Теория механизмов и машин. Определение коэффициента полезного действия червячного редуктора. Методические указания

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Автомобильно-транспортный факультет

Кафедра наземных транспортно-технологических машин

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Методические указания

Санкт-Петербург

2013

1

УДК 691.642: 066.354

Рецензент д-р техн. наук профессор С. А. Волков (СПбГАСУ)

Теория механизмов и машин. Определение коэффициента полезного действия червячного редуктора: метод. указания / сост.

В. В. Тихомиров; СПбГАСУ. – СПб., 2013. – 8 с.

Изложен метод экспериментального определения КПД на примере червячного редуктора.

Предназначены к выполнению лабораторной работы по курсу ТММ для студентов специальностей 151600, 190205, 190600, 190701, 190702, 270800.

Ил. 1.

©Санкт-Петербургскийгосударственный архитектурно-строительныйуниверситет,2013

2

ВВЕДЕНИЕ

Целью настоящей лабораторной работы является ознакомление студентов с методикой и простейшими средствами экспериментального определения коэффициента полезного действия (КПД)простейшей механической системы на примере червячного редуктора.

Червячный редуктор включает в себя два подвижных звена

истойку – корпус редуктора. Одно из подвижных звеньев ведущее

иназывается червяком,другое– ведомоеиназывается червячнымколесом. Вместе они образуют двухподвижную кинематическую пару, в которой возможны два независимых движения: качение зубьев

искольжение. Каждое из этих звеньев со стойкой образует вращательные кинематические пары. При передаче механической энергии от червяка к колесу за счет работы сил трения в кинематических парах часть этой энергии рассеивается, в результате чего уровень на ведомом звене ниже уровня на ведущем. Потерям энергии способствуюттакжезатратынаперемешиваниемасла,котороезаливаетсявнутрь корпуса редуктора с целью уменьшения сил трения в кинематическихпарахиулучшениятеплоотводаиззонтрения. Общийкоэффициент полезного действия червячного редуктора:

η = ηз ηп.ч ηп.к ηм ,

где ηз –коэффициентполезного действиязубчатого зацепления; ηп.ч – коэффициент полезного действия подшипников червяка; ηп.к – коэффициент полезного действия подшипников червячного колеса; ηм – коэффициент полезного действия, учитывающий затраты энергии на перемешивание масла.

Расчеты по этой формуле сложны ввиду сложности определения и расчета отдельных компонентов в ее правой части. В связи сэтим удобнопользоваться экспериментальнымиметодами, воснове которых лежит зависимость:

η= NNвых = NNч.к , вх ч

3

где Nвых – мощность, действующая на выходном звене редуктора;

Nвх – мощность, действующая на входном звене редуктора;

Nч.к – мощность червячного колеса.

Оба звена совершают вращательные движения, и для этого случая

N = T ω,

где T – крутящий момент, Н; ω– угловая частота вращения, 1/c. С учетом этого

где u – передаточное отношение редуктора.

Таким образом, для определения величины КПД необходимо измерение крутящих моментов на звеньях механизма. В лабораторной работе это выполняется на специально собранной установке.

1. Описание лабораторной установки

Установка (рисунок) состоит из станины (стойки), приводного электродвигателя, червячного редуктора, тормозного устройства и пружинных измерительных систем, предназначенных для измерения крутящих моментов на ведущем и ведомом звеньях редуктора.

В основе конструкции измерительной системы крутящего момента Tч лежит предположение о равенстве крутящих моментов на

роторе и статоре электродвигателя при его работе. Первый момент передается черезмуфту3на червяк5редуктора 4, второйзамыкается на стойку. Статор 1 соединен со стойкой не жестко, как это делается обычно в машинах, а через посредство плоской пружины 2, при этом специальные подшипниковые узлы дают емувозможность поворачиваться вокруг общей с ротором оси. Этот угол поворота ограничен

(4–5)° и зависит от величины момента Tч , а также упругих свойств пружины 2. Данная пружина является основой измерительной систе-

4

мы и подобрана так, что сила, передаваемая на нее от статора, не вызывает остаточных деформаций, т. е. существует пропорциональная

зависимость междумоментом Tч и прогибомпружины. Зная коэффициент пропорциональности и измеривпрогиб пружины, можно определить момент Tч . Измерения прогиба осуществляются индикатор-

ной головкой 14. Коэффициент пропорциональности находят в процессе тарировки упругой системы, когда при неработающем электродвигателекстаторуприкладываютзаранееизвестныймомент с помощью специального рычага – линейки.

14

13

9

87

Аналогичная измерительная система связана также с ведомым звеном 6 редуктора и установлена на тормозном (нагрузочном) устройстве. Это устройство состоит из шкива 10, жестко связанного со звеном 5, к которому с помощью рычагов 11 и 12 и винтового зажимногоустройства 13прижимаютсяколодки9. Силытрения,возникаю-

5

щие между шкивом 10 и колодками 9 при работе установки, пытаются повернуть рычажную систему вместе с колодками и зажимным устройством в сторону вращения червячного колеса. Этому препятствует пружина 8 измерительной системы и она изгибается. Прогиб пружиныврезультатенагружениясосторонырычажнойсистемытор-

мозного устройства пропорционален моменту Tч.к на выходном зве-

не редуктора.

Таким образом, для определения момента Т необходимо измерить прогиб пружины и установить коэффициент пропорциональности для измерительной системы с помощью операции тарировки.

2. Тарировка измерительных систем

Тарировка выполняется с помощью съемных рычагов – линеек и контрольных грузов с заранее известной массой. В процессе тарировки устанавливается зависимость между прогибом пружин измерительныхсистемимоментом,действующимнаконтролируемоезвено. С этой целью на звено устанавливается линейка, а на нее на определенном расстоянии до оси звена навешивается груз с заранее известной массой, после чего снимается величина прогиба с индикаторной головки. Это производится несколько раз с постепенным увеличением расстояния для подвешивания груза. Результаты фиксируются в специальной таблице в отчете.

Искомая величина (коэффициент пропорциональности) для измерительной системы может быть получена графическим или расчетным путем по формуле

где n– число измерений в период тарировки; ТТ – момент, приложен-

ный к звену на данномизмерении, H м; h– показание индикаторной головки, мм.

6

3.Последовательность выполнения работы

1.Зарисовать схему установки.

2.Протарировать измерительные системы. Данные занести

вотчет. Рассчитать тарировочные коэффициенты.

3.Включитьустановкувсетьипроизвестинагружениевалачервячного колеса тормозными моментами (число ступеней нагружения задается преподавателем). Показания индикатора занести в отчет.

4.Длякаждойступенинагруженияопределитьэкспериментальные значения КПД редуктора. Результат занести в отчет.

5.Построить график зависимости η от Tч.к . Сделать выводы.

7

ТЕОРИЯМЕХАНИЗМОВИМАШИН. ОПРЕДЕЛЕНИЕКОЭФФИЦИЕНТАПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯЧЕРВЯЧНОГОРЕДУКТОРА

Методические указания

Составитель Тихомиров Владимир Владиленович

Редактор О. Д. Камнева Корректор М. А. Молчанова Компьютерная верстка И. А. Яблоковой

Подписано к печати 13.02.13. Формат 60×84 1/16. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 0,5. Тираж 200 экз. Заказ 9. «С» 4.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

8