Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Детали машин. Лабораторный практикум.pdf
ω
ω
ω
⋅
ω
η
ηηηηη
⋅⋅⋅
η
=
ηoэη
ηмη
=
ηотη
η
101
Отношение угловой скорости на входе
называют передаточным отношением редуктора:
2
п
1
ω
1
п
2
2
. (3)
и ==
к угловой скорости на выходе
1
Для редуктора уравнение (2) принимает вид:
η
T
=
T
22
⋅
ω
11
T
=
2
. (4)
uT
⋅
121
Здесь и – средние значения вращающих моментов на выходном
T
2
T
1
(момент сил сопротивления) и входном (момент движущих сил) валах редуктора.
Экспериментальное определение КПД основано на измерении значений
и и расчете
T
T
2
1
по формуле (4).
При исследовании КПД редуктора факторами, т.е. параметрами системы, которые оказывают влияние на измеряемую величину и могут целенаправленно изменяться в процессе эксперимента, являются момент сопротивления
на выходном валу и частота вращения входного вала редуктора .
T
2
n
1
Основным путем повышения КПД редукторов является уменьшение потерь мощности, как то: использование более современных систем смазки, исключающих потери на перемешивание и разбрызгивание масла; установка гидродинамических подшипников; проектирование редукторов с наиболее оптимальными параметрами передачи.
КПД всей установки определяется из выражения:
, (5)
=
отмoэpуа
где – КПД зубчатого редуктора;
p
– КПД опор электродвигателя, ;
– КПД муфты, ;
м
– КПД опор тормоза, .
99,0=
от
oэ
98,0
Общий КПД зубчатого многоступенчатого редуктора определяется по
формуле:
, (6)
где – КПД зубчатого зацепления при среднем качестве изготовления
η
зац
при периодической смазке, = 0,95 – 0,96;
– КПД пары подшипников зависит от конструкции их, качества
под
η
зац
п
зацр
к
под
ηηηη
⋅⋅=
99,0
п
см
η
ηсмη
102
сборки, способа нагружения и приближенно принимается
ры подшипников качения) и = 0,99 (для пары подшипников скольжения);
под
= 0,995 (для па-
под
– КПД, учитывающий потери на разбрызгивание и перемешивание
масла приближенно принимается = 0,96;
к
– число пар подшипников;
η
см
п – число пар зубчатых колес.
3 Описание объекта исследования, приборов и инструментов
Данная лабораторная работа выполняется на установке ДП-3А, позволяющей экспериментально определить КПД зубчатого редуктора. Установка
ДП-3А (рисунок 1) смонтирована на литом металлическом основании 2 и состоит из узла электродвигателя 3 (источник механической энергии) с тахометром 5, нагрузочного устройства 11 (потребитель энергии), испытуемого редуктора 8 и упругих муфт 9.
Рисунок 1 – Принципиальная схема установки ДП-3А
Нагрузочное устройство 11 представляет собой магнитный порошковый
тормоз, имитирующий рабочую нагрузку редуктора. Статор нагрузочного устройства представляет собой электромагнит, в магнитный зазор которого помещен полый цилиндр с валиком (ротор нагрузочного устройства). Внутренняя
полость нагрузочного устройства заполнена массой, представляющей собой
смесь карбонильного порошка с минеральным маслом.
Два регулятора: потенциометры 15 и 18 позволяют регулировать частоту вращения вала электродвигателя и величину тормозного момента нагрузочного устройства соответственно. Частоту вращения контролируют с помощью тахометра 5.
103
Величины вращающих моментов на валах электродвигателя и тормоза
определяют посредством устройств, включающих в себя плоскую пружину 6 и
индикаторы часового типа 7, 12. Опоры 1 и 10 на подшипниках качения
обеспечивают возможность поворота статора и ротора (и у двигателя, и у тормоза) относительно основания.
Таким образом, при подаче электрического тока (включить тумблер 14,
загорается сигнальная лампа 16) в обмотку статора электродвигателя 3 ротор
получает момент вращения, а статор – реактивный момент, равный моменту
вращения и направленный в противоположную сторону. При этом статор под
действием реактивного момента отклоняется (балансирный электродвигатель)
от первоначального положения в зависимости от величины тормозного момента на ведомом валу редуктора . Эти угловые перемещения корпуса статора
электродвигателя измеряют числом делений , на которое отклоняется стрел-
Т
2
П
1
ка индикатора 7.
Соответственно при подаче электрического тока (включить тумблер 17)
в обмотку электромагнита магнитная смесь оказывает сопротивление вращению ротора, т.е. создает тормозной момент на выходном валу редуктора, регистрируемый аналогичным устройством (индикатор 12), показывающим величину деформации (число делений ).
П
2
Пружины измерительных приборов предварительно тарируют. Их деформации пропорциональны величинам вращающих моментов на валу электродвигателя
и выходном валу редуктора , т.е. величинам момента сил
Т
1
Т
2
движущих и момента сил сопротивления (тормозного).
Редуктор 8 состоит из шести одинаковых пар зубчатых колес, установленных на шарикоподшипниковых опорах в корпусе.
Кинематическая схема установки ДП 3А представлена на рисунке 2, а
основные параметры установки приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Техническая характеристика установки
Буквенное
Наименование параметра
Количество пар прямозубых цилиндрических колес в
редукторе
Передаточное число редуктора 25
Модуль передачи, мм
⋅
Номинальный момент на валу электродвигателя, Н
⋅
Тормозной момент на валу тормоза, Н
Число оборотов вала электродвигателя, об/мин
мм
мм
обозначение
величины
п
и
т1
T
1
T
2
n
1
Значение
6
200
до 3000
1000
М
ηMη
η
η
104
1 - электродвигатель; 2 – муфта; 3 – редуктор; 4 – тормоз.
Рисунок 2- Кинематическая схема установки ДП-3А
4 Методика проведения исследований и обработка результатов
4.1 Экспериментальное значение КПД зубчатого редуктора определяется
по формуле
:
η
=
1
2
uТ
⋅⋅⋅
, (7)
22
ηη
под
Т
где – момент сил сопротивления (вращающий момент на валу тормо-
T
2
за), Н
ля), Н
⋅
мм;
– момент сил движущих (вращающий момент на валу электродвигате-
T
1
⋅
мм;
u – передаточное число зубчатого редуктора;
– КПД упругой муфты; = 0,99;
M
– КПД подшипников опор, на которых установлены электродвига-
под
тель и тормоз; = 0,99.
под
4.2 Экспериментальные испытания предполагают измерение вращающего момента на валу электродвигателя при заданной скорости вращения. При
этом на выходном валу редуктора последовательно создают определенные тормозные моменты по соответствующим показаниям индикатора 12.
+
⋅
=
+⋅=
⋅
=
105
Во время включения электродвигателя тумблером 14 (рисунок 1) статор
электродвигателя
жине.
поддерживать рукой для предотвращения удара по пру-
Включить тормоз тумблером 17, после этого стрелки индикаторов уста-
навливаются на ноль.
При помощи потенциометра 15 установить на тахометре требуемое чис-
ло оборотов вала двигателя, например – 200 (таблица 2).
Потенциометром 18 на выходном валу редуктора создаются тормозные
моменты , соответствующие показаниям индикатора 12.
T
2
Зафиксировать показания индикатора 7, чтобы определить вращающий
момент на валу электродвигателя .
T
1
После каждой серии измерений на одну скорость, потенциометры 15 и
18 выводятся в крайнее против часовой стрелки положение.
Таблица 2 – Рекомендуемая программа испытаний
Частота вращения вала
электродвигателя, об/мин
200, 350, 550, 700 120, 135, 150, 165, 180, 195
850, 1000 100, 105, 120, 135, 150, 160
n
1
Показания индикатора 12,
П
2
4.3 Изменяя нагрузку на тормозе потенциометром 18 и на двигателе по-
тенциометром 15 (см. рисунок 1) при неизменной скорости вращения двигателя записать пять показаний индикатора 7 и 12 ( и ) в таблицу 3.
П
П
1
2
Таблица 3 – Результаты испытаний
Число оборотов вала
электродвигателя
,
об/мин
п
1
,
Показания
индикатора
7
П
1
Вращающий момент на валу электродвигателя,
,
= КПТ
Н ⋅ мм
37
111
Показания
индикатора 12
П
2
Вращающий
момент на
валу тормоза,
Н ⋅ мм
КПТ ⋅
,
222
КПД экспериментальный,
формула
(7)
4.4 Повторить пункты 4.2 и 4.3 при числе оборотов двигателя 200, 350,
550, 700, 850, 1000 об/мин.
4.5 Определить вращающие моменты на валах электродвигателя и тор-
моза:
⋅
мм,
, Н
37
КПТ
111
Н⋅ мм,
,
КПТ
222
(
=
η
(
η
где и – коэффициенты пропорциональности (тарировочные):
К
К
П
1
К
2
= 2,64 Н⋅ мм/дел; = 25,6 Н⋅ мм/дел;
1
и – показания индикаторов 7 и 12 соответственно.
П
1
2
К
106
2
4.6 Определить по формуле (7) экспериментальный коэффициент по-
лезного действия зубчатого редуктора.
4.7 Определить по формуле (6) экспериментальный коэффициент по-
лезного действия зубчатого редуктора.
)
4.8 Построить графики зависимости
для различных частот
Tf
2
вращения вала электродвигателя.
5 Содержание и оформление отчета
5.1 Титульный лист.
5.2 Цель работы.
5.3 Кинематическая схема установки.
)
5.4 Результаты испытаний: таблица 3; графики зависимости
.
Tf=
2
5.5 Выводы по лабораторной работе.
6 Вопросы для самоконтроля
1. Какова цель данной лабораторной работы?
2. Дайте определение понятия «механический коэффициент полезного
действия».
3. Чем вызвано определение понятия КПД?
4. Каково назначение редуктора?
5. От каких параметров зависит КПД установки и редуктора?
6. Расскажите об устройстве лабораторной установки ДП-3А.
7. Каков принцип работы установки ДП-3А?
8. Как производится нагружение зубчатого редуктора?
9. Принцип работы нагрузочного устройства установки ДП-3А.
10. Как определяется общий КПД зубчатой передачи расчетным путем?
11. Как определяется КПД редуктора экспериментально?
12. Нарисовать схему зубчатого шестиступенчатого редуктора.
13. Что такое балансирный электродвигатель?
14. Порядок проведения испытаний на установке ДП-3А.
15. Назовите пути повышения КПД редуктора.
ψ
f
ψ
(
+
ψ
ψ
ψ
(
−
=
η
η
ψ
107
Лабораторная работа 10
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
ПЛАНЕТАРНОГО РЕДУКТОРА
1 Цель работы
• Аналитическое определение коэффициента полезного действия (КПД)
зубчатого планетарного редуктора.
Экспериментальное определение КПД зубчатого планетарного редук-
•
тора.
•
Сравнение и анализ полученных результатов.
2 Теоретические положения
Основные положения, определяющие преобразование энергии в механизмах, изложены в работе по исследованию КПД зубчатого редуктора (лабораторная работа 8).
КПД зубчатой планетарной передачи определяется:
[]
()
3
ψψψη
т
ГП
%1001
⋅++−=
, (1)
⎛
3
3,2ZZf
⎜
⎜
⎝
⎞
11
⎟
+⋅⋅=
– коэффициент потерь в зацеплении; где
⎟
⎠
21
– коэффициент трения в зацеплении, f = 0,06 – 0,1;
– число зубьев шестерни;
Z
1
– число зубьев колеса;
Z
2
– коэффициент потерь в подшипниках;
П
– коэффициент гидравлических потерь;
Г
)
ГП
;
03,0015,0 −=
т – число зацеплений в передаче.
КПД планетарной передачи также можно определить по формуле:
и
−= 1
1 , (2)
и
т
)
ηη
−⋅
зац
1
где – передаточное число редуктора; и
– КПД зубчатого зацепления; 96,0...95,0
зац
Потери в подшипниках
зац
у планетарной передачи меньше, чем у зуб-
П
.
чатой цилиндрической из-за симметрично приложенной нагрузки. Однако гид-
ψ
108
равлические потери
могут превосходить аналогичные у зубчатой переда-
Г
чи, т.к. вращающиеся сателлиты входят в масляную ванну с ударом и интенсивно перемешивают смазку.
3 Описание объекта исследования, приборов и инструментов
Данная лабораторная работа выполняется на установке ДП-5К, служащей
для экспериментального определения КПД зубчатого планетарного редуктора.
Основные параметры установки приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Техническая характеристика установки
Наименование параметра
Число зубьев больших колес 87
Число зубьев малых колес 17
Передаточное число редуктора 25,2
Модуль передачи, мм
⋅
⋅
мм
мм
Номинальный момент на ведущем валу, Н
Тормозной момент на ведомом валу, Н
Число оборотов вала электродвигателя, об/мин
Буквенное
обозначение
величины
, ZZ
42
, ZZ
31
u
m
T
1
T
2
n
дв
Значение
0,8
200
до 5000
1000
Установка ДП-5К (рисунок 1) по своей конструкции аналогична установке по исследованию КПД зубчатой передачи.
Рисунок 1 – Принципиальная схема установки ДП-5К
=
H
=
=
Н
109
Испытуемый редуктор 8 состоит из шести цилиндрических колес. Ведущее центральное колесо
ное колесо
(
=Z
2
закреплено с корпусом редуктора (рисунок 2). Водило
)
87
()
Z
1
вращается вокруг своей оси, а централь-
17
ZZ с двумя парами колес находится в зацеплении с цен-
17,87
)3(1)4(2
тральными колесами, а вал водила (выходной вал редуктора) соединен через
эластичную муфту 9 с нагрузочным устройством 11.
Кинематическая схема установки ДП – 5К представлена на рисунке 2.
Валы всех зубчатых колес редуктора смонтированы на шарикоподшипниках.
Z
2
3 1 2 2 4
Z
3
Z
1
Z
2
Z
Z
4
3
1 – электродвигатель; 2 – муфта; 3- редуктор; 4 – тормоз.
Рисунок 2- Кинематическая схема установки ДП-5К
При включении электродвигателя создается реактивный момент, который поворачивает статор (балансирный электродвигатель), надавливающий
рычагом на пружину, деформация которой регистрируется индикатором 7
(см. рисунок 1). Вращение ротора электродвигателя передается через упругую
муфту на входной вал редуктора и далее к нагрузочному устройству, которое
имитирует сопротивление рабочей машины. Статор тормоза, под действием
магнитных сил поворачивается вокруг своей оси и надавливает рычагом на
пружину. Деформация пружины передается на шток индикатора 12, а отклонение стрелки индикатора показывает величину деформации пружины, соответствующую определенному тормозному моменту.
Пружины измерительных устройств предварительно тарируют. Для этого
рычаги тарировочных приспособлений закрепляют на тормозе или электродвигателе, груз устанавливают на рычаге на нулевую отметку, а стрелку индикатора на ноль. Передвигая груз по рычагу, фиксируют отклонение стрелки. Цена
деления индикатора будет соответствовать моменту, равному произведению
веса груза на величину его перемещения, поделенному на число делений, на которое отклонилась стрелка.
М
=
ηМη
η
η
⋅
=
⋅
=
110
4 Методика проведения исследований и обработка результатов
4.1 Экспериментальное значение КПД планетарного редуктора опреде-
ляется по формуле:
η
=
1
2
uТ
⋅⋅⋅
, (3)
22
ηη
под
Т
где – момент сил сопротивления (вращающий момент на валу тормо-
Т
2
за), Н
ля), Н
⋅
мм;
– момент сил движущих (вращающий момент на валу электродвигате-
Т
1
⋅
мм;
u – передаточное число планетарного редуктора;
– КПД упругой муфты, ;
– КПД пары подшипников, на которых установлены статоры элек-
под
тродвигателя и тормоза; = 0,99.
под
М
99,0
4.2 Во время включения электродвигателя тумблером 14 (см. рисунок 1)
статор электродвигателя необходимо придерживать рукой. Включить тор-
моз тумблером 17, после этого стрелки индикаторов устанавливаются на ноль.
При помощи потенциометра 18 установить на тахометре число оборотов. Затем, изменяя нагрузку, установить по стрелке индикатора 12 заданный тормозной момент. Рукояткой потенциометра 15 добиваются постоянной скорости вращения. По показаниям индикатора 7 в соответствии с тарировочным
коэффициентом определяют момент на валу электродвигателя. Программа
испытаний (таблица 2) предполагает регистрацию показаний индикатора 7
при различных тормозных моментах (выставляемых по показаниям индикатора
12) и при постоянной скорости. Показания записывают в таблицу 3.
4.3 На следующем этапе испытаний следует повторить пункт 4.2;при
частотах вращения вала электродвигателя: 200, 350, 550, 700, 850, 1000 об/мин.
Таблица 2 – Рекомендуемая программа испытаний
Частота вращения вала
электродвигателя, об/мин
200, 350, 550, 700 120, 135, 150, 165, 180, 195
850, 1000 100, 105, 120, 135, 150, 160
n
1
Показания индикатора 12,
П
2
4.4 Определить вращающие моменты на валах электродвигателя и тор-
моза по выражениям:
⋅
мм;
Н
,
КПТ
111
Н
где и – коэффициенты пропорциональности (тарировочные):
К
К
1
2
КПТ
⋅
мм,
,
222