Algorithm for designing of speed change control devices through a gear differential with a closed-loop hydraulic system

Abstract

У механічних приводах машин і різних засобах виробництва виникає необхідність керування змінами швидкості їх виконавчих механізмів. Для цього використовуються ступінчасті й безступінчасті коробки швидкостей. Відомі пристрої керування змінами швидкості мають багато недоліків, які негативно впливають на довговічність і надійність компонентів приводів і машин у цілому. Основними недоліками існуючого ступінчастого керування швидкістю є складність конструкції, велика матеріаломісткість, складність автоматизації, виникнення динамічних навантажень під час переходів із однієї швидкості на іншу, а традиційного безступінчастого – інтенсивне спрацювання деталей внаслідок використання фрикційних зв’язків стрічкових, колодкових або дискових гальм та блокувальних фрикційних муфт. Останнім часом у техніці широко застосовуються комбіновані пристрої зміни швидкості з зубчастими диференціалами і блокувальними фрикційними гальмами і муфтами. Це пов’язано з тим, що зубчастий диференціал володіє двома степенями вільності й в передачі руху приймає три ланки – сонячне зубчасте колесо, епіцикл і водило. Запропоновано, щоб ланка для керування процесом зміни швидкості між ведучою і веденою ланками змінювала швидкість за допомогою зупинника обертального руху у вигляді замкнутої гідросистеми. Це дозволяє підвищити зносостійкість таких пристроїв і забезпечує плавність їх роботи. Для цього розроблені на рівні патентів на винаходи і корисні моделі ряд нових пристроїв керування змінами швидкості та проведені теоретично-комп’ютерні кінематичні, енергетичні й силові дослідження. Метою даної роботи є приведення алгоритму застосування результатів досліджень при проектуванні пристроїв керування змінами швидкості. Відповідно до вихідних даних завдання на проектування пристрою керування змінами швидкості процес починається з вибору кінематичної схеми зубчастого диференціала, вибору ланки керування, обгрунтування його енергетичної ефективності коефіцієнтом корисної дії. Далі переходять до визначення числа зубців сонячного зубчастого колеса, сателітів і епіциклу та числа сателітів, користуючись класичними порадами. Для цього складають три рівняння: заданого передавального відношення; співвісності сонячного зубчастого колеса і епіциклу; складання й однієї нерівністі для числа сателітів – обмеження з умови сусідства. Уточняються кінематичні параметри користуючись результатами кінематичного дослідження. Після цього виконують попередні розрахунки на міцність деталей зубчастого диференціала. Тут визначають геометричні розміри зубчастих коліс, валів і водила, які будуть використані в динамічній моделі пристрою для керування змінами швидкості. Розрахунки виконують методами, приведеними в деталях машин. Потім переходять до вибору шестерінчастого гідронасоса і компонентів зупинника обертального руху у вигляді замкнутої гідросистеми та його привода від ланки керування, користуючись порадами проведених досліджень. Далі на основі динамічної моделі та отримані остаточних виразів швидкостей або обертальних моментів інерції ведучої і веденої ланок та використовуючи зв’язки між цими параметрами у зубчастому диференціалі можна проаналізувати його роботу. І, накінець, виконується 3D модель пристрою. При остаточному виборі оптимального варіанта, після різних уточнень, приступають до розроблення технічної документації пристрою зміни швидкості за допомого зубчастого диференціала й зупинника обертального руху у вигляді замкнутої гідросистеми. Ключові слова: пристрій для керування змінами швидкості, зубчастий диференціал, замкнута гідросистема, сонячне зубчасте колесо, епіцикл, водило, сателіт.

The algorithm of practical application of researches results of speed changes management devices with a gear differential and the stopper of rotational movement in the form of the closed-loop hydraulic system has been described. An example is a single-stage single-row gear differential, when the driving link is a sun gear, driven is a ring gear, and the control link is a carrier. For such a device, the order of execution of in design steps has been described. The described execution procedure of speed change devices designing will be valid for all kinematic schemes of single- and multistage gear differentials with stoppers of rotational movement in the form of the closed-loop hydraulic systems with control through carriers.