Veselova E.V., Narykova N.I.

Recherche de boîtes de vitesses d'instruments

Lignes directrices pour les travaux de laboratoire n°4, 5, 6 pour le cours « Fondements de la conception d'instruments »

Originale : 1999

Numérisé : 2005

La mise en page numérique basée sur l'original a été compilée par : Alexander A. Efremov, gr. UI1-51

But du travail

Familiarisation avec les conceptions d'installations pour déterminer l'efficacité des boîtes de vitesses.

Détermination expérimentale et analytique du rendement d'un type donné de boîte de vitesses en fonction de la charge sur l'arbre de sortie.

Les appareils appelés lecteurs sont largement utilisés dans divers types d'appareils. Ils se composent d'une source d'énergie (moteur), d'un réducteur et d'un équipement de contrôle.

Une boîte de vitesses est un mécanisme constitué d'un système d'engrenages, d'engrenages à vis sans fin ou planétaires qui réduisent la vitesse de rotation du maillon mené par rapport à la vitesse de rotation du maillon menant.

Un dispositif similaire qui sert à augmenter la vitesse de rotation du maillon mené par rapport à la vitesse de rotation du maillon menant est appelé multiplicateur.

Dans les données travail de laboratoire Les types de réducteurs suivants sont étudiés : réducteur cylindrique multi-étages, réducteur planétaire et réducteur à vis sans fin mono-étage.

La notion d'efficacité

Lorsque le mécanisme est en mouvement constant, la puissance forces motrices est entièrement consacré à vaincre les résistances utiles et nuisibles :

Ici P. g- la puissance des forces motrices ; P. c- la puissance dépensée pour vaincre la résistance au frottement ; P. n- la puissance dépensée pour vaincre les résistances utiles.

Le rendement est le rapport entre la puissance des forces de résistance utiles et la puissance des forces motrices :

(2)

L'indice 1-2 indique que le mouvement est transmis du maillon 1, sur lequel la force motrice est appliquée, au maillon 2, sur lequel est appliquée la force de résistance utile.

Ampleur
appelé facteur de perte de transmission. Évidemment:

(3)

Dans le cas d'engrenages peu chargés (ce qui est typique dans la fabrication d'instruments), l'efficacité dépend de manière significative de ses propres pertes par frottement et du degré de charge de force du mécanisme. Dans ce cas, la formule (3) prend la forme :

(4)

Où c- coefficient prenant en compte l'influence des pertes propres sur le frottement et la charge F,

Composants un Et b dépendent du type de transmission.

À
coefficient
reflète l'influence des propres pertes sur le frottement dans les engrenages légèrement chargés. Avec une augmentation F coefficient c(F) diminue, se rapprochant de la valeur
à une grande valeur F.

À connexion série m mécanismes efficaces Efficacité de toute la connexion des mécanismes :

(5)

Où P. g- alimentation fournie au premier mécanisme ; P. n- puissance supprimée du dernier mécanisme.

Une boîte de vitesses peut être considérée comme un dispositif avec une connexion en série d'engrenages et de supports. Ensuite, l'efficacité est déterminée par l'expression :

(6)

Où - efficacité je- oh paires de fiançailles;
- efficacité d'une paire de supports ; - nombre de paires de supports.

Efficacité du support

L'efficacité du support est déterminée par la formule

(7)

puisque le rapport des puissances à la sortie et à l'entrée du support est égal au rapport des moments correspondants du fait de la constance de la vitesse de rotation. Ici M- couple sur l'arbre ; M tr- moment de frottement dans l'appui.

Le moment de frottement dans un roulement peut être déterminé par la formule :

(8)

Où M 1 - moment de frottement, en fonction de la charge sur le support ; M 0 - couple de friction, en fonction de la conception du roulement, de la vitesse de rotation et de la viscosité du lubrifiant.

Dans les boîtes de vitesses pour instruments, le composant M 1 est bien inférieur au composant M 0 . Ainsi, on peut supposer que le moment de frottement des appuis est pratiquement indépendant de la charge. Par conséquent, l’efficacité du support ne dépend pas de la charge. Lors du calcul du rendement d’une boîte de vitesses, le rendement d’une paire de roulements peut être considéré comme égal à 0,99.

1. Objet du travail

Etude de l'efficacité des boîtes de vitesses dans diverses conditions de chargement.

2. Description de l'installation

Pour étudier le fonctionnement de la boîte de vitesses, un appareil DP3M est utilisé. Il se compose des composants principaux suivants (Fig. 1) : boîte de vitesses testée 5, moteur électrique 3 avec tachymètre électronique 1, dispositif de charge 6, dispositif de mesure de couple 8, 9. Tous les composants sont montés sur une base 7.

Le boîtier du moteur électrique est articulé dans deux supports 2 de manière à ce que l'axe de rotation de l'arbre du moteur électrique coïncide avec l'axe de rotation du boîtier. Le carter du moteur est protégé contre la rotation circulaire par un ressort plat 4.

La boîte de vitesses se compose de six engrenages droits identiques avec un rapport de démultiplication de 1,71 (Fig. 2). Bloc roues dentées 19 est monté sur un axe fixe 20 sur un support à roulement à billes. La conception des blocs 16, 17, 18 est similaire à celle du bloc 19. Le couple est transmis de la roue 22 à l'arbre 21 via une clavette.

Le dispositif de charge est un frein à poudre magnétique dont le principe de fonctionnement repose sur la propriété d'un milieu magnétisé de résister au mouvement des corps ferromagnétiques qui s'y trouvent. Un mélange liquide d'huile minérale et de poudre d'acier est utilisé comme milieu magnétisable.

Les appareils de mesure du couple et du couple de freinage sont constitués de ressorts plats qui créent respectivement des couples réactifs pour le moteur électrique et le dispositif de charge. Des jauges de contrainte connectées à l'amplificateur sont collées sur les ressorts plats.

Sur la partie avant de la base de l'appareil se trouve un panneau de commande : bouton d'alimentation de l'appareil « Réseau » 11 ; bouton d'alimentation pour le circuit d'excitation du dispositif de charge « Load » 13 ; bouton de commutation du moteur électrique « Moteur » 10 ; bouton de commande de vitesse du moteur électrique « Contrôle de vitesse » 12 ; bouton de régulation du courant d'excitation du dispositif de charge 14 ; trois ampèremètres 8, 9, 15 pour mesurer respectivement la fréquence n, l'instant M 1, l'instant M 2.

Riz. 1. Schéma d'installation

Riz. 2. Boîte de vitesses en test

Caractéristiques techniques de l'appareil DP3M :

3. Dépendances de calcul

La détermination de l'efficacité de la boîte de vitesses est basée sur la mesure simultanée des couples sur les arbres d'entrée et de sortie de la boîte de vitesses à une vitesse stabilisée. Dans ce cas, le rendement de la boîte de vitesses est calculé à l'aide de la formule :

= , (1)

où M 2 est le moment créé par le dispositif de charge, N×m ; M 1 – couple développé par le moteur électrique, N×m ; u – rapport de démultiplication de la boîte de vitesses.

4. Bon de travail

Dans un premier temps, à vitesse de rotation constante donnée du moteur électrique, le rendement de la boîte de vitesses est étudié en fonction du couple créé par le dispositif de charge.

Tout d'abord, l'entraînement électrique est activé et le bouton de contrôle de vitesse est utilisé pour régler la vitesse de rotation souhaitée. Le bouton de réglage du courant d'excitation du dispositif de charge est réglé sur la position zéro. Le circuit de puissance d'excitation est activé. En tournant doucement le bouton de réglage de l'excitation, la première des valeurs spécifiées du couple de charge sur l'arbre de la boîte de vitesses est réglée. Le bouton de contrôle de vitesse maintient la vitesse de rotation spécifiée. Les microampèremètres 8, 9 (Fig. 1) enregistrent les moments sur l'arbre du moteur et le dispositif de charge. En ajustant davantage le courant d'excitation, le couple de charge est augmenté jusqu'à la valeur spécifiée suivante. En gardant la vitesse de rotation constante, déterminez valeurs suivantes M1 et M2.

Les résultats de l'expérience sont inscrits dans le tableau 1 et un graphique de la dépendance = f(M 2) à n = const est tracé (Fig. 4).

Dans un deuxième temps, pour un couple de charge constant donné M 2, le rendement de la boîte de vitesses est étudié en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique.

Le circuit de puissance d'excitation est activé et le bouton de réglage du courant d'excitation est utilisé pour régler la valeur de couple spécifiée sur l'arbre de sortie de la boîte de vitesses. Le bouton de contrôle de vitesse définit une plage de vitesses de rotation (du minimum au maximum). Pour chaque mode de vitesse, un couple de charge constant M 2 est maintenu et le couple sur l'arbre du moteur M 1 est enregistré à l'aide du microampèremètre 8 (Fig. 1).

Les résultats de l'expérience sont inscrits dans le tableau 2 et un graphique de la dépendance = f(n) à M 2 = const est tracé (Fig. 4).

5. Conclusion

Il est expliqué en quoi consistent les pertes de puissance dans un entraînement par engrenages et comment l'efficacité d'une boîte de vitesses à plusieurs étages est déterminée.

Les conditions permettant d'augmenter l'efficacité de la boîte de vitesses sont répertoriées. Une justification théorique des graphiques obtenus est donnée = f(M 2) ; = f(n).

6. Préparation du rapport

- Préparer première page(voir exemple à la page 4).

– Dessiner le schéma cinématique de la boîte de vitesses.

Préparez et remplissez le tableau. 1.

Tableau 1

à partir du moment créé par le dispositif de chargement

– Construire un graphe de dépendance

Riz. 4. Graphique de dépendance = f(M 2) à n = const

Préparez et remplissez le tableau. 2.

Tableau 2

Résultats d'une étude du rendement des boîtes de vitesses en fonction de

de la vitesse de rotation du moteur électrique

– Construire un graphe de dépendance.

Riz. 5. Graphique de dépendance = f(n) à M 2 = const

Donnez une conclusion (voir paragraphe 5).

Questions de sécurité

1. Décrivez la conception du dispositif DPZM, de quels principaux composants se compose-t-il ?

2. Quelles pertes de puissance se produisent dans la transmission à engrenages et quelle est son efficacité ?

3. Comment les caractéristiques des engrenages telles que la puissance, le couple et la vitesse de rotation changent-elles de l'arbre d'entraînement à l'arbre mené ?

4. Comment le rapport de démultiplication et l'efficacité d'une boîte de vitesses à plusieurs étages sont-ils déterminés ?

5. Énumérez les conditions qui permettent d'augmenter l'efficacité de la boîte de vitesses.

6. L'ordre de travail lors de l'étude de l'efficacité de la boîte de vitesses en fonction du couple fourni par le dispositif de charge.

7. L'ordre de travail lors de l'étude de l'efficacité de la boîte de vitesses en fonction du régime moteur.

8. Donnez une explication théorique des graphiques résultants = f(M 2) ; = f(n).

Bibliographie

1. Reshetov, D. N. Pièces de machines : - un manuel pour les étudiants en génie mécanique et spécialités mécaniques des universités / D. N. Reshetov. – M. : Mashinostroenie, 1989. – 496 p.

2. Ivanov, M. N. Pièces de machines : - un manuel pour les étudiants de l'enseignement technique supérieur établissements d'enseignement/ M.N. Ivanov. – 5e éd., révisée. – M. : Ecole Supérieure, 1991. – 383 p.

TRAVAUX DE LABORATOIRE N°8

1 Couple sur l'arbre de sortie de la boîte de vitesses M2 [Nm]
Le couple sur l'arbre de sortie du réducteur est le couple fourni à l'arbre de sortie du motoréducteur, avec la puissance nominale installée Pn, le facteur de sécurité S et la durée de vie estimée de 10 000 heures, en tenant compte du rendement du réducteur. .
2 Couple nominal du réducteur Mn2 [Nm]
Le couple nominal d'une boîte de vitesses est le couple maximal que la boîte de vitesses est conçue pour transmettre en toute sécurité, sur la base des valeurs suivantes :
. facteur de sécurité S=1
. durée de vie 10 000 heures.
Les valeurs Mn2 sont calculées conformément aux normes suivantes :
ISO DP 6336 pour les engrenages ;
ISO 281 pour les roulements.

3 Couple maximal M2max [Nm]
Le couple maximum est le couple maximum que la boîte de vitesses peut supporter dans des conditions de charge statiques ou non uniformes avec des démarrages et des arrêts fréquents (cette valeur s'entend comme la charge de pointe instantanée lorsque la boîte de vitesses fonctionne ou le couple de démarrage sous charge).
4 Couple requis Mr2 [Nm]
Valeur de couple qui répond aux exigences nécessaires du consommateur. Cette valeur doit toujours être inférieure ou égale au couple nominal de sortie Mn2 du réducteur sélectionné.
5 Couple nominal M c2 [Nm]
La valeur de couple qui doit guider le choix d'un réducteur, en tenant compte du couple requis Mr2 et du facteur de service fs, est calculée par la formule :

Les valeurs d'efficacité dynamique des boîtes de vitesses sont indiquées dans le tableau (A2)

Puissance thermique ultime Pt ​​[kW]

Cette valeur est égale à la valeur limite de la puissance mécanique transmise par la boîte de vitesses dans des conditions de fonctionnement continu à température environnement 20°C sans endommager les réducteurs et les pièces. À des températures ambiantes autres que 20°C et en fonctionnement intermittent, la valeur Pt est ajustée en tenant compte des coefficients thermiques ft et des coefficients de vitesse donnés dans le tableau (A1). La condition suivante doit être remplie :

Facteur d'efficacité (efficacité)

1 Efficacité dynamique [ηd]
Le rendement dynamique est le rapport entre la puissance reçue au niveau de l'arbre de sortie P2 et la puissance appliquée à l'arbre d'entrée P1.

Rapport de démultiplication [i]

La caractéristique inhérente à chaque réducteur est égale au rapport de la vitesse de rotation à l'entrée n1 sur la vitesse de rotation à la sortie n2 :

Vitesse de rotation

1 Vitesse d'entrée n1 [min -1]
Vitesse de rotation appliquée à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. En cas de connexion directe au moteur, cette valeur est égale à la vitesse de sortie du moteur ; dans le cas d'une connexion via d'autres éléments d'entraînement, pour obtenir la vitesse d'entrée de la boîte de vitesses, la vitesse du moteur doit être divisée par le rapport de transmission de l'entraînement d'entrée. Dans ces cas, il est recommandé de régler la boîte de vitesses à une vitesse de rotation inférieure à 1400 tr/min. La vitesse d'entrée des boîtes de vitesses indiquée dans le tableau ne doit pas être dépassée.

2 Vitesse de sortie n2 [min-1]
La vitesse de sortie n2 dépend de la vitesse d'entrée n1 et du rapport de transmission i ; calculé par la formule :

Facteur de sécurité [S]

La valeur du coefficient est égale au rapport de la puissance nominale du réducteur sur la puissance réelle du moteur électrique connecté au réducteur :

Classification des boîtes de vitesses en fonction de la localisation des axes des arbres d'entrée et de sortie dans l'espace.

Classification des boîtes de vitesses en fonction de la méthode de montage.

Concevoir les versions selon la méthode d'installation.

Images conditionnelles et désignations numériques les conceptions de boîtes de vitesses et de motoréducteurs pour les applications générales de construction de machines : (produits) selon la méthode d'installation sont établies par GOST 30164-94.
Selon la conception, les réducteurs et motoréducteurs sont répartis dans les groupes suivants :

a) coaxial ;
b) avec des axes parallèles ;
c) avec des axes sécants ;
d) avec axes croisés.

Le groupe a) comprend également les produits à axes parallèles, dans lesquels les extrémités des arbres d'entrée et de sortie sont dirigées dans des directions opposées, et leur entraxe ne dépasse pas 80 mm.
Les groupes b) et c) comprennent également les variateurs et les entraînements de variateur. Les images conventionnelles et les désignations numériques des versions de conception selon la méthode d'installation caractérisent les conceptions des boîtiers, ainsi que l'emplacement dans l'espace des surfaces de montage des arbres ou des axes d'arbre.

D'abord - conception boîtiers (1 - sur pieds, 2 - avec bride);
Le second est l'emplacement de la surface de montage (1 - sol, 2 - plafond, 3 - mur) ;
Le troisième est l'emplacement de l'extrémité de l'arbre de sortie (1 - horizontal vers la gauche, 2 - horizontal vers la droite, 3 - vertical vers le bas, 4 - vertical vers le haut).

Le symbole des produits du groupe a) se compose de trois chiffres :
le premier est la conception du corps (1 - sur pieds ; 2 - avec bride) ; le second est l'emplacement de la surface de montage (1 - sol ; 2 - plafond ; 3 - mur) ; le troisième est l'emplacement de l'extrémité de l'arbre de sortie (1 - horizontal vers la gauche ; 2 - horizontal vers la droite ; 3 - vertical vers le bas ; 4 - vertical vers le haut).

Le symbole pour les produits des groupes b) et c) se compose de quatre chiffres :
le premier est la conception du corps (1 - sur pieds ; 2 - avec bride ; 3 - monté ; 4 - monté) ; la seconde est la position relative de la surface de montage et des axes de l'arbre pour le groupe b) : 1 - parallèle aux axes de l'arbre ; 2 - perpendiculaire aux axes des arbres ; pour le groupe c) : 1 - parallèle aux axes des arbres ; 2 - perpendiculaire à l'axe de l'arbre de sortie ; 3 - perpendiculaire à l'axe de l'arbre d'entrée) ; troisième - emplacement de la surface de montage dans l'espace (1 - sol ; 2 - plafond ; 3 - mur gauche, avant, arrière ; 4 - mur droit, avant, arrière) ;

quatrième - emplacement des arbres dans l'espace pour le groupe b) : 0 - arbres horizontaux dans un plan horizontal ; 1 - arbres horizontaux dans un plan vertical ; 2 - arbres verticaux ; pour le groupe c) : 0 - arbres horizontaux ; 1 - arbre de sortie vertical ; 2 - arbre d'entrée vertical).
Le symbole pour les produits du groupe d) se compose de quatre chiffres :
le premier est la conception du corps (1 - sur pieds ; 2 - avec bride ; 3 - monté ; 4 - monté) ;
la seconde est la position relative de la surface de montage et des axes de l'arbre (1 - parallèle aux axes de l'arbre, du côté de la vis sans fin ; 2 - parallèle aux axes de l'arbre, du côté de la roue ; 3, 4 - perpendiculaire à l'axe de la roue ; 5, 6 - perpendiculaire à l'axe de la vis sans fin);
troisièmement - l'emplacement des arbres dans l'espace (1 - arbres horizontaux ; 2 - arbre de sortie vertical : 3 - arbre d'entrée vertical) ;
quatrième - la position relative de la paire de vis sans fin dans l'espace (0 - vis sans fin sous la roue ; 1 - vis sans fin au-dessus de la roue : 2 - vis sans fin à droite de la roue ; 3 - vis sans fin à gauche de la roue).
Les produits montés sont installés avec un arbre de sortie creux et le boîtier est fixé en un point contre la rotation par un couple réactif. Les produits montés sont installés avec un arbre de sortie creux et le corps est fixé solidement en plusieurs points.
Dans les motoréducteurs, l'image de la conception selon la méthode d'installation doit contenir une image simplifiée supplémentaire du circuit du moteur conformément à GOST 20373.
Exemples symboles et des images :
121 - boîte de vitesses coaxiale, conception du corps sur pieds, montage au plafond, arbres horizontaux, arbre de sortie à gauche (Fig. 1, a) ;
2231 - boîte de vitesses à axes parallèles, conception de boîtier avec bride, la surface de montage est perpendiculaire aux axes des arbres, fixation au mur gauche, les arbres sont horizontaux dans le plan vertical (Fig. 1, b);
3120 - boîte de vitesses à axes sécants, le boîtier est monté, la surface de montage est parallèle aux axes des arbres, montée au plafond, les arbres sont horizontaux (Fig. 1, c);
4323 - boîte de vitesses à axes croisés, le carter est monté, la surface de montage est perpendiculaire à l'axe de la roue, l'arbre de sortie est vertical, la vis sans fin est à gauche de la roue (Fig. 1, d). Le symbole LLLL indique le point de fixation du produit contre la rotation par le couple réactif et la fixation de l'arbre de sortie creux à l'arbre de la machine de travail.