Determinazione del rendimento di un cambio ad ingranaggi cilindrici. Determinazione dell'efficienza di un riduttore multistadio Versioni di progetto in base al metodo di installazione

Lavoro di laboratorio № 5.

Studio Efficienza del cambio.

Scopi e obiettivi del lavoro : studio del metodo di determinazione sperimentale del coefficiente azione utile(rendimento) del cambio, ottenendo la dipendenza del rendimento del cambio dal valore del momento resistente applicato all'albero di uscita del cambio, stimando i parametri del modello matematico che descrive la dipendenza del rendimento del cambio dal momento resistente e determinazione del valore del momento resistente corrispondente al valore massimo del rendimento.

5.1 Informazioni generali sull'efficienza dei meccanismi.

L'energia fornita al meccanismo sotto forma di lavoro A d delle forze motrici e dei momenti per ciclo di uno stato stazionario viene spesa per eseguire lavoro utile A ps cioè. lavoro di forze e momenti di resistenza utile, nonché di eseguire lavoro A t associato al superamento delle forze di attrito in coppie cinematiche e forze di resistenza ambientale: A d = A ps + A t. I valori di A ps e A t sono sostituito in questa e nelle successive equazioni in base al valore assoluto. L'efficienza meccanica è il rapporto:

Pertanto, l’efficienza mostra quanta parte dell’energia meccanica fornita alla macchina viene utilmente spesa per eseguire il lavoro per il quale la macchina è stata creata, vale a dire è una caratteristica importante del meccanismo della macchina. Poiché le perdite per attrito sono inevitabili, lo sono sempre<1. В уравнении (5.1) вместо работ А д и А пс, совершаемых за цикл, можно подставлять средние за цикл значения соответствующих мощностей:

(5.2)

Riduttoreè un meccanismo ad ingranaggi progettato per ridurre la velocità angolare dell'albero di uscita rispetto a quello di ingresso. Il rapporto tra la velocità angolare in ingresso e la velocità angolare in uscita è chiamato rapporto di trasmissione:

Per il riduttore, l’equazione (5.2) assume la forma:

(5.4)

Qui M CON loro D- valori medi dei momenti sugli alberi di uscita e di ingresso del riduttore. La determinazione sperimentale dell'efficienza si basa sulla misurazione dei valori di M CON E M d e calcolo utilizzando la formula (5.4).

5.2.Fattori. Determinazione del campo di variazione dei fattori.

Nella prima fase dell'esperimento è necessario determinare i valori limite dei fattori che possono essere implementati e misurati in un dato impianto e costruire un campo di variazione dei fattori. Questo campo può essere costruito approssimativamente utilizzando quattro punti. Per fare ciò, al momento minimo di resistenza (il freno dell'unità è disattivato), il regolatore della velocità di rotazione imposta i suoi valori minimo e massimo. Il registro registra le letture del contagiri e , nonché le corrispondenti letture dell'indicatore dei freni e . In questo caso, se il valore supera il limite superiore della scala del tachimetro, viene considerato uguale al valore più alto di questa scala.

Quindi accendere il freno e utilizzare il regolatore di coppia per impostare il momento di resistenza massimo M Cmax. Il regolatore della velocità di rotazione imposta prima il valore massimo di frequenza per un dato carico, e poi il valore minimo stabile (circa 200 giri/min). I valori di frequenza vengono registrati nel registro e le letture corrispondenti dell'indicatore di frenata e. Rappresentando i quattro punti risultanti sul piano delle coordinate e collegandoli con linee rette, viene costruito un campo di variazione del fattore (Fig. 5.1). All'interno di questo campo (con alcune deviazioni dai confini), viene scelta un'area di ricerca: i limiti del cambiamento dei fattori nell'esperimento. In un esperimento a un fattore, solo uno dei fattori viene modificato, tutti gli altri vengono mantenuti a un dato livello costante. In questo caso l’area di studio è un segmento di retta (vedi Fig. 5.1, retta n D=cost).

5.3. Selezione del modello e pianificazione sperimentale.

I polinomi sono spesso utilizzati come modello matematico del processo in studio. In questo caso, per dipendenza al n D=cost

accettiamo un polinomio della forma

L'obiettivo dell'esperimento è ottenere dati empirici per calcolare le stime dei coefficienti di questo modello. Poiché per M C = 0 l'efficienza del sistema è zero, il polinomio può essere semplificato eliminando il termine B 0 , che è uguale a zero. I risultati dell'esperimento vengono elaborati su un computer utilizzando il programma "KPD", che consente di determinare i coefficienti del modello b k e grafici delle dipendenze di stampa: sperimentali indicando gli intervalli di confidenza e il modello costruito, nonché il valore del momento resistente M C0, corrispondente al massimo

5.4. Descrizione del setup sperimentale.

Lo studio sull'efficienza del riduttore viene effettuato utilizzando un'installazione di tipo DP-4. L'installazione (Fig. 5.2) contiene l'oggetto di studio - cambio 2 (planetario, a vite senza fine, in linea, a onda), una fonte di energia meccanica - motore elettrico 1, consumatore di energia - freno elettromagnetico a polvere 3, due regolatori: potenziometro 5 del regolatore di velocità del motore e del potenziometro 4 del regolatore di coppia frenante, nonché un dispositivo per misurare la velocità del motore (contagiri 6) e la coppia sul motore e sull'albero del freno.

I dispositivi per la misurazione delle coppie del motore e dei freni sono simili nel design (Fig. 5.3). Sono costituiti da un supporto con cuscinetti volventi, che permette la rotazione dello statore 1 e del rotore 2 rispetto alla base, da una leva di misura con braccio l E, appoggiato su una molla a balestra 4 e un comparatore 3. La deflessione della molla viene misurata mediante un indicatore, il valore della deflessione è proporzionale alla coppia sullo statore. Il valore della coppia sul rotore viene stimato approssimativamente dalla coppia sullo statore, trascurando i momenti di attrito e le perdite di ventilazione. Per la calibrazione degli indicatori, l'installazione è dotata di leve rimovibili 6, sulle quali vengono applicate le divisioni con incrementi l, e pesi 5. Sulle leve di calibrazione del motore lä = 0,03 m, freni l D=0,04 M. Le masse dei carichi sono: m 5 D= 0,1 kg e m 5t = 1 kg, rispettivamente. Un freno a polvere è un dispositivo costituito da un rotore e uno statore, con polvere ferromagnetica posizionata nello spazio anulare tra di loro. Modificando la tensione sugli avvolgimenti dello statore del freno con il potenziometro 5, è possibile ridurre o aumentare la forza di resistenza al taglio tra le particelle di polvere e il momento di resistenza sull'albero del freno.

5.5. Calibrazione degli indicatori del torsiometro.

Calibrazione- determinazione sperimentale del rapporto (analitico o grafico) tra le letture del dispositivo di misura (indicatore) e il valore misurato (coppia). Durante la calibrazione, il dispositivo di misurazione viene caricato con coppie Mt i di valore noto utilizzando una leva e un peso e le letture dell'indicatore vengono registrate.
Per escludere l'influenza del momento iniziale M t o = G 5 l o, passare dal sistema di coordinate f" 0" M" al sistema f 0 M (Fig. 5.4), ovvero impostare la scala dell'indicatore su zero dopo aver posizionato il carico G 5 al valore zero della scala sulla leva.

Durante la calibrazione, trovare i valori medi delle letture dell'indicatore dei freni a tutti i livelli di carico M t c io. La dipendenza dalla calibrazione per la coppia del motore ha la forma . L'area di studio e i livelli dei fattori durante la calibrazione sono determinati dalla lunghezza e dal passo delle marcature delle leve 6 e dalle masse dei carichi 5.

Per ottenere la dipendenza dalla calibrazione effettuare N esperimenti originali (a diversi livelli del M t io) Con M ripetizioni ad ogni livello, dove N >=k + 1; m >= 2 ; k - numero di coefficienti del modello (prendere N = 5, m >= 2; k - numero di coefficienti del modello (prendere N = 5, m = 3). Coefficienti di dipendenza dalla calibrazione b K calcolato da una serie di risultati di calibrazione su un computer utilizzando il programma "KPD".

Veselova E.V., Narykova N.I.

Ricerca di riduttori strumentali

Linee guida per il lavoro di laboratorio n. 4, 5, 6 per il corso “Fondamenti di progettazione dello strumento”

Originale: 1999

Digitalizzato: 2005

Il layout digitale basato sull'originale è stato compilato da: Alexander A. Efremov, gr. IU1-51

Scopo del lavoro

Familiarizzazione con la progettazione di impianti per determinare l'efficienza dei riduttori.

Determinazione sperimentale ed analitica dell'efficienza di un dato tipo di cambio in funzione del carico sull'albero di uscita.

I dispositivi chiamati unità sono ampiamente utilizzati in vari tipi di dispositivi. Sono costituiti da una fonte di energia (motore), un riduttore e un'apparecchiatura di controllo.

Un cambio è un meccanismo costituito da un sistema di ingranaggi, vite senza fine o ingranaggi planetari che riducono la velocità di rotazione del collegamento condotto rispetto alla velocità di rotazione del collegamento motore.

Un dispositivo simile che serve ad aumentare la velocità di rotazione della maglia condotta rispetto alla velocità di rotazione della maglia motrice è chiamato moltiplicatore.

In questi lavori di laboratorio vengono studiate le seguenti tipologie di riduttori: riduttore elicoidale multistadio, riduttore epicicloidale e riduttore a vite senza fine monostadio.

Il concetto di efficienza

Quando il meccanismo è in movimento costante, la potenza delle forze motrici è interamente spesa per superare resistenze utili e dannose:

Qui P G- potenza delle forze motrici; P C- potenza spesa per vincere la resistenza all'attrito; P N- potenza spesa per superare resistenze utili.

L'efficienza è il rapporto tra la potenza delle forze resistenti utili e la potenza delle forze motrici:

(2)

Gli indici 1-2 indicano che il movimento viene trasmesso dalla maglia 1, alla quale viene applicata la forza motrice, alla maglia 2, alla quale viene applicata la forza resistente utile.

Grandezza
chiamato fattore di perdita di trasmissione. Ovviamente:

(3)

Nel caso di ingranaggi poco caricati (tipici nella costruzione di strumenti), l'efficienza dipende in modo significativo dalle perdite per attrito e dal grado di carico della forza del meccanismo. In questo caso, la formula (3) assume la forma:

(4)

Dove C- coefficiente che tiene conto dell'influenza delle perdite proprie sull'attrito e sul carico F,

Componenti UN E B dipendono dal tipo di trasmissione.

A
coefficiente
riflette l'influenza delle perdite proprie sull'attrito negli ingranaggi leggermente caricati. Con aumento F coefficiente C(F) diminuisce avvicinandosi al valore
ad un grande valore F.

Per connessione seriale M meccanismi con efficienza Efficienza dell'intera connessione dei meccanismi:

(5)

Dove P G- alimentazione fornita al primo meccanismo; P N- potenza rimossa dall'ultimo meccanismo.

Un cambio può essere considerato un dispositivo con un collegamento in serie di ingranaggi e supporti. Quindi l'efficienza è determinata dall'espressione:

(6)

Dove - efficienza io- oh coppie di fidanzamento;
- efficienza di una coppia di supporti; - numero di coppie di supporti.

Sostenere l'efficienza

L'efficienza del supporto è determinata dalla formula

(7)

poiché il rapporto delle potenze all'uscita e all'ingresso del supporto è uguale al rapporto dei momenti corrispondenti dovuto alla costanza della velocità di rotazione. Qui M- coppia sull'albero; M tr- momento di attrito nel supporto.

Il momento di attrito in un cuscinetto volvente può essere determinato dalla formula:

(8)

Dove M 1 - momento di attrito, a seconda del carico sul supporto; M 0 - coppia di attrito, a seconda del design del cuscinetto, della velocità di rotazione e della viscosità del lubrificante.

Nei riduttori strumentali il componente M 1 è molto inferiore al componente M 0 . Possiamo quindi supporre che il momento di attrito dei supporti sia praticamente indipendente dal carico. Di conseguenza, l'efficienza del supporto non dipende dal carico. Quando si calcola l'efficienza di un riduttore, l'efficienza di una coppia di cuscinetti può essere considerata pari a 0,99.

Un riduttore a vite senza fine è una delle classi di riduttori meccanici. I riduttori sono classificati in base al tipo di trasmissione meccanica. La vite che costituisce la base dell'ingranaggio a vite senza fine ha un aspetto simile a una vite senza fine, da cui il nome.

Motore con cambioè un'unità composta da un cambio e un motore elettrico, che sono contenuti in un'unica unità. Motoriduttore a vite senza finecreato per funzionare come motore elettromeccanico in varie macchine di uso generale. È interessante notare che questo tipo di attrezzatura funziona perfettamente sia con carichi costanti che variabili.

In un riduttore a vite senza fine, l'aumento della coppia e la diminuzione della velocità angolare dell'albero di uscita avviene convertendo l'energia contenuta nell'alta velocità angolare e nella bassa coppia sull'albero di ingresso.

Errori nel calcolo e nella selezione del cambio possono portare al suo guasto prematuro e, di conseguenza, nel migliore dei casi alle perdite finanziarie.

Pertanto, il lavoro di calcolo e selezione di un cambio deve essere affidato a specialisti di progettazione esperti che terranno conto di tutti i fattori, dalla posizione del cambio nello spazio e dalle condizioni operative alla sua temperatura di riscaldamento durante il funzionamento. Dopo aver confermato ciò con calcoli appropriati, lo specialista garantirà la selezione del cambio ottimale per la tua guida specifica.

La pratica dimostra che un cambio opportunamente selezionato garantisce una durata di servizio di almeno 7 anni - per i riduttori a vite senza fine e 10-15 anni per i riduttori a denti dritti.

La selezione di qualsiasi cambio viene effettuata in tre fasi:

1. Selezione del tipo di cambio

2. Selezione della taglia (dimensione standard) del riduttore e delle sue caratteristiche.

3. Calcoli di verifica

1. Selezione del tipo di cambio

1.1 Dati iniziali:

Diagramma cinematico dell'azionamento che indica tutti i meccanismi collegati al cambio, la loro disposizione spaziale l'uno rispetto all'altro, indicando le posizioni di montaggio e i metodi di montaggio del cambio.

1.2 Determinazione della posizione degli assi degli alberi del cambio nello spazio.

Riduttori elicoidali:

Gli assi degli alberi di ingresso e di uscita del cambio sono paralleli tra loro e giacciono su un solo piano orizzontale: un cambio cilindrico orizzontale.

Gli assi degli alberi di ingresso e di uscita del cambio sono paralleli tra loro e giacciono su un solo piano verticale: un cambio cilindrico verticale.

L'asse dell'albero di ingresso e di uscita del cambio può trovarsi in qualsiasi posizione spaziale, mentre questi assi si trovano sulla stessa linea retta (coincidono): un cambio cilindrico o epicicloidale coassiale.

Riduttori a coppia conica:

Gli assi degli alberi di ingresso e di uscita del cambio sono perpendicolari tra loro e giacciono su un solo piano orizzontale.

Riduttori a vite senza fine:

Gli assi dell'albero di ingresso e di uscita del cambio possono trovarsi in qualsiasi posizione spaziale, mentre si incrociano con un angolo di 90 gradi tra loro e non si trovano sullo stesso piano: un cambio a vite senza fine a stadio singolo.

Gli assi dell'albero di ingresso e di uscita del cambio possono trovarsi in qualsiasi posizione spaziale, mentre sono paralleli tra loro e non giacciono sullo stesso piano, oppure si incrociano con un angolo di 90 gradi tra loro e non giacciono sullo stesso piano: un cambio a due stadi.

1.3 Determinazione del metodo di fissaggio, posizione di montaggio e possibilità di assemblaggio del riduttore.

Il metodo di fissaggio del riduttore e la posizione di montaggio (montaggio sulla fondazione o sull'albero condotto del meccanismo di azionamento) sono determinati in base alle caratteristiche tecniche fornite nel catalogo singolarmente per ciascun riduttore.

La possibilità di montaggio viene determinata secondo gli schemi riportati nel catalogo. Gli schemi delle “Opzioni di assemblaggio” sono riportati nella sezione “Designazione dei riduttori”.

1.4 Inoltre, quando si sceglie un tipo di riduttore, è possibile prendere in considerazione i seguenti fattori

1) Livello di rumore

• il più basso - per i riduttori a vite senza fine
• il più alto - per riduttori elicoidali e conici

2) Efficienza

• il più alto è per i riduttori epicicloidali e monostadio
• il più basso è per gli ingranaggi a vite senza fine, soprattutto quelli a due stadi

I riduttori a vite senza fine sono preferibilmente utilizzati in modalità operative ripetute e di breve durata

3) Consumo di materiale per gli stessi valori di coppia su un albero lento

• il più basso è per il monostadio planetario

4) Dimensioni a parità di rapporti e coppie:

• quelli assiali più grandi sono per coassiale e planetario
• più grande nella direzione perpendicolare agli assi - per cilindrico
• il più piccolo radiale - planetario.

5) Costo relativo sfregamento/(Nm) a parità di interasse:

• il più alto è per quelli conici
• il più basso è per quelli planetari

2. Selezione della taglia (dimensione standard) del riduttore e delle sue caratteristiche

2.1. Dati iniziali

Schema cinematico dell'azionamento contenente i seguenti dati:

• tipo di macchina motrice (motore);
• coppia richiesta sull'albero di uscita T richiesta, Nm, o potenza del sistema di propulsione P richiesta, kW;
• velocità di rotazione dell'albero ingresso cambio nin, giri/min;
• velocità di rotazione dell'albero di uscita del cambio n out, giri al minuto;
• la natura del carico (uniforme o disomogeneo, reversibile o irreversibile, presenza ed entità di sovraccarichi, presenza di urti, urti, vibrazioni);
• durata di funzionamento richiesta del cambio in ore;
• lavoro medio giornaliero in ore;
• numero di avviamenti orari;
• durata accensione con carico, duty cycle %;
• condizioni ambientali (temperatura, condizioni di rimozione del calore);
• Durata dell'accensione sotto carico;
• carico radiale a sbalzo applicato al centro della parte di atterraggio delle estremità dell'albero di uscita F out e dell'albero di ingresso F in;

2.2. Quando si sceglie la taglia del riduttore vengono calcolati i seguenti parametri:

1) Rapporto di trasmissione

U= n ingresso / n uscita (1)

La soluzione più economica è far funzionare il cambio a una velocità di ingresso inferiore a 1500 giri al minuto e, per un funzionamento più lungo e senza problemi del cambio, si consiglia di utilizzare una velocità dell'albero di ingresso inferiore a 900 giri al minuto.

Il rapporto di trasmissione viene arrotondato nella direzione richiesta al numero più vicino secondo la Tabella 1.

Utilizzando la tabella vengono selezionati i tipi di riduttori che soddisfano un determinato rapporto di trasmissione.

2) Coppia stimata sull'albero di uscita del riduttore

T calc =T richiesto x K rez, (2)

T richiesta - coppia richiesta sull'albero di uscita, Nm (dati iniziali o formula 3)

Modalità K - coefficiente della modalità operativa

Con una potenza nota del sistema di propulsione:

T richiesta = (P richiesta x U x 9550 x efficienza)/ n ingresso, (3)

P richiesto - potenza del sistema di propulsione, kW

nin - velocità di rotazione dell'albero di ingresso del cambio (a condizione che l'albero del sistema di propulsione trasmetta direttamente la rotazione all'albero di ingresso del cambio senza ingranaggio aggiuntivo), giri al minuto

U - rapporto di trasmissione, formula 1

Efficienza: efficienza del cambio

Il coefficiente della modalità operativa è definito come il prodotto dei coefficienti:

Per i riduttori:

K dir = K 1 x K 2 x K 3 x K PV x K rev (4)

Per i riduttori a vite senza fine:

K dir = K 1 x K 2 x K 3 x K PV x K rev x K h (5)

K 1 - coefficiente del tipo e caratteristiche del sistema di propulsione, tabella 2

K 2 - coefficiente di durata operativa tabella 3

K 3 - coefficiente del numero di principi tabella 4

K PV - coefficiente di durata della commutazione tabella 5

K rev - coefficiente di reversibilità, con funzionamento irreversibile K rev = 1,0 con funzionamento inverso K rev = 0,75

Kh è un coefficiente che tiene conto della posizione della coppia di vermi nello spazio. Quando la vite senza fine si trova sotto la ruota, K h = 1,0, quando si trova sopra la ruota, K h = 1,2. Quando la vite senza fine si trova sul lato della ruota, K h = 1,1.

3) Carico radiale stimato del cantilever sull'albero di uscita del riduttore

F out.calc = F out x K modalità, (6)

Fout - carico radiale a sbalzo applicato al centro della parte di atterraggio delle estremità dell'albero di uscita (dati iniziali), N

Modalità K - coefficiente della modalità operativa (formula 4.5)

3. I parametri del cambio selezionato devono soddisfare le seguenti condizioni:

1) T nom > T calc, (7)

Tnom - coppia nominale sull'albero di uscita del riduttore, riportata in questo catalogo nelle specifiche tecniche di ciascun riduttore, Nm

T calc - coppia calcolata sull'albero di uscita del cambio (formula 2), Nm

2) Fnom > Fout.calc (8)

F carico nominale a sbalzo nominale al centro della parte di atterraggio delle estremità dell'albero di uscita del riduttore, indicato nelle specifiche tecniche di ciascun riduttore, N.

F out.calc - carico radiale calcolato a sbalzo sull'albero di uscita del cambio (formula 6), N.

3) Calcolo dell'ingresso P< Р терм х К т, (9)

Calcolo dell'ingresso P - potenza stimata del motore elettrico (formula 10), kW

Termine R - potenza termica, il cui valore è indicato nelle caratteristiche tecniche del cambio, kW

Kt - coefficiente di temperatura, i cui valori sono riportati nella Tabella 6

La potenza di progetto del motore elettrico è determinata da:

Calcolo dell'ingresso P = (T out x n out)/(9550 x efficienza), (10)

Tout - coppia calcolata sull'albero di uscita del cambio (formula 2), Nm

n out - velocità dell'albero di uscita del cambio, giri al minuto

L’efficienza è l’efficienza del cambio,

A) Per i riduttori coassiali:

• monostadio - 0,99
• a due stadi - 0,98
• tre stadi - 0,97
• quattro velocità - 0,95

B) Per i rinvii angolari:

• monostadio - 0,98
• a due stadi - 0,97

C) Per i riduttori a coppia conica - come il prodotto dei valori delle parti coniche e cilindriche del riduttore.

D) Per i riduttori a vite senza fine il rendimento è riportato nelle specifiche tecniche di ciascun riduttore per ciascun rapporto di trasmissione.

I nostri responsabili aziendali ti aiuteranno ad acquistare un riduttore a vite senza fine, a scoprire il costo del riduttore, a selezionare i componenti giusti e ad aiutarti con le domande che sorgono durante il funzionamento.

Tabella 1

Tavolo 2

Tabella 3

Tabella 4

Tabella 5

Tabella 6

Questo articolo contiene informazioni dettagliate sulla scelta e sul calcolo di un motoriduttore. Ci auguriamo che le informazioni fornite ti siano utili.

Nella scelta di uno specifico modello di motoriduttore si tiene conto delle seguenti caratteristiche tecniche:

• tipo di cambio;
• energia;
• velocità di uscita;
• Rapporto di cambio;
• progettazione alberi di ingresso e di uscita;
• tipo di installazione;
• funzioni aggiuntive.

Tipo di cambio

La presenza di uno schema cinematico di azionamento semplificherà la scelta del tipo di cambio. Strutturalmente, i riduttori sono suddivisi nei seguenti tipi:

Verme singolo stadio con disposizione degli alberi entrata/uscita incrociati (angolo 90 gradi).

Verme a due stadi con disposizione perpendicolare o parallela degli assi dell'albero entrata/uscita. Di conseguenza, gli assi possono essere posizionati su diversi piani orizzontali e verticali.

Cilindrico orizzontale con disposizione parallela degli alberi di entrata/uscita. Gli assi sono sullo stesso piano orizzontale.

Coassiale cilindrico con qualsiasi angolazione. Gli assi dell'albero si trovano sullo stesso piano.

IN conico-cilindrico Nel cambio, gli assi degli alberi di ingresso/uscita si intersecano con un angolo di 90 gradi.

IMPORTANTE!
La posizione spaziale dell'albero di uscita è fondamentale per numerose applicazioni industriali.

• Il design dei riduttori a vite senza fine ne consente l'utilizzo in qualsiasi posizione dell'albero di uscita.
• L'uso di modelli cilindrici e conici è spesso possibile sul piano orizzontale. Con le stesse caratteristiche di peso e dimensioni dei riduttori a vite senza fine, il funzionamento delle unità cilindriche è più economicamente fattibile grazie ad un aumento del carico trasmesso di 1,5-2 volte e all'elevata efficienza.

Tabella 1. Classificazione dei riduttori per numero di stadi e tipo di trasmissione

Rapporto di trasmissione [I]

Il rapporto di trasmissione viene calcolato utilizzando la formula:

io = N1/N2

Dove
N1 – velocità di rotazione dell'albero (rpm) in ingresso;
N2 – velocità di rotazione dell'albero (rpm) in uscita.

Il valore ottenuto nei calcoli viene arrotondato al valore specificato nelle caratteristiche tecniche di un particolare tipo di cambio.

Tabella 2. Gamma di rapporti di trasmissione per diversi tipi di riduttori

IMPORTANTE!
La velocità di rotazione dell'albero del motore elettrico e, di conseguenza, dell'albero di ingresso del cambio non può superare i 1500 giri al minuto. La regola si applica a tutti i tipi di riduttori, ad eccezione dei riduttori coassiali cilindrici con velocità di rotazione fino a 3000 giri/min. I produttori indicano questo parametro tecnico nelle caratteristiche riassuntive dei motori elettrici.

Coppia del cambio

Coppia in uscita– coppia sull'albero di uscita. Vengono presi in considerazione la potenza nominale, il fattore di sicurezza [S], la durata stimata (10 mila ore) e l'efficienza del riduttore.

Coppia nominale– coppia massima che garantisce una trasmissione sicura. Il suo valore viene calcolato tenendo conto del fattore di sicurezza - 1 e della durata - 10 mila ore.

Coppia massima– la coppia massima che il riduttore può sopportare in condizioni di carico costante o variabile, funzionamento con avviamenti/arresti frequenti. Questo valore può essere interpretato come il carico di picco istantaneo nella modalità operativa dell'apparecchiatura.

Coppia richiesta– coppia, soddisfacendo i criteri del cliente. Il suo valore è inferiore o uguale alla coppia nominale.

Coppia di progetto– valore richiesto per selezionare un cambio. Il valore stimato viene calcolato utilizzando la seguente formula:

Mc2 = Mr2 x Sf ≤ Mn2

Dove
Mr2 – coppia richiesta;
Sf – fattore di servizio (coefficiente operativo);
Mn2 – coppia nominale.

Coefficiente operativo (fattore di servizio)

Il fattore di servizio (Sf) è calcolato sperimentalmente. Vengono presi in considerazione il tipo di carico, la durata di funzionamento giornaliera ed il numero di avviamenti/arresti per ora di funzionamento del motoriduttore. Il coefficiente operativo può essere determinato utilizzando i dati nella Tabella 3.

Tabella 3. Parametri per il calcolo del fattore di servizio

Potenza motrice

La potenza motrice calcolata correttamente aiuta a superare la resistenza all'attrito meccanico che si verifica durante i movimenti lineari e rotazionali.

La formula elementare per il calcolo della potenza [P] è il calcolo del rapporto tra forza e velocità.

Per i movimenti di rotazione, la potenza viene calcolata come il rapporto tra coppia e giri al minuto:

P = (MxN)/9550

Dove
M – coppia;
N – numero di giri/min.

La potenza in uscita viene calcolata utilizzando la formula:

P2 = P x Sf

Dove
P – potenza;
Sf – fattore di servizio (fattore operativo).

IMPORTANTE!
Il valore della potenza in ingresso deve essere sempre superiore al valore della potenza in uscita, il che è giustificato dalle perdite di ingranamento:

P1 > P2

Non è possibile effettuare calcoli utilizzando la potenza in ingresso approssimativa, poiché l'efficienza può variare in modo significativo.

Fattore di efficienza (efficienza)

Consideriamo il calcolo dell'efficienza usando l'esempio di un riduttore a vite senza fine. Sarà uguale al rapporto tra potenza meccanica in uscita e potenza in ingresso:

ñ [%] = (P2/P1) x 100

Dove
P2 – potenza in uscita;
P1 – potenza in ingresso.

IMPORTANTE!
Nei riduttori a vite senza fine P2< P1 всегда, так как в результате трения между червячным колесом и червяком, в уплотнениях и подшипниках часть передаваемой мощности расходуется.

Maggiore è il rapporto di trasmissione, minore è l'efficienza.

L'efficienza è influenzata dalla durata di funzionamento e dalla qualità dei lubrificanti utilizzati per la manutenzione preventiva del motoriduttore.

Tabella 4. Efficienza di un riduttore a vite senza fine monostadio

Tabella 5. Efficienza del riduttore d'onda

Tabella 6. Efficienza dei riduttori

Versioni antideflagranti dei motoriduttori

I motoriduttori di questo gruppo sono classificati in base al tipo di esecuzione antideflagrante:

• “E” – unità con grado di protezione aumentato. Può essere utilizzato in qualsiasi modalità operativa, comprese le situazioni di emergenza. La protezione migliorata previene la possibilità di accensione di miscele e gas industriali.
• “D” – custodia antideflagrante. L'involucro delle unità è protetto dalla deformazione in caso di esplosione del motoriduttore stesso. Ciò è ottenuto grazie alle sue caratteristiche di progettazione e alla maggiore tenuta. Gli apparecchi con classe di protezione contro le esplosioni “D” possono essere utilizzati a temperature estremamente elevate e con qualsiasi gruppo di miscele esplosive.
• “I” – circuito a sicurezza intrinseca. Questo tipo di protezione contro le esplosioni garantisce il mantenimento della corrente a prova di esplosione nella rete elettrica, tenendo conto delle condizioni specifiche dell'applicazione industriale.

Indicatori di affidabilità

Gli indicatori di affidabilità dei motoriduttori sono riportati nella Tabella 7. Tutti i valori sono forniti per un funzionamento a lungo termine con un carico nominale costante. Il motoriduttore deve fornire il 90% della risorsa indicata in tabella anche in modalità di sovraccarico di breve durata. Si verificano quando l'apparecchiatura viene avviata e la coppia nominale viene superata almeno due volte.

Tabella 7. Durata utile di alberi, cuscinetti e riduttori

Per domande relative al calcolo e all'acquisto di motoriduttori di vario tipo, contattate i nostri specialisti. Puoi familiarizzare con il catalogo di motoriduttori a vite senza fine, cilindrici, epicicloidali e ondulatori offerti dall'azienda Tekhprivod.

Romanov Sergej Anatolievich,
capo reparto meccanica
Azienda Tekhprivod.

Altri materiali utili:

1. Scopo del lavoro

Studio del rendimento del riduttore in varie condizioni di carico.

2. Descrizione dell'installazione

Per studiare il funzionamento del cambio, viene utilizzato un dispositivo DP3M. È costituito dai seguenti componenti principali (Fig. 1): cambio in prova 5, motore elettrico 3 con contagiri elettronico 1, dispositivo di carico 6, dispositivo di misurazione della coppia 8, 9. Tutti i componenti sono montati su un'unica base 7.

La carcassa del motore elettrico è incernierata in due supporti 2 in modo che l'asse di rotazione dell'albero del motore elettrico coincida con l'asse di rotazione della carcassa. L'alloggiamento del motore è protetto contro la rotazione circolare da una molla piatta 4.

Il cambio è composto da sei ruote dentate identiche con un rapporto di trasmissione di 1,71 (Fig. 2). Il blocco ingranaggi 19 è montato su un asse fisso 20 su un supporto a cuscinetto a sfere. Il design dei blocchi 16, 17, 18 è simile al blocco 19. La coppia viene trasmessa dalla ruota 22 all'albero 21 tramite una chiavetta.

Il dispositivo di carico è un freno a polvere magnetica, il cui principio di funzionamento si basa sulla proprietà di un mezzo magnetizzato di resistere al movimento dei corpi ferromagnetici al suo interno. Come mezzo magnetizzabile viene utilizzata una miscela liquida di olio minerale e polvere di acciaio.

I misuratori di coppia e di coppia frenante sono costituiti da molle piatte che creano coppie reattive rispettivamente per il motore elettrico e il dispositivo di carico. Gli estensimetri collegati all'amplificatore sono incollati alle molle piatte.

Sulla parte frontale della base del dispositivo è presente un pannello di controllo: pulsante di accensione del dispositivo “Rete” 11; pulsante di accensione del circuito di eccitazione del dispositivo di carico “Load” 13; pulsante interruttore motore elettrico “Engine” 10; manopola regolazione velocità motore elettrico “Speed ​​control” 12; manopola per la regolazione della corrente di eccitazione del dispositivo di carico 14; tre amperometri 8, 9, 15 per misurare rispettivamente la frequenza n, il momento M 1, il momento M 2.

Riso. 1. Schema di installazione

Riso. 2. Cambio in prova

Caratteristiche tecniche del dispositivo DP3M:

3. Dipendenze di calcolo

La determinazione dell'efficienza del cambio si basa sulla misurazione simultanea delle coppie sugli alberi di ingresso e uscita del cambio a velocità stazionaria. In questo caso, il rendimento del riduttore viene calcolato utilizzando la formula:

= , (1)

dove M 2 è il momento creato dal dispositivo di carico, N×m; M 1 – coppia sviluppata dal motore elettrico, N×m; u – rapporto di trasmissione del cambio.

4. Ordine di lavoro

Nella prima fase, ad una data velocità di rotazione costante del motore elettrico, viene studiata l'efficienza del cambio in base alla coppia creata dal dispositivo di carico.

Innanzitutto, si accende l'azionamento elettrico e si utilizza la manopola di controllo della velocità per impostare la velocità di rotazione desiderata. La manopola di regolazione della corrente di eccitazione del dispositivo di carico è impostata sulla posizione zero. Il circuito di alimentazione di eccitazione è acceso. Ruotando dolcemente la manopola di regolazione dell'eccitazione, viene impostato il primo dei valori specificati della coppia di carico sull'albero del cambio. La manopola di controllo della velocità mantiene la velocità di rotazione specificata. I microamperometri 8, 9 (Fig. 1) registrano i momenti sull'albero motore e sul dispositivo di carico. Regolando ulteriormente la corrente di eccitazione, la coppia di carico viene aumentata al valore specificato successivo. Mantenendo costante la velocità di rotazione, determinare i seguenti valori di M 1 e M 2.

I risultati dell'esperimento vengono inseriti nella Tabella 1 e viene tracciato un grafico della dipendenza = f(M 2) in n = const (Fig. 4).

Nella seconda fase, per una data coppia di carico costante M 2, l'efficienza del cambio viene studiata in base alla velocità di rotazione del motore elettrico.

Il circuito di potenza di eccitazione è acceso e la manopola di regolazione della corrente di eccitazione imposta il valore di coppia specificato sull'albero di uscita del riduttore. La manopola di controllo della velocità imposta una gamma di velocità di rotazione (dal minimo al massimo). Per ciascuna modalità di velocità, viene mantenuta una coppia di carico costante M 2 e la coppia sull'albero motore M 1 viene registrata utilizzando il microamperometro 8 (Fig. 1).

I risultati dell'esperimento vengono inseriti nella Tabella 2 e viene tracciato un grafico della dipendenza = f(n) in M ​​2 = const (Fig. 4).

5. conclusione

Viene spiegato in cosa consistono le perdite di potenza in un cambio a ingranaggi e come viene determinata l'efficienza di un cambio a più stadi.

Sono elencate le condizioni che consentono di aumentare l'efficienza del riduttore. Si dà una giustificazione teorica per i grafici ottenuti = f(M 2); = f(n).

6. Preparazione del rapporto

– Preparare un frontespizio (vedi esempio a pagina 4).

– Disegnare lo schema cinematico del riduttore.

Prepara e compila la tabella. 1.

Tabella 1

dal momento creato dal dispositivo di carico

– Costruisci un grafico delle dipendenze

Riso. 4. Grafico della dipendenza = f(M 2) in n = cost

Prepara e compila la tabella. 2.

Tavolo 2

Risultati di uno studio sull'efficienza del cambio a seconda

dalla velocità del motore elettrico

– Costruire un grafico delle dipendenze.

Riso. 5. Grafico della dipendenza = f(n) in M ​​2 = cost

Fornire una conclusione (vedere paragrafo 5).

Domande di controllo

1. Descrivi il design del dispositivo DPZM, in quali componenti principali è costituito?

2. Quali perdite di potenza si verificano nella trasmissione ad ingranaggi e qual è la sua efficienza?

3. Come cambiano le caratteristiche degli ingranaggi quali potenza, coppia e velocità di rotazione dall'albero motore all'albero condotto?

4. Come vengono determinati il ​​rapporto di trasmissione e l'efficienza di un cambio multistadio?

5. Elencare le condizioni che consentono di aumentare l'efficienza del cambio.

6. L'ordine di lavoro quando si studia l'efficienza del cambio in base alla coppia fornita dal dispositivo di carico.

7. L'ordine di lavoro quando si studia l'efficienza del cambio in base alla velocità del motore.

8. Dare una spiegazione teorica dei grafici risultanti = f(M 2); = f(n).

Bibliografia

1. Reshetov, D. N. Parti di macchine: - un libro di testo per studenti di ingegneria meccanica e specialità meccaniche delle università / D. N. Reshetov. – M.: Mashinostroenie, 1989. – 496 p.

2. Ivanov, M. N. Parti di macchine: - un libro di testo per studenti di istituti di istruzione tecnica superiore / M. N. Ivanov. – 5a edizione, rivista. – M.: Scuola superiore, 1991. – 383 p.

LAVORO DI LABORATORIO N. 8