Veselova E. V., Narykova N. I.

Raziskave instrumentalnih menjalnikov

Navodila za laboratorijsko delo št. 4, 5, 6 za predmet "Osnove oblikovanja instrumentov"

Original: 1999

Digitalizirano: 2005

Digitalno postavitev po izvirniku sestavil: Alexander A. Efremov, gr. IU1-51

Namen dela

Seznanitev z zasnovami inštalacij za ugotavljanje učinkovitosti menjalnikov.

Eksperimentalna in analitična določitev učinkovitosti določenega tipa menjalnika v odvisnosti od obremenitve odgonske gredi.

Naprave, imenovane pogoni, se pogosto uporabljajo v različnih vrstah naprav. Sestavljeni so iz vira energije (motorja), menjalnika in krmilne opreme.

Menjalnik je mehanizem, sestavljen iz sistema zobnikov, polžastih ali planetnih zobnikov, ki zmanjšajo hitrost vrtenja gnanega člena v primerjavi s hitrostjo vrtenja pogonskega člena.

Podobna naprava, ki služi povečanju hitrosti vrtenja gnanega člena v primerjavi s hitrostjo vrtenja pogonskega člena, se imenuje multiplikator.

V podatkih laboratorijsko delo Preučujemo naslednje tipe menjalnikov: vijačni večstopenjski menjalnik, planetni menjalnik in enostopenjski polžasti menjalnik.

Koncept učinkovitosti

Ko je mehanizem v enakomernem gibanju, moč gonilne sile se v celoti porabi za premagovanje koristnih in škodljivih odporov:

Tukaj p g- moč pogonskih sil; p c- moč, porabljena za premagovanje trenja; p n- moč, porabljena za premagovanje uporabnih uporov.

Učinkovitost je razmerje med močjo uporabnih upornih sil in močjo pogonskih sil:

(2)

Indeks 1-2 označuje, da se gibanje prenaša s povezave 1, na katero deluje pogonska sila, na povezavo 2, na katero deluje sila uporabnega upora.

Magnituda
imenovan faktor izgube prenosa. Očitno:

(3)

Pri malo obremenjenih zobnikih (značilni so v instrumentarstvu) je izkoristek bistveno odvisen od lastnih tornih izgub in od stopnje obremenitve mehanizma s silo. V tem primeru ima formula (3) obliko:

(4)

Kje c- koeficient, ki upošteva vpliv lastnih izgub na trenje in obremenitev F,

Komponente a in b odvisno od vrste prenosa.

pri
koeficient
odraža vpliv lastnih izgub na trenje v malo obremenjenih zobnikih. S povečevanjem F koeficient c(F) se zmanjša in se približuje vrednosti
v veliki vrednosti F.

pri serijsko povezavo m mehanizmi z učinkovitostjo Učinkovitost celotne povezave mehanizmov:

(5)

Kje p g- napajanje prvega mehanizma; p n- moč odvzeta iz zadnjega mehanizma.

Menjalnik lahko obravnavamo kot napravo z zaporedno povezavo zobnikov in nosilcev. Nato je učinkovitost določena z izrazom:

(6)

Kje - učinkovitost jaz- o pari zaroke;
- učinkovitost enega para nosilcev; - število parov nosilcev.

Učinkovitost podpor

Učinkovitost podpore je določena s formulo

(7)

saj je razmerje moči na izhodu in vhodu nosilca enako razmerju ustreznih momentov zaradi konstantnosti hitrosti vrtenja. Tukaj M- navor na gredi; M tr- torni moment v nosilcu.

Torni moment v kotalnem ležaju se lahko določi po formuli:

(8)

Kje M 1 - moment trenja, odvisno od obremenitve nosilca; M 0 - torni moment, odvisno od konstrukcije ležaja, hitrosti vrtenja in viskoznosti maziva.

V instrumentnih menjalnikih komponenta M 1 je veliko manj kot komponenta M 0 . Tako lahko domnevamo, da je torni moment nosilcev praktično neodvisen od obremenitve. Posledično učinkovitost podpore ni odvisna od obremenitve. Pri izračunu učinkovitosti menjalnika lahko učinkovitost enega para ležajev vzamemo kot 0,99.

1. Namen dela

Študija učinkovitosti menjalnika pri različnih pogojih obremenitve.

2. Opis namestitve

Za preučevanje delovanja menjalnika se uporablja naprava DP3M. Sestavljen je iz naslednjih glavnih komponent (slika 1): preizkušani menjalnik 5, elektromotor 3 z elektronskim tahometrom 1, bremenska naprava 6, naprava za merjenje navora 8, 9. Vse komponente so nameščene na eni podlagi 7.

Ohišje elektromotorja je pritrjeno na dveh nosilcih 2 tako, da os vrtenja gredi elektromotorja sovpada z osjo vrtenja ohišja. Ohišje motorja je zavarovano pred krožnim vrtenjem s ploščato vzmetjo 4.

Menjalnik je sestavljen iz šestih enakih čelnih zobnikov s prestavnim razmerjem 1,71 (slika 2). Blokiraj zobniki 19 je nameščen na fiksni osi 20 na nosilcu s krogličnim ležajem. Zasnova blokov 16, 17, 18 je podobna bloku 19. Navor se prenaša s kolesa 22 na gred 21 preko ključa.

Obremenilna naprava je magnetna praškasta zavora, katere princip delovanja temelji na lastnosti magnetiziranega medija, da se upira gibanju feromagnetnih teles v njem. Kot medij za magnetiziranje se uporablja tekoča mešanica mineralnega olja in jeklenega prahu.

Naprave za merjenje vrtilnega in zavornega momenta so sestavljene iz ploščatih vzmeti, ki ustvarjajo reaktivne momente za elektromotor oziroma bremensko napravo. Na ploščate vzmeti so prilepljeni merilniki napetosti, povezani z ojačevalnikom.

Na sprednjem delu podnožja naprave je nadzorna plošča: gumb za vklop naprave “Omrežje” 11; gumb za vklop vzbujalnega kroga bremenske naprave "Obremenitev" 13; stikalo elektromotorja "Motor" 10; gumb za krmiljenje hitrosti elektromotorja "Regulacija hitrosti" 12; gumb za regulacijo vzbujalnega toka bremenske naprave 14; trije ampermetri 8, 9, 15 za merjenje frekvence n, momenta M 1 oziroma momenta M 2.

riž. 1. Shema namestitve

riž. 2. Preizkušani menjalnik

Tehnične lastnosti naprave DP3M:

3. Računske odvisnosti

Določanje učinkovitosti menjalnika temelji na hkratnem merjenju navorov na vhodni in izstopni gredi menjalnika pri stalni vrtilni frekvenci. V tem primeru se učinkovitost menjalnika izračuna po formuli:

= , (1)

kjer je M 2 moment, ki ga ustvari bremenska naprava, N×m; M 1 – navor, ki ga razvije elektromotor, N×m; u – prestavno razmerje menjalnika.

4. Delovni nalog

Na prvi stopnji se pri določeni konstantni hitrosti vrtenja elektromotorja preučuje učinkovitost menjalnika glede na navor, ki ga ustvari bremenska naprava.

Najprej se vklopi električni pogon in z gumbom za regulacijo hitrosti nastavimo želeno hitrost vrtenja. Gumb za nastavitev vzbujalnega toka bremenske naprave je nastavljen na ničelni položaj. Napajalni krog vzbujanja je vklopljen. Z gladkim vrtenjem gumba za nastavitev vzbujanja se nastavi prva od določenih vrednosti navora obremenitve na gredi menjalnika. Gumb za nadzor hitrosti vzdržuje določeno hitrost vrtenja. Mikroampermetri 8, 9 (slika 1) beležijo momente na gredi motorja in bremenski napravi. Z nadaljnjo prilagoditvijo vzbujalnega toka se navor bremena poveča na naslednjo določeno vrednost. Ugotovite, da je hitrost vrtenja konstantna naslednje vrednosti M 1 in M ​​2.

Rezultate eksperimenta vnesemo v tabelo 1 in izrišemo graf odvisnosti = f(M 2) pri n = const (slika 4).

Na drugi stopnji se pri danem konstantnem navoru obremenitve M 2 preučuje učinkovitost menjalnika glede na hitrost vrtenja elektromotorja.

Vzbujevalni napajalni tokokrog se vključi in z gumbom za nastavitev vzbujalnega toka se nastavi določena vrednost navora na izhodni gredi menjalnika. Gumb za nadzor hitrosti nastavi razpon hitrosti vrtenja (od najmanjše do največje). Za vsak način hitrosti se vzdržuje konstanten navor obremenitve M 2, navor na gredi motorja M 1 pa se zabeleži z mikroampermetrom 8 (slika 1).

Rezultate eksperimenta vnesemo v tabelo 2 in izrišemo graf odvisnosti = f(n) pri M 2 = const (slika 4).

5. Zaključek

Pojasnjeno je, iz česa so sestavljene izgube moči v zobniškem pogonu in kako se določi učinkovitost večstopenjskega menjalnika.

Navedeni so pogoji, ki omogočajo povečanje učinkovitosti menjalnika. Podana je teoretična utemeljitev dobljenih grafov = f(M 2); = f(n).

6. Priprava poročila

– Pripravite se Naslovna stran(glejte vzorec na strani 4).

– Narišite kinematični diagram menjalnika.

Pripravi in ​​izpolni tabelo. 1.

Tabela 1

od trenutka, ki ga ustvari bremenska naprava

– Zgradite graf odvisnosti

riž. 4. Graf odvisnosti = f(M 2) pri n = const

Pripravi in ​​izpolni tabelo. 2.

tabela 2

Rezultati študije učinkovitosti menjalnika v odvisnosti od

od hitrosti elektromotorja

– Sestavite graf odvisnosti.

riž. 5. Graf odvisnosti = f(n) pri M 2 = konst

Podajte zaključek (glej odstavek 5).

Kontrolna vprašanja

1. Opišite zasnovo naprave DPZM, iz katerih glavnih komponent je sestavljena?

2. Kakšne izgube moči nastanejo v zobniškem prenosu in kakšen je njegov izkoristek?

3. Kako se lastnosti zobnikov, kot so moč, navor in hitrost vrtenja, spreminjajo od pogonske do gnane gredi?

4. Kako se določi prestavno razmerje in učinkovitost večstopenjskega menjalnika?

5. Naštejte pogoje, ki omogočajo povečanje učinkovitosti menjalnika.

6. Vrstni red dela pri preučevanju učinkovitosti menjalnika glede na navor, ki ga dovaja bremenska naprava.

7. Vrstni red dela pri preučevanju učinkovitosti menjalnika glede na vrtilno frekvenco motorja.

8. Podajte teoretično razlago dobljenih grafov = f(M 2); = f(n).

Bibliografija

1. Reshetov, D. N. Strojni deli: - učbenik za študente strojništva in strojnih specialitet univerz / D. N. Reshetov. – M.: Mašinostroenie, 1989. – 496 str.

2. Ivanov, M. N. Strojni deli: - učbenik za študente višjih tehničnih izobraževalne ustanove/ M. N. Ivanov. – 5. izd., predelana. – M.: Višja šola, 1991. – 383 str.

LABORATORIJSKO DELO št. 8

1 Navor na izhodni gredi menjalnika M2 [Nm]
Navor na izhodni gredi menjalnika je navor, doveden na izhodno gred motornega gonila, z nameščeno nazivno močjo Pn, varnostnim faktorjem S in ocenjeno življenjsko dobo 10.000 ur, ob upoštevanju učinkovitosti menjalnika. .
2 Nazivni navor menjalnika Mn2 [Nm]
Nazivni navor menjalnika je največji navor, ki ga je menjalnik zasnovan za varen prenos na podlagi naslednjih vrednosti:
. varnostni faktor S=1
. življenjska doba 10.000 ur.
Vrednosti Mn2 so izračunane v skladu z naslednjimi standardi:
ISO DP 6336 za zobnike;
ISO 281 za ležaje.

3 Največji navor M2max [Nm]
Največji navor je največji navor, ki ga lahko prenese menjalnik v pogojih statične ali heterogene obremenitve s pogostimi zagoni in zaustavitvami (ta vrednost se razume kot trenutna največja obremenitev, ko menjalnik deluje, ali začetni navor pod obremenitvijo).
4 Zahtevani navor Mr2 [Nm]
Vrednost navora, ki ustreza zahtevam potrošnikov. Ta vrednost mora biti vedno manjša ali enaka nazivnemu izhodnemu navoru Mn2 izbranega menjalnika.
5 Nazivni navor M c2 [Nm]
Vrednost navora, ki jo je treba uporabiti za usmerjanje pri izbiri menjalnika, ob upoštevanju zahtevanega navora Mr2 in delovnega faktorja fs, se izračuna po formuli:

Vrednosti dinamične učinkovitosti menjalnikov so prikazane v tabeli (A2)

Končna toplotna moč Pt [kW]

Ta vrednost je enaka mejni vrednosti mehanske moči, ki jo prenaša menjalnik v pogojih neprekinjenega delovanja pri temperaturi okolju 20°C brez poškodb gonil in delov. Pri temperaturah okolice, ki niso 20 °C, in občasnem delovanju se vrednost Pt prilagodi ob upoštevanju toplotnih koeficientov ft in koeficientov hitrosti iz tabele (A1). Izpolnjen mora biti naslednji pogoj:

Faktor učinkovitosti (učinkovitost)

1 Dinamični izkoristek [ηd]
Dinamični izkoristek je razmerje med močjo, prejeto na izhodni gredi P2, in močjo, uporabljeno na vhodni gredi P1.

Prestavno razmerje [i]

Karakteristika vsakega menjalnika je enaka razmerju med hitrostjo vrtenja na vhodu n1 in hitrostjo vrtenja na izhodu n2:

Hitrost vrtenja

1 Vhodna hitrost n1 [min -1]
Hitrost vrtenja vhodne gredi menjalnika. V primeru neposredne povezave z motorjem je ta vrednost enaka izhodni hitrosti motorja; v primeru povezave prek drugih pogonskih elementov je treba za pridobitev vhodne hitrosti menjalnika hitrost motorja deliti s prestavnim razmerjem vhodnega pogona. V teh primerih je priporočljivo nastaviti menjalnik na hitrost vrtenja pod 1400 vrt/min. Vhodna hitrost menjalnika, navedena v tabeli, ne sme biti presežena.

2 Izhodna hitrost n2 [min-1]
Izhodna hitrost n2 je odvisna od vhodne hitrosti n1 in prestavnega razmerja i; izračunano po formuli:

Varnostni faktor [S]

Vrednost koeficienta je enaka razmerju med nazivno močjo menjalnika in dejansko močjo elektromotorja, priključenega na menjalnik:

Razvrstitev menjalnikov glede na lokacijo osi vhodne in izhodne gredi v prostoru.

Razvrstitev menjalnikov glede na način vgradnje.

Oblikovalske različice glede na način namestitve.

Pogojne slike in digitalne oznake konstrukcije menjalnikov in motorjev z gonilniki za splošno uporabo v strojegradnji: (izdelki) glede na način namestitve so določeni z GOST 30164-94.
Glede na zasnovo so menjalniki in motorna gonila razdeljeni v naslednje skupine:

a) koaksialni;
b) z vzporednimi osemi;
c) s sekajočimi se osemi;
d) s prečnimi osemi.

V skupino a) sodijo tudi izdelki z vzporednimi osemi, pri katerih sta konci vhodne in izhodne gredi usmerjeni v nasprotnih smereh, njihova sredinska razdalja ne presega 80 mm.
V skupini b) in c) so tudi variatorji in variatorski pogoni. Konvencionalne slike in digitalne oznake modelov glede na način namestitve označujejo zasnovo ohišij, pa tudi lokacijo v prostoru pritrdilnih površin gredi ali osi gredi.

prvi - oblikovanje ohišja (1 - na nogah, 2 - s prirobnico);
Druga je lokacija montažne površine (1 - tla, 2 - strop, 3 - stena);
Tretja je lokacija konca izhodne gredi (1 - vodoravno na levo, 2 - vodoravno na desno, 3 - navpično navzdol, 4 - navpično zgoraj).

Simbol za izdelke skupine a) je sestavljen iz treh številk:
prva je zasnova telesa (1 - na nogah; 2 - s prirobnico); drugi je lokacija montažne površine (1 - tla; 2 - strop; 3 - stena); tretji je lokacija konca izhodne gredi (1 - vodoravno na levo; 2 - vodoravno na desno; 3 - navpično navzdol; 4 - navpično navzgor).

Simbol za izdelke iz skupin b) in c) je sestavljen iz štirih številk:
prva je zasnova telesa (1 - na nogah; 2 - s prirobnico; 3 - nameščena; 4 - nameščena); drugi je relativni položaj montažne površine in osi gredi za skupino b): 1 - vzporedno z osema gredi; 2 - pravokotno na osi gredi; za skupino c): 1 - vzporedno z osemi gredi; 2 - pravokotno na os izhodne gredi; 3 - pravokotno na os vhodne gredi); tretji - lokacija montažne površine v prostoru (1 - tla; 2 - strop; 3 - leva stena, spredaj, zadaj; 4 - desna stena, spredaj, zadaj);

četrti - lokacija jaškov v prostoru za skupino b): 0 - vodoravne gredi v vodoravni ravnini; 1 - vodoravne gredi v navpični ravnini; 2 - navpične gredi; za skupino c): 0 - vodoravne gredi; 1 - navpična izhodna gred; 2 - navpična vstopna gred).
Simbol za izdelke skupine d) je sestavljen iz štirih številk:
prva je zasnova telesa (1 - na nogah; 2 - s prirobnico; 3 - nameščena; 4 - nameščena);
drugi je relativni položaj pritrdilne površine in osi gredi (1 - vzporedno z osmi gredi, s strani polža; 2 - vzporedno z osmi gredi, s strani kolesa; 3, 4 - pravokotno na os kolesa 5, 6 - pravokotno na os polža);
tretji - lokacija gredi v prostoru (1 - vodoravne gredi; 2 - navpična izhodna gred: 3 - navpična vhodna gred);
četrti - relativni položaj para polžev v prostoru (0 - črv pod kolesom; 1 - črv nad kolesom: 2 - črv desno od kolesa; 3 - črv levo od kolesa).
Montirani izdelki so nameščeni z votlo izhodno gredjo, ohišje pa je na eni točki pritrjeno pred vrtenjem z reaktivnim navorom. Montirani izdelki so nameščeni z votlo izhodno gredjo, telo pa je fiksno pritrjeno na več točkah.
Pri motorjih z gonilniki mora slika zasnove glede na način namestitve vsebovati dodatno poenostavljeno sliko vezja motorja v skladu z GOST 20373.
Primeri simboli in slike:
121 - koaksialni menjalnik, zasnova telesa na nogah, stropna montaža, vodoravne gredi, izhodna gred na levi (slika 1, a);
2231 - menjalnik z vzporednimi osemi, zasnova ohišja s prirobnico, montažna površina je pravokotna na osi gredi, pritrditev na levo steno, gredi so vodoravne v navpični ravnini (slika 1, b);
3120 - menjalnik s sekajočimi se osmi, nameščeno ohišje, montažna površina vzporedna z osemi gredi, stropna montaža, vodoravne gredi (slika 1, c);
4323 - menjalnik s prečnimi osmi, ohišje je nameščeno, pritrdilna površina je pravokotna na os kolesa, izhodna gred je navpična, polž je levo od kolesa (slika 1, d). Simbol LLLL označuje točko pritrditve izdelka proti vrtenju z reaktivnim navorom in pritrditev votle izhodne gredi na gred delovnega stroja.