POGALOVLAB

Лабораторная работа № 11.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СБОРКИ МЕХАНИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Цель работы: 1)изучить конструкции механических установок с редукторами – цилиндрическим, червячным, планетарным; 2)определить основные параметры передач редукторов; 3)определить КПД установок; 4)оценить качество сборки установок по величине КПД.

Продолжительность работы – 6 часов.

Оборудование, аппаратура, инструмент: 1)лабораторная установка ДП3 с многоступенчатым цилиндрическим редуктором; 2)лабораторная установка ДП4 с червячным редуктором; 3)лабораторная установка ДП5 с планетарным редуктором; 4)приспособления для тарировки пружин электродвигателя и тормозного устройства установок; 5)тахометр, секундомер; 6)штангенциркуль, линейка, отвертка; 7)микрокалькулятор; 8)чертежные принадлежности.

Теоретические сведения

При установившемся движении машины работа движущих сил Aдв равна сумме работ сил полезного сопротивления Aпс и работе сил вредного сопротивления Aвс, т.е. имеет место следующее соотношение:

Aдв= Aпс+ Aвс

Силы вредного сопротивления в любой реальной машине имеют место, поэтому

работа сил движущих всегда больше работы сил полезного сопротивления

Aдв> Aпс

Потерянная работа Aпот для машины равна

Aпот= Aдв -Aпс= Aвс

и коэффициент рабочих потерь

ψ = Апот/Адв = Авс/Адв

91

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

б

Рис.1.Схемы соединения последовательного (а) и параллельного (б) механизмов

Коэффициент полезного действия (КПД) машины

КПД является одной из основных характеристик машины – чем выше η, тем меньшая часть энергии расходуется на вредные сопротивления, тем рациональнее используется поступающая энергия. КПД машины с последовательным (см. рис.1,а) соединением отдельных механизмов равен произведению частных КПД:

где ηi - КПД отдельных, последовательно соединенных механизмов.

Для машины с параллельным (см. рис. 1,б) соединением нескольких механизмов с общим источником энергии записать:

где Aдвi и Aпсi - работы соответственно движущих сил и сил полезного сопротивления отдельных механизмов.

Поскольку

92

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

то общий КПД ηΣ всей машины с параллельным соединением механизмов будет равен

Для установившегося движения отношение работ можно заменить отношением соответствующих мощностей:

где Pдв и Рвых - мощность соответственно движущих сил и сил полезного сопротивления, которые можно выразить крутящий момент и угловую скорость:

электродвигателя до выходного (рабочего) вала машины. Из соотношения (1) легко получить известную зависимость между моментами на ведущем и выходном валах:

вых = дв ∙ ∙ или дв = в∙ых

Экспериментально определение КПД редукторов производится с помощью зависимости (1) на специальных лабораторных установках.

93

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Описание лабораторных установок

Лабораторные установки состоят (см. рис. 2) из основания 1, электродвигателя 2, муфты 3, редуктора 4 и тормозного (нагрузочного) устройства 5. Лабораторные установки выполнены по единой схеме (рис. 2) и отличаются друг от друга устройством редукторов и тормозов.

Рис.2. Схема лабораторной установки с колодочным тормозом.

Статор электродвигателя 2 закреплен в рамке 6, которая может свободно поворачиваться в шарикоподшипниках, т.е. в установках использован так называемый балансирный электродвигатель. При включении электродвигателя реактивный момент статора (равный по величине моменту, отбираемому с вала ротора) воспринимается плоской пружиной 7. Величина деформации пружины 7, пропорциональная моменту статора, измеряется с помощью индикатора 8. Статор удерживается винтовой пружиной 9 с целью избежания ударных нагрузок во время пуска электродвигателя. Муфта 3 –

94

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

компенсирующая, двухпальцевая эластичная, - служит для соединения вала электродвигателя с входным валом редуктора.

Редуктор 4 снабжен съемной крышкой из прозрачного оргстекла для визуального осмотра передаточного механизма, а также для проведения необходимых замеров при выполнении лабораторной работы.

Влабораторных условиях использованы редукторы: многоступенчатый цилиндрический, червячный, планетарный. Основные технические данные редукторов приведены ниже.

Тормозное устройство 5, представляющее собой колодочный тормоз, служит для создания крутящего момента на выходном валу редуктора, имитирующего рабочую нагрузку. Устройство состоит из шкива 10, закрепленного на выходном валу редуктора и двух скоб 11 с тормозными колодками 12. Скобы 11 соединены между собой, с одной стороны шарниром, а с другой стороны винтом 13 с маховиком 14. При вращении маховика 14, скобы 11 сближаются (или расходятся), увеличивая (или уменьшая) давление колодок на шкив, тем самым изменяя величину тормозного момента на выходном валу редуктора.

При вращении шкива 10 скобы 11 удерживаются от кругового вращения плоской пружиной 15. Деформация этой пружины, пропорциональная тормозному моменту, измеряется с помощью индикатора 16.

Внекоторых конструкциях лабораторных установок в качестве нагрузочного устройства вместо колодочного тормоза используется магнитный порошковый тормоз.

Принцип действия такого тормоза основан на свойстве намагниченной среды оказывать сопротивление перемещению в ней ферромагнитных тел. В таких приборах выходной вал редуктора соединяется муфтой с валом тормоза, а корпус тормоза, установленный балансирно относительно основания прибора, удерживается от кругового вращения плоской пружиной.

При повороте статора электродвигателя и тормозного устройства пружины 7 и 15, деформируясь, передают перемещения на ножки индикаторов. Пружины 7 и 15 предварительно тарируются с помощью специальных рычагов и грузов.

Для тарировки пружины 7 тарировочный рычаг устанавливают в прорези статора электродвигателя. Индикатор 8 устанавливают на нуль. Перемещая ступенчато груз по рычагу, получают фиксированные значения величины момента на статоре и соответствующие им деформации пружины 7, а так же соответствующие перемещения ножки индикатора 8. По показаниям индикатора и величине момента устанавливают цену

деления индикатора 8, для чего строят тарировочный график зависимости показаний

95

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

индикатора в функции момента на статоре. Аналогичным образом проводят тарировку пружины 15 на тормозном устройстве и строят тарировочный график зависимости показаний индикатора 16 в функции момента на валу тормоза.

На левом конце вала электродвигателя (рис. 2) установлен тахометр для измерения частоты вращения ротора. Частоту вращения вала электродвигателя nэл. можно так же определить с помощью секундомера. Замерив частоту nвых вращения выходного вала

редуктора, и воспользовавшись формулой= ∙ ,

эл вых

где u – передаточное число редуктора.

Основные характеристики лабораторных установок ДП3, ДП4 и ДП5

Электродвигатель: Тип – СЛ 521 – К Мощность – 20 Вт Напряжение – 110 В Род тока – постоянный

Номинальная частота вращения – 1000 об/мин Номинальный момент – до 200 Н мм Способ измерения момента – индикатором

Нагрузочное устройство:

Тормозной момент на выходе редуктора – до 3000 Н мм Способ измерения момента – индикатором

Редукторы:

1.Цилиндрический (установка ДП3)

Кинематическая схема редуктора показана (в развернутом виде) на рис.3: Количество пар прямозубых цилиндрических колес – 6;

передаточное число каждой пары uj = 1,71; общее передаточное число редуктора u ≈ 25;

96

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

z6 IY

z9

z8 Y

z11

z10 YI

z12

Рис. 3 Кинематическая схема редуктора установки ДП3.

2.Червячный (установка ДП4)

Кинематическая схема редуктора показана на рис. 4:

3

1

2

I

6

4

5 II

7

Рис. 4 Кинематическая схема редуктора установки ДП4

97

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

модуль зацепления – m=1,5 мм; относительный диаметр червяка – q=14 3. Планетарный (установка ДП5)

Кинематическая схема редуктора показана на рис.5:

Рис.5 Кинематическая схема установки ДП5.

Лабораторное задание

Для каждой лабораторной установки (ДП3, ДП4, ДП5) определить:

1)цену деления индикаторов, фиксирующих деформации плоских пружин на электродвигателе и тормозном устройстве;

2)зависимость КПД в функции от нагрузки (от величины крутящего момента на тормозном устройстве).

Методические указания Перед тем как приступить к выполнению работы, необходимо ознакомится с

рекомендованной литературой по данной теме.Перед проведением опытов снять нагрузку с тормозного устройства. Включить электродвигатель и дать поработать установке 3-5 минут на холостом ходу при номинальной скорости электродвигателя.

98

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

8. Произвести расчет величин КПД для каждой ступени нагрузки по формуле (1):

η = Твых .n100% , u ×Т1

где u – передаточное число редуктора. Данные по расчету η свести в форму табл. 2.

8. По данным табл. 2 построить графики зависимостей КПД η от нагрузки (см. рис. 7) - момента на тормозе – для всех установок.

η%

ДП3

ДП5

ДП4

Твых[Нмм]

Рис.7 Зависимость КПД установок в функции от нагрузки.

Форма таблицы 1. Данные тарировки пружин электродвигателя и тормоза.

100

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com