Laboratorny_praktikum
.pdf
41
формации. За счет сохранения формы изгиба гибкого колеса уменьшается погрешность и увеличивается ресурс передачи.
Генераторы принудительной деформации, создающие опору гибкому колесу по всему периметру, изготавливают в виде специально профилированных кулачков, профиль которых выбирается так, чтобы в зацеплении одновременно находилось несколько пар зубьев колес. Для уменьшения трения между кулачком и гибким колесом устанавливают гибкий подшипник 8, представляющий собой шарикоподшипник с тонкими кольцами, деформированный и напрессованный на кулачок 3(h) овальной формы.
2 |
1 |
1 |
2 |
3(H)
r
w0
а |
б |
в
Рис. 1.12. Волновой зубчатый редуктор: а – кинематическая схема; б – форма и размер деформирования гибкого колеса 1; в – продольный разрез редуктора
42
В рассматриваемом волновом редукторе на ведущем валу 11 смонтирован узел, куда входят генератор волн 3(h) и компенсирующая муфта. Муфта состоит из двух полумуфт и диска 9. Одной полумуфтой является генератор волн 3(h), другой − ступица 10, жестко сидящая на входном ведущем валу. Ведущий вал посредством компенсирующей муфты и генератора волн соединяется с гибким колесом, которое входит в зацепление с жестким колесом 2, неподвижно установленном в корпусе 7 редуктора. Другой конец вала опирается на подшипник 12.
Гибкое колесо жестко соединено с выходным (тихоходным) валом 19, находящимся на опорах 13.
Кроме перечисленных деталей, на рис. 1.12, в показаны и крепежные детали: 4 – шайба; 6 и 14 − штифты; 5 и 17 – кольца.
Вращающий момент от двигателя подается на ведущий (быстроходный) вал, на котором находится генератор, и поступает через гибкое колесо на тихоходный вал.
Передаточное отношение волнового редуктора определяется через следующие параметры:
u = − |
ω2 |
= − |
n2 |
= − |
z1 |
= − |
|
d1 |
= − |
d1 |
, |
|
|
z2 − z1 |
|
− d1 |
|
||||||
|
ω1 |
|
n1 |
|
|
d2 |
|
2ω0 |
|||
где ω1, ω2 – угловые скорости гибкого колеса и генератора; n1, n2 – частоты вращения гибкого колеса и генератора; z1 и z2 − числа зубьев гибкого и жесткого колес; d1, d2 – диаметры делительных окружностей гибкого и жесткого колес; w0 – радиальная деформация гибкого колеса.
Знак минус показывает, что гибкое колесо и генератор волн вращаются в разные стороны.
Приборы и инструменты к работе
Исследуемый редуктор, штангенциркуль, разводные ключи, отвертка.
Порядок выполнения работы
1.Вначале измерить штангенциркулем наибольший диаметр окружности впадин d′f деформированного гибкого колеса.
2.Разобрать редуктор (рис. 1.12, в): отвернуть винты 15 крепления крышки 16 к корпусу 7, снять крышку и вытащить из корпуса узел, куда входят входной 11 и выходной 19 валы и генератор волн 3(h). Разобрать этот узел и
ознакомиться с конструкцией редуктора.
3.Измерить диаметр впадин df гибкого колеса в недеформированном состоянии.
4.Подсчитать число зубьев гибкого колеса z1 и число зубьев жесткого ко-
леса z2.
43
5. Определить передаточное отношение
u = − |
|
z1 |
. |
|
z2 |
− z1 |
|||
|
|
6. Определить радиальную деформацию гибкого колеса
ω0 |
= |
d ′f − d f |
. |
|
|||
|
2 |
|
|
7. Определить модуль зацепления передачи
m = |
ω0 |
. |
||
z2 |
− z1 |
|||
|
|
|||
Полученное значение модуля округлить до ближайшего стандартного
(табл. 1.14).
Таблица 1.14
Значение модулей
Ряды |
|
|
|
Модуль m |
|
|
|
|
1-й ряд |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,25 |
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-й ряд |
0,35 |
0,45 |
0,55 |
0,7 |
0,9 |
1,125 |
1,375 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. Следует предпочитать первый ряд.
8.Замерить толщину стенки гибкого колеса.
9.Собрать редуктор. Проверить передаточное отношение редуктора, которое равно числу оборотов быстроходного вала за один оборот тихоходного вала.
Примечание. Разобрать редуктор (рис.1.13), если для этого возникнет необходимость. Отвернуть винты крепления крышки 4 к корпусу 6 редуктора, снять крышку и жесткое колесо 2, вынуть входной вал 8 с генератором волн 3(h) и гибкое колесо. Снять крышку 5, вынуть входной вал 9 и ознакомиться с конструкцией. Порядок выполнения работы аналогичен указанному выше.
По результатам замеров и произведенным расчетам величин (по формулам) заполняется табл. 1.15, которая входит в содержание отчета.
|
|
|
Таблица 1.15 |
|
|
Результаты замеров и расчетов параметров зацепления |
|||
|
|
|
|
|
№ |
Измеряемые величины, |
Обозначения |
Значения величин |
|
п/п |
размерность |
|||
|
|
|||
|
Число зубьев: колес |
|
|
|
1 |
гибкого |
z1 |
|
|
|
жесткого |
z2 |
|
|
|
Диаметр окружности впадин гибко- |
|
|
|
2 |
го колеса, мм: |
df1' |
|
|
деформированного |
|
|||
|
недеформированного |
df1 |
|
|
3 |
Длина зуба (рабочая), мм |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
44 |
|
|
|
|
|
4 |
Толщина стенки гибкого колеса, мм |
s |
|
|
|
|
|
|
Рассчитываемые величины, |
Обозначения |
Расчетные формулы и |
|
размерность |
расчет |
|
|
|
||
5 |
Передаточное отношение редуктора |
u |
|
|
|
|
|
6 |
Радиальная деформация, мм |
ω0 |
|
|
|
|
|
7 |
Модуль зацепления, мм |
m |
|
|
|
|
|
Примечания. 1. Заполнять табл. 1.15 аналогично заполнению табл. 1.3, 1.4, 1.7, 1.13. 2. Расчетные формулы изложены в пунктах 5, 6 и 7 порядка выполнения настоящей работы.
2 6 
1
7 |
4 |
9 
8
3(h) 5 
|
Рис.1.13. Волновой зубчатый редуктор: |
|
|||
1 – |
гибкое колесо; |
2 - жесткое колесо; 3(h) – |
генератор волн; |
||
4 – |
крышка передняя; |
5 |
– |
крышка задняя; 6 – |
корпус; |
7 – |
шарикоподшипники; 8 |
– |
входной (ведущий) вал; |
||
|
9 – выходной (тихоходный) вал |
|
|||
Содержание отчета
1.Наименование и цель работы.
2.Кинематическая схема передачи.
3.Назначение, устройство, принцип работы и достоинства передачи.
4.Таблица 1.15, заполненная расчетными и измеренными величинами.
5.Выводы по работе.
Примечание. В выводах необходимо указать особенности конструкции редуктора, смазку зубчатых колес и подшипников и т. д.
45
Контрольные вопросы
1.Каково назначение и особенность конструкции элементов редуктора: гибкого колеса, жесткого колеса, генератора волн? Раскройте принцип действия волнового редуктора.
2.Какие подшипники применяют? Что представляет собой гибкий подшипник?
3.Как определить передаточное отношение редуктора? Модуль?
4.Как осуществляется смазка зацепления и подшипников?
5.Назовите достоинства, недостатки и область применения волновых редукторов.
46
Лабораторная работа 1.6.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ РЕДУКТОРА С ПРЯМОЗУБЫМИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ КОЛЕСАМИ
Цель работы: определить КПД редуктора в зависимости от изменения нагрузки; определить КПД редуктора в зависимости от числа оборотов двигателя.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Зубчатые редукторы могут быть с цилиндрическими колесами (цилиндрические), коническими (конические), а также одновременно с теми и другими (коническо-цилиндрические).
Редукторы служат для понижения угловых скоростей и увеличения крутящих моментов.
Мощность на каждом валу редуктора
P = T × ω ,
где Т - крутящий момент на валу, Н·м; ω – угловая скорость вала, с-1.
Здесь мощность получается в Ваттах. Из данной формулы можно получить выражение для определения крутящего момента при известных значениях Р и ω на каждом валу [1, 2, 3].
Угловая скорость
ω= πn , 30
где n – частота вращения вала, об/мин.
При определении общего КПД редуктора учитываются потери на трение
взацеплении, на трение в подшипниках, на разбрызгивание и перемешивание масла. Потери в зацеплении колес составляют главную часть потерь мощности
вредукторе. Раздельное измерение потерь связано с большими трудностями. Поэтому на практике определяют суммарные потери в передаче. При уменьшении полезной нагрузки потери снижаются и становятся минимальными на холостом ходу.
КПД редуктора вычисляют по формуле
η = |
Рвых |
= |
Т2 |
, |
|
|
|||
|
Рвх |
Т1 ×uр |
||
где Т1, Т2 – моменты соответственно на входе и на выходе редуктора; uр – передаточное число редуктора.
47
Описание установки
Установка для изучения работы редуктора ДП-3М (рис.1. 14) смонтирована на литом металлическом основании 1 и состоит из узла электродвигателя, нагрузочного устройства и испытуемого редуктора. На узле электродвигателя и нагрузочном устройстве закреплены измерительные устройства. В передней части основания установлена панель управления 3.
Узел электродвигателя смонтирован на литом кронштейне 9, закрепленном к основанию, и состоит из электродвигателя типа СЛ МУН 2С, который питается от источника переменного тока напряжением 220 В и при оборотах n = 1500 об/мин может развивать на валу мощность до 120 Вт.
Статор электродвигателя 7 закреплен в двух рамках 8, оси которых свободно вращаются в двух шарикоподшипниках, установленных в кронштейне 9, т.е. могут вращаться вместе со статором вокруг общей оси с якорем (балансирный электродвигатель). Якорь электродвигателя через эластичную муфту 10 соединен с входным валом редуктора.
На панели слева вмонтирован микроамперметр 4 типа µА М4204, показывающий число оборотов электродвигателя. Цена одного деления микроамперметра соответствует 30 об/мин ротора двигателя.
Рис.1.14. Общий вид прибора ДП-3М
Устройство для измерения момента, развиваемого электродвигателем, состоит из плоской пружины 5 и микроамперметра 20 типа µА М4204, выведенного на панель управления 3. При включенном электродвигателе реактивный момент статора (равный по абсолютному значению моменту на валу якоря
48
электродвигателя) поворачивает статор и своим рычагом давит на плоскую пружину измерительного устройства, которая удерживает статор от поворота. При этом деформация пружины передается тензодатчиком 6 на шкалу микроамперметра 20 µА М4204, а отклонение стрелки микроамперметра показывает величину деформации пружины, соответствующую крутящему моменту на валу электродвигателя. Для уменьшения колебания стрелки на пружину наклеен резиновый демпфер.
Зная цену деления микроамперметра, по тарировочному графику определяют момент, развиваемый электродвигателем.
Испытываемый редуктор 2 сверху закрыт легкосъемной прозрачной крышкой. Редуктор состоит из шести пар зубчатых прямозубых колес, валы которых смонтированы в шарикоподшипниковых опорах корпуса редуктора. Выходной вал редуктора соединен с нагрузочным устройством через упругую муфту 11.
Нагрузочное устройство 12 представляет собой магнитный порошковый тормоз, служащий для создания тормозного момента на выходном валу редуктора, имитируя рабочую нагрузку редуктора. Нагрузочное устройство смонтировано на литом кронштейне 14, закрепленном к основанию. Статор нагрузочного устройства 12 представляет собой электромагнит, в магнитный зазор которого помещен железный полый цилиндр с выходным валом (ротор нагрузочного устройства). Статор смонтирован на двух шарикоподшипниках, установленных в кронштейне, т. е. может свободно вращаться вокруг общей оси с ротором (балансирная система).
Внутренняя полость нагрузочного устройства заполняется сметанообразной массой, представляющей собой смесь карбонильного порошка с минеральным маслом.
При подаче тока в обмотку электромагнита магнитная смесь оказывает сопротивление вращению ротора, одновременно поворачивая статор, который давит на плоскую пружину измерительного устройства, удерживающую статор от поворота. При этом деформация пружины передается тензодатчиком 13 на шкалу микроамперметра 21 µА М4204, а отклонение стрелки микроамперметра показывает величину деформации пружины, которая соответствует определенному моменту на выходном валу редуктора. Зная цену деления микроамперметра, по тарировочному графику определяют момент на выходном валу редуктора. Пружины измерительных устройств предварительно градуируют, и их деформации по отклонению стрелок микроамперметра показывают соответственно величину крутящих моментов на валу электродвигателя Т1 и на выходном валу редуктора Т2, т. е. величину момента сил движущих и момента сил сопротивления (тормозного).
В передней части основания установлена панель, на которой размещены кнопка 16, включающая электродвигатель и выключающая его; потенциометр 17, позволяющий бесступенчато регулировать число оборотов электродвигателя; тумблер 18, включающий нагрузочное устройство; потенциометр 19, позволяющий регулировать ток в электромагните нагрузочного устройства.
49
Тарировочные графики
Перед тарировкой микроамперметра стрелки необходимо установить на
нуль.
Установка снабжена двумя тарировочными приспособлениями, состоящими из рычагов и двух грузов массой 0,05 кг и 1кг.
При измерении плеча l нужно учитывать расстояние от нулевой отметки на рычаге до вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения вала двигателя или ось нагрузочного устройства. Замер плеча производить до плоскости, проходящей через центр массы грузиков.
При градуировке пружины, воспринимающей реактивный момент статора электродвигателя, на кронштейне статора закрепляется градуировочное приспособление. При этом груз массой 0,05 кг на рычаге устанавливают на нулевую отметку. Передвигая груз по рычагу на следующую от нуля отметку, фиксируем разницу показаний микроамперметра Δµ. Цена одного микроампера равна
Hµ = |
T1 , |
|
µ |
где ∆Т1=Ргр·∆l; Ргр – вес груза, кг; ∆l – изменение плеча (расстояние, на которое переместился груз по рычагу).
Передвигая груз на отметки 60 мм, 90 мм и т. д. и обратно, фиксируя при этом отклонение показаний микроамперметра, определяют цену деления микроамперметра для каждого положения груза. Взяв среднюю величину из трехчетырех показаний, окончательно устанавливают цену деления микроамперметра для Т1. Затем строят тарировочный график, в соответствии с формулой
T1 = Hµ × µ1 ,
где µ1 – показание микроамперметра.
Градуировка пружины, воспринимающей тормозной момент, создаваемый нагрузочным устройством, воспроизводится аналогично. При этом на рычаге устанавливают груз массой 1,0 кг.
Приборы и инструменты к работе
Лабораторная установка, тарировочное приспособление, секундомер, штангенциркуль, отвертка.
Порядок выполнения работы
1.До начала работы необходимо ознакомиться с описанием установки.
2.Снять прозрачную крышку редуктора и ознакомиться с его устройством. Произвести тарировку пружин и заполнить табл. 1.16 и 1.17. Построить тарировочные графики.
3.Подготовить прибор к работе:
50
а) включить установку в сеть переменного тока 220 В, при этом загорается лампочка 15;
б) установить на «0» микроамперметры 20 и 21; в) кнопкой 16 включить электродвигатель.
4. Определить передаточное число редуктора uр:
а) сделать мелом отметку на муфте выходного вала редуктора; б) ручкой потенциометра 17 установить какую-либо скорость двигате-
ля nдв;
в) с помощью секундомера (или секундной стрелки часов) зафиксируйте число оборотов выходного вала редуктора за определенный промежуток времени (30 с или 1 мин) и определить скорость вала nвых;
n
г) вычислить передаточное число редуктора up = дв ;
nвых
д) повторить п. б−г 3−4 раза и вычислите среднее значение передаточного
числа uр.
5. Определить зависимость КПД редуктора от нагрузочного момента на выходном валу, т.е. η = f1 (Т2) при nдв=const:
а) установить ручкой потенциометра 17 определенное число оборотов двигателя nдв. Значения nдв задаются преподавателем;
б) включить кнопкой 18 нагрузочное устройство и ручкой потенциометра 19 установить по стрелке микроамперметра заданный тормозной момент Т2. Значения Т2 задаются преподавателем в микроамперах из следующего ряда: 10, 30, 50;
в) рукояткой потенциометра электродвигателя 17 вновь доведите число оборотов электродвигателя nдв до заданной скорости;
г) значения Т1 и Т2 определить по показаниям стрелок микроамперметров и с помощью тарировочного графика, занести показания в табл. 1.18;
д) повторить пункты б, в, г 4−5 раз и в соответствии с полученными дан-
ными построить график η = f1 (Т2) при nдв= const.
6. Определить зависимость КПД редуктора от числа оборотов электродвигателя, т. е. η = f2 (nдв ) при Т2 = const:
а) ручкой потенциометра 19 установить заданный тормозной момент Т2; б) изменяя число оборотов двигателя ручкой потенциометра 17, добива-
ясь одинакового значения Т2, снять показания микроамперметров, занести данные в табл. 1.19;
в) в соответствии с полученными данными (табл. 1.18) построить гра-
фик η = f2 (nдв ) при Т2 = const.
7. С известной долей погрешности, зная общий КПД редуктора, и учитывая, что все ступени зубчатых передач редуктора имеют примерно равные потери передаваемой мощности, определить приближенный КПД для каждой ступени.
Примечание. Число замеров по табл. 1.27−1.31 должно быть не менее 5.