Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2529

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
842.22 Кб
Скачать

2529

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный университет путей сообщения

Кафедра механики

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Детали машин и основы конструирования»

для студентов специальностей 190205 – Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование, 190301 – Локомотивы, 190302 – Вагоны, 190303 – Электрический транспорт железных дорог

очной и заочной форм обучения

Составители: В.В. Янковский А.В. Алексеев М.С. Жарков А.А. Толстоногов

Самара

2010

УДК 621.81.001.63

1

Определение коэффициента полезного действия червячного редуктора : методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» для студентов специальностей 190205, 190301, 190302, 190303 очной и заочной форм обучения / составители : В.В. Янковский, А.В. Алексеев, М.С. Жарков, А.А. Толстоногов. – Самара :

СамГУПС, 2010. – 11 с.

Утверждены на заседании кафедры 08.02.2010 г., протокол № 6. Печатаются по решению редакционно-издательского совета СамГУПС.

Приведены сведения по кинематике и конструкции червячного редукторов и методика расчета и экспериментального определения его коэффициента полезного действия. Изложен порядок выполнения лабораторной работы, вопросы для проверки теоретических знаний по теме работы, приведена форма протокола лабораторной работы. Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения механических и электромеханических специальностей, изучающих курс «Детали машин и основы конструирования».

Составители: В.В.Янковский А.В.Алексеев М.С.Жарков А.А.Толстоногов

Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Механика» СамГУПС Н.В.Назарова; д.т.н., профессор, зав. кафедрой СДМ и ТМ СамГУПС В.Н. Самохвалов

Редактор И.М. Егорова Компьютерная верстка Е.А. Ковалева

Подписано в печать 15.04.2010. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 0,69. Тираж 200 экз. Заказ № 60.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2010

Введение

2

Червячные передачи относятся к числу зубчато-винтовых, имеют характерные черты зубчатых и винтовых передач. Червячная передача относится к передачам зацеплением с перекрещивающимися (обычно под углом 90°) осями валов.

Основными деталями червячной передачи (рис.1) являются червяк (1) –

винт с трапецеидальной или близкой к ней резьбой, и червячное колесо (2) – колесо с зубьями особой вогнутой формы, получаемой взаимным огибанием витков червяка. Такая форма зубьев обеспечивает облегание червяка и увеличение длины контактных линий.

Рис.1. Конструкция червячной передачи:

параметры передачи, указанные на чертеже, известны из курса ТММ

Червячные передачи получили широкое применение в подъемнотранспортных устройствах, в станках, в автомобилях, точных приборах и других машинах.

Основные достоинства червячных передач:

+большое передаточное отношение (до 80 ÷ 100);

+плавность и бесшумность работы.

Основные недостатки червячных передач обусловлены скольжением витков червяка по зубьям колеса и, как следствие, трением и износом, что приводит к следующему:

большим потерям на трение и низкому КПД;

необходимости применения для венца колеса дорогостоящих антифрикционных материалов (бронзовые сплавы).

Краткие сведения о геометрии и кинематике червячных передач

3

Методика кинематического расчета червячной и цилиндрической зубчатой передач аналогичны. Однако у червяка роль числа зубьев играет число заходов, обозначаемое Z1. Обычно Z1 = 1, 2, 3 или 4. Передаточное отношение червячного зацепления Uч = Z2 / Z1 будет максимальным при однозаходном червяке, однако потери на трение и нагрев минимальны при четырехзаходном червяке. Поэтому мощные червячные передачи выполняют многозаходными.

От числа

заходов червяка зависит угол подъема винтовой линии

γ = arc tg (Z1/ q),

где q – коэффициент диаметра червяка, выбираемый по ГОСТ

19063-73.

 

При движении витки червяка скользят по зубьям колеса, как в винтовой паре. Скорость скольжения Vs направлена по касательной к винтовой линии червяка.

Vs = (3,14 d1 n1 / 60000) / cos γ,

где n1 – частота вращения червяка, об/мин; d1 – делительный диаметр червяка, мм;

d1 = q * m , m – стандартный осевой модуль червячного зацепления. Геометрия и кинематика червячного зацепления в совершенстве изучены

Вами в курсе ТММ.

КПД червячной передачи

Из-за скольжения червяка по колесу в зацеплении возникает большая сила трения, вследствие чего КПД червячных передач ниже, чем у других зубчатых

передач.

 

 

 

 

Коэффициент

полезного

действия

червячного

зацепления можно

вычислить по зависимости, выведенной для винтовых пар:

 

 

 

ηзац = tg γ /

tg (γ + ρ),

 

где γ – угол подъема винтовой линии,

 

 

ρ – угол трения,

ρ = arc tg f;

 

 

f – коэффициент трения материалов пары «червяк – червячное колесо».

КПД увеличивается при

увеличении

угла подъема

винтовой линии γ и

уменьшении угла трения ρ .

Опытным путем установлено, что при наличии удовлетворительной смазки величина коэффициента трения (угла трения) зависит от скорости скольжения (табл. 1). Это объясняется тем, что при повышении скорости скольжения происходит переход от полужидкостного к жидкостному трению.

4

КПД всего редуктора ниже, чем КПД зацепления, поскольку в редукторе к потерям в зацеплении добавляются потери на трение в подшипниках и потери на перемешивание и разбрызгивание смазки.

η ред = ηзац*ηnподш*(1 Ψсмаз),

где ηподш – коэффициент полезного действия пары подшипников (для подшипников качения 0,99);

n – число пар подшипников;

 

Ψсмаз – коэффициент, учитывающий

потери на разбрызгивание и

размешивание смазки, (0,001–0,003).

Таблица 1

Коэффициенты и углы трения для различных скоростей скольжения стальных червяков по бронзовым венцам колес

Скорость

Коэффициент

Угол трения, ρ

скольжения, м/сек

трения, f

 

 

 

 

 

0,01

0,10

- 0,12

5о40’- 6о50’

0,1

0,08

- 0,09

4о30’- 5о10’

0,25

0,065

- 0,075

3о40’ - 4о20’

0,5

0,055

- 0,065

3о10’ -3о40’

1,0

0,045

- 0,055

2о30’ - 3о10’

1,65

0,04

- 0,05

2о20’ - 2о50’

2,0

0,035

- 0,045

2о00’ - 2о30’

2,5

0,03

- 0,04

1о40’ - 2о20’

3,0

0,028

- 0,035

1о30’ - 2о00’

4,0

0,023 - 0,03

1о20’ - 1о40’

7,0

0,018

- 0,026

1о00’ - 1о30’

10,0

0,016

- 0,024

0о55’ - 1о20’

15,0

0,014

- 0,020

0о50’ - 1о10’

Устройство и работа лабораторной установки

Экспериментальное определение КПД червячного редуктора производится на лабораторной установке ТММ39м (рис. 2) .

Установка представляет собой привод, состоящий из электродвигателя (1) АОЛБ-22-4 мощностью 0,18 кВт и частотой вращения вала 1420 об/мин, муфты (2), червячного редуктора (3), нагружающего устройства (колодочного тормоза)

(4) и двух измерительных систем (5, 6, 7).

Статор электродвигателя подвешен на шарикоподшипниках так, что может немного поворачиваться вокруг общей с ротором оси. К статору прикреплена

5

призма, которая при вращении вала двигателя упирается в плоскую пружину, закрепленную на станине и ограничивающую вращение статора.

Редуктор смонтирован в металлическом корпусе и состоит из трехзаходного червяка и бронзового червячного колеса с числом зубьев 84. Модуль зацепления 2 мм, коэффициент диаметра червяка q= 14.

Рис. 2. Лабораторная установка ТММ39 м

На валу червячного колеса закреплен шкив (4) нагружающего устройства, которое имитирует полезную нагрузку и состоит из двух скоб с тормозными колодками. Вращением маховика стяжного винта можно регулировать усилие прижатия тормозных колодок, изменяя тем самым нагрузку на выходном валу редуктора. К нижней тормозной скобе прикреплена призма (5), упирающаяся при вращении червячного колеса в плоскую пружину (6).

Каждое измерительное устройство (рис. 3) состоит из плоской пружины (6), закрепленной при помощи кронштейна на станине, и индикатора часового типа (7), закрепляемого в соответствующем кронштейне так, чтобы его измерительный наконечник упирался в плоскую пружину.

Пуск установки производится включением лабораторной установки в розетку и нажатием на черную кнопку пускового устройства.

Внимание: установку в розетку не включать без разрешения преподавателя! Включение пускового устройства также производится преподавателем!

6

Рис. 3. Измерительное устройство для определения крутящего момента на валу червячного колеса

Вращение вала электродвигателя через муфту и редуктор передается шкиву тормозного устройства. Возникающий тормозной момент стремится повернуть скобу тормозного устройства, которая через призму деформирует плоскую пружину. При нагружении выходного вала редуктора статор электродвигателя поворачивается на некоторый угол и через призму деформирует плоскую пружину. По показаниям индикаторов, измеряющих деформацию пружин, можно определить вращающие моменты на валу электродвигателя и на выходном валу редуктора.

По определению коэффициент полезного действия – это отношение полезной мощности N2 (мощности на выходном валу редуктора) к затраченной мощности N1 (мощности, потребляемой двигателем), т. е. ηред=N2/N1.

Т. к. мощность пропорциональна вращающему моменту и угловой скорости,

то

ηред=(М2ω2) /(М1ω1) = М21U1-2,

где М1 – вращающий момент на валу электродвигателя; М2 – вращающий момент на выходном валу редуктора; U1-2 – передаточное отношение редуктора.

В эксперименте КПД редуктора оценивается по соотношению вращающих моментов на валах электродвигателя и червячного колеса, которые пропорциональны деформациям соответствующих плоских пружин.

Для проведения измерений вращающего момента проводится тарировка индикаторов. Цель тарировки – установить тарировочный коэффициент, т. е. цену деления индикаторов в единицах вращающего момента. Для этого в комплект установки входят большая и малая линейки и груз G= 20 Н.

7

Порядок выполнения работы

1)Вычислить расчетное значение КПД редуктора.

2)Установить часовые индикаторы. Обеспечить их надежную фиксацию винтами, отсутствие люфтов и зазоров. Слегка нажимая пальцем на пружины, убедиться в чувствительности индикаторов и возврате стрелок в ноль при снятии нагрузок.

3)Установить малое плечо-линейку на винты в торце электродвигателя. Плавно вешая груз на линейку записать в протокол величину плеча l и показания индикатора n. Повторить опыт для 3–4 значений плеча, чтобы исключить погрешность измерений. Вычислить тарировочный коэффициент K1 первой измерительной системы, затем снять плечо-линейку.

K1 = Σ 1i / n1i) / m ,

где m – число опытов, М1i= G * l1i.

4)Закрепить большое плечо-линейку на тормозном валу. Выполнить тарировку индикатора на выходном валу аналогично п.3. Вычислить средний тарировочный коэффициент K2 второй измерительной системы

K2 = Σ 2i / n2i) / m.

5)Вычисленные средние значения тарировочных коэффициентов (K1, K2) согласовать с преподавателем.

6)Преподаватель задает малое сжатие тормозных скоб, включает установку. Два студента наблюдают показания индикаторов. Процесс динамический, поэтому стрелки колеблются, и в протокол следует записывать среднее значение показаний индикатора. Проводится серия не менее чем из трех опытов с разными величинами тормозной нагрузки. Данные заносятся в протокол эксперимента.

7)Используя полученные тарировочные коэффициенты, вычисляется значение КПД редуктора для каждого опыта, соответствующее заданной тормозной нагрузке

ηi = K2 *n2i / (Uч * K1 *n1i).

Результаты расчетов заносятся в протокол.

8)Вычислить значение КПД червячного редуктора как среднее геометрическое значений, полученных в каждом опыте

ηред эксп. = (η1* η2*… ηn) 1/ n,

8

9)Сравнить расчетное и экспериментальное значения КПД червячного редуктора. Найти процент расхождения результатов.

∆ ηред =[(ηред расч – ηред эксп )/ ηред расч] *100 %.

10)Оформить протокол лабораторной работы.

11)Отчитаться по работе, для чего предъявить протокол и ответить на все контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1)Из каких деталей состоит червячная передача ?

2)В чем заключаются достоинства червячных передач ?

3)Каковы недостатки червячных передач ?

4)В каком направлении передается крутящий момент ?

5)Какой параметр передачи применяется вместо числа зубьев шестерни при определении передаточного отношения?

6)Что дает применение одноили многозаходных червяков ?

7)Что такое КПД любой машины вообще ?

8)Чем отличаются КПД червячного зацепления и КПД червячного редуктора ?

9)Как и почему угол подъема винтовой линии червяка (зависящий от числа заходов) влияет на КПД червячной передачи ?

10)Как устроена экспериментальная установка ?

11)Зачем на входном и выходном валах установлены плоские пружины с индикаторами перемещений ?

12)Зачем и как проводится тарировка индикаторов ?

13)Что определяется в результате тарировки ?

14)Через какие физические величины, измеряемые в эксперименте, вычисляется КПД редуктора ?

15)Зачем вместо одного измерения проводят серии опытов ?

16)Что принимается за 100 % при вычислении погрешности: экспериментальный или расчетный КПД ? Почему ?

Библиографический список

1.Иванов М.Н. Детали машин. – М.: Высшая школа, 2002. – 390 c.

2.Проектирование приводов машин и механизмов транспортной техники : учебное пособие / А.А. Толстоногов [ и др.] ; под ред. А.А. Толстоногова. – Самара : СамГУПС, 2008 . – 228 с.

9

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРОТОКОЛ выполнения лабораторной работы

1.Цель работы:

2.Вычисление расчетного значения КПД зацепления и редуктора

 

ηзац = tg γ / tg (γ+ρ),

где γ

– угол подъема винтовой линии,

ρ

– угол трения, ρ = arc tg f;

f – коэффициент трения материалов пары «червяк – червячное колесо».

 

γ= arc tg (Z1/ q),

 

где Z1 – число заходов червяка;

 

q – коэффициент диаметра червяка.

 

γ= arc tg(___ / ____ ) = _____

 

Скорость скольжения:

 

Vs = (3,14 d1 n1 / 60000) / cos γ,

 

где n1 – частота вращения червяка, об/мин;

 

d1 = q * m – делительный диаметр червяка, мм;

 

m – стандартный осевой модуль червячного зацепления.

 

d1 = ___ * _____

= _______ мм;

 

Vs = (3,14* ____

* ______ /60000)/ cos _____ =

м/с.

Из таблицы 1 выбираем значение угла трения

 

ρ = __________

Коэффициент полезного действия червячного зацепления

ηзац = tg____ / tg(______ + _______ ) = ______

Расчетный коэффициент полезного действия червячного редуктора

η ред = ηзац*ηnподш*(1 - Ψсмаз)

где ηподш – коэффициент полезного действия пары подшипников (для

подшипников качения 0,99);

 

n – число пар подшипников;

 

Ψсмаз – коэффициент, учитывающий

потери на разбрызгивание и

размешивание смазки (0,001-0,003).

 

ηред расч. = ______* _____ * _____ = ______

3.Тарировка измерительных систем.

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]