Оцінка надійності пристроїв керування змінами швидкості через зубчасті диференціали на основі їх енергетичної ефективності

Abstract

Проведені теоретичні дослідження надійності пристроїв зміни швидкості через зубчасті диференціали і замкнуті гідросистеми, на основі їх енергетичної ефективності, визначенням коефіцієнтів корисної дії. Отримані аналітичні вирази для визначення коефіцієнта корисної дії зубчастого диференціала пристрою зміни швидкості з різними комбінаціями ведучої та веденої ланок і ланки керування. Для розв’язання цієї задачі застосований метод потенціальної потужності – виходячи із втрат на тертя у кожному зачепленні зубчастих коліс. Ці втрати пропорціональні добутку колової сили на зубцях і колової швидкості точки початкового кола сателіта по відношенню до водила, або добутку обертального моменту цієї сили на кутову швидкість. За допомогою комп’ютерного моделювання аналітичних виразів, застосуванням програмного пакету MS Excel, можна отримати графічні залежності коефіцієнта корисної дії від передаточного відношення зубчастого зачеплення і кутової швидкості ланок керування – сонячного зубчастого колеса, або епіцикла, або водила. Наведений приклад таких графіків для випадку, коли ведучою ланкою буде сонячне зубчасте колесо, веденою – водило, а ланкою керування зміною швидкості – епіцикл. За отриманими графічними залежностями для коефіцієнта корисної дії зубчастих диференціалів наочно можна прослідкувати зміну його значення в залежності від кутової швидкості ланки керування і передаточного відношення. Це дозволяє оцінити досконалість пристрою зміни швидкості через зубчастий диференціал з замкнутою гідросистемою з точки зору енергозатрат і можливого самогальмування, а також зробити висновки про його надійність. Результати мають практичне застосування на стадії розробки і при проектуванні нових пристроїв керування змінами швидкості та є підґрунтям для подальших досліджень. Рекомендується для впровадження у проектну і конструкторську практику при розробленні конструкцій нових пристроїв зміни швидкості через диференціальні передачі приводів різної техніки та в навчальний процес вищих технічних навчальних закладів у дисципліни машинознавства для вивчення приводів машин.

The theoretical study of the reliability of devices for speed change by gear differentials with closed circuit hydrosystems have been held, based on energy efficiency of such devices, defining efficiency coefficient. The analytical expressions have been obtained for determining the efficiency coefficient of the gear differential of the speed change device with various combinations of driving, driven and control links. To solve this problem, potential power method have been used, based on the frictional losses in each wheel engagement. These losses are proportional to the product of the circular force on the teeth and the velocity of the point on the satellite’s initial circle in relation to the carrier, or the product of the torque from this force and angular velocity. Using computer simulation of analytical expressions, using the MS Excel software package, the graphical dependencies of the performance efficiency from the gear ratio and the angular velocity of the control link – either sun gear, or ring gear or carrier, have been obtained. The example of the graphs have been given for the case when the driving element is a sun gear, driven is a carrier, and the ring gear controls the speed change. The obtained graphic dependences for the performance efficiency of the gear differentials graphically allow you to follow the change in the value of the efficiency, depending on the angular velocity of the control link and the gear ratio. This allows us to evaluate the perfection of a speed change device with gear differential and closed circuit hydrosystem in terms of energy consumption and possible self-braking, and also derive the conclusion about its reliability. The results obtained have practical application at the stage of development and when designing new speed control devices through the sun gear and provide the basis for further research. Recommended for implementation in engineering practice during the design of new speed changing devices through the gear differentials of drives of various techniques and in the educational process of higher technical schools in the discipline of machine science in the study of machine drives at the engineering disciplines in higher educational establishments.