Определение механического кпд редуктора с цилиндрическими прямозубыми колесами

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Углубление знаний теоретического материала, получение практических навыков самостоятельного экспериментального определения редукторов.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Механический коэффициент полезного действия редуктора представляет собой отношение мощности, полезно затраченной (мощности сил сопротивления N_c к мощности движущих сил N_д на входном валу редуктора:

(1)

Мощности движущих сил и сил сопротивления могут быть определены соответственно по формулам

(2)

(3)

где М_д и М_с – моменты соответственно движущих сил и сил сопротивления, Нм; и - угловые скорости валов редуктора соответственно входного и выходного, с^-1.

Подставляя (2) и (3) в (1), получим

(4)

где - передаточное отношение редуктора.

Любая сложная машина состоит из ряда простых механизмов. КПД машины может быть легко определен, если известны КПД всех входящих в нее простых механизмов. Для большинства механизмов разработаны аналитические методы определения КПД, однако отклонения в чистоте обработки трущихся поверхностей деталей, точности их изготовления, изменения нагрузки на элементы кинематических пар, условий смазки, скорость относительного движения и др., приводят к изменению величины коэффициента трения.

Поэтому важно уметь экспериментально определять КПД исследуемого механизма в конкретных условиях эксплуатации.

Необходимые для определения КПД редуктора параметры (М_д, М_с и L_р) можно определить с помощью приборов ДП-3К.

3. УСТРОЙСТВО ПРИБОРА ДП-3К

Прибор (рисунок) смонтирован на литом металлическом основании 1 и состоит из узла электродвигателя 2 с тахометром 3, нагрузочного устройства 4 и исследуемого редуктора 5.

3 6 8 2 5 4 9 7 1

11 12 13 14 15 10

Рис. Кинематическая схема прибора ДП-3К

Корпус электродвигателя шарнирно закреплен в двух опорах так, что ось вращения вала двигателя совпадает с осью поворота корпуса. Фиксация корпуса двигателя от кругового вращения осуществляется плоской пружиной 6. При передаче крутящего момента от вала электродвигателя редуктора пружина создает реактивный момент, приложенный к корпусу электродвигателя. Вал электродвигателя сочленяется с входным валом редуктора через муфту. Противоположный его конец сочленен с валом тахометра.

Редуктор в приборе ДК-3К состоит из шести одинаковых пар зубчатых колес, смонтированных на шарикоподшипниковых опорах в корпусе.

Верхняя часть редукторов имеет легкосъемную крышку, выполненную из органического стекла, и служит для визуального наблюдения и замера зубчатых колес при определении передаточного отношения.

Нагрузочное устройство представляет собой магнитный порошковый тормоз, принцип действия которого основан на свойстве намагниченной среды оказывать сопротивление перемещению в ней ферромагнитных тел. в качестве намагничиваемой среды в конструкции нагрузочного устройства применена жидкая смесь минерального масла и железного порошка. Корпус нагрузочного устройства установлен балансирно по отношению к основанию прибора на двух подшипниках. Ограничение от кругового вращения корпуса осуществляется плоской пружиной 7, которая создает реактивный момент, уравновешивающий момент сил сопротивления (тормозной момент), создаваемый нагрузочным устройством.

Измерительные устройства крутящего и тормозного моментов состоят из плоских пружин 6 и 7 и индикаторов часового типа 8 и 9, измеряющих прогибы пружин, пропорциональные величинам моментов. На пружинах дополнительно наклеены тензодатчики, сигнал с которых через тензометрический усилитель может быть также зафиксирован на осциллографе.

На лицевой части основания прибора расположена панель управления 10, на которой установлены:

- тумблер 11 включения и выключения электродвигателя;

- ручка 12 регулирования частоты вращения вала электродвигателя;

- сигнальная лампа 13 включения прибора;

- тумблер 14 включения и выключения цепи обмотки возбуждения нагрузочного устройства;

- ручка 15 регулировки возбуждения нагрузочного устройства.

При выполнении данной лабораторной работы следует:

- определить передаточное отношение редуктора;

- оттарировать измерительные устройства;

- определить КПД редуктора в зависимости от сил сопротивления и от числа оборотов электродвигателя .

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Определение передаточного отношения редуктора

Передаточное отношение редуктора прибора ДП-3К определяется по формуле

(5)

где z₂, z₁ – число зубьев соответственно большего и меньшего колес одной ступени; к=6 – число ступеней редуктора с одинаковым передаточным отношением.

Для редуктора прибора ДП-3К передаточное отношение одной ступени

Найденные значения передаточного отношения i_p проверить опытным путем.

4.2. Тарировка измерительных устройств

Тарировка измерительных устройств производится при отключенном от источника электрического тока приборе с помощью тарировочных приспособлений, состоящих из рычагов и грузов.

Для тарировки измерительного устройства момента электродвигателя необходимо:

- установить на корпусе электродвигателя тарировочное устройство ДП3А сб. 24;

- установить груз на рычаге тарировочного приспособления на нулевую отметку;

- установить стрелку индикатора на нуль;

- устанавливая груз на рычаге на последующие деления, фиксировать показания индикатора и соответствующее деление на рычаге;

- определить среднее значение m_ср цены деления индикатора по формуле

(6)

где К – количество измерений (равно количеству делений на рычаге); G – вес груза, Н; N_i – показания индикатора, - расстояние между делениями на рычаге (м).

Определение среднего значения m_c.ср цены деления индикатора нагрузочного устройства производится установкой на корпус нагрузочного устройства тарировочного приспособления ДП3А сб. 25 по аналогичной методике.

Примечание. Вес грузов в тарировочных устройствах ДП3К сб. 24 и ДП3К сб. 25 составляет соответственно 1 и 10 Н.

4.3. Определение КПД редуктора

Определение КПД редуктора в зависимости от сил сопротивления, т.е. .

Для определения зависимости необходимо:

- включить тумблер 11 электродвигателя прибора и ручкой 12 регулировки скорости установить заданную преподавателем частоту вращения n;

- установить ручку 15 регулировки тока возбуждения нагрузочного устройства в нулевое положение, включить тумблер 14 в цепи питания возбуждения;

- плавным поворотом ручки регулирования тока возбуждения установить по стрелке индикатора первое значение (10 делений) момента М_с сопротивления;

- ручкой 12 регулировки скорости установить (откорректировать) первоначальную заданную частоту вращения n;

- зафиксировать показания h₁ и h₂ индикаторов 8 и 9;

- дальнейшей регулировкой тока возбуждения увеличить момент сопротивления (нагрузки) до следующей заданной величины (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 делений);

- поддерживая частоту вращения неизменной, зафиксировать показания индикаторов;

- определить значения моментов движущих сил М_д и сил сопротивления М_с для всех замеров по формулам

(7)

(8)

- определить для всех замеров КПД редуктора по формуле (4);

- занести показания индикаторов h₁ и h₂, значения моментов М_д и М_с и найденные значения КПД редуктора для всех замеров в таблицу;

- построить график зависимости .

4.4. Определение КПД редуктора в зависимости от числа оборотов электродвигателя

Для определения графической зависимости необходимо:

- включить тумблер 14 цепи питания и возбуждения и ручкой 15 регулировки тока возбуждения установить заданное преподавателем значение момента М_с на выходном валу редуктора;

- включить электродвигатель прибора (тумблер 11);

- устанавливая ручкой 12 регулировки скорости последовательно ряд значений (от минимального до максимального) частоты вращения вала электродвигателя и поддерживая неизменное значение момента М_с нагрузки, зафиксировать показания индикатора h₁;

- дать качественную оценку влияния частоты вращения n на КПД редуктора.

5. СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет о проделанной работе должен содержать наименование,

цель работы и задачи определения механического КПД, основные технические данные установки (вид редуктора, количество зубьев на колесах, тип электродвигателя, погрузочного устройства, измерительные устройства и приборы), расчеты, описание тарироввки измерительных устройств, таблицы экспериментально полученных данных.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называют механическим КПД? Его размерность.

2. От чего зависит механический КПД?

3. Почему механический КПД определяют опытным путем?

4. Что является датчиком в измерительных устройствах крутящего и тормозного моментов?

5. Описать нагрузочное устройство и его принцип действия.

6. Каким образом изменится механический КПД редуктора, если момент сил сопротивления увеличится (уменьшится) в два раза?

7. Каким образом изменится механический КПД редуктора, если момент сил сопротивления увеличится (уменьшится) в 1,5 раза?

Лабораторная работа 9