Лабораторная работа № 5. Определение коэффициента полезного действия цилиндрического редуктора

Лабораторная работа №5

Определение коэффициента полезного действия

цилиндрического редуктора

Цель работы: экспериментальное определение механического КПД многоступенчатого цилиндрического редуктора  в зависимости от нагрузки и скорости.

Оборудование: прибор для изучения работы редуктора с цилиндрическими прямозубыми колесами типа ДПЗМ.

Основные положения

Механический коэффициент полезного действия определяют отношением работы сил полезного сопротивления к работе движущих сил за время установившегося движения:

КПД также находят по отношению мощностей:

Работу сил полезного сопротивления А_пс в Дж в зависимости от вида движения определяют по формулам:

для поступательного движения

для вращательного движения

Мощность сил полезного сопротивления Р_пс в кВт:

или

В формулах (5.3)...(5.6):

F — действующая сила,Н; в частном случае сила равна весу G; h — расстояние, на котором действует сила  F либо на которое перемещается груз G, м; T — крутящий момент, Н∙м; φ — угол поворота, рад; за полный оборот φ = 2π; υ — скорость, м/с; ω — угловая скорость,  c^-1.

КПД ряда последовательно расположенных механизмов определяют как произведение КПД отдельных ступеней ряда:

где k — число ступеней.

Краткие теоретические сведения

В шестиступенчатом цилиндрическом редукторе прибора ДПЗМ (схема на рис. 5.1) при одинаковых КПД каждой ступени в соответствии с формулой (5.7) общий КПД

где η₁ — КПД одной ступени редуктора; при известном η_р

Механический КПД связан с потерями мощности в зацеплении, которые вызываются преодолением сил трения скольжения, перекатыванием профилей друг по другу, а также потерями в опорах и смазке. КПД редуктора в соответствии с формулами (5.2) и (5.6):

Рис. 5.1. Схема установки ДПЗМ

где Т_VII — крутящий момент на валу нагрузочного устройства, Н∙м; T_I — момент на валу электродвигателя, Н∙м; i_p— передаточное отношение редуктора.

где i₁, i₂… — передаточное число каждой ступени; в приборе ДПЗМ i₁ = i₂ = …= i₆;

где z₁ — число зубьев шестерни (меньшего из двух колёс); z₂ — число зубьев колеса.

Описание установки ДПЗМ

Установка для определения КПД цилиндрического редуктора (рис. 5.1) состоит из двигателя 1, шестиступенчатого редуктора и нагрузочного устройства 6, смонтированных на общем основании. Вместе с электронной аппаратурой она выполнена в виде отдельного прибора. Валы двигателя 1 и нагрузочного устройства 6 соединены с редуктором при помощи упругих муфт 2 и 5.

Корпус двигателя установлен в подшипниках так, что он может поворачиваться вокруг общей с ротором оси. Пальцем статор упирается в плоскую динамометрическую пружину. При передаче крутящего момента от вала электродвигателя к редуктору пружина создает реактивный момент Т₁, приложенный к электродвигателю. Вал двигателя соединяется с валом электронного тахометра.

Редуктор состоит из шести одинаковых пар z₃/z₄ зубчатых колес, смонтированных на подшипниковых опорах в корпусе редуктора. Верхняя часть редуктора имеет легкосъёмную крышку из оргстекла, которая служит для визуального наблюдения.

Нагрузочное устройство 6 представляет собой магнитный порошковый тормоз, принцип действия которого основан на свойстве намагниченной среды оказывать сопротивление перемещению в ней ферромагнитных тел. В качестве намагничиваемой среды применена жидкая смесь минерального масла и железного порошка. Корпус нагрузочного устройства устанавливается аналогично корпусу электродвигателя. Ограничение корпуса от кругового вращения осуществляется плоской пружиной, деформация которой позволяет определить тормозной момент Т_VII. Внутри корпуса на подшипниках располагается вал нагрузочного устройства, который соединен муфтой с выходным валом редуктора, на другом его конце закреплен барабан, который вращается в зазоре, образованном сердечником и ярмом индуктора нагрузочного устройства.

Барабан и его ступица вращаются в полости, заполненной жидкостью, состоящей из шести весовых частей сухого карбонильного железа и одной части индустриального масла И-8А. При прохождении тока через обмотку магнитный поток от сердечника замыкается через магнитную жидкость, барабан и ярмо, в результате чего возникает тормозной момент.