Veselova E. V., Narykova N. I.

Istraživanje instrumentalnih mjenjača

Upute za laboratorijski rad br. 4, 5, 6 za kolegij “Osnove projektiranja instrumenata”

Izvornik: 1999

Digitalizirano: 2005

Digitalni izgled temeljen na izvorniku sastavio: Alexander A. Efremov, gr. IU1-51

Svrha rada

Upoznavanje s projektima instalacija za određivanje učinkovitosti mjenjača.

Eksperimentalno i analitičko određivanje učinkovitosti zadanog tipa mjenjača ovisno o opterećenju izlazne osovine.

Uređaji koji se nazivaju pogoni naširoko se koriste u raznim vrstama uređaja. Sastoje se od izvora energije (motora), mjenjača i upravljačke opreme.

Mjenjač je mehanizam koji se sastoji od sustava zupčanika, pužnih ili planetarnih zupčanika koji smanjuju brzinu vrtnje gonjene karike u odnosu na brzinu vrtnje pogonske karike.

Sličan uređaj koji služi za povećanje brzine vrtnje pogonskog karika u odnosu na brzinu vrtnje pogonskog karika naziva se multiplikator.

U podacima laboratorijski rad Proučavaju se sljedeći tipovi prijenosnika: višestupanjski prijenosnik s kosim zupčanicima, planetarni prijenosnik i jednostupanjski pužni prijenosnik.

Pojam učinkovitosti

Kada je mehanizam u ravnomjernom kretanju, snaga pokretačke snage troši se u potpunosti na svladavanje korisnih i štetnih otpora:

Ovdje P g- snaga pogonskih snaga; P c- snaga utrošena za svladavanje otpora trenja; P n- snaga utrošena za svladavanje korisnih otpora.

Učinkovitost je omjer snage korisnih sila otpora i snage pogonskih sila:

(2)

Indeks 1-2 označava da se kretanje prenosi od karike 1, na koju se primjenjuje pogonska sila, do karike 2, na koju se primjenjuje korisna sila otpora.

Veličina
koji se naziva faktor gubitka prijenosa. Očito:

(3)

Kod malo opterećenih zupčanika (tipični su u instrumentarstvu) učinkovitost bitno ovisi o vlastitim gubicima trenja i o stupnju opterećenja mehanizma silom. U ovom slučaju formula (3) ima oblik:

(4)

Gdje c- koeficijent koji uzima u obzir utjecaj vlastitih gubitaka na trenje i opterećenje F,

Komponente a I b ovise o vrsti prijenosa.

Na
koeficijent
odražava utjecaj vlastitih gubitaka na trenje kod malo opterećenih prijenosnika. S povećanjem F koeficijent c(F) opada, približavajući se vrijednosti
u velikoj vrijednosti F.

Na serijska veza m mehanizmi s učinkovitošću Učinkovitost cjelokupne veze mehanizama:

(5)

Gdje P g- snaga koja se dovodi do prvog mehanizma; P n- snaga uklonjena iz zadnjeg mehanizma.

Mjenjač se može smatrati uređajem sa serijskim spojem zupčanika i nosača. Tada je učinkovitost određena izrazom:

(6)

Gdje - učinkovitost ja- o parovi zaruka;
- učinkovitost jednog para nosača; - broj pari oslonaca.

Učinkovitost podrške

Učinkovitost potpore određena je formulom

(7)

budući da je omjer snaga na izlazu i ulazu oslonca jednak omjeru odgovarajućih momenata zbog stalnosti brzine vrtnje. Ovdje M- moment na osovini; M tr- moment trenja u osloncu.

Moment trenja u kotrljajućem ležaju može se odrediti formulom:

(8)

Gdje M 1 - moment trenja, ovisno o opterećenju na nosaču; M 0 - moment trenja, ovisno o dizajnu ležaja, brzini vrtnje i viskoznosti maziva.

U mjenjačima s instrumentima komponenta M 1 je mnogo manje od komponente M 0 . Stoga možemo pretpostaviti da je moment trenja oslonaca praktički neovisan o opterećenju. Posljedično, učinkovitost potpore ne ovisi o opterećenju. Pri proračunu učinkovitosti mjenjača, učinkovitost jednog para ležajeva može se uzeti kao 0,99.

1. Svrha rada

Studija učinkovitosti mjenjača pri različitim uvjetima opterećenja.

2. Opis instalacije

Za proučavanje rada mjenjača koristi se uređaj DP3M. Sastoji se od sljedećih glavnih komponenti (slika 1): mjenjač koji se ispituje 5, elektromotor 3 s elektronskim tahometrom 1, uređaj za opterećenje 6, uređaj za mjerenje momenta 8, 9. Sve komponente su postavljene na jednu bazu 7.

Kućište elektromotora je zglobno pričvršćeno na dva nosača 2 tako da se os rotacije vratila elektromotora poklapa s osi rotacije kućišta. Kućište motora je osigurano od kružnog okretanja ravnom oprugom 4.

Mjenjač se sastoji od šest identičnih čeličnih zupčanika s prijenosnim omjerom 1,71 (slika 2). Blok zupčanici 19 je postavljen na fiksnu os 20 na oslonac s kugličnim ležajem. Dizajn blokova 16, 17, 18 sličan je bloku 19. Zakretni moment se prenosi od kotača 22 do osovine 21 preko klina.

Uređaj za opterećenje je kočnica s magnetskim prahom, čiji se princip rada temelji na svojstvu magnetiziranog medija da se odupire kretanju feromagnetskih tijela u njemu. Kao medij za magnetiziranje koristi se tekuća mješavina mineralnog ulja i čeličnog praha.

Uređaji za mjerenje zakretnog momenta i zakretnog momenta kočenja sastoje se od ravnih opruga koje stvaraju reaktivne zakretne momente za elektromotor odnosno uređaj za opterećenje. Na ravne opruge zalijepljeni su mjerači naprezanja spojeni na pojačalo.

Na prednjem dijelu baze uređaja nalazi se upravljačka ploča: tipka za uključivanje uređaja “Mreža” 11; tipka za uključivanje uzbudnog kruga uređaja za opterećenje "Load" 13; prekidač elektromotora “Motor” 10; gumb za kontrolu brzine elektromotora "Speed ​​​​control" 12; gumb za regulaciju pobudne struje uređaja za opterećenje 14; tri ampermetra 8, 9, 15 za mjerenje frekvencije n, momenta M 1, odnosno momenta M 2.

Riža. 1. Dijagram instalacije

Riža. 2. Mjenjač koji se ispituje

Tehničke karakteristike DP3M uređaja:

3. Računske ovisnosti

Određivanje učinkovitosti mjenjača temelji se na istovremenom mjerenju momenta na ulaznom i izlaznom vratilu mjenjača pri ustaljenoj brzini. U ovom slučaju, učinkovitost mjenjača izračunava se pomoću formule:

= , (1)

gdje je M 2 moment koji stvara uređaj za opterećenje, N×m; M 1 – moment koji razvija elektromotor, N×m; u – prijenosni omjer mjenjača.

4. Radni nalog

U prvoj fazi, pri zadanoj konstantnoj brzini vrtnje elektromotora, proučava se učinkovitost mjenjača ovisno o momentu koji stvara uređaj za opterećenje.

Prvo se uključi električni pogon i gumbom za regulaciju brzine namjesti se željena brzina vrtnje. Gumb za podešavanje struje uzbude uređaja za opterećenje postavljen je na nulti položaj. Strujni krug uzbude je uključen. Laganim okretanjem gumba za podešavanje uzbude postavlja se prva od navedenih vrijednosti momenta opterećenja na vratilu mjenjača. Gumb za kontrolu brzine održava zadanu brzinu vrtnje. Mikroampermetri 8, 9 (slika 1) bilježe momente na osovini motora i uređaju za opterećenje. Daljnjim podešavanjem uzbudne struje, moment opterećenja se povećava na sljedeću zadanu vrijednost. Održavajući konstantnu brzinu vrtnje, odredite sljedeće vrijednosti M 1 i M 2.

Rezultati pokusa unose se u tablicu 1. te se ucrtava graf ovisnosti = f(M 2) pri n = const (slika 4.).

U drugom stupnju, za zadani konstantni moment opterećenja M 2, proučava se učinkovitost mjenjača ovisno o brzini vrtnje elektromotora.

Strujni krug uzbude je uključen i gumb za podešavanje struje uzbude postavlja zadanu vrijednost momenta na izlaznom vratilu mjenjača. Gumb za kontrolu brzine postavlja raspon brzina vrtnje (od minimalne do maksimalne). Za svaki način brzine održava se konstantan moment opterećenja M 2, a moment na osovini motora M 1 bilježi se pomoću mikroampermetra 8 (slika 1).

Rezultati pokusa unose se u tablicu 2. te se ucrtava graf ovisnosti = f(n) pri M 2 = const (slika 4.).

5. Zaključak

Objašnjeno je od čega se sastoje gubici snage u zupčaničkom prijenosu i kako se određuje učinkovitost višestupanjskog prijenosnika.

Navedeni su uvjeti koji omogućuju povećanje učinkovitosti mjenjača. Dano je teoretsko obrazloženje dobivenih grafova = f(M 2); = f(n).

6. Priprema izvješća

– Pripremite se Naslovnica(pogledajte uzorak na stranici 4).

– Nacrtati kinematičku šemu mjenjača.

Pripremite i popunite tablicu. 1.

stol 1

od trenutka koji stvara uređaj za opterećenje

– Izgradite graf ovisnosti

Riža. 4. Graf ovisnosti = f(M 2) pri n = const

Pripremite i popunite tablicu. 2.

tablica 2

Rezultati istraživanja učinkovitosti mjenjača ovisno o

od brzine elektromotora

– Konstruirajte graf ovisnosti.

Riža. 5. Graf ovisnosti = f(n) pri M 2 = konst

Dajte zaključak (vidi odlomak 5).

Kontrolna pitanja

1. Opišite dizajn DPZM uređaja, od kojih se glavnih komponenti sastoji?

2. Koliki gubici snage nastaju u zupčaničkom prijenosniku i koliki je njegov učinak?

3. Kako se karakteristike zupčanika kao što su snaga, okretni moment i brzina vrtnje mijenjaju od pogonske do pogonske osovine?

4. Kako se određuje prijenosni omjer i učinkovitost višestupanjskog mjenjača?

5. Navedite uvjete koji omogućuju povećanje učinkovitosti mjenjača.

6. Redoslijed rada pri proučavanju učinkovitosti mjenjača ovisno o zakretnom momentu koji dovodi uređaj za opterećenje.

7. Redoslijed rada pri proučavanju učinkovitosti mjenjača ovisno o broju okretaja motora.

8. Dati teorijsko objašnjenje dobivenih grafova = f(M 2); = f(n).

Bibliografija

1. Reshetov, D. N. Dijelovi strojeva: - udžbenik za studente strojarstva i strojarskih specijalnosti sveučilišta / D. N. Reshetov. – M.: Mašinostroenie, 1989. – 496 str.

2. Ivanov, M. N. Dijelovi strojeva: - udžbenik za studente viših tehničkih obrazovne ustanove/ M. N. Ivanov. – 5. izd., revidirano. – M.: Viša škola, 1991. – 383 str.

LABORATORIJSKI RAD br.8

1 Zakretni moment na izlaznom vratilu mjenjača M2 [Nm]
Zakretni moment na izlaznom vratilu mjenjača je zakretni moment koji se dovodi na izlazno vratilo motora s reduktorom, s instaliranom nazivnom snagom Pn, sigurnosnim faktorom S i procijenjenim radnim vijekom od 10 000 sati, uzimajući u obzir učinkovitost mjenjača .
2 Nazivni moment mjenjača Mn2 [Nm]
Nazivni zakretni moment mjenjača je najveći zakretni moment koji je mjenjač projektiran da sigurno prenosi, na temelju sljedećih vrijednosti:
. faktor sigurnosti S=1
. životni vijek 10 000 sati.
Vrijednosti Mn2 izračunate su u skladu sa sljedećim standardima:
ISO DP 6336 za zupčanike;
ISO 281 za ležajeve.

3 Maksimalni zakretni moment M2max [Nm]
Maksimalni zakretni moment je najveći zakretni moment koji mjenjač može izdržati u uvjetima statičkog ili heterogenog opterećenja s čestim paljenjima i zaustavljanjima (ova vrijednost se razumijeva kao trenutno vršno opterećenje kada mjenjač radi ili početni moment pod opterećenjem).
4 Potreban zakretni moment Mr2 [Nm]
Vrijednost zakretnog momenta koja zadovoljava potrebne zahtjeve potrošača. Ova vrijednost uvijek mora biti manja ili jednaka nazivnom izlaznom momentu Mn2 odabranog mjenjača.
5 Nazivni zakretni moment M c2 [Nm]
Vrijednost zakretnog momenta koja se mora koristiti za usmjeravanje odabira mjenjača, uzimajući u obzir potrebni zakretni moment Mr2 i radni faktor fs, izračunava se formulom:

Vrijednosti dinamičke učinkovitosti mjenjača prikazane su u tablici (A2)

Krajnja toplinska snaga Pt [kW]

Ova vrijednost je jednaka graničnoj vrijednosti mehaničke snage koju prenosi mjenjač u uvjetima neprekidnog rada na temperaturi okoliš 20°C bez oštećenja reduktora i dijelova. Na temperaturama okoline osim 20°C i povremenom radu, vrijednost Pt se prilagođava uzimajući u obzir toplinske koeficijente ft i koeficijente brzine dane u tablici (A1). Mora biti ispunjen sljedeći uvjet:

Faktor učinkovitosti (učinkovitost)

1 Dinamička učinkovitost [ηd]
Dinamička učinkovitost je omjer snage primljene na izlaznom vratilu P2 i snage primijenjene na ulaznom vratilu P1.

Prijenosni omjer [i]

Karakteristika svojstvena svakom mjenjaču jednaka je omjeru brzine vrtnje na ulazu n1 i brzine vrtnje na izlazu n2:

Brzina vrtnje

1 Ulazna brzina n1 [min -1]
Brzina rotacije primijenjena na ulaznu osovinu mjenjača. U slučaju izravnog spajanja na motor, ova vrijednost je jednaka izlaznoj brzini motora; u slučaju spajanja preko drugih pogonskih elemenata, da bi se dobila ulazna brzina mjenjača, brzina motora treba se podijeliti s prijenosnim omjerom ulaznog pogona. U tim slučajevima preporuča se postaviti mjenjač na brzinu vrtnje ispod 1400 o/min. Ulazna brzina mjenjača navedena u tablici ne smije se prekoračiti.

2 Izlazna brzina n2 [min-1]
Izlazna brzina n2 ovisi o ulaznoj brzini n1 i prijenosnom omjeru i; izračunava se formulom:

Faktor sigurnosti [S]

Vrijednost koeficijenta jednaka je omjeru nazivne snage mjenjača i stvarne snage elektromotora spojenog na mjenjač:

Klasifikacija mjenjača ovisno o položaju osovina ulaznog i izlaznog vratila u prostoru.

Klasifikacija mjenjača ovisno o načinu ugradnje.

Dizajn izvedbe prema načinu ugradnje.

Uvjetne slike i digitalne oznake dizajn mjenjača i motora s reduktorom za opću primjenu u strojogradnji: (proizvodi) prema načinu ugradnje utvrđeni su GOST 30164-94.
Ovisno o izvedbi, mjenjači i motori s reduktorima dijele se u sljedeće skupine:

a) koaksijalni;
b) s paralelnim osima;
c) sa sjecištima;
d) s križanjem osi.

Skupina a) također uključuje proizvode s paralelnim osima, u kojima su krajevi ulazne i izlazne osovine usmjereni u suprotnim smjerovima, a njihovi središnja udaljenost nije veća od 80 mm.
U skupine b) i c) također spadaju varijatori i varijatorski pogoni. Uobičajene slike i digitalne oznake dizajna prema načinu ugradnje karakteriziraju dizajn kućišta, kao i položaj u prostoru montažnih površina osovina ili osi osovina.

Prvo - oblikovati kućišta (1 - na nogama, 2 - s prirubnicom);
Drugi je mjesto montažne površine (1 - pod, 2 - strop, 3 - zid);
Treći je položaj kraja izlazne osovine (1 - vodoravno lijevo, 2 - vodoravno desno, 3 - okomito dolje, 4 - okomito gore).

Simbol za proizvode skupine a) sastoji se od tri broja:
prvi je dizajn tijela (1 - na nogama; 2 - s prirubnicom); drugi je mjesto montažne površine (1 - pod; 2 - strop; 3 - zid); treći je mjesto kraja izlazne osovine (1 - vodoravno ulijevo; 2 - vodoravno udesno; 3 - okomito prema dolje; 4 - okomito prema gore).

Simbol za proizvode iz skupine b) i c) sastoji se od četiri broja:
prvi je dizajn tijela (1 - na nogama; 2 - s prirubnicom; 3 - montiran; 4 - montiran); drugi je relativni položaj montažne površine i osi osovine za skupinu b): 1 - paralelno s osi osovine; 2 - okomito na osi osovina; za skupinu c): 1 - paralelno s osi osovina; 2 - okomito na os izlazne osovine; 3 - okomito na os ulaznog vratila); treći - položaj montažne površine u prostoru (1 - pod; 2 - strop; 3 - lijevi zid, prednji, stražnji; 4 - desni zid, prednji, stražnji);

četvrti - položaj osovina u prostoru za skupinu b): 0 - horizontalna osovina u horizontalnoj ravnini; 1 - horizontalne osovine u vertikalnoj ravnini; 2 - okomite osovine; za skupinu c): 0 - horizontalne osovine; 1 - okomito izlazno vratilo; 2 - okomito ulazno vratilo).
Simbol za proizvode skupine d) sastoji se od četiri broja:
prvi je dizajn tijela (1 - na nogama; 2 - s prirubnicom; 3 - montiran; 4 - montiran);
drugi je relativni položaj montažne površine i osi osovine (1 - paralelno s osovinama osovine, sa strane puža; 2 - paralelno s osovinama osovine, sa strane kotača; 3, 4 - okomito na os kotača ; 5, 6 - okomito na os puža);
treći - položaj osovina u prostoru (1 - vodoravna osovina; 2 - okomita izlazna osovina: 3 - okomita ulazna osovina);
četvrti - relativni položaj para puža u prostoru (0 - puž ispod kotača; 1 - puž iznad kotača: 2 - puž desno od kotača; 3 - puž lijevo od kotača).
Montirani proizvodi ugrađeni su sa šupljom izlaznom osovinom, a kućište je učvršćeno u jednoj točki od okretanja reaktivnim momentom. Montirani proizvodi ugrađeni su sa šupljom izlaznom osovinom, a tijelo je fiksno pričvršćeno na nekoliko točaka.
Kod motora s reduktorom, slika dizajna prema načinu ugradnje mora sadržavati dodatnu pojednostavljenu sliku kruga motora u skladu s GOST 20373.
Primjeri simboli i slike:
121 - koaksijalni mjenjač, ​​dizajn tijela na nogama, stropna montaža, horizontalne osovine, izlazna osovina lijevo (slika 1, a);
2231 - mjenjač s paralelnim osovinama, izvedba kućišta s prirubnicom, montažna površina je okomita na osi osovina, pričvršćivanje na lijevi zid, osovine su vodoravne u vertikalnoj ravnini (slika 1, b);
3120 - mjenjač s osovinama koje se presijecaju, montirano kućište, montažna površina paralelna s osovinama osovina, stropna montaža, vodoravna vratila (slika 1, c);
4323 - mjenjač s križnim osovinama, kućište je montirano, montažna površina je okomita na os kotača, izlazna osovina je okomita, puž je lijevo od kotača (slika 1, d). Simbol LLLL označava točku učvršćenja proizvoda protiv rotacije reaktivnim zakretnim momentom i pričvršćivanje šuplje izlazne osovine na osovinu radnog stroja.