Determinazione dell'efficienza del riduttore. Calcolo e selezione (metodologia russa) - riduttore a vite senza fine

Questo articolo contiene informazioni dettagliate sulla scelta e il 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 durante i calcoli viene arrotondato al valore specificato in specifiche tecniche tipo specifico di cambio.

Tabella 2. Gamma di rapporti di trasmissione per tipi diversi 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. Questo parametro tecnico I produttori indicano nel riepilogo le caratteristiche 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). Efficienza del cambio.

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

Coppia massima- coppia massima mantenuta dal riduttore sotto carichi costanti o variabili, funzionamento con avviamenti/arresti frequenti. Questo valore può essere interpretato come il carico di picco istantaneo nella modalità operativa dell'apparecchiatura.

Coppia richiesta- coppia che soddisfi i criteri del cliente. Il suo valore è inferiore o uguale alla coppia nominale.

Coppia di progetto- valore necessario 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 calcolare la potenza [P] è calcolare il 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:

η [%] = (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

Per domande relative al calcolo e all'acquisto dei motoriduttori vari tipi contatta i nostri specialisti. Sul sito è possibile trovare il catalogo dei motoriduttori a vite senza fine, cilindrici, epicicloidali e ondulatori offerti dall'azienda Tehprivod.

Romanov Sergej Anatolievich,
capo reparto meccanica
Azienda Tekhprivod

1. SCOPO DEL LAVORO

Approfondimento della conoscenza del materiale teorico, acquisizione di competenze pratiche per la determinazione sperimentale indipendente dei riduttori.

2. DISPOSIZIONI TEORICHE FONDAMENTALI

Coefficiente meccanico azione utile riduttore è il rapporto tra la potenza utilmente spesa (la potenza delle forze resistenti NC per dare potenza forze motrici N d sull'albero ingresso cambio:

Le potenze delle forze motrici e delle forze di resistenza possono essere determinate rispettivamente dalle formule

(2)

(3)

Dove M d E SM– momenti delle forze motrici e delle forze di resistenza, rispettivamente, Nm; e - velocità angolari degli alberi del cambio, rispettivamente, ingresso e uscita, Con -1 .

Sostituendo (2) e (3) in (1), otteniamo

(4)

dove è il rapporto di trasmissione del cambio.

Qualsiasi macchina complessa è composta da un numero di meccanismi semplici. L'efficienza di una macchina può essere facilmente determinata se si conosce l'efficienza di tutti i suoi semplici meccanismi. Per la maggior parte dei meccanismi sviluppati metodi analitici determinazione dell'efficienza, tuttavia, deviazioni nella pulizia della lavorazione delle superfici di sfregamento delle parti, accuratezza della loro fabbricazione, variazioni nel carico sugli elementi delle coppie cinematiche, condizioni di lubrificazione, velocità del movimento relativo, ecc., portano ad una variazione del valore del coefficiente di attrito.

Pertanto, è importante essere in grado di determinare sperimentalmente l'efficienza del meccanismo in studio in specifiche condizioni operative.

I parametri necessari per determinare l'efficienza del riduttore ( M d, M s E Lr) può essere determinato utilizzando dispositivi DP-3K.

3. DISPOSITIVO DP-3K

Il dispositivo (figura) è montato su una base metallica fusa 1 ed è costituito da un gruppo motore elettrico 2 con un contagiri 3, un dispositivo di carico 4 e un cambio in studio 5.

3 6 8 2 5 4 9 7 1

11 12 13 14 15 10

Riso. Schema cinematico del dispositivo DP-3K

La carcassa del motore elettrico è incernierata su due supporti in modo che l'asse di rotazione dell'albero motore coincida con l'asse di rotazione della carcassa. L'alloggiamento del motore è protetto contro la rotazione circolare da una molla piatta 6. Quando si trasmette la coppia dall'albero del motore elettrico al cambio, la molla crea una coppia reattiva applicata all'alloggiamento del motore elettrico. L'albero del motore elettrico è collegato all'albero di ingresso del riduttore tramite un giunto. La sua estremità opposta è articolata con l'albero del contagiri.

Il cambio nel dispositivo DK-3K è costituito da sei coppie identiche di ingranaggi montati su cuscinetti a sfera nell'alloggiamento.

La parte superiore dei riduttori è dotata di un coperchio facilmente rimovibile in vetro organico e viene utilizzata per l'osservazione visiva e la misurazione degli ingranaggi durante la determinazione del rapporto di trasmissione.

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. Una miscela liquida di olio minerale e polvere di ferro viene utilizzata come mezzo magnetizzabile nella progettazione del dispositivo di carico. L'alloggiamento del dispositivo di carico è montato in equilibrio rispetto alla base del dispositivo su due cuscinetti. La limitazione della rotazione circolare dell'alloggiamento viene effettuata da una molla piatta 7, che crea una coppia reattiva che bilancia il momento delle forze di resistenza (coppia frenante) creato dal dispositivo di carico.

I misuratori della coppia e della coppia frenante sono costituiti da molle piatte 6 e 7 e comparatori 8 e 9, che misurano le deflessioni della molla proporzionali ai valori della coppia. Alle molle vengono inoltre incollati degli estensimetri, il cui segnale può anche essere registrato su un oscilloscopio tramite un amplificatore estensimetrico.

Nella parte anteriore della base dell'apparecchio è presente un pannello di controllo 10, sul quale sono installati:

Attiva/disattiva l'interruttore 11 del motore elettrico;

Manopola 12 per la regolazione della velocità dell'albero del motore elettrico;

Lampada di segnalazione 13 per l'accensione del dispositivo;

L'interruttore a levetta 14 accende e spegne il circuito di avvolgimento di eccitazione del dispositivo di carico;

Manopola 15 per la regolazione dell'eccitazione del dispositivo di carico.

Quando esegui questo lavoro di laboratorio dovresti:

Determinare il rapporto di trasmissione;

Calibrare i dispositivi di misurazione;

Determinare l'efficienza del cambio in base alle forze di resistenza e al numero di giri del motore elettrico.

4. PROCEDURA PER L'ESECUZIONE DELL'OPERA

4.1. Determinazione del rapporto di trasmissione

Il rapporto di trasmissione del dispositivo DP-3K è determinato dalla formula

(5)

Dove z 2 , z 1 – numero di denti, rispettivamente, delle ruote più grandi e più piccole di uno stadio; A=6 – numero di stadi del cambio con lo stesso rapporto di trasmissione.

Per il cambio del dispositivo DP-3K, il rapporto di trasmissione di uno stadio è

Valori trovati del rapporto di trasmissione io pag verificare sperimentalmente.

4.2. Calibrazione dei dispositivi di misurazione

La calibrazione dei dispositivi di misurazione viene eseguita con il dispositivo disconnesso dalla fonte di corrente elettrica utilizzando dispositivi di calibrazione costituiti da leve e pesi.

Per tarare un misuratore di coppia di un motore elettrico è necessario:

Installare il dispositivo di calibrazione DP3A sb sull'alloggiamento del motore. 24;

Impostare il peso sulla leva del dispositivo di calibrazione sulla tacca di zero;

Impostare la freccia dell'indicatore su zero;

Quando si posiziona il peso sulla leva nelle divisioni successive, registrare le letture dell'indicatore e la divisione corrispondente sulla leva;

Determinare il valore medio m media prezzi di divisione dell'indicatore utilizzando la formula

(6)

Dove A– numero di misurazioni (pari al numero di divisioni sulla leva); G- peso del carico, N; N i– indicazioni dell'indicatore, - distanza tra i segni sulla leva ( M).

Determinazione del valore medio mc.sr Il prezzo di ripartizione dell'indicatore del dispositivo di carico viene effettuato installando il dispositivo di calibrazione DP3A sb sul corpo del dispositivo di carico. 25 utilizzando un metodo simile.

Nota. Peso dei carichi nei dispositivi di calibrazione DP3K sb. 24 e DP3K sabato. 25 è 1 e 10 rispettivamente N.

4.3. Determinazione dell'efficienza del riduttore

Determinazione dell'efficienza del riduttore in base alle forze di resistenza, ad es. .

Per determinare la dipendenza necessaria:

Accendere l'interruttore a levetta 11 del motore elettrico del dispositivo e utilizzare la manopola di controllo della velocità 12 per impostare la velocità di rotazione n specificata dall'insegnante;

Impostare la manopola 15 per regolare la corrente di eccitazione del dispositivo di carico in posizione zero, accendere l'interruttore a levetta 14 nel circuito di potenza di eccitazione;

Ruotando dolcemente la manopola di controllo della corrente di eccitazione, impostare il primo valore (10 divisioni) della coppia secondo la freccia dell'indicatore SM resistenza;

Utilizzare la manopola di controllo della velocità 12 per impostare (correggere) la velocità impostata iniziale N;

Registrare le letture h 1 e h 2 degli indicatori 8 e 9;

Regolando ulteriormente la corrente di eccitazione, aumentare il momento di resistenza (carico) al valore specificato successivo (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 divisioni);

Mantenendo costante la velocità di rotazione, registrare le letture dell'indicatore;

Determinare i valori dei momenti delle forze motrici M d e forze di resistenza SM per tutte le misurazioni utilizzando le formule

(7)

(8)

Determinare l'efficienza del cambio per tutte le misurazioni utilizzando la formula (4);

Immettere le letture dell'indicatore H 1 e H 2, valori del momento M d E SM e i valori trovati di efficienza del cambio per tutte le misurazioni nella tabella;

Costruisci un grafico delle dipendenze.

4.4. Determinazione dell'efficienza del cambio in base alla velocità del motore elettrico

Per determinare una dipendenza grafica è necessario:

Accendere l'interruttore a levetta 14 del circuito di potenza ed eccitazione e utilizzare la manopola 15 per regolare la corrente di eccitazione per impostare il valore di coppia specificato dall'insegnante SM sull'albero di uscita del cambio;

Accendere il motore elettrico del dispositivo (interruttore a levetta 11);

Impostando la manopola di controllo della velocità 12 in sequenza su una serie di valori (dal minimo al massimo) della velocità di rotazione dell'albero del motore elettrico e mantenendo un valore di coppia costante SM caricare, registrare le letture dell'indicatore H 1 ;

Fornire una valutazione qualitativa dell'influenza della velocità di rotazione n sull'efficienza del cambio.

5. COMPILAZIONE DEL REPORT

La relazione sul lavoro svolto deve contenere il nome,

lo scopo del lavoro e i compiti di determinazione dell'efficienza meccanica, i principali dati tecnici dell'installazione (tipo di cambio, numero di denti sulle ruote, tipo di motore elettrico, dispositivo di carico, dispositivi e strumenti di misurazione), calcoli, descrizione della taratura degli strumenti di misura, tabelle dei dati ottenuti sperimentalmente.

6. CONTROLLA LE DOMANDE

1. Cos'è la cosiddetta efficienza meccanica? La sua dimensione.

2. Da cosa dipende il rendimento meccanico?

3. Perché l'efficienza meccanica viene determinata sperimentalmente?

4. Cos'è il sensore nei misuratori della coppia e della coppia frenante?

5. Descrivere il dispositivo di caricamento e il suo principio di funzionamento.

6. Come cambierà l'efficienza meccanica del cambio se il momento delle forze di resistenza raddoppia (diminuisce)?

7. Come cambierà l'efficienza meccanica del cambio se il momento di resistenza aumenta (diminuisce) di 1,5 volte?

Lavoro di laboratorio 9

Lavoro di laboratorio n. 5.

Studio del rendimento del riduttore.

Scopi e obiettivi del lavoro : studio del metodo di determinazione sperimentale del coefficiente di efficienza (efficienza) del cambio, ottenendo la dipendenza dell'efficienza del cambio dal valore del momento di resistenza applicato all'albero di uscita del cambio, valutazione dei parametri del modello matematico che descrive la dipendenza del rendimento del riduttore 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 bk 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".

Lavoro di laboratorio

Studio del rendimento del riduttore

1. Scopo del lavoro

Determinazione analitica del coefficiente di prestazione (efficienza) di un riduttore.

Determinazione sperimentale del rendimento di un riduttore.

Confronto e analisi dei risultati ottenuti.

2. Disposizioni teoriche

Energia fornita ad un meccanismo sotto forma di lavoroforze motrici e momenti per ciclo di stato stazionario, viene speso per eseguire lavoro utilequelli. lavoro di forze e momenti di resistenza utile, nonché per eseguire lavoroassociato al superamento delle forze di attrito nelle coppie cinematiche e delle forze di resistenza ambientale:. Significati e vengono sostituiti in questa e nelle successive equazioni in 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. Nell'equazione (1) invece di funziona E eseguite per ciclo si possono sostituire i valori medi delle corrispondenti potenze per ciclo:

Un cambio è un meccanismo ad ingranaggi (inclusa la vite senza fine) progettato per ridurre la velocità angolare dell'albero di uscita rispetto a quello di ingresso.

Rapporto di velocità angolare in ingresso alla velocità angolare all'uscita chiamato rapporto di trasmissione :

Per il cambio, l'equazione (2) assume la forma

Qui T 2 E T 1 – valori medi della coppia sull'albero di uscita (momento delle forze di resistenza) e di ingresso (momento delle forze motrici) del riduttore.

La determinazione sperimentale dell'efficienza si basa sulla misurazione dei valori T 2 E T 1 e calcolando η utilizzando la formula (4).

Quando si studia l'efficienza di un cambio in base a fattori, ad es. parametri del sistema che influenzano la misura valore e può essere modificato intenzionalmente durante l'esperimento, sono il momento della resistenza T 2 sull'albero di uscita e la velocità di rotazione dell'albero di ingresso del cambioN 1 .

Il modo principale per aumentare l'efficienza dei riduttori è ridurre le perdite di potenza, ad esempio: utilizzando sistemi di lubrificazione più moderni che eliminano le perdite dovute alla miscelazione e agli spruzzi di olio; installazione di cuscinetti idrodinamici; progettazione di riduttori con i parametri di trasmissione più ottimali.

L'efficienza dell'intera installazione è determinata dall'espressione

Dove – efficienza del riduttore;

– efficienza dei supporti dei motori elettrici,;

– efficienza di accoppiamento, ;

– efficienza dei supporti freno,.

Il rendimento complessivo di un riduttore multistadio è determinato dalla formula:

Dove – Efficienza degli ingranaggi con qualità di produzione media e lubrificazione periodica,;

– L'efficienza di una coppia di cuscinetti dipende dalla loro progettazione, dalla qualità dell'assemblaggio, dal metodo di carico e viene calcolata in modo approssimativo(per una coppia di cuscinetti volventi) e(per una coppia di cuscinetti a strisciamento);

– L'efficienza che tiene conto delle perdite dovute a spruzzi e miscelazione dell'olio è approssimativamente accettata= 0,96;

K– numero di coppie di cuscinetti;

N– numero di coppie di ingranaggi.

3. Descrizione dell'oggetto della ricerca, degli strumenti e degli strumenti

Questo lavoro di laboratorio viene svolto su un'installazione DP-3A, che consente di determinare sperimentalmente l'efficienza di un riduttore. L'installazione DP-3A (Figura 1) è montata su una base in metallo fuso 2 ed è costituita da un gruppo motore elettrico 3 (una fonte di energia meccanica) con un contagiri 5, un dispositivo di carico 11 (consumatore di energia), un cambio in prova 8 e giunti elastici 9.

Fig. 1. Diagramma schematico dell'installazione DP-3A

Il dispositivo di caricamento 11 è un freno magnetico a polvere che simula il carico di lavoro del cambio. Lo statore del dispositivo di carico è un elettromagnete, nel traferro magnetico del quale è posizionato un cilindro cavo con un rullo (rotore del dispositivo di carico). La cavità interna del dispositivo di caricamento è riempita con una massa costituita da una miscela di polvere di carbonile e olio minerale.

Due regolatori: i potenziometri 15 e 18 consentono di regolare rispettivamente la velocità dell'albero del motore elettrico e la quantità di coppia frenante del dispositivo di carico. La velocità di rotazione è controllata tramite un tachimetro5.

L'entità della coppia sugli alberi del motore elettrico e del freno viene determinata utilizzando dispositivi che includono una molla piatta6 e indicatori a quadrante7,12. I supporti 1 e 10 su cuscinetti volventi offrono la possibilità di ruotare lo statore e il rotore (sia il motore che il freno) rispetto alla base.

Pertanto, quando viene fornita corrente elettrica (accendere l'interruttore a levetta 14, la spia 16 si accende) nell'avvolgimento dello statore del motore elettrico, il rotore riceve una coppia e lo statore riceve una coppia reattiva pari alla coppia e diretta nella direzione opposta. In questo caso, lo statore è sotto l'azione della coppia reattiva devia (motore bilanciato) dalla sua posizione originale a seconda dell'entità della coppia frenante sull'albero condotto del cambioT 2 . Questi movimenti angolari dell'alloggiamento dello statore del motore elettrico sono misurati dal numero di divisioni P 1 , a cui devia la freccia dell'indicatore7.

Di conseguenza, quando viene fornita corrente elettrica (accendere l'interruttore a levetta 17) all'avvolgimento dell'elettromagnete, la miscela magnetica resiste alla rotazione del rotore, ad es. crea una coppia frenante sull'albero di uscita del cambio, registrata da un dispositivo simile (indicatore 12), mostrando l'entità della deformazione (numero di divisioni P 2) .

Le molle degli strumenti di misura sono pretarate. Le loro deformazioni sono proporzionali all'entità delle coppie sull'albero del motore elettrico T 1 e albero di uscita del cambioT 2 , cioè. le grandezze del momento delle forze motrici e del momento delle forze di resistenza (frenanti).

Il cambio8 è costituito da sei coppie identiche di ingranaggi montati su cuscinetti a sfera nell'alloggiamento.

Lo schema cinematico dell'installazione DP 3A è mostrato in Figura 2, UN I principali parametri di installazione sono riportati nella Tabella 1.

Tabella 1. Caratteristiche tecniche dell'installazione

Riso. 2. Schema cinematico dell'installazione DP-3A

1 - motore elettrico; 2 – accoppiamento; 3 – cambio; 4 – freno.

4. Metodologia della ricerca ed elaborazione dei risultati

4.1 Il valore sperimentale dell'efficienza del cambio è determinato dalla formula:

Dove T 2 – momento delle forze di resistenza (coppia sull'albero del freno), Nmm;

T 1 – momento delle forze motrici (coppia sull'albero del motore elettrico), Nmm;

tu– rapporto di trasmissione del riduttore;

– efficienza dell'accoppiamento elastico;= 0,99;

– efficienza dei cuscinetti su cui sono installati motore elettrico e freno;= 0,99.

4.2. Le prove sperimentali prevedono la misurazione della coppia sull'albero motore ad una determinata velocità di rotazione. In questo caso, determinate coppie frenanti vengono create sequenzialmente sull'albero di uscita del cambio in base alle corrispondenti letture dell'indicatore12.

Quando si accende il motore elettrico con l'interruttore a levetta 14 (Figura 1), lo statore del motore sostenersi con la mano per evitare di urtare la molla.

Accendere il freno con l'interruttore a levetta 17, dopodiché le frecce dell'indicatore vengono impostate su zero.

Utilizzando il potenziometro 15, impostare sul contagiri il numero richiesto di giri dell'albero motore, ad esempio 200 (Tabella 2).

Il potenziometro 18 crea coppie frenanti sull'albero di uscita del cambio T 2 corrispondente alle letture dell'indicatore 12.

Registrare le letture dell'indicatore7 per determinare la coppia sull'albero motore T 1 .

Dopo ogni serie di misurazioni ad una velocità, i potenziometri 15 e 18 vengono spostati nella loro posizione estrema in senso antiorario.

4.3. Modificando il carico sul freno con il potenziometro 18 e sul motore con il potenziometro 15 (vedi Figura 1), con una velocità di rotazione del motore costante, registrare cinque letture dell'indicatore 7 e 12 ( P 1 e P 2) nella tabella 3.

Tabella 3. Risultati del test

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)

T nominale - 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