ресурс и надежность, высокую крутильную жесткость, малый момент инерции и люфт. ВПШ(Р) может иметь либо механический волнообразователь, закрепленный на валу исполнительного двигателя, либо гидро-, пневмо- или электромеханический волнообразователь, а также может выполнять функцию опорного устройства.

2. Коаксиальном расположении основных элементов, т.е. расположении элементов на одной оси, так что одни элементы располагаются внутри других. Кроме уплотнения компоновки использование одних и тех же деталей, выполняющих разные функции, позволяет получить жесткую безлюфтовую связь между элементами.

3. Использовании бескорпусных двигателей.

Силовой минипривод может иметь вращательный или поступательный характер движения выходного звена. Функциональная схема включает в зависимости от технических требований к приводу различный набор элементов – электрический двигатель, одну или более ступеней ВПШ(Р), датчики (положения выходного звена, положения ротора электродвигателя, тахогенераторы), электромагнитные муфты (арретирное устройство, механизмы автоматики резервированного привода). Высокий коэффициент заполнения конструкции привода обусловлен способностью ВПШ(Р) подстраиваться под требуемый наружный, внутренний диаметр и длину.

На рис. 8 показан силовой минипривод, состоящий из высокоскоростного электродвигателя и двухкаскадной ВПШ(Р) [14]. Каждый каскад содержит двухдисковый волнообразователь, сепаратор, тела качения – шарики и профилированное жесткое колесо.

Рис. 8. Электромеханический силовой минипривод Выходная ступень ВПШ(Р): 1 – жесткое колесо, 2 – шарики, 3 – диски волнообразователя, 4 – сепаратор.

Промежуточная ступень ВПШ(Р): 5 – жесткое колесо, 6 – шарики, 7 – диски волнообразователя, 8 – сепаратор.

Электродвигатель: 9 – статор, 10 – ротор.

Схема резервированного электромеханического привода для применения на ответственных органах управления пилотируемых ЛА показана на рис. 9. Данная схема позволяет разместить привод элерона самолета внутри самого элерона, и, следовательно, не занимает место в крыле. Схема реализует принцип суммирования моментов.

При отказе системы управления или непосредственно электродвигателя одного из приводов этот привод должен отключаться и не нагружать исправный привод.

Для этих целей в кинематическую цепь каждого исполнительного механизма привода между валом двигателя и входным валом редуктора введена электромеханическая муфта. Конструкция исполнительного механизма приведена на рис. 9а. Электромеханическая муфта при включенном приводе жестко соединяет вал электродвигателя с входным валом редуктора. При отказе привода муфта обесточивается и расцепляет вал двигателя с входным валом редуктора.

В режиме отказа одного из приводов исправный привод должен отклонять элерон, вместе с которым будет вращаться и выходной вал отказавшего привода, т.е.

редуктор отказавшего привода работает в режиме мультипликатора.

а) C B=H B'' B' A A'' A' O б) в) Рис. 9. Резервированный силовой минипривод а) конструкция ИМ, б) расположение в элероне ИМ привода, в) конструктивная схема рычажного механизма привода Схема силового минипривода для беспилотного ЛА показана на рис. 10 [15].

Данный силовой минипривод, обладающий высокой удельной мощностью и моментом, сверхплотной компоновкой, позволяет совместить в себе арретирное устройство и опорное устройство руля ЛА, при этом габариты силового минипривода совпадут с габаритами опорного устройства.

Разработаны рекомендации для разбиения общего передаточного числа волновой передачи на ступени с точки зрения оптимизации габаритов и компоновки (встраивания одних элементов силового минипривода в другие).

Обосновано построение ряда ВПШ(Р) на основе стандартизованных тел качения ( dш = 2; 3;4;5;6;7;8;9;10 мм согласно ГОСТ 3722-81), что позволяет унифицировать передаточные числа ступеней ( q = 8;10;12;14;16;18;20 ) и момент нагрузки.

Рис. 10. Конструкция силового минипривода беспилотного ЛА В третьей главе рассмотрено влияние характеристик ВПШ(Р) на частотные характеристики привода. Исследования показали, что конструктивные параметры передачи не оказывают влияние на динамические характеристики привода.

Исследована динамика резервированного силового минипривода, расположенного внутри элерона (рис. 9). Выявлена специфическая нелинейность, обусловленная размещением электромеханического привода с ВПШ(Р) внутри элерона. Определены зависимости угла поворота элерона с и передаточного числа рычажного механизма qрм от угла поворота выходного звена ВПШ(Р) привода им. На рис. 11.

показаны графики точной, упрощенной и линейной зависимостей с им и ( ) qрм им.

( ) Составлены математические модели для анализа влияния нелинейности рычажного механизма на динамику привода элерона: M1 с реальной зависимостью передаточного числа и M2 с постоянным значением передаточного числа. Модель M1 привода в среде MATLAB – Simulink показана на рис. 12. Моделирование различных ступенчатых и гармонических задающих сигналов показало, что значение координаты с t моделей M1 и M2 отличаются не более чем на 22 угловые минуты. Отсюда ( ) можно сделать вывод, что при рассмотрении влияния привода на динамические характеристики системы автоматического управления ЛА модель привода может рассматриваться как имеющая постоянное передаточное число (т.е. модель M2). Однако, при построении систем контроля состояния привода, основанных на соответствии измеряемых фазовых координат (таких, как uдв t, iя t, Mдв t ) моделируе( ) ( ) ( ) мым в режиме реального времени, на некоторых режимах имеет место существенное отличие значений вышеназванных фазовых координат между моделями M1 и M2. Следовательно, для систем контроля состояния привода целесообразно применить модель M1.

Моделирование пока6 зало, что при удержании с.max=25 ° элерона в положениях, со25 5.им.min=-65,3° ответствующих с >10° и 20 с при отработке гармониче15 с.упр 4.ского сигнала малой амс.лин плитуды относительно по10 добным образом отклоненqрм ного положения, у привода, qрм.упр qрм.max=3,25 3.расположенного внутри 0 qрм.лин элерона, имеет место со-5 2.кращение напряжения и qрм.min=2,тока до 19%, средней по-10 требляемой энергии до -15 1.34% по сравнению с приим.max=68,2° -20 1 водом, имеющим постоянс.min=-25 ° ное значение передаточно-25 0.го числа, что делает эту -30 схему перспективной для -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 им, ° управления элевонами и флаперонами ЛА.

Рис. 11. График зависимостей с им и qрм им ( ) ( ) Рис. 12. Модель M1 привода в среде MATLAB – Simulink рм с q, ° В четвертой главе при помощи программных средств CAE проведено исследование напряженно-деформированного состояния ВПШ(Р). Для этого в программном пакете SolidWorks создана модель-сборка передачи и при помощи пакета конечноэлементного анализа COSMOSWorks получено распределение напряжения (рис.

13а) и перемещения (рис. 13б) по конструкции передачи.

Полученные результаты моделирования позволили:

• подтвердить нагрузочную способность передачи посредством анализа напряжений в конструкции при нагружении ее максимальным расчетным крутящим моментом;

• подтвердить линейность нагрузочной характеристики передачи, выразившуюся в независимости значения жесткости от момента нагрузки, а также высокое значение жесткости передачи.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»