Работа 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ПЛАНЕТАРНОГО ЗУБЧАТОГО РЕДУКТОРА

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментальное определение коэффициента полезного действия плане-

тарного зубчатого редуктора.

II. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При работе планетарного зубчатого редуктора часть мощности, подводимой к

ведущему валу, затрачивается на преодоление сил трения в зацеплениях зубчатых

колес, в подшипниках и на перемешивание и разбрызгивание масла (если зубчатые колеса работают в масляной ванне). Величина потерь мощности на трение влияет на коэффициент полезного действия (КПД) механизма. КПД планетарных механиз-

мов зависит от основной характеристики этих механизмов, представляющей собой

передаточное отношение в относительном движении u13(н) (от центрального колеса 1

к центральному колесу 3 относительно водила Н). Кроме того, КПД зависит от направления силового потока, т.е. от того, передается ли в механизме мощность от центрального колеса 1 к водилу Н или, наоборот, от водила Н к центральному колесу 1.

В двухступенчатом планетарном механизме (рис.3), который используется в лабораторной работе, ведущим звеном является центральное колесо 1, а ведомым

– водило Н.

КПД планетарного механизма с ведущим центральным колесом 1 можно опре-

делить по формуле

η1H	=	1−u			13(H )	η(H )
							,	(1)
		1		−u		( H )
						13

где η – КПД простой зубчатой передачи (в которой остановлено водило).

При экспериментальном определении КПД планетарного редуктора используется формула

η1H =	N2		=		T2			(2)
	N	1		T u(3)
			1		1H
где N2 и T2 – мощность и крутящий момент на ведомом валу; N1 и T1 – мощ-
ность и крутящий момент на ведущем валу редуктора; u1(3H) =							ω
							1	– передаточное от-
							ω
							2

ношение редуктора. Здесь ω1 и ω2 угловые скорости ведущего и ведомого валов.

III. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка типа ДП5А предназначена для экспериментального

определения КПД планетарного зубчатого редуктора при различных угловых скоростях и нагрузках. Уcтановка (рис. 4) состоит из следующих основных узлов: электродвигателя 1, тахометра 2, редуктора 4, нагрузочного устройства 6,измерительных устройств 3 и 5. Узлы установки смонтированы на литом основании. Для управления работой установки на основании имеется панель управления. Блок питания изготовлен в виде отдельного прибора.

15

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

16

Электродвигатель типа СЛ521К (мощность 20 Вт, напряжение 110 В, ток посто-

янный, номинальный вращающий момент на валу Т1= 0,2 Нм) установлен на литом

кронштейне 1 (рис.5), закрепленном на основании 21. Статор электродвигателя соединен с рамкой 6, которая может вращаться относительно кронштейна 1. Один ко-

нец ротора электродвигателя через муфту связан с входным валом исследуемого редуктора 7. Другой конец ротора соединен с валом тахометра 2, предназначенного для определения частоты вращения вала электродвигателя.

Для контроля за нагрузочным моментом, развиваемым валом электродвигате-

ля, предусмотрено измерительное устройство, состоящее из плоской пружины 3 и

индикатора часового типа 5. Индикатор, закрепленный на кронштейне 1, своим што-

ком 4 упирается в пружину.

При работающем электродвигателе под действием реактивного момента (рав-

ного значению вращающего момента на валу электродвигателя) статор поворачива-

ется и своим рычагом деформирует плоскую пружину 3. Деформация пружины, оп-

ределяемая по индикатору, соответствует вращающему моменту, развиваемому

электродвигателем. Для уменьшения колебаний стрелки на шток индикатора наса-

жен наконечник из резины.

Нагрузочное устройство выполнено в виде магнитной порошковой муфты, слу-

жащей для создания тормозного момента на выходном валу редуктора. Нагрузочное устройство 9 смонтировано на литом кронштейне 11, закрепленном на основании 21.

Статор нагрузочного устройства представляет собой электромагнит, в магнит-

ный зазор которого помещен металлический полый цилиндр с валиком (ротор на-

грузочного устройства). Ротор посредством соединительной муфты связан с выходным валом редуктора. Статор, установленный в двух шарикоподшипниках в кронштейне 11, может свободно вращаться вокруг общей оси с ротором. Внутренняя полость нагрузочного устройства заполнена смесью, состоящей из порошка карбонильного железа и минерального масла. На кронштейне 11 установлено измери-

тельное устройство, состоящее из плоской пружины и индикатора часового типа 10,

упирающегося своим штоком в пружину.

При подаче тока в обмотку электромагнита изменяется вязкость смеси в зазоре между статором и цилиндром ротора. При этом создается тормозной момент на ведомом валу редуктора. Под воздействием этого момента поворачивается статор и своим рычагом деформирует плоскую пружину. Деформация пружины, определяемая по индикатору, соответствует тормозному (нагрузочному) моменту на ведомом валу редуктора.

Значения вращающего момента, развиваемого валом электродвигателя, и тор-

мозного момента могут быть записаны на осциллографе. Для этого на плоские пружины измерительных устройств с обеих сторон наклеены проволочные тензодатчики, концы которых соединены с клеммами, находящимися на задней панели.

Планетарный зубчатый редуктор состоит (см. рис.3) из ведущего вала, жестко связанного с центральным зубчатым колесом 1, двух сателлитов, каждый из которых имеет зубчатые колеса 2’ и 2, неподвижного колеса 3 и водила Н. Число зубьев ко-

лес: Z1=17, Z’2=87, Z3=87, Z2=17. Передаточное отношение редуктора u1(3n) = −25,22 . Редуктор имеет (см. рис. 5) съемную крышку 8, выполненную из ор-

ганического стекла.

На передней части основания 21 установки расположена панель управления, на которой размещены: тумблер 20 для включения электродвигателя, рукоятка потенциометра 19, позволяющая плавно регулировать скорость вращения электродвигателя, контрольная лампочка 18, сигнализирующая о подаче тока на электродвига-

тель, тумблер 15 для включения нагрузочного устройства, рукоятка потенциометра

14 для регулировки нагрузочного момента.

Блок питания состоит из выпрямителя и трансформатора. С помощью вилок и

17

кабелей блок питания подключается к сети (220 В, 50 Гц) и к лабораторной установ-

ке. От блока питания постоянный ток напряжением 110 В подается на установку при

включенном тумблере.

Измерительные устройства для определения по шкалам индикаторов вращаю-

щего момента на валу электродвигателя и нагрузочного момента необходимо про-

тарировать. Для тарировки измерительного устройства электродвигателя использу-

ется рычаг 17 длиной l1 = 21 см и груз 12 массой 0,1 кг, для тарировки измерительно-

го устройства тормоза - рычаг 16 длиной l2 = 24 см и груз 13 массой 1 кг. При тарировке измерительных устройств рычаги закрепляются в отверстиях статоров элек-

тродвигателя и тормозной муфты и на рычагах устанавливаются грузы. Задавая оп-

ределенные значения момента, т.е. меняя длину плеча и снимая показания индика-

тора для каждого положения груза на рычаге, можно получить данные для построе-

ния тарировочной характеристики (т.е. графика зависимости числа делений индикатора, а от момента Т).

IV. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Ознакомиться с техническими данными, конструкцией и работой установки.

2.Протарировать измерительное устройство для контроля момента, развиваемого электродвигателем. Тарировка выполняется на неработающей установке. Для этого необходимо:

– установить рычаг 17 (l1 = 21 см) в отверстие на статоре электродвигателя;

– установить груз 12 (F1 = 1 H) на рычаг, совместив торцевую плоскость груза с нулевой риской рычага;

– поворотом шкалы индикатора 5 совместить нулевое деление шкалы со стрел-

кой;

– передвигая груз по рычагу последовательно от риски к риске, записать пока-

зания по индикатору и соответствующие им моменты;

– по полученным данным построить тарировочную характеристику.

3.В такой же последовательности следует Протарировать измерительное уст-

ройство нагрузочного тормоза. В этом случае следует брать рычаг 16 (l2 = 24 см) и

груз 13 (F1 = 10 H). После тарировки груз и рычаг снять.

Перед включением и выключением электродвигателя рукоятку потенциометра

нагрузки повернуть против часовой стрелки (снять нагрузку).

4.Выполнить измерения на работающей установке при следующих условиях:

а) n =1050 об/мин; Т2 =0,5 Нм; Т2 = 0,8 Нм; Т2 = 1 Нм;

б) Т2 = 0,8 Нм; n = 1050 об/мин; n = 1100 об/мин;п = 1150 об/мин; п = 1200

об/мин.

Для этого необходимо:

–поставить тумблеры включения установки и нагрузки в положение «Вкл.»;

–при снятой нагрузке (рукоятка потенциометра повернута против часовой

стрелки) совместить нулевые деления шкал индикаторов со стрелками;

–рукояткой нагрузки создать необходимый момент Т2;

–вращая рукоятку потенциометра 19, установить необходимую частоту вращения вала электродвигателя;

–определить по индикатору и записать величину момента Т1, развиваемого электродвигателем.

5.На основании полученных при выполнении п. 4, данных определить η1H no

фор- / муле(1).

6.По полученным результатам построить графики зависимости КПД редуктора

отнагрузки η=F(T2) от частоты вращения вала двигателя η=f(n). 8. На основе полу-

18

ченных результатов и построенных графиков сделать выводы.

V. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Наименование работы.

2.Изображение схем (см. рис.3 и рис.4).

3.Основные расчетные формулы.

4.Тарировочные характеристики.

5.Условия проведения экспериментов и результаты измерений.

6.Вычисления значений КПД при n = сопst и Т2 =сопst.

7.Графики функций η = F(Т2) и η = f(n).

8.Выводы по результатам работы.

Литература: [I], с. 173... 176, или [2], с. 277...283.

19