Veselova E. V., Narykova N. I.

Instrumentide käigukastide uurimine

Kursuse “Instrumendidisaini alused” laboritööde juhend nr 4, 5, 6

Originaal: 1999

Digiteeritud: 2005

Originaalil põhineva digitaalse küljenduse koostas: Alexander A. Efremov, gr. IU1-51

Töö eesmärk

Käigukastide efektiivsuse määramise paigaldiste konstruktsioonidega tutvumine.

Antud tüüpi käigukasti efektiivsuse eksperimentaalne ja analüütiline määramine sõltuvalt väljundvõlli koormusest.

Seadmeid, mida nimetatakse draivideks, kasutatakse laialdaselt erinevat tüüpi seadmetes. Need koosnevad energiaallikast (mootorist), käigukastist ja juhtimisseadmetest.

Käigukast on mehhanism, mis koosneb hammasrataste, tigu- või planetaarülekannete süsteemist, mis vähendavad veolüli pöörlemiskiirust võrreldes veolüli pöörlemiskiirusega.

Sarnast seadet, mis suurendab veolüli pöörlemiskiirust võrreldes veolüli pöörlemiskiirusega, nimetatakse kordajaks.

Andmetes laboritööd Uuritakse järgmisi käigukastitüüpe: mitmeastmeline silindriline käigukast, planetaarkäigukast ja üheastmeline tigukäigukast.

Efektiivsuse mõiste

Kui mehhanism on ühtlases liikumises, siis võimsus edasiviiv jõud kulutatakse täielikult kasulike ja kahjulike takistuste ületamiseks:

Siin P g- edasiviivate jõudude jõud; P c- hõõrdetakistuse ületamiseks kulutatud võimsus; P n- kasulike takistuste ületamiseks kulutatud võimsus.

Kasutegur on kasulike takistusjõudude võimsuse suhe liikumapanevate jõudude võimsusesse:

(2)

Indeks 1-2 näitab, et liikumine edastatakse lülilt 1, millele rakendatakse liikumapanevat jõudu, lülile 2, millele rakendatakse kasulikku takistusjõudu.

Suurusjärk
nimetatakse ülekandekaoteguriks. Ilmselgelt:

(3)

Kergelt koormatud hammasrataste puhul (need on instrumentide valmistamisel tüüpilised) sõltub efektiivsus oluliselt selle enda hõõrdekadudest ja mehhanismi jõukoormuse astmest. Sel juhul on valem (3) järgmine:

(4)

Kus c- koefitsient, mis võtab arvesse omakadude mõju hõõrdumisele ja koormusele F,

Komponendid a Ja b oleneb ülekande tüübist.

Kell
koefitsient
peegeldab omakadude mõju hõõrdumisele kergelt koormatud käikude puhul. Suurenedes F koefitsient c(F) väheneb, lähenedes väärtusele
suure väärtusega F.

Kell jadaühendus m tõhusad mehhanismid Kogu mehhanismide ühendamise efektiivsus:

(5)

Kus P g- esimese mehhanismi toide; P n- viimasest mehhanismist eemaldatud toide.

Käigukasti võib pidada seadmeks, millel on hammasrataste ja tugede seeriaühendus. Seejärel määrab efektiivsuse avaldis:

(6)

Kus - tõhusus i- oh kihluspaarid;
- ühe tugipaari efektiivsus; - tugede paaride arv.

Toetage tõhusust

Toetuse efektiivsus määratakse valemiga

(7)

kuna toe väljundi ja sisendi võimsuste suhe võrdub pöörlemiskiiruse püsivusest tulenevate vastavate momentide suhtega. Siin M- pöördemoment võllil; M tr- hõõrdemoment toes.

Hõõrdemomenti veerelaagris saab määrata järgmise valemiga:

(8)

Kus M 1 - hõõrdemoment, sõltuvalt toe koormusest; M 0 - hõõrdemoment, olenevalt laagri konstruktsioonist, pöörlemiskiirusest ja määrdeaine viskoossusest.

Instrumentide käigukastides komponent M 1 on palju väiksem kui komponent M 0 . Seega võime eeldada, et tugede hõõrdemoment on koormusest praktiliselt sõltumatu. Järelikult ei sõltu toe efektiivsus koormusest. Käigukasti kasuteguri arvutamisel võib ühe laagripaari kasuteguriks võtta 0,99.

1. Töö eesmärk

Käigukasti efektiivsuse uuring erinevates koormustingimustes.

2. Paigalduse kirjeldus

Käigukasti töö uurimiseks kasutatakse DP3M seadet. See koosneb järgmistest põhikomponentidest (joonis 1): katsetatav käigukast 5, elektrimootor 3 koos elektroonilise tahhomeetriga 1, koormusseade 6, pöördemomendi mõõtmise seade 8, 9. Kõik komponendid on paigaldatud ühele alusele 7.

Elektrimootori korpus on hingedega kahes toes 2 nii, et elektrimootori võlli pöörlemistelg langeb kokku korpuse pöörlemisteljega. Mootori korpus on kinnitatud ümmarguse pöörlemise vastu lamevedruga 4.

Käigukast koosneb kuuest identsest timmihammasrattast, mille ülekandearv on 1,71 (joonis 2). Blokeeri hammasrattad 19 on paigaldatud fikseeritud teljele 20 kuullaagri toele. Plokkide 16, 17, 18 konstruktsioon on sarnane plokiga 19. Pöördemoment kantakse rattalt 22 võllile 21 võtme kaudu.

Koormusseade on magnetpulberpidur, mille tööpõhimõte põhineb magnetiseeritud kandja omadusel seista vastu selles olevate ferromagnetiliste kehade liikumisele. Magnetiseeritava kandjana kasutatakse vedelat mineraalõli ja terasepulbri segu.

Pöördemomendi ja pidurdusmomendi mõõtmise seadmed koosnevad lamevedrudest, mis tekitavad vastavalt elektrimootorile ja koormusseadmele reaktiivmomendi. Lamevedrude külge liimitakse võimendiga ühendatud pingeandurid.

Seadme aluse esiküljel on juhtpaneel: seadme toitenupp “Võrk” 11; laadimisseadme "Load" ergutusahela toitenupp 13; elektrimootori lülitusnupp “Mootor” 10; elektrimootori kiiruse reguleerimise nupp "Kiiruse juhtimine" 12; nupp koormusseadme 14 ergutusvoolu reguleerimiseks; kolm ampermeetrit 8, 9, 15 vastavalt sageduse n, momendi M 1, momendi M 2 mõõtmiseks.

Riis. 1. Paigaldusskeem

Riis. 2. Käigukast testimisel

DP3M seadme tehnilised omadused:

3. Arvutussõltuvused

Käigukasti efektiivsuse määramine põhineb käigukasti sisend- ja väljundvõllide pöördemomentide samaaegsel mõõtmisel püsikiirusel. Sel juhul arvutatakse käigukasti efektiivsus järgmise valemi abil:

= , (1)

kus M 2 on koormusseadme poolt tekitatud moment, N×m; M 1 – elektrimootori poolt arendatud pöördemoment, N×m; u – käigukasti ülekandearv.

4. Töökäsk

Esimeses etapis uuritakse elektrimootori konstantsel pöörlemiskiirusel käigukasti efektiivsust sõltuvalt koormusseadme tekitatud pöördemomendist.

Esmalt lülitatakse sisse elektriajam ja kiiruse reguleerimisnupu abil seadistatakse soovitud pöörlemiskiirus. Koormusseadme ergutusvoolu reguleerimise nupp on seatud nullasendisse. Ergutusvooluahel on sisse lülitatud. Ergutuse reguleerimisnuppu sujuvalt keerates seatakse esimene käigukasti võlli koormusmomendi määratud väärtustest. Kiiruse reguleerimise nupp hoiab kindlaksmääratud pöörlemiskiirust. Mikroammeetrid 8, 9 (joonis 1) registreerivad momendid mootori võllil ja koormusseadmel. Ergastusvoolu täiendava reguleerimisega suurendatakse koormuse pöördemomenti järgmise määratud väärtuseni. Hoides pöörlemiskiirust konstantsena, määrake järgmised väärtused M 1 ja M 2.

Katse tulemused kantakse tabelisse 1 ja joonistatakse sõltuvuse = f(M 2) graafik n = const juures (joonis 4).

Teises etapis uuritakse antud konstantse koormusmomendi M 2 juures käigukasti efektiivsust sõltuvalt elektrimootori pöörlemiskiirusest.

Ergutusvooluahel lülitatakse sisse ja ergutusvoolu reguleerimisnuppu kasutatakse käigukasti väljundvõlli määratud pöördemomendi väärtuse seadistamiseks. Kiiruse reguleerimise nupp määrab pöörlemiskiiruste vahemiku (minimaalsest maksimumini). Iga kiirusrežiimi puhul säilitatakse konstantne koormuse pöördemoment M 2 ja mootori võlli pöördemoment M 1 registreeritakse mikroampermeetri 8 abil (joonis 1).

Katse tulemused kantakse tabelisse 2 ja joonistatakse sõltuvuse = f(n) graafik M 2 = const juures (joonis 4).

5. Järeldus

Selgitatakse, millest koosnevad võimsuskaod käigukastis ja kuidas määratakse mitmeastmelise käigukasti kasutegur.

Loetletud on tingimused, mis võimaldavad käigukasti efektiivsust tõsta. Saadud graafikute teoreetiline põhjendus on antud = f(M 2); = f(n).

6. Aruande koostamine

– Valmistage ette tiitelleht(vt näidist lk 4).

– Joonistage käigukasti kinemaatiline diagramm.

Valmistage ette ja täitke tabel. 1.

Tabel 1

laadimisseadme loodud hetkest

- Koostage sõltuvusgraafik

Riis. 4. Graafik sõltuvusest = f(M 2) n = konst

Valmistage ette ja täitke tabel. 2.

tabel 2

Käigukasti efektiivsuse uuringu tulemused sõltuvalt

elektrimootori kiirusest

– Koostage sõltuvusgraafik.

Riis. 5. Graafik sõltuvusest = f(n) juures M 2 = konst

Tehke järeldus (vt punkt 5).

Kontrollküsimused

1. Kirjeldage DPZM seadme konstruktsiooni, millistest põhikomponentidest see koosneb?

2. Millised võimsuskaod tekivad käigukastis ja milline on selle kasutegur?

3. Kuidas muutuvad ülekande omadused, nagu võimsus, pöördemoment ja pöörlemiskiirus ajamilt veovõllile?

4. Kuidas määratakse mitmeastmelise käigukasti ülekandearv ja kasutegur?

5. Loetlege tingimused, mis võimaldavad käigukasti efektiivsust tõsta.

6. Töö järjekord käigukasti efektiivsuse uurimisel sõltuvalt koormusseadme poolt antavast pöördemomendist.

7. Töö järjekord käigukasti efektiivsuse uurimisel sõltuvalt mootori pööretest.

8. Andke teoreetiline seletus saadud graafikutele = f(M 2); = f(n).

Bibliograafia

1. Reshetov, D. N. Masinaosad: - õpik ülikoolide masinaehituse ja mehaanika erialade üliõpilastele / D. N. Reshetov. – M.: Mashinostroenie, 1989. – 496 lk.

2. Ivanov, M. N. Masinaosad: - õpik kõrgtehniliste erialade üliõpilastele õppeasutused/ M. N. Ivanov. – 5. väljaanne, parandatud. – M.: Kõrgkool, 1991. – 383 lk.

LABORITÖÖ nr 8

1 Pöördemoment käigukasti väljundvõllil M2 [Nm]
Käigukasti väljundvõlli pöördemoment on mootori väljundvõllile antud pöördemoment paigaldatud nimivõimsusega Pn, ohutusteguriga S ja hinnangulise kasutuseaga 10 000 tundi, võttes arvesse käigukasti efektiivsust. .
2 Käigukasti nimipöördemoment Mn2 [Nm]
Käigukasti nimipöördemoment on maksimaalne pöördemoment, mida käigukast on projekteeritud ohutult edastama, lähtudes järgmistest väärtustest:
. ohutustegur S=1
. kasutusiga 10 000 tundi.
Mn2 väärtused arvutatakse vastavalt järgmistele standarditele:
ISO DP 6336 hammasrataste jaoks;
ISO 281 laagritele.

3 Maksimaalne pöördemoment M2max [Nm]
Maksimaalne pöördemoment on maksimaalne pöördemoment, mida käigukast talub staatilise või ebaühtlase koormuse tingimustes sagedaste käivituste ja seiskamiste korral (selle väärtuse all mõistetakse hetkelist tippkoormust käigukasti töötamisel või käivitusmomenti koormuse all).
4 Nõutav pöördemoment Mr2 [Nm]
Pöördemomendi väärtus, mis vastab vajalikele tarbijanõuetele. See väärtus peab alati olema väiksem või võrdne valitud käigukasti nimiväljundpöördemomendiga Mn2.
5 Nimipöördemoment M c2 [Nm]
Pöördemomendi väärtus, mida tuleb kasutada käigukasti valimisel, võttes arvesse vajalikku pöördemomenti Mr2 ja hooldustegurit fs, arvutatakse järgmise valemi abil:

Käigukastide dünaamilised efektiivsuse väärtused on näidatud tabelis (A2)

Maksimaalne soojusvõimsus Pt [kW]

See väärtus on võrdne käigukasti poolt edastatava mehaanilise võimsuse piirväärtusega pideva töötamise tingimustes temperatuuril keskkond 20°C ilma reduktorit ja osi kahjustamata. Muude kui 20 °C välistemperatuuride ja katkendliku töö korral kohandatakse Pt väärtust, võttes arvesse tabelis (A1) toodud soojuskoefitsiente ft ja kiiruskoefitsiente. Tuleb täita järgmine tingimus:

Tõhususe tegur (efektiivsus)

1 Dünaamiline efektiivsus [ηd]
Dünaamiline efektiivsus on väljundvõllilt P2 saadud võimsuse ja sisendvõllile P1 rakendatud võimsuse suhe.

ülekandearv [i]

Igale käigukastile omane tunnus on võrdne sisendi n1 pöörlemiskiiruse ja väljundi n2 pöörlemiskiiruse suhtega:

Pöörlemiskiirus

1 Sisendkiirus n1 [min -1]
Käigukasti sisendvõllile rakendatud pöörlemiskiirus. Mootoriga otseühenduse korral võrdub see väärtus mootori väljundkiirusega; muude ajamielementide kaudu ühendamise korral tuleks käigukasti sisendkiiruse saamiseks jagada mootori kiirus sisendajami ülekandearvuga. Sellistel juhtudel on soovitatav käigukast seadistada pöörlemiskiirusele alla 1400 p/min. Tabelis toodud käigukastide sisendkiirust ei tohi ületada.

2 Väljundkiirus n2 [min-1]
Väljundkiirus n2 sõltub sisendkiirusest n1 ja ülekandearvust i; arvutatakse valemiga:

Ohutustegur [S]

Koefitsiendi väärtus võrdub käigukasti nimivõimsuse ja käigukastiga ühendatud elektrimootori tegeliku võimsuse suhtega:

Käigukastide klassifikatsioon sõltuvalt sisend- ja väljundvõllide telgede asukohast ruumis.

Käigukastide klassifikatsioon sõltuvalt kinnitusviisist.

Disaini versioonid vastavalt paigaldusmeetodile.

Tingimuslikud pildid ja digitaalsed tähisedÜldiste masinaehitusrakenduste käigukastide ja reduktormootorite konstruktsioonid: (tooted) vastavalt paigaldusmeetodile on kehtestatud standardiga GOST 30164-94.
Sõltuvalt konstruktsioonist jagatakse käigukastid ja reduktormootorid järgmistesse rühmadesse:

a) koaksiaalne;
b) paralleelsete telgedega;
c) ristuvate telgedega;
d) ristuvate telgedega.

Rühma a) kuuluvad ka paralleelsete telgedega tooted, mille sisend- ja väljundvõllide otsad on suunatud vastassuunas ning nende keskpunkti kaugus ei ületa 80 mm.
Rühmadesse b) ja c) kuuluvad ka variaatorid ja variaatoriajamid. Konventsionaalsed kujutised ja konstruktsiooniversioonide digitaalsed tähistused vastavalt paigaldusmeetodile iseloomustavad korpuste konstruktsioonilahendusi, samuti võllide või võlli telgede kinnituspindade ruumilist paiknemist.

Esiteks - disain korpused (1 - jalgadel, 2 - äärikuga);
Teine on kinnituspinna asukoht (1 - põrand, 2 - lagi, 3 - sein);
Kolmas on väljundvõlli otsa asukoht (1 - horisontaalne vasakule, 2 - horisontaalne paremale, 3 - vertikaalne alla, 4 - vertikaalne ülemine).

Rühma a) toodete sümbol koosneb kolmest numbrist:
esimene on kere kujundus (1 - jalgadel; 2 - äärikuga); teine ​​on kinnituspinna asukoht (1 - põrand; 2 - lagi; 3 - sein); kolmas on väljundvõlli otsa asukoht (1 - horisontaalne vasakule; 2 - horisontaalne paremale; 3 - vertikaalne alla; 4 - vertikaalne üles).

Rühmade b) ja c) toodete sümbol koosneb neljast numbrist:
esimene on kere kujundus (1 - jalgadel; 2 - äärikuga; 3 - monteeritud; 4 - monteeritud); teine ​​on kinnituspinna ja võlli telgede suhteline asend rühma b jaoks: 1 - paralleelne võlli telgedega; 2 - risti võllide telgedega; rühma c jaoks): 1 - paralleelselt võllide telgedega; 2 - risti väljundvõlli teljega; 3 - sisendvõlli teljega risti); kolmas - kinnituspinna asukoht ruumis (1 - põrand; 2 - lagi; 3 - vasak sein, ees, taga; 4 - parem sein, ees, taga);

neljas - võllide asukoht ruumis rühma b jaoks: 0 - horisontaalsed šahtid horisontaaltasapinnal; 1 - horisontaalsed võllid vertikaaltasandil; 2 - vertikaalsed võllid; rühma c jaoks): 0 - horisontaalsed võllid; 1 - vertikaalne väljundvõll; 2 - vertikaalne sisendvõll).
Rühma d) toodete sümbol koosneb neljast numbrist:
esimene on kere kujundus (1 - jalgadel; 2 - äärikuga; 3 - monteeritud; 4 - monteeritud);
teine ​​on kinnituspinna ja võlli telgede suhteline asend (1 - paralleelne võlli telgedega, tigu küljelt; 2 - paralleelne võlli telgedega, ratta küljelt; 3, 4 - risti ratta teljega 5, 6 - ussi teljega risti);
kolmas - võllide asukoht ruumis (1 - horisontaalsed võllid; 2 - vertikaalne väljundvõll: 3 - vertikaalne sisendvõll);
neljas - ussipaari suhteline asukoht ruumis (0 - uss ratta all; 1 - uss ratta kohal: 2 - uss rattast paremal; 3 - uss rattast vasakul).
Paigaldatud tooted paigaldatakse õõnsa väljundvõlliga ja korpus on fikseeritud ühes punktis pöörlemisest reaktiivmomendi abil. Paigaldatud tooted paigaldatakse õõnsa väljundvõlliga ja korpus on mitmes punktis fikseeritud.
Reduktormootorite puhul peab paigaldusmeetodi konstruktsiooni kujutis sisaldama täiendavat mootoriahela lihtsustatud kujutist vastavalt standardile GOST 20373.
Näited sümbolid ja pildid:
121 - koaksiaalkäigukast, kere konstruktsioon jalgadel, kinnitus lakke, horisontaalsed võllid, väljundvõll vasakul (joon. 1, a);
2231 - paralleeltelgedega käigukast, korpuse konstruktsioon äärikuga, kinnituspind on risti võllide telgedega, kinnitus vasaku seina külge, võllid on vertikaaltasandil horisontaalsed (joon. 1, b);
3120 - ristuvate telgedega käigukast, korpus on monteeritud, kinnituspind on paralleelne võllide telgedega, monteeritud lakke, võllid on horisontaalsed (joonis 1, c);
4323 - ristuvate telgedega käigukast, korpus on paigaldatud, kinnituspind on ratta teljega risti, väljundvõll on vertikaalne, uss on rattast vasakul (joonis 1, d). Sümbol LLLL tähistab toote fikseerimispunkti reaktiivmomendiga pöörlemise vastu ja õõnesväljundvõlli kinnitust töömasina võlli külge.