Кинематические и силовые характеристики редуктора с цилиндрическими прямозубыми колесами

10. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
РЕДУКТОРА С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ
ПРЯМОЗУБЫМИ КОЛЕСАМИ
(лабораторная работа № 10)

Цель работы: определить кинематические характеристики редуктора; изучить его конструкцию, исследовать зависимость КПД от изменения величин нагружающего момента и частоты вращения вала электродвигателя.

Краткие теоретические сведения

Кинематические параметры и размеры
некоррегированной прямозубой передачи

В машино- и приборостроении широко распространен способ передачи движения и механической энергии с помощью зубчатых передач (редукторов). Зубчатые зацепления обладают существенными достоинствами: малыми размерами, высоким КПД, большой долговечностью и надежностью, постоянством передаточного числа. К недостаткам зубчатых передач можно отнести необходимость высокой точности изготовления, шум при больших окружных скоростях.

Основной характеристикой зубчатых колес является модуль

,                                                          (10.1)

где  р – окружной шаг, мм.

Делительный диаметр шестерни d₁  и колеса d₂ определяют по  формулам:

, ,                                              (10.2)

здесь  z₁ и  z₂ - числа зубьев соответственно шестерни 1 и колеса 2 (рис.10.1).

Диаметр выступов

.                                       (10.3)

Диаметр окружности впадин

,                           (10.4)

где с^* - коэффициент радиального зазора в зубчатом зацеплении,

 при  мм,  при  мм,  при  мм.

Угловые скорости ведущего и ведомого звеньев связаны через передаточное отношение

,                                              (10.5)

где  — угловая скорость звеньев, с^-1,  — частота вращения звеньев, об/мин.

Рис. 10.1 Основные геометрические размеры внешнего зацепления
цилиндрическими прямозубыми зубчатыми колесами

Передаточное число редуктора

.                                                   (10.6)

Здесь  — передаточное число зубчатой пары;  — число зубчатых зацеплений в редукторе. Для исследуемого редуктора передаточные числа всех ступеней одинаковы, а число передач = 6. в этом случае передаточное число редуктора .

При ведущем  первом зубчатом колесе передаточное число пары определяют по формуле

.                                                      (10.7)

Потери мощности и КПД редуктора

Потери мощности в зубчатых редукторах определяются коэффициентом

.                                    (10.8)

Коэффициенты  характеризуют соответственно потери мощности в зубчатом зацеплении, в подшипниках и на разбрызгивание масла.

Кроме того, у редуктора могут быть дополнительные устройства, например, вентилятор или масляный насос, привод которых также требует затрат мощности. Коэффициенты отдельных видов потерь определяют по эмпирическим формулам. Основную долю составляют потери в зубчатых зацеплениях:

,                                              (10.9)

где с = 1, если сила в зацеплении  Н;  при Н;  — коэффициент трения в зубчатом зацеплении. Для открытых передач с консистентной смазкой = 0,1...0,16 .

В зубчатом зацеплении окружное усилие

,                                                     (10.10)

здесь  - число зацеплений в редукторе;  — число валов в редукторе;  — крутящий момент на -м валу, Н·мм (при ).

Расчетные значения коэффициента потерь в подшипниках качения  и в аналитическом определении КПД не используются.

Коэффициент , учитывающий потери мощности на разбрызгивание масла, в данном случае равен нулю, так как зубчатые передачи в экспериментальном редукторе смазывают консистентной смазкой. КПД редуктора связан с коэффициентом потерь зависимостью

.                                                   (10.11)

КПД испытуемого редуктора с цилиндрическими прямозубыми колесами определяют по зависимости

.                                                   (10.12)

где  — момент на валу двигателя, Н·мм;  — тормозной момент, Н·мм;  — передаточное число редуктора;  — показание 8-го индикатора (число делений);  — показание 17-го индикатора (число делений).

КПД зубчатых пар в редукторе установки ДПЗА равны между собой, поэтому для одной зубчатой пары КПД

,                                                    (10.13)

где  — число передач для данного редуктора.

Практическая часть

Приборы и принадлежности: прибор для изучения работы цилиндрического редуктора ДПЗА, секундомер, штангенциркуль.

Устройство и работа установки

Прибор ДПЗА, изображенный на рис.10.2, смонтирован на литом металлическом основании 1 и состоит из узлов электродвигателя, испытуемого редуктора и нагрузочного устройства.

Узел электродвигателя смонтирован на литом кронштейне 2. Статор 4 установлен в двух шарикоподшипниковых опорах 5 и 6 (балансирная установка двигателя). Ротор  упругой муфтой 7 соединен с входным валом редуктора. На левой стороне кронштейна 2 закреплен цилиндрический корпус 3 , в котором установлен тахометр, измеряющий  частоту вращения ротора электродвигателя. В передней части кронштейна смонтировано измерительное устройство, состоящее из плоской пружины 9, индикатора 8 и планки крепления. Это устройство воспринимает и измеряет реактивный момент электродвигателя.

Испытуемый редуктор 10 состоит из шести одинаковых пар цилиндрических зубчатых колес, установленных на шарикоподшипниковых опорах. Выходной вал редуктора соединен с валом нагрузочного устройства муфтой 12. Верхняя часть корпуса имеет легкосъемную крышку 11 из органического стекла. Масляная ванна в редукторе отсутствует, зацепления и подшипники смазывают консистентной смазкой.

Нагрузочное устройство, имитирующее рабочую нагрузку  редуктора, представляет магнитный порошковый тормоз 13. При подаче тока в обмотку электромагнитная смесь, заполняющая внутреннюю полость тормоза, оказывает сопротивление вращению ротора, т.е. создает момент на выходном валу редуктора, одновременно  поворачивается статор в опорах14 и 15, который деформирует плоскую пружину 16 измерительного устройства, связанную с индикатором 17.

Панель управления 18 установлена на лицевой стороне основания 1. Здесь расположены тумблеры включения питания электродвигателя 19 и тормозного устройства 20, предохранители, сигнальная лампа и потенциометры регулирования частоты вращения ротора электродвигателя 21 и величин тормозного момента 22.

Техника безопасности

1.  Не разрешается включать установку в электросеть без разрешения преподавателя.

2.  Запрещается включать установку со снятой крышкой 11 редуктора.

3.  Запрещается во время работы притрагиваться к вращающимся частям установки.

4.  Перед включением тумблеров «Двигатель» и «Тормоз» потенциометры 21, 22 повернуть против часовой стрелки до упора.

5.  При включении прибора в сеть следить за соблюдением полярности.

6.  Тумблер «Тормоз» включать только на время соответствующих замеров.

Порядок выполнения работы