Determinarea randamentului unei cutii de viteze cu roți dințate drepte. Determinarea eficienței unei cutii de viteze în mai multe trepte Versiuni de proiectare prin metoda de instalare

Lucrări de laborator № 5.

Studiu Eficiența cutiei de viteze.

Scopurile și obiectivele lucrării : studiul metodei de determinare experimentală a coeficientului acțiune utilă(eficiența) cutiei de viteze, obținând dependența randamentului cutiei de viteze de valoarea momentului de rezistență aplicat arborelui de ieșire al cutiei de viteze, estimând parametrii modelului matematic care descrie dependența randamentului cutiei de viteze de momentul de rezistență și determinarea valorii momentului de rezistență 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”.

Veselova E. V., Narykova N. I.

Cercetarea cutiilor de viteze pentru instrumente

Ghid pentru lucrul de laborator nr. 4, 5, 6 pentru cursul „Fundamentele proiectării instrumentelor”

Original: 1999

Digitalizat: 2005

Aspectul digital bazat pe original a fost întocmit de: Alexander A. Efremov, gr. IU1-51

Scopul muncii

Familiarizarea cu proiectele de instalații pentru determinarea eficienței cutiilor de viteze.

Determinarea experimentală și analitică a randamentului unui anumit tip de cutie de viteze în funcție de sarcina pe arborele de ieșire.

Dispozitivele numite unități sunt utilizate pe scară largă în diferite tipuri de dispozitive. Acestea constau dintr-o sursă de energie (motor), cutie de viteze și echipamente de control.

O cutie de viteze este un mecanism constând dintr-un sistem de angrenaje, angrenaje melcate sau planetare care reduc viteza de rotație a bielei antrenate în comparație cu viteza de rotație a bielei de antrenare.

Un dispozitiv similar care servește la creșterea vitezei de rotație a verigii antrenate în comparație cu viteza de rotație a verigii antrenate se numește multiplicator.

In aceste lucrari de laborator sunt studiate urmatoarele tipuri de cutii de viteze: cutie de viteze elicoidala multietapata, cutie de viteze planetara si cutie de viteze cu melc cu o singura treapta.

Conceptul de eficienta

Când mecanismul este în mișcare constantă, puterea forțelor motrice este cheltuită în întregime pentru depășirea rezistențelor utile și dăunătoare:

Aici P g- puterea forţelor motrice; P c- puterea consumată pentru a depăși rezistența la frecare; P n- puterea cheltuită pentru a depăși rezistențele utile.

Eficiența este raportul dintre puterea forțelor de rezistență utile și puterea forțelor motrice:

(2)

Indexul 1-2 indică faptul că mișcarea este transmisă de la legătura 1, la care se aplică forța de antrenare, la legătura 2, la care se aplică forța de rezistență utilă.

Magnitudinea
numit factor de pierdere de transmisie. Evident:

(3)

În cazul angrenajelor ușor încărcate (sunt tipice în fabricarea instrumentelor), eficiența depinde în mod semnificativ de propriile pierderi prin frecare și de gradul de încărcare a forței a mecanismului. În acest caz, formula (3) ia forma:

(4)

Unde c- coeficient care ține cont de influența pierderilor proprii asupra frecării și sarcinii F,

Componente AȘi b depinde de tipul de transmisie.

La
coeficient
reflectă influența pierderilor proprii asupra frecării în angrenajele ușor încărcate. Odata cu cresterea F coeficient c(F) scade, apropiindu-se de valoare
la o valoare mare F.

Pentru conexiune serială m mecanisme cu eficienţă Eficiența întregii conexiuni a mecanismelor:

(5)

Unde P g- alimentarea primului mecanism; P n- puterea eliminată de la ultimul mecanism.

O cutie de viteze poate fi considerată ca un dispozitiv cu o conexiune în serie de angrenaje și suporturi. Atunci randamentul este determinat de expresia:

(6)

Unde - eficienta i- o perechi de logodnă;
- eficienta unei perechi de suporturi; - numărul de perechi de suporturi.

Sprijină eficiența

Eficiența suportului este determinată de formulă

(7)

întrucât raportul puterilor la ieșirea și intrarea suportului este egal cu raportul momentelor corespunzătoare datorită constanței vitezei de rotație. Aici M- cuplul pe arbore; M tr- momentul de frecare în suport.

Momentul de frecare într-un rulment poate fi determinat prin formula:

(8)

Unde M 1 - momentul de frecare, in functie de sarcina pe suport; M 0 - cuplul de frecare, în funcție de designul rulmentului, viteza de rotație și vâscozitatea lubrifiantului.

În cutiile de viteze cu instrumente componenta M 1 este mult mai mic decât componenta M 0 . Astfel, putem presupune că momentul de frecare al suporturilor este practic independent de sarcină. În consecință, eficiența suportului nu depinde de sarcină. Atunci când se calculează eficiența unei cutii de viteze, eficiența unei perechi de rulmenți poate fi considerată 0,99.

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

Acest articol conține informații detaliate despre selectarea și calcularea 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 calcule este rotunjită la valoarea specificată în caracteristicile tehnice ale unui anumit tip de cutie de viteze.

Tabelul 2. Gama de rapoarte de transmisie pentru diferite tipuri de 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. Producătorii indică acest parametru tehnic în rezumatul caracteristicilor motoarelor electrice.

Cuplul cutiei de viteze

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

Cuplul nominal– cuplu maxim care asigură o transmisie sigură. Valoarea sa este calculată luând în considerare factorul de siguranță - 1 și durata de viață - 10 mii de ore.

Cuplu maxim– cuplul maxim pe care îl poate suporta cutia 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 satisface criteriile 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 calculul 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 – cuplul;
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:

ñ [%] = (P2/P1) x 100

Unde
P2 – puterea de ieșire;
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

Versiuni antiexplozive ale motoareductoarelor

Motoarele cu angrenaj din această grupă sunt clasificate în funcție de tipul de proiectare anti-explozie:

• „E” – unități cu grad crescut de protecție. Poate fi utilizat în orice mod de funcționare, inclusiv în situații de urgență. Protecția sporită previne posibilitatea aprinderii amestecurilor și gazelor industriale.
• „D” – carcasă antiexplozie. Carcasa unităților este protejată de deformare în cazul unei explozii a motorului în sine. Acest lucru se realizează datorită caracteristicilor sale de design și etanșeitate crescută. Echipamentele cu clasa de protecție la explozie „D” pot fi utilizate la temperaturi extrem de ridicate și cu orice grup de amestecuri explozive.
• „I” – circuit intrinsec sigur. Acest tip de protectie la explozie asigura mentinerea curentului antiexploziv in reteaua electrica, tinand cont de conditiile specifice aplicarii industriale.

Indicatori de fiabilitate

Indicatorii de fiabilitate ai motoarelor angrenate sunt furnizați în tabelul 7. Toate valorile sunt date pentru funcționarea pe termen lung la o sarcină nominală constantă. Motoreductorul trebuie să asigure 90% din resursa indicată în tabel chiar și în modul de suprasarcină de scurtă durată. Acestea apar atunci când echipamentul este pornit și cuplul nominal este depășit de cel puțin două ori.

Tabel 7. Durata de viață a arborilor, rulmenților și cutiilor de viteze

Pentru intrebari referitoare la calculul si achizitionarea motoarelor de diferite tipuri, va rugam sa contactati specialistii nostri. Vă puteți familiariza cu catalogul de motoare melcate, cilindrice, planetare și ondulate oferit de compania Tekhprivod.

Romanov Serghei Anatolievici,
sef sectie mecanica
Compania Tekhprivod.

Alte materiale utile:

1. Scopul lucrării

Studiul eficienței cutiei de viteze în diferite condiții de încărcare.

2. Descrierea instalării

Pentru a studia funcționarea cutiei de viteze, se folosește un dispozitiv DP3M. Se compune din următoarele componente principale (Fig. 1): cutie de viteze în încercare 5, motor electric 3 cu tahometru electronic 1, dispozitiv de sarcină 6, dispozitiv de măsurare a cuplului 8, 9. Toate componentele sunt montate pe o singură bază 7.

Carcasa motorului electric este articulată în două suporturi 2 astfel încât axa de rotație a arborelui motorului electric să coincidă cu axa de rotație a carcasei. Carcasa motorului este asigurată împotriva rotației circulare printr-un arc plat 4.

Cutia de viteze este formată din șase roți dințate drepte identice cu un raport de transmisie de 1,71 (Fig. 2). Blocul de viteze 19 este montat pe o axă fixă ​​20 pe un suport de rulment cu bile. Designul blocurilor 16, 17, 18 este similar cu blocul 19. Cuplul este transmis de la roata 22 la arborele 21 printr-o cheie.

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 oțel este utilizat ca mediu magnetizabil.

Dispozitivele de măsurare a cuplului și a cuplului de frânare constau din arcuri plate care creează cupluri reactive pentru motorul electric și, respectiv, dispozitivul de sarcină. Tensometrele conectate la amplificator sunt lipite de arcurile plate.

Pe partea frontală a bazei dispozitivului există un panou de control: butonul de pornire pentru dispozitivul „Rețea” 11; butonul de alimentare pentru circuitul de excitare al dispozitivului de sarcină „Încărcare” 13; butonul comutator motor electric „Motor” 10; butonul de control al vitezei motorului electric „Controlul vitezei” 12; buton pentru reglarea curentului de excitație al dispozitivului de sarcină 14; trei ampermetre 8, 9, 15 pentru măsurarea frecvenței n, momentului M1, respectiv momentului M2.

Orez. 1. Schema de instalare

Orez. 2. Cutie de viteze testată

Caracteristicile tehnice ale dispozitivului DP3M:

3. Dependențe de calcul

Determinarea eficienței cutiei de viteze se bazează pe măsurarea simultană a cuplurilor pe arborii de intrare și de ieșire a cutiei de viteze la o viteză constantă. În acest caz, eficiența cutiei de viteze este calculată folosind formula:

= , (1)

unde M 2 este momentul creat de dispozitivul de sarcină, N×m; M 1 – cuplul dezvoltat de motorul electric, N×m; u – raportul de transmisie al cutiei de viteze.

4. Comanda de lucru

În prima etapă, la o viteză constantă dată de rotație a motorului electric, se studiază randamentul cutiei de viteze în funcție de cuplul creat de dispozitivul de sarcină.

În primul rând, motorul electric este pornit și butonul de control al vitezei este folosit pentru a seta viteza de rotație dorită. Butonul de reglare a curentului de excitație al dispozitivului de sarcină este setat în poziția zero. Circuitul de putere de excitație este pornit. Prin rotirea lină a butonului de reglare a excitației, se setează prima dintre valorile specificate ale cuplului de sarcină pe arborele cutiei de viteze. Butonul de control al vitezei menține viteza de rotație specificată. Microampermetrele 8, 9 (Fig. 1) înregistrează momentele pe arborele motorului și pe dispozitivul de sarcină. Prin ajustarea suplimentară a curentului de excitație, cuplul de sarcină este crescut la următoarea valoare specificată. Menținând constantă viteza de rotație, determinați următoarele valori ale M 1 și M 2.

Rezultatele experimentului sunt introduse în Tabelul 1 și este reprezentat grafic un grafic al dependenței = f(M 2) la n = const (Fig. 4).

La a doua etapă, pentru un cuplu de sarcină constant dat M 2, se studiază randamentul cutiei de viteze în funcție de viteza de rotație a motorului electric.

Circuitul de putere de excitație este pornit și butonul de reglare a curentului de excitație setează valoarea specificată a cuplului pe arborele de ieșire al cutiei de viteze. Butonul de control al vitezei setează o gamă de viteze de rotație (de la minim la maxim). Pentru fiecare mod de viteză, se menține un cuplu de sarcină constant M2, iar cuplul pe arborele motorului M1 este înregistrat cu ajutorul microampermetrului 8 (Fig. 1).

Rezultatele experimentului sunt introduse în Tabelul 2 și este reprezentat grafic un grafic al dependenței = f(n) la M2 = const (Fig. 4).

5. Concluzie

Se explică în ce constau pierderile de putere într-o transmisie cu angrenaje și cum este determinată eficiența unei cutii de viteze în mai multe trepte.

Sunt enumerate condițiile care permit creșterea eficienței cutiei de viteze. O justificare teoretică pentru graficele obţinute este dată = f(M 2); = f(n).

6. Întocmirea raportului

– Pregătiți o pagină de titlu (vezi exemplul de la pagina 4).

– Desenați schema cinematică a cutiei de viteze.

Pregătiți și completați tabelul. 1.

tabelul 1

din momentul creat de dispozitivul de încărcare

– Construiți un grafic de dependență

Orez. 4. Graficul dependenței = f(M 2) la n = const

Pregătiți și completați tabelul. 2.

masa 2

Rezultatele unui studiu al randamentului cutiei de viteze in functie de

de la viteza motorului electric

– Construiți un grafic de dependență.

Orez. 5. Graficul dependenței = f(n) la M 2 = const

Dați o concluzie (vezi paragraful 5).

Întrebări de control

1. Descrieți designul dispozitivului DPZM, din ce componente principale constă?

2. Ce pierderi de putere apar în transmisia cu roți dințate și care este randamentul acesteia?

3. Cum se schimbă caracteristicile angrenajului, cum ar fi puterea, cuplul și viteza de rotație de la transmisie la arborele antrenat?

4. Cum se determină raportul de viteză și eficiența unei cutii de viteze cu mai multe trepte?

5. Enumerați condițiile care fac posibilă creșterea eficienței cutiei de viteze.

6. Ordinea de lucru la studierea randamentului cutiei de viteze in functie de cuplul furnizat de dispozitivul de sarcina.

7. Ordinea de lucru la studierea randamentului cutiei de viteze in functie de turatia motorului.

8. Dați o explicație teoretică a graficelor rezultate = f(M 2); = f(n).

Bibliografie

1. Reshetov, D. N. Piese de mașini: - un manual pentru studenții de inginerie mecanică și specialități mecanice ai universităților / D. N. Reshetov. – M.: Mashinostroenie, 1989. – 496 p.

2. Ivanov, M. N. Piese de mașini: - un manual pentru studenții instituțiilor de învățământ tehnic superior / M. N. Ivanov. – Ed. a 5-a, revizuită. – M.: Şcoala superioară, 1991. – 383 p.

LUCRARE DE LABORATOR Nr 8