Determinarea randamentului cutiei de viteze. Calcul și selecția (metodologie rusă) - cutie de viteze melcate

Acest articol conține informatii detaliate despre alegerea și calculul unui motorreductor. Sperăm că informațiile furnizate vă vor fi de folos.

La alegerea unui anumit model de motorreductor, se iau în considerare următoarele caracteristici tehnice:

• tip cutie de viteze;
• putere;
• viteza de iesire;
• raport de transmisie;
• proiectarea arborilor de intrare și de ieșire;
• tipul de instalare;
• funcții suplimentare.

Tip cutie de viteze

Prezența unei diagrame de antrenare cinematică va simplifica alegerea tipului de cutie de viteze. Din punct de vedere structural, cutiile de viteze sunt împărțite în următoarele tipuri:

• Vierme într-o singură etapă cu o dispunere a arborelui de intrare/ieșire încrucișat (unghi de 90 de grade).
• Vierme în două etape cu dispunerea perpendiculară sau paralelă a axelor arborelui de intrare/ieşire. În consecință, axele pot fi amplasate în diferite planuri orizontale și verticale.
• Cilindrică orizontală cu dispunerea paralelă a arborilor de intrare/ieșire. Axele sunt în același plan orizontal.
• Cilindrică coaxială în orice unghi. Axele arborelui sunt situate în același plan.
• ÎN conic-cilindricÎn cutia de viteze, axele arborilor de intrare/ieșire se intersectează la un unghi de 90 de grade.

Important! Locația spațială a arborelui de ieșire este critică pentru o serie de aplicații industriale.

• Designul cutiilor de viteze melcate le permite să fie utilizate în orice poziție a arborelui de ieșire.
• Utilizarea modelelor cilindrice și conice este adesea posibilă în plan orizontal. Cu aceleași greutate și caracteristici dimensionale ca și cutiile de viteze melcate, funcționarea unităților cilindrice este mai fezabilă din punct de vedere economic datorită creșterii sarcinii transmise de 1,5-2 ori și eficienței ridicate.

Tabelul 1. Clasificarea cutiilor de viteze după numărul de trepte și tipul transmisiei

Raport de transmisie [I]

Raportul de transmisie se calculează folosind formula:

I = N1/N2

Unde
N1 - viteza de rotație a arborelui (rpm) la intrare;
N2 - viteza de rotație a arborelui (rpm) la ieșire.

Valoarea obținută în timpul calculelor este rotunjită la valoarea specificată în specificatii tehnice tip specific de cutie de viteze.

Tabelul 2. Gama de rapoarte de transmisie pentru tipuri diferite cutii de viteze

Important! Viteza de rotație a arborelui motorului electric și, în consecință, a arborelui de intrare al cutiei de viteze nu poate depăși 1500 rpm. Regula se aplică tuturor tipurilor de cutii de viteze, cu excepția cutiilor de viteze cilindrice coaxiale cu viteze de rotație de până la 3000 rpm. Acest parametru tehnic Producătorii indică în rezumat caracteristicile motoarelor electrice.

Cuplul cutiei de viteze

Cuplul de ieșire- cuplul pe arborele de iesire. Sunt luate în considerare puterea nominală, factorul de siguranță [S], durata de viață estimată (10 mii de ore). Eficiența cutiei de viteze.

Cuplul nominal- cuplu maxim asigurand o transmisie sigura. Valoarea sa este calculată luând în considerare factorul de siguranță - 1 și durata de funcționare - 10 mii de ore.

Cuplu maxim- cuplul maxim menținut de cutie de viteze la sarcini constante sau variabile, funcționare cu porniri/opriri frecvente. Această valoare poate fi interpretată ca sarcină de vârf instantanee în modul de funcționare al echipamentului.

Cuplul necesar- cuplu care corespunde criteriilor clientului. Valoarea sa este mai mică sau egală cu cuplul nominal.

Cuplul de proiectare- valoarea necesară pentru a selecta o cutie de viteze. Valoarea estimată se calculează folosind următoarea formulă:

Mc2 = Mr2 x Sf<= Mn2

Unde
Mr2 - cuplul necesar;
Sf - factor de serviciu (coeficient de operare);
Mn2 - cuplul nominal.

Coeficient operațional (factor de serviciu)

Factorul de serviciu (Sf) este calculat experimental. Sunt luate în considerare tipul de sarcină, durata zilnică de funcționare și numărul de porniri/opriri pe oră de funcționare a motorreductorului. Coeficientul de funcționare poate fi determinat folosind datele din tabelul 3.

Tabelul 3. Parametrii pentru calcularea factorului de serviciu

Puterea de antrenare

Puterea de antrenare calculată corect ajută la depășirea rezistenței la frecare mecanică care apare în timpul mișcărilor liniare și de rotație.

Formula elementară pentru calcularea puterii [P] este calcularea raportului dintre forță și viteză.

Pentru mișcările de rotație, puterea este calculată ca raportul dintre cuplu și rotații pe minut:

P = (MxN)/9550

Unde
M - cuplu;
N - numărul de rotații/min.

Puterea de ieșire se calculează folosind formula:

P2 = P x Sf

Unde
P - putere;
Sf - factor de serviciu (factor operațional).

Important! Valoarea puterii de intrare trebuie să fie întotdeauna mai mare decât valoarea puterii de ieșire, care este justificată de pierderile prin ochiuri: P1 > P2

Calculele nu pot fi făcute folosind puterea de intrare aproximativă, deoarece eficiența poate varia semnificativ.

Factorul de eficiență (eficiență)

Să luăm în considerare calculul eficienței folosind exemplul unei cutii de viteze melcate. Acesta va fi egal cu raportul dintre puterea mecanică de ieșire și puterea de intrare:

η [%] = (P2/P1) x 100

Unde
P2 - puterea de iesire;
P1 - puterea de intrare.

Important!În cutiile de viteze melcate P2< P1 всегда, так как в результате трения между червячным колесом и червяком, в уплотнениях и подшипниках часть передаваемой мощности расходуется.

Cu cât raportul de transmisie este mai mare, cu atât eficiența este mai mică.

Eficiența este afectată de durata de funcționare și de calitatea lubrifianților utilizați pentru întreținerea preventivă a motorreductorului.

Tabelul 4. Eficiența unei cutii de viteze melcate cu o singură treaptă

Tabelul 5. Eficiența angrenajului ondulat

Tabelul 6. Eficiența reductoarelor de viteză

Pentru întrebări referitoare la calculul și achiziționarea de motoare cu angrenaje tipuri variate contactați specialiștii noștri. Catalogul motoarelor melcate, cilindrice, planetare și ondulate oferite de compania Tehprivod se găsește pe site.

Romanov Serghei Anatolievici,
sef sectie mecanica
Compania Tekhprivod

1. SCOPUL LUCRĂRII

Aprofundarea cunoștințelor de material teoretic, dobândirea de competențe practice pentru determinarea experimentală independentă a cutiilor de viteze.

2. PREVEDERI TEORETICE DE BAZĂ

Coeficientul mecanic acțiune utilă cutia de viteze este raportul dintre puterea consumată în mod util (puterea forțelor de rezistență Nc la putere forţe motrice N d pe arborele de intrare al cutiei de viteze:

Puterile forțelor motrice și ale forțelor de rezistență pot fi determinate respectiv prin formule

(2)

(3)

Unde M dȘi Domnișoară– momentele forțelor motrice și respectiv al forțelor de rezistență, Nm; și - viteze unghiulare ale arborilor cutiei de viteze, respectiv, de intrare și respectiv de ieșire, Cu -1 .

Înlocuind (2) și (3) în (1), obținem

(4)

unde este raportul de transmisie al cutiei de viteze.

Orice mașină complexă constă dintr-un număr de mecanisme simple. Eficiența unei mașini poate fi determinată cu ușurință dacă este cunoscută eficiența tuturor mecanismelor sale simple. Pentru majoritatea mecanismelor dezvoltate metode de analiză determinarea eficienței, cu toate acestea, abaterile în curățenia prelucrării suprafețelor de frecare ale pieselor, precizia fabricării lor, modificările încărcării pe elementele perechilor cinematice, condițiile de lubrifiere, viteza de mișcare relativă etc., plumb. la o modificare a valorii coeficientului de frecare.

Prin urmare, este important să se poată determina experimental eficiența mecanismului studiat în condiții specifice de funcționare.

Parametrii necesari pentru a determina randamentul cutiei de viteze ( M d, M sȘi L r) poate fi determinat folosind dispozitive DP-3K.

3. DISPOZITIV DP-3K

Dispozitivul (figura) este montat pe o bază de metal turnat 1 și constă dintr-un ansamblu motor electric 2 cu un tahometru 3, un dispozitiv de sarcină 4 și o cutie de viteze în studiu 5.

3 6 8 2 5 4 9 7 1

11 12 13 14 15 10

Orez. Schema cinematică a dispozitivului DP-3K

Carcasa motorului electric este articulată în două suporturi astfel încât axa de rotație a arborelui motorului să coincidă cu axa de rotație a carcasei. Carcasa motorului este asigurată împotriva rotației circulare printr-un arc plat 6. La transmiterea cuplului de la arborele motorului electric la cutia de viteze, arcul creează un cuplu reactiv aplicat carcasei motorului electric. Arborele motorului electric este conectat la arborele de intrare al cutiei de viteze printr-un cuplaj. Capătul său opus este articulat cu arborele tahometrului.

Cutia de viteze din dispozitivul DK-3K constă din șase perechi identice de angrenaje montate pe rulmenți cu bile din carcasă.

Partea superioară a cutiilor de viteze are un capac ușor demontabil din sticlă organică și este utilizată pentru observarea vizuală și măsurarea vitezelor la determinarea raportului de transmisie.

Dispozitivul de sarcină este o frână magnetică cu pulbere, al cărei principiu de funcționare se bazează pe proprietatea unui mediu magnetizat de a rezista mișcării corpurilor feromagnetice în el. Un amestec lichid de ulei mineral și pulbere de fier este utilizat ca mediu magnetizabil în proiectarea dispozitivului de încărcare. Carcasa dispozitivului de incarcare este montata echilibrat in raport cu baza dispozitivului pe doi rulmenti. Limitarea rotației circulare a carcasei este realizată de un arc plat 7, care creează un cuplu reactiv care echilibrează momentul forțelor de rezistență (cuplul de frânare) creat de dispozitivul de sarcină.

Dispozitivele de măsurare a cuplului de torsiune și de frânare constau din arcuri plate 6 și 7 și comparatoare 8 și 9, care măsoară deviațiile arcului proporțional cu valorile cuplului. Extensometrele sunt lipite suplimentar de arcuri, semnalul de la care poate fi înregistrat și pe un osciloscop printr-un amplificator de extensometru.

Pe partea frontală a bazei dispozitivului există un panou de control 10, pe care sunt instalate următoarele:

Comutator 11 pornire și oprire a motorului electric;

Mâner 12 pentru reglarea vitezei arborelui motorului electric;

Lampă de semnalizare 13 pentru pornirea dispozitivului;

Comutatorul 14 pornește și oprește circuitul de înfășurare de excitație al dispozitivului de sarcină;

Butonul 15 pentru reglarea excitației dispozitivului de sarcină.

Când efectuați acest lucru de laborator, ar trebui:

Determinați raportul de transmisie;

Calibrarea aparatelor de masura;

Determinați randamentul cutiei de viteze în funcție de forțele de rezistență și de numărul de rotații ale motorului electric.

4. PROCEDURA DE EFECTUAREA LUCRĂRII

4.1. Determinarea raportului de transmisie

Raportul de transmisie al dispozitivului DP-3K este determinat de formula

(5)

Unde z 2 , z 1 – numărul de dinți, respectiv, al roților mai mari și mai mici ale unei trepte; La=6 – număr de trepte de viteză cu același raport de transmisie.

Pentru cutia de viteze a dispozitivului DP-3K, raportul de transmisie al unei trepte este

S-au găsit valori ale raportului de transmisie eu p verifica experimental.

4.2. Calibrarea aparatelor de masura

Calibrarea dispozitivelor de măsurare se realizează cu dispozitivul deconectat de la sursa de curent electric folosind dispozitive de calibrare formate din pârghii și greutăți.

Pentru a calibra un dispozitiv de măsurare a cuplului unui motor electric, trebuie să:

Instalați dispozitivul de calibrare DP3A sb pe carcasa motorului. 24;

Setați greutatea de pe maneta dispozitivului de calibrare la marcajul zero;

Setați săgeata indicator la zero;

Când plasați greutatea pe pârghie la diviziunile ulterioare, înregistrați citirile indicatorului și diviziunea corespunzătoare pe pârghie;

Determinați valoarea medie m medie Indicator de diviziune a prețurilor folosind formula

(6)

Unde LA– numărul de măsurători (egal cu numărul de diviziuni de pe pârghie); G- greutatea încărcăturii, N; N i– citirile indicatorului, - distanța dintre marcajele de pe pârghie ( m).

Determinarea valorii medii m c .sr Prețul de împărțire al indicatorului dispozitivului de încărcare se face prin instalarea dispozitivului de calibrare DP3A sb pe corpul dispozitivului de încărcare. 25 folosind o metodă similară.

Notă. Greutatea sarcinilor în dispozitivele de calibrare DP3K sb. 24 și DP3K Sat. 25 este 1 și, respectiv, 10 N.

4.3. Determinarea randamentului cutiei de viteze

Determinarea randamentului cutiei de viteze in functie de fortele de rezistenta, i.e. .

Pentru a determina dependența aveți nevoie de:

Porniți comutatorul basculant 11 al motorului electric al dispozitivului și utilizați butonul de control al vitezei 12 pentru a seta viteza de rotație n specificată de profesor;

Setați butonul 15 pentru reglarea curentului de excitație al dispozitivului de sarcină în poziția zero, porniți comutatorul basculant 14 în circuitul de putere de excitare;

Prin rotirea lină a butonului de control al curentului de excitație, setați prima valoare (10 diviziuni) a cuplului conform săgeții indicator Domnișoară rezistenţă;

Utilizați butonul de control al vitezei 12 pentru a seta (corecta) viteza setată inițial n;

Înregistrați citirile h 1 și h 2 ale indicatorilor 8 și 9;

Prin ajustarea în continuare a curentului de excitație, creșteți momentul rezistenței (sarcină) la următoarea valoare specificată (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 divizii);

Menținând constantă viteza de rotație, înregistrați citirile indicatorului;

Determinați valorile momentelor forțelor motrice M dși forțe de rezistență Domnișoară pentru toate măsurătorile folosind formule

(7)

(8)

Determinați eficiența cutiei de viteze pentru toate măsurătorile folosind formula (4);

Introduceți citirile indicatorului h 1 și h 2, valorile momentului M dȘi Domnișoarăși valorile găsite ale eficienței cutiei de viteze pentru toate măsurătorile din tabel;

Construiți un grafic de dependență.

4.4. Determinarea randamentului cutiei de viteze in functie de turatia motorului electric

Pentru a determina o dependență grafică trebuie să:

Porniți comutatorul 14 al circuitului de putere și excitare și utilizați butonul 15 pentru a regla curentul de excitare pentru a seta valoarea cuplului specificată de profesor Domnișoară pe arborele de ieșire al cutiei de viteze;

Porniți motorul electric al dispozitivului (comutator 11);

Prin setarea secvenţială a butonului de control al vitezei 12 la o serie de valori (de la minim la maxim) ale vitezei de rotaţie a arborelui motorului electric şi menţinând o valoare constantă a cuplului Domnișoarăîncărcați, înregistrați citirile indicatorului h 1 ;

Oferiți o evaluare calitativă a influenței vitezei de rotație n asupra eficienței cutiei de viteze.

5. COMPILARE RAPORT

Raportul asupra muncii efectuate trebuie să conțină numele,

scopul lucrării și sarcinile de determinare a randamentului mecanic, principalele date tehnice ale instalației (tipul cutiei de viteze, numărul de dinți pe roți, tipul motorului electric, dispozitivul de încărcare, dispozitivele și instrumentele de măsurare), calcule, descriere a calibrării aparatelor de măsură, tabele de date obţinute experimental.

6. VERIFICAȚI ÎNTREBĂRI

1. Ce se numește eficiență mecanică? Dimensiunea sa.

2. De ce depinde randamentul mecanic?

3. De ce se determină eficiența mecanică experimental?

4. Ce este senzorul din dispozitivele de măsurare a cuplului și a cuplului de frânare?

5. Descrieți dispozitivul de încărcare și principiul său de funcționare.

6. Cum se va schimba randamentul mecanic al cutiei de viteze daca momentul fortelor de rezistenta se dubleaza (scade)?

7. Cum se va schimba randamentul mecanic al cutiei de viteze daca momentul de rezistenta creste (scade) de 1,5 ori?

Lucrări de laborator 9

Lucrare de laborator nr 5.

Studiul randamentului cutiei de viteze.

Scopurile și obiectivele lucrării : studiul metodei de determinare experimentală a coeficientului de randament (eficacitate) al cutiei de viteze, obținând dependența randamentului cutiei de viteze de valoarea momentului de rezistență aplicat arborelui de ieșire al cutiei de viteze, evaluarea parametrilor a modelului matematic care descrie dependenţa randamentului cutiei de viteze de momentul de rezistenţă şi determinarea valorii momentului de rezistenţă corespunzător valorii maxime a randamentului .

5.1.Informații generale despre eficiența mecanismelor.

Energia furnizată mecanismului sub formă de lucru A d de forțe motrice și momente pe ciclu de stare staționară este cheltuită pentru efectuarea unui lucru util A ps i.e. munca de forțe și momente de rezistență utilă, precum și pentru a efectua lucrări A t asociate cu depășirea forțelor de frecare în perechi cinematice și a forțelor de rezistență a mediului: A d = A ps + A t. Valorile lui A ps și A t sunt substituit în această ecuație și în ecuațiile ulterioare conform valorii absolute. Eficiența mecanică este raportul:

Astfel, eficiența arată ce proporție din energia mecanică furnizată mașinii este cheltuită în mod util pentru realizarea lucrării pentru care a fost creată mașina, adică. este o caracteristică importantă a mecanismului mașinii. Deoarece pierderile prin frecare sunt inevitabile, așa este întotdeauna<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)

Cutie de viteze este un mecanism de angrenaj conceput pentru a reduce viteza unghiulară a arborelui de ieșire în raport cu intrarea. Raportul dintre viteza unghiulară la intrare și viteza unghiulară la ieșire se numește raport de transmisie:

Pentru cutia de viteze, ecuația (5.2) ia forma:

(5.4)

Aici M CU lor D- valori medii ale momentelor pe arborii de ieșire și de intrare ai cutiei de viteze. Determinarea experimentală a eficienței se bazează pe măsurarea valorilor lui M CUȘi M dși calcul folosind formula (5.4).

5.2.Factori. Determinarea câmpului de variație a factorilor.

În prima etapă a experimentului, este necesar să se determine valorile limită ale factorilor care pot fi implementați și măsurați într-o instalație dată și să se construiască un câmp de variație a factorilor. Acest câmp poate fi construit aproximativ folosind patru puncte. Pentru a face acest lucru, la un moment minim de rezistență (frâna unității este oprită), regulatorul de viteză de rotație își setează valorile minime și maxime. Jurnalul înregistrează citirile turometrului și , precum și citirile corespunzătoare ale indicatorului de frână și . În acest caz, dacă valoarea depășește limita superioară a scalei tahometrului, atunci este considerată egală cu cea mai mare valoare a acestei scale.

Apoi porniți frâna și utilizați regulatorul de cuplu pentru a seta momentul maxim de rezistență M C max. Regulatorul de viteză de rotație setează mai întâi valoarea frecvenței maxime pentru o anumită sarcină și apoi valoarea minimă stabilă (aproximativ 200 rpm). Valorile frecvenței sunt înregistrate în jurnal, iar citirile corespunzătoare ale indicatorului de frână și Prin reprezentarea celor patru puncte rezultate pe planul de coordonate și conectându-le cu linii drepte, se construiește un câmp de variație a factorului (Fig. 5.1). În acest domeniu (cu unele abateri de la granițe), se alege un domeniu de cercetare - limitele schimbării factorilor din experiment. Într-un experiment cu un singur factor, doar unul dintre factori este modificat, toți ceilalți sunt menținuți la un anumit nivel constant. În acest caz, zona de studiu este un segment de linie dreaptă (vezi Fig. 5.1, linia dreaptă n d=const).

5.3. Selecția modelului și planificarea experimentală.

Polinoamele sunt cel mai adesea folosite ca model matematic al procesului studiat. În acest caz, pentru dependență la n d=const

acceptăm un polinom de forma

Obiectivul experimentului este de a obține date empirice pentru a calcula estimări ale coeficienților acestui model. Deoarece la M C = 0 randamentul sistemului este zero, polinomul poate fi simplificat prin eliminarea termenului b 0 , care este egal cu zero. Rezultatele experimentului sunt procesate pe un computer folosind programul „KPD”, care vă permite să determinați coeficienții modelului b kși tipăriți grafice de dependență: experimentale indicând intervalele de încredere și modelul construit, precum și valoarea momentului de rezistență M C0, corespunzător maximului

5.4. Descrierea configurației experimentale.

Studiul eficienței cutiei de viteze se realizează folosind o instalație de tip DP-4. Instalația (Fig. 5.2) conține obiectul de studiu - cutia de viteze 2 (planetar, melcat, în linie, val), o sursă de energie mecanică - motor electric 1, consumator de energie - frână electromagnetică pulbere 3, două regulatoare: potențiometru 5 al regulatorului de turație a motorului și potențiometrului 4 al cuplului de frână al regulatorului, precum și un dispozitiv de măsurare a turației motorului (turometrul 6) și a cuplului pe motor și arborele de frână.

Dispozitivele pentru măsurarea cuplurilor motor și frână sunt similare ca proiectare (Fig. 5.3). Ele constau dintr-un suport cu rulmenți, care permite rotorului 1 și rotorului 2 să se rotească față de bază, o pârghie de măsurare cu braț l Și, sprijinindu-se pe un arc lamelă 4 și un comparator 3. Deformarea arcului se măsoară cu ajutorul unui indicator, valoarea deformarii este proporțională cu cuplul pe stator. Valoarea cuplului pe rotor se estimează aproximativ din cuplul pe stator, neglijând momentele de frecare și pierderile de ventilație. Pentru calibrarea indicatoarelor, instalația este echipată cu pârghii detașabile 6, pe care se aplică diviziuni în trepte l și greutăți 5. Pe pârghiile de calibrare ale motorului lд = 0,03 m, frânele l d=0,04 m. Masele sarcinilor sunt: ​​m 5d= 0,1 kg și, respectiv, m 5t = 1 kg. O frână cu pulbere este un dispozitiv format dintr-un rotor și un stator, cu pulbere feromagnetică plasată în golul inelar dintre ele. Prin schimbarea tensiunii pe înfășurările statorului de frână cu potențiometrul 5, puteți reduce sau crește forța de rezistență la forfecare dintre particulele de pulbere și momentul de rezistență pe arborele de frână.

5.5. Calibrarea indicatoarelor cuplului.

Calibrare- determinarea experimentala a relatiei (analitice sau grafice) dintre citirile aparatului de masura (indicator) si valoarea masurata (cuplul). La calibrare, dispozitivul de măsurare este încărcat cu cupluri Mt i de valoare cunoscută folosind o pârghie și o greutate, iar citirile indicatorului sunt înregistrate.
Pentru a exclude influența momentului inițial M t o = G 5 l o, treceți de la sistemul de coordonate f" 0" M" la sistemul f 0 M (Fig. 5.4), adică setați scala indicatorului la zero după plasarea sarcinii G 5 la valoarea scalei zero de pe pârghie.

La calibrare, găsiți valorile medii ale citirilor indicatorului de frână la toate nivelurile de sarcină M t c i. Dependența de calibrare pentru cuplul motor are forma . Zona de studiu și nivelurile factorilor în timpul calibrării sunt determinate de lungimea și pasul marcajelor pârghiilor 6 și de masele sarcinilor 5.

Pentru a obține dependența de calibrare efectuați N experimente originale (la diferite niveluri de M t i) Cu m repetări la fiecare nivel, unde N >=k + 1; m >= 2; k - numărul de coeficienți de model (se ia N = 5, m >= 2; k - numărul de coeficienți de model (se ia N = 5, m = 3). Coeficienți de dependență de calibrare b k calculat dintr-o serie de rezultate de calibrare pe un computer utilizând programul „KPD”.

Lucrări de laborator

Studiul randamentului cutiei de viteze

1. Scopul lucrării

Determinarea analitică a coeficientului de performanță (eficiență) al unui reducător de viteze.

Determinarea experimentală a randamentului unui reductor de viteze.

Compararea si analiza rezultatelor obtinute.

2. Prevederi teoretice

Energia furnizată unui mecanism sub formă de muncăforțe motrice și momente pe ciclu de stare staționară, este cheltuită pentru a efectua lucrări utileacestea. muncă de forțe și momente de rezistență utilă, precum și pentru a efectua lucrăriasociat cu depășirea forțelor de frecare în perechi cinematice și a forțelor de rezistență a mediului:. Înțelesuri și sunt substituite în această și ecuațiile ulterioare în valoare absolută. Eficiența mecanică este raportul

Astfel, eficiența arată ce proporție din energia mecanică furnizată mașinii este cheltuită în mod util pentru realizarea lucrării pentru care a fost creată mașina, adică. este o caracteristică importantă a mecanismului mașinii. Deoarece pierderile prin frecare sunt inevitabile, așa este întotdeauna. În ecuația (1) în loc de lucrăriȘi efectuate pe ciclu, puteți înlocui valorile medii ale puterilor corespunzătoare pe ciclu:

O cutie de viteze este un mecanism angrenat (inclusiv melcat) conceput pentru a reduce viteza unghiulară a arborelui de ieșire în raport cu intrarea.

Raportul vitezei unghiulare de intrare la viteza unghiulară la ieșire numit raportul de transmisie :

Pentru cutia de viteze, ecuația (2) ia forma

Aici T 2 Și T 1 – valori medii ale cuplului pe arborii de ieșire (momentul forțelor de rezistență) și de intrare (momentul forțelor de antrenare) ai cutiei de viteze.

Determinarea experimentală a eficienței se bazează pe măsurarea valorilor T 2 Și T 1 și calculând η folosind formula (4).

Când se studiază eficiența unei cutii de viteze în funcție de factori, de ex. parametrii sistemului care influențează măsurarea valoare și poate fi modificată în mod intenționat în timpul experimentului, sunt momentul de rezistență T 2 pe arborele de ieșire și viteza de rotație a arborelui de intrare al cutiei de vitezen 1 .

Principala modalitate de a crește eficiența cutiilor de viteze este reducerea pierderilor de putere, cum ar fi: utilizarea unor sisteme de lubrifiere mai moderne care elimină pierderile datorate amestecării și stropirii uleiului; montaj rulmenti hidrodinamici; proiectarea cutiilor de viteze cu cei mai optimi parametri de transmisie.

Eficiența întregii instalații este determinată din expresie

Unde – randamentul reductorului de viteze;

– randamentul suporturilor motoarelor electrice,;

– randamentul de cuplare, ;

– eficiența suporturilor de frână,.

Eficiența generală a unui reducător de viteze în mai multe trepte este determinată de formula:

Unde – Eficiență angrenajului cu calitate medie de fabricație și lubrifiere periodică,;

– Eficiența unei perechi de rulmenți depinde de proiectarea acestora, calitatea asamblarii, metoda de încărcare și se ia aproximativ(pentru o pereche de rulmenți) și(pentru o pereche de rulmenti lisi);

– Eficiența ținând cont de pierderile datorate stropirii și amestecării uleiului este aproximativ acceptată= 0,96;

k– numărul de perechi de rulmenți;

n– numărul de perechi de viteze.

3. Descrierea obiectului de cercetare, instrumentelor și instrumentelor

Această lucrare de laborator este efectuată pe o instalație DP-3A, ceea ce face posibilă determinarea experimentală a eficienței unui reducător de viteze. Instalația DP-3A (Figura 1) este montată pe o bază de metal turnat 2 și constă dintr-un ansamblu motor electric 3 (o sursă de energie mecanică) cu un turometru 5, un dispozitiv de sarcină 11 (consumator de energie), o cutie de viteze testată. 8 și cuplaje elastice 9.

Fig.1. Schema schematică a instalației DP-3A

Dispozitivul de încărcare 11 este o frână magnetică cu pulbere care simulează sarcina de lucru a cutiei de viteze. Statorul dispozitivului de sarcină este un electromagnet, în spațiul magnetic al căruia este plasat un cilindru gol cu ​​rolă (rotorul dispozitivului de sarcină). Cavitatea internă a dispozitivului de încărcare este umplută cu o masă constând dintr-un amestec de pulbere de carbonil și ulei mineral.

Două regulatoare: potențiometrele 15 și 18 vă permit să reglați viteza arborelui motorului electric și, respectiv, cantitatea de cuplu de frânare a dispozitivului de sarcină. Viteza de rotație este controlată cu ajutorul unui turometru5.

Mărimea cuplului pe arborii motorului electric și ai frânei este determinată cu ajutorul dispozitivelor care includ un arc plat6 și comparatoare cu cadran7,12. Suporturile 1 și 10 pe rulmenți oferă capacitatea de a roti statorul și rotorul (atât motorul, cât și frâna) față de bază.

Astfel, atunci când este furnizat curent electric (porniți comutatorul 14, lampa de semnalizare 16 se aprinde) în înfășurarea statorului a motorului electric, rotorul primește un cuplu, iar statorul primește un cuplu reactiv egal cu cuplul și direcționat. în sens invers. În acest caz, statorul sub acțiunea cuplului reactiv deviază (motor echilibrat) de la poziția inițialăîn funcţie de mărimea cuplului de frânare pe arborele antrenat al cutiei de vitezeT 2 . Aceste mișcări unghiulare ale carcasei statorului motorului electric sunt măsurate prin numărul de diviziuni P 1 , spre care se abate săgeata indicator7.

În consecință, atunci când curent electric este furnizat (porniți comutatorul basculant 17) înfășurării electromagnetului, amestecul magnetic rezistă la rotația rotorului, adică. creează un cuplu de frânare pe arborele de ieșire al cutiei de viteze, înregistrat de un dispozitiv similar (indicatorul 12), care arată cantitatea de deformare (numărul de divizii P 2) .

Arcurile instrumentelor de măsură sunt pretarate. Deformațiile lor sunt proporționale cu mărimea cuplurilor pe arborele motorului electric T 1 și arborele de ieșire al cutiei de vitezeT 2 , adică mărimile momentului forțelor motrice și ale momentului forțelor de rezistență (frânare).

Cutia de viteze8 este formată din șase perechi identice de angrenaje montate pe rulmenți cu bile din carcasă.

Schema cinematică a instalației DP 3A este prezentată în Figura 2, A Principalii parametri de instalare sunt prezentați în tabelul 1.

Tabelul 1. Caracteristicile tehnice ale instalației

Orez. 2. Schema cinematică a instalației DP-3A

1 - motor electric; 2 – cuplaj; 3 – cutie de viteze; 4 – frana.

4. Metodologia cercetării și prelucrarea rezultatelor

4.1 Valoarea experimentală a randamentului cutiei de viteze este determinată de formula:

Unde T 2 – momentul forțelor de rezistență (cuplul pe arborele de frână), Nmm;

T 1 – momentul forțelor de antrenare (cuplul pe arborele motorului electric), Nmm;

u– raportul de transmisie al reductorului;

– randamentul cuplajului elastic;= 0,99;

– randamentul rulmentilor pe care sunt montate electromotorul si frana;= 0,99.

4.2. Testele experimentale presupun măsurarea cuplului pe arborele motorului la o viteză de rotație dată. În acest caz, anumite cupluri de frânare sunt create succesiv pe arborele de ieșire al cutiei de viteze în funcție de citirile indicatoare corespunzătoare12.

La pornirea motorului electric cu comutatorul basculant 14 (Figura 1), statorul motorului sprijiniți-vă cu mâna pentru a preveni lovirea arcului.

Porniți frâna cu comutatorul 17, după care săgețile indicatoare sunt setate la zero.

Folosind potențiometrul 15, setați numărul necesar de rotații ale arborelui motor pe turometru, de exemplu, 200 (Tabelul 2).

Potențiometrul 18 creează cupluri de frânare pe arborele de ieșire al cutiei de viteze T 2 corespunzătoare citirilor indicatorului 12.

Înregistrați citirile indicatorului7 pentru a determina cuplul pe arborele motorului T 1 .

După fiecare serie de măsurători la o viteză, potențiometrele 15 și 18 sunt mutate în poziția lor extremă în sens invers acelor de ceasornic.

4.3. Schimbând sarcina pe frâna cu potențiometrul 18 și pe motorul cu potențiometrul 15 (vezi Figura 1), cu o viteză constantă de rotație a motorului, înregistrați cinci citiri ale indicatorului 7 și 12 ( P 1 și P 2) în tabelul 3.

Tabelul 3. Rezultatele testelor

O cutie de viteze melcat este una dintre clasele de cutii de viteze mecanice. Cutiile de viteze sunt clasificate în funcție de tipul de transmisie mecanică. Șurubul care formează baza angrenajului melcat este similar ca aspect cu un melc, de unde și numele.

Motorreductor este o unitate formată dintr-o cutie de viteze și un motor electric, care sunt cuprinse într-o singură unitate. Motor cu angrenaj melcatcreată pentru a funcționa ca motor electromecanic în diverse mașini de uz general. Este de remarcat faptul că acest tip de echipamente funcționează perfect atât sub sarcini constante, cât și variabile.

Într-o cutie de viteze cu melc, creșterea cuplului și scăderea vitezei unghiulare a arborelui de ieșire are loc prin conversia energiei conținute în viteza unghiulară mare și cuplul scăzut pe arborele de intrare.

Erorile în calculul și selecția cutiei de viteze pot duce la defecțiunea prematură a acesteia și, ca urmare, în cel mai bun caz la pierderi financiare.

Prin urmare, munca de calcul și selectare a unei cutii de viteze trebuie să fie încredințată specialiștilor cu experiență în proiectare, care vor ține cont de toți factorii, de la amplasarea cutiei de viteze în spațiu și condițiile de funcționare până la temperatura de încălzire a acesteia în timpul funcționării. După ce a confirmat acest lucru cu calcule adecvate, specialistul va asigura selectarea cutiei de viteze optime pentru unitatea dumneavoastră specifică.

Practica arată că o cutie de viteze selectată corespunzător asigură o durată de viață de cel puțin 7 ani - pentru cutiile de viteze melcate și 10-15 ani pentru cutiile de viteze drepte.

Selectarea oricărei cutii de viteze se realizează în trei etape:

1. Selectarea tipului de cutie de viteze

2. Selectarea dimensiunii (dimensiunea standard) a cutiei de viteze și a caracteristicilor acesteia.

3. Calcule de verificare

1. Selectarea tipului de cutie de viteze

1.1 Date inițiale:

Schema cinematică a motorului care indică toate mecanismele conectate la cutia de viteze, aranjarea lor spațială unul față de celălalt, indicând locațiile de montare și metodele de montare a cutiei de viteze.

1.2 Determinarea amplasării în spațiu a axelor arborilor cutiei de viteze.

Cutii de viteze elicoidale:

Axa arborilor de intrare și de ieșire ai cutiei de viteze sunt paralele între ele și se află într-un singur plan orizontal - o cutie de viteze orizontală.

Axa arborilor de intrare și de ieșire ai cutiei de viteze sunt paralele între ele și se află într-un singur plan vertical - o cutie de viteze verticală.

Axa arborelui de intrare și de ieșire al cutiei de viteze poate fi în orice poziție spațială, în timp ce aceste axe se află pe aceeași linie dreaptă (coincid) - o cutie de viteze cilindrice sau planetară coaxială.

Cutii de viteze elicoidale conice:

Axa arborilor de intrare și de ieșire ai cutiei de viteze sunt perpendiculare între ele și se află într-un singur plan orizontal.

Cutii de viteze melcate:

Axa arborelui de intrare și de ieșire al cutiei de viteze poate fi în orice poziție spațială, în timp ce se încrucișează la un unghi de 90 de grade unul față de celălalt și nu se află în același plan - o cutie de viteze cu melc cu o singură treaptă.

Axa arborelui de intrare și de ieșire al cutiei de viteze poate fi în orice poziție spațială, în timp ce sunt paralele între ele și nu se află în același plan sau se încrucișează la un unghi de 90 de grade una față de alta și nu se află în același plan - o cutie de viteze în două trepte.

1.3 Determinarea metodei de fixare, poziție de montare și opțiune de asamblare a cutiei de viteze.

Metoda de fixare a cutiei de viteze și poziția de montare (montarea pe fundație sau pe arborele antrenat al mecanismului de antrenare) sunt determinate în funcție de caracteristicile tehnice date în catalog pentru fiecare cutie de viteze în mod individual.

Opțiunea de asamblare se determină conform schemelor date în catalog. Schemele „Opțiuni de asamblare” sunt prezentate în secțiunea „Desemnarea cutiilor de viteze”.

1.4 În plus, atunci când alegeți un tip de cutie de viteze, pot fi luați în considerare următorii factori

1) Nivelul de zgomot

• cel mai jos - pentru cutii de viteze melcate
• cel mai înalt - pentru cutii de viteze elicoidale și conice

2) Eficiență

• cea mai mare este pentru cutiile de viteze planetare și cu o singură treaptă
• cel mai mic este pentru angrenajele melcate, în special cele cu două trepte

Cutiile de viteze cu melc sunt utilizate de preferință în moduri de funcționare repetate și pe termen scurt

3) Consum de material pentru aceleași valori de cuplu pe un arbore cu viteză mică

• cel mai de jos este pentru planetar cu o singură etapă

4) Dimensiuni cu aceleași rapoarte de transmisie și cupluri:

• cele mai mari axiale sunt pentru coaxiale si planetare
• cel mai mare în direcția perpendiculară pe axele - pentru cilindric
• cel mai mic radial - spre planetar.

5) Cost relativ frec/(Nm) pentru aceleași distanțe centrale:

• cea mai mare este pentru cele conice
• cel mai jos este pentru cele planetare

2. Selectarea dimensiunii (dimensiunea standard) a cutiei de viteze și a caracteristicilor acesteia

2.1. Datele inițiale

Diagrama cinematică a motorului de acţionare care conţine următoarele date:

• tipul mașinii de antrenare (motor);
• cuplul necesar pe arborele de ieșire T necesar, Nm, sau puterea sistemului de propulsie P necesară, kW;
• viteza de rotație a arborelui de intrare al cutiei de viteze nin, rpm;
• viteza de rotație a arborelui de ieșire al cutiei de viteze n out, rpm;
• natura sarcinii (uniformă sau neuniformă, reversibilă sau ireversibilă, prezența și amploarea supraîncărcărilor, prezența șocurilor, impacturilor, vibrațiilor);
• durata necesară de funcționare a cutiei de viteze în ore;
• munca medie zilnică în ore;
• numărul de porniri pe oră;
• durata pornirii cu sarcină, duty cycle %;
• condițiile de mediu (temperatură, condiții de îndepărtare a căldurii);
• Durata pornirii sub sarcină;
• sarcină radială în consolă aplicată în mijlocul părții de aterizare a capetelor arborelui de ieșire F out și arborelui de intrare F în;

2.2. Atunci când alegeți dimensiunea cutiei de viteze, se calculează următorii parametri:

1) Raportul de transmisie

U= n in/n out (1)

Cea mai economică este operarea cutiei de viteze la o turație de intrare mai mică de 1500 rpm, iar pentru o funcționare mai lungă fără probleme a cutiei de viteze, se recomandă utilizarea unei viteze a arborelui de intrare mai mică de 900 rpm.

Raportul de transmisie este rotunjit în direcția necesară la cel mai apropiat număr conform tabelului 1.

Cu ajutorul tabelului, sunt selectate tipuri de cutii de viteze care satisfac un anumit raport de transmisie.

2) Cuplul estimat pe arborele de ieșire al cutiei de viteze

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

T necesar - cuplul necesar pe arborele de ieșire, Nm (date inițiale sau formula 3)

Modul K - coeficientul modului de operare

Cu o putere cunoscută a sistemului de propulsie:

T necesar = (P necesar x U x 9550 x eficiență)/n intrare, (3)

P necesar - puterea sistemului de propulsie, kW

nin - viteza de rotație a arborelui de intrare al cutiei de viteze (cu condiția ca arborele sistemului de propulsie să transmită direct rotația arborelui de intrare al cutiei de viteze fără o treaptă suplimentară), rpm

U - raport de transmisie, formula 1

Eficiență - randamentul cutiei de viteze

Coeficientul modului de funcționare este definit ca produsul coeficienților:

Pentru reductoarele de viteze:

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

Pentru cutii de viteze melcate:

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

K 1 - coeficientul tipului și caracteristicilor sistemului de propulsie, tabelul 2

K 2 - coeficientul duratei de funcționare tabelul 3

K 3 - coeficientul numărului de porniri tabelul 4

K PV - coeficientul duratei de comutare tabel 5

K rev - coeficient de reversibilitate, cu funcționare ireversibilă K rev = 1,0 cu funcționare inversă K rev = 0,75

Kh este un coeficient care ia în considerare locația perechii de viermi în spațiu. Când viermele este situat sub roată, K h = 1,0, când este situat deasupra roții, K h = 1,2. Când viermele este situat pe partea laterală a roții, K h = 1,1.

3) Sarcina radială în consolă estimată pe arborele de ieșire al cutiei de viteze

F out.calc = F out x K mod, (6)

Fout - sarcină radială în consolă aplicată în mijlocul părții de aterizare a capetelor arborelui de ieșire (date inițiale), N

Modul K - coeficientul modului de funcționare (formula 4.5)

3. Parametrii cutiei de viteze selectate trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

1) T nom > T calc, (7)

Tnom - cuplul nominal pe arborele de ieșire al cutiei de viteze, dat în acest catalog în specificațiile tehnice pentru fiecare cutie de viteze, Nm

T calc - cuplul calculat pe arborele de ieșire al cutiei de viteze (formula 2), Nm

2) Fnom > Fout.calc (8)

F - sarcina nominală în consolă în mijlocul părții de aterizare a capetelor arborelui de ieșire al cutiei de viteze, dată în specificațiile tehnice pentru fiecare cutie de viteze, N.

F out.calc - sarcina radială în consolă calculată pe arborele de ieșire al cutiei de viteze (formula 6), N.

3) Calcul de intrare P< Р терм х К т, (9)

P input calcul - puterea estimată a motorului electric (formula 10), kW

Termenul R - puterea termică, a cărei valoare este dată în caracteristicile tehnice ale cutiei de viteze, kW

Kt - coeficient de temperatură, ale cărui valori sunt date în tabelul 6

Puterea proiectată a motorului electric este determinată de:

P input calcul = (T out x n out)/(9550 x randament), (10)

Tout - cuplul calculat pe arborele de ieșire al cutiei de viteze (formula 2), Nm

n out - turația arborelui de ieșire al cutiei de viteze, rpm

Eficiența este eficiența cutiei de viteze,

A) Pentru cutii de viteze elicoidale:

• într-o singură etapă - 0,99
• în două etape - 0,98
• în trei etape - 0,97
• cu patru viteze - 0,95

B) Pentru cutii de viteze conice:

• într-o singură etapă - 0,98
• în două etape - 0,97

C) Pentru cutii de viteze elicoidale conice - ca produs al valorilor părților conice și cilindrice ale cutiei de viteze.

D) Pentru cutii de viteze melcate, randamentul este dat in specificatiile tehnice pentru fiecare cutie de viteze pentru fiecare raport de transmisie.

Managerii companiei noastre vă vor ajuta să cumpărați o cutie de viteze melcat, să aflați costul cutiei de viteze, să selectați componentele potrivite și să vă ajute cu întrebările care apar în timpul funcționării.

tabelul 1

masa 2

Tabelul 3

Tabelul 4

Tabelul 5

Tabelul 6