Детали машин

a

f

r, не более

не менее

Легкая серия

6

23

26

6

22,1

3,54

0,3

0,2

26

30

6

24,6

3,85

28

32

7

26,7

40,3

8

32

36

6

30,4

2,71

0,4

0,3

36

40

7

34,5

3,4

42

46

8

40,4

5,03

46

50

9

44,6

5,75

8

52

58

10

49,7

4,89

0,5

0,5

56

62

10

53,6

6,38

62

68

12

59,8

7,31

72

78

12

69,6

5,45

82

88

12

79,3

8,62

92

98

14

89,4

10,08

Средняя серия

6

16

20

4

14,5

-

0,3

0,2

18

22

5

16,7

-

21

25

5

19,5

1,95

23

28

6

21,3

1,34

6

26

32

6

23,4

1,65

0,4

0,3

28

34

7

25,9

1,70

8

32

38

6

29,4

-

0,4

0,3

36

42

7

33,5

1,02

42

48

8

39,5

2,57

8

46

54

9

42,7

-

0,5

0,5

52

60

10

48,7

2,44

56

65

10

52,2

2,5

62

72

12

57,8

2,4

10

72

82

12

67,4

-

0,5

0,5

82

92

12

77,1

3,0

92

102

14

87,3

4,5

Тяжелая серия

z

d

D

b

a₁

f

r

10

16

20

2,5

14,1

0,3

0,2

18

23

3,0

15,6

21

26

3,0

18,5

23

29

4,0

20,3

10

26

32

4,0

23,0

0,4

0,3

28

35

4,0

25,4

32

40

5,0

28,0

36

45

5,0

31,3

42

52

6,0

36,9

10

46

56

7,0

40,9

0,5

16

52

60

5,0

47,0

56

65

5,0

50,6

62

72

6,0

56,1

72

82

7,0

65,9

20

82

92

6,0

75,6

20

92

102

7,0

85,6

Примечание. Исполнение А дано для изготовления валов соединений легкой и средней серий методом обкатывания. Валы соединений тяжелой серии методом обкатывания не изготавливают.

а) втулка

б) вал Исполнение А Исполнение В

Рис. 8.3

Описание лабораторной установки. Исследование нагрузочной способности шпоночных и шлицевых соединений проводится на установке, представленной на рис. 8.1, где 1 - втулка, имитирующая элемент соединения, воспринимающий вращающий момент на валу; 2 - вал, входящий в соединение; 3 - трубчатый корпус установки, служащий торсионным устройством для замера величины приложенного вращающего момента; 4 - рычаг-плунжер; 5 - рукоять вращения, служащая для приложения нагрузки к соединению; 6 - ходовой винт; 7 - гайка-шарнир; 8 - индикатор часового типа; 9 - фундаментная плита [4].

Рис. 8.1. Установка для исследования нагрузочной способности шпоночных и шлицевых соединений

Порядок выполнения работы

1. Внимательно ознакомиться с конструкцией лабораторной установки и принципом ее работы.

2. В зависимости от типа соединения (шпоночное или шлицевое) и его размера подбираются элементы 1, 2 установки соответствующих параметров (рис. 8.1).

3. Для приведения установки в рабочее состояние нужно с помощью рукояти 5 выставить рычаг 4 в горизонтальное положение. При этом элементы 1, 2 соединения должны совмещаться друг с другом.

4. Заложив соответствующую шпонку или шлицевой валик в соединение, с помощью рукояти 5 выбрать зазоры и выставить индикатор 8 в нулевое положение.

5. Вращая рукоять 5 по часовой стрелке, произвести нагружение соединения вращающим моментом. Величина момента соответствует показаниям индикатора 8 и определяется по формуле:

М (Н•м) = 400 К, (8.5)

где К (мм) - показания индикатора, значение коэффициента 400 имеет размерность (Н•м)/мм. Цена деления индикатора составляет 0,01 мм.

6. Появление пластических деформаций в испытуемом соединении характеризуется тем, что несмотря на вращение рукояти 5, на какое-то время прекращается рост крутящего момента (о чем можно судить по показаниям индикатора 8). Необходимо зафиксировать величину крутящего момента, соответствующего напряжению у = [у]_см для материала соединения.

7. Продолжая дальнейшее равномерное вращение рукояти 5, довести соединение до разрушения, зафиксировать величину предельного вращающего момента, предшествующего разрушению.

8. Заполнить таблицу (см. форму отчета, табл. 8.4).

9. Привести установку в исходное положение, удалив остатки элементов соединения из пазов втулки и вала 1, 2.

10. С помощью формул (8.1)...(8.4), задавшись коэффициентом безопасности [n], в пределах рекомендуемых значений, определить допускаемые напряжения смятия и среза для исследуемого соединения.

10. На основе полученных экспериментальных результатов оформить протокол проделанной работы и подготовиться к ответам на контрольные вопросы.

Форма отчета

Эскиз изучаемого соединения (шпоночное или шлицевое соединение вала со ступицей).

Размеры деталей (диаметр вала, длина соединения, размеры опасных сечений).

Таблица результатов.

Таблица 8.4 Результаты эксперимента и расчета

Оборот рукоятки установки	Показание индикатора, мм	Значение момента М, Н?м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

График зависимости момента от количества оборотов рукояти 5 установки.

Определение предельного вращающего момента, который способно передавать соединение и допускаемых напряжений смятия и среза для исследуемого соединения.

Контрольные вопросы

1. Назовите типы и область применения шпоночных и шлицевых соединений.

2. Как выбираются размеры шпонок?

3. Каковы критерии работоспособности шпоночных соединений?

4. Почему расчет на смятие является основным проверочным расчетом соединения призматическими шпонками?

5. Как выполняют пазы для призматических шпонок в ступице и на валу?

6. В каких случаях применяют сегментные шпонки?

7. Какие шпонки (сегментные или призматические) применяют для подвижного соединения блока шестерен с валом коробки передач?

8. Какие применяются способы центрирования шлицевых прямобочных и эвольвентных соединений?

9. Перечислите достоинства и недостатки шлицевых соединений.

10. Назовите основные критерии работоспособности шлицевых соединений.

11. В чем преимущества шлицевого соединения по сравнению со шпоночным?

12. Из каких материалов изготавливают шпонки?

Лабораторная работа №9 Исследование влияния режимов работы привода на кпд редуктора

Цель работы - экспериментально исследовать закономерность изменения коэффициента полезного действия (КПД) редуктора при разных режимах работы привода.

Коэффициент полезного действия (КПД) редуктора есть отношение полезной мощности к затраченной:

з ====

где P₁, P₂ - мощности на ведущем (затраченная) и на ведомом (полезная) валах редуктора, Вт;

T₁, Т₂ - вращающие моменты на ведущем и ведомом валах редуктора, Н·м;

щ₁, щ₂ - угловые скорости вращения ведущего и ведомого валов редуктора, рад/с;

n₁, n₂ - частоты вращения ведущего и ведомого валов редуктора, мин^-1;

i - передаточное отношение исследуемого редуктора.

В свою очередь мощность потерь в редукторе, Вт:

,

где ш - коэффициент относительных потерь в редукторе,

ш=1-з=ш₃+ш_п+ш_пм+ш_в;

ш₃ - коэффициент относительных потерь в зацеплении;

ш_п - коэффициент относительных потерь в подшипниках;

ш_пм - коэффициент относительных потерь на перемешивание масла;

ш_в - коэффициент относительных потерь на привод вентилятора у редукторов с искусственным воздушным охлаждением.

Потери в зацеплении являются следствием чрезвычайно сложного для исследования процесса взаимодействия контактирующих поверхностей зубьев. В общем случае силы трения между зубьями зависят от шероховатости их рабочих поверхностей, режима и вида смазки, соотношения скоростей качения и скольжения в контакте и величины передаваемой полезной нагрузки.

В червячной передаче потери в зацеплении составляют основную часть потерь мощности и связи с наличием относительного скольжения витков червяка по зубьям червячного колеса.

В режиме полужидкостной смазки силы трения увеличиваются при уменьшении вязкости масла и скорости в зацеплении. При высоких скоростях за счет повышения несущей способности масляного клина между зубьями вступают в силу зависимости, характерные для гидродинамического режима смазки.

Потери на трение в зацеплении обычно принимают пропорциональными полезной нагрузке и относят к так называемым нагрузочным потерям.

Валы современных редукторов обычно устанавливают на подшипниках качения, для которых характерны малые потери на трение: ш_п = 0,005..0,010.

Потери на перемешивание масла растут с увеличением окружной скорости, вязкости масла, ширины зубчатых колес и глубины их погружения в масляную ванну.

Коэффициент относительных потерь на привод вентилятора ш_в существенно зависит от частоты вращения валов.

Раздельное измерение составляющих потерь мощности связано с большими трудностями. Поэтому обычно опытным путем определяют суммарные потери мощности, которые характеризуют общий КПД редуктора.

Средние значения КПД червячных передач с жидкой смазкой при разных числах заходов червяка z₁ представлены в табл. 9.1.

Таблица 9.1 КПД червячных передач с жидкой смазкой

z1	1	2	4
i	32...63	16...32	7…16
з	0,65...0,80	0,75...0,85	0,80...0,90

При передаче неполной мощности КПД значительно ниже, вследствие влияния постоянных потерь, которые не зависят от передаваемой мощности.

Описание лабораторной установки. Лабораторная установка и ее кинематическая схема представлены на рис. 9.1. Установка содержит электродвигатель 1, и три исследуемых передачи: червячный редуктор 2, конический редуктор 3, цилиндрический двухступенчатый соосный мультипликатор 4, соединенные между собой и с электродвигателем посредством торсионных валов 8, 10, 12, 14 и ременной передачи 5, выступающей в качестве нагружающего устройства в замкнутый контур. Все узлы привода закреплены на раме с декоративной панелью 20. Управление двигателем осуществляется кнопочной станцией (выключатель питания установки 17, кнопка пуска электродвигателя 18 и кнопка останова электродвигателя 19), расположенной с правой стороны плиты [7].

От электродвигателя 1 вращение подается через торсионный вал 8 на ведущий вал червячного редуктора 2 с передаточным отношением i₁ = 7. Червячный редуктор 2 снижает частоту вращения от вала электродвигателя 1 в i₁ раз и через торсионный вал 10 подает вращение на ведущий вал конического редуктора 3. Конический редуктор 3 имеет передаточное отношение i₂ = 2 и снижает частоту вращения от ведущего вала к ведомому в i₂ раз. Далее движение подается через торсионный вал 12 на ведущий вал цилиндрического двухступенчатого соосного мультипликатора 4 с передаточным отношением i₃ = 1/10,5, увеличивая частоту вращения от ведущего вала к ведомому в 1/i₃ раз.

а

б

Рис. 9.1. Автоматизированный лабораторный комплекс «Детали машин - передачи редукторные»: а - общий вид лабораторной установки; б - кинематическая схема

От ведомого вала цилиндрического мультипликатора 4 вращение подается через торсионный вал 14 на больший шкив ременной передачи 5, имеющей передаточное отношение i₄ = 1/1,55. Вращение снимается с меньшего шкива ременной передачи 5 и замыкается на валу электродвигателя 1.

Общее передаточное отношение исследуемых передач 2, 3 и 4 i_общ = 1,33, передаточное отношение ременной передачи 5 i₄ = 1/1,55. Таким образом, ременная передача работает со скольжением от 0 до 15%. Увеличение натяжения ремня увеличивает вращающий момент, передаваемый ременной передачей. Натяжение ремня изменяется при помощи натяжного устройства 6.

Вращающий момент измеряется при помощи датчиков момента 7, 9, 11 и 13. Вращающий момент на входном валу червячного редуктора 2 измеряется датчиком момента 7, на выходном валу - датчиком момента 9. Вращающий момент на входном валу конического редуктора 3 измеряется датчиком момента 9, на выходном валу - датчиком момента 11. Вращающий момент на входном валу цилиндрического двухступенчатого соосного мультипликатора 4 измеряется датчиком момента 11, на выходном валу - датчиком момента 13.

Датчик момента 7 представляет собой торсион определенной жесткости. Угол закручивания торсиона определяется двумя индуктивными датчиками 15 и 16. Датчик 16 также определяет частоту вращения торсиона. Данные, полученные с датчиков, поступают на контроллер стенда, а затем в ЭВМ для последующей обработки. Контроллер стенда расположен на задней панели 20.

Эксперимент целесообразно проводить на прогретой установке, так как при холодном масле существенно возрастают потери на размешивание и разбрызгивание смазки, что искажает результаты эксперимента.

Лабораторные работы выполняют с применением компьютера в диалоговом режиме с использованием программы «RTS-3» (рис. 9.2).



Рис. 9.2. Интерфейс программы «RTS-3»: 1 - рабочее поле программы; 2 - меню выбора лабораторной работы; 3 - название текущей лабораторной работы; 4 - вкладка «График зависимости КПД от нагрузки на ведомом валу»; 5 - вкладка «График зависимости мощностей от нагрузки на ведомом валу»; 6 - вкладка «Данные датчиков момента»; 7 - поле фильтра осреднения полученных результатов; 8 - кнопка «Исходные данные исследуемой передачи»; 9 - кнопка «Расчет соединения»; 10 - кнопка «Начало эксперимента»; 11 - кнопка «Вывод отчета по лабораторной работе»; 12 - кнопка «Выход из программы»

Порядок выполнения работы

1. Проверить подсоединение установки к ПЭВМ, включить питание установки и ПЭВМ.

2. Выбрать лабораторную работу (рис. 9.3).

3. Нажатием кнопки «Исходные данные» вывести на экран параметры исследуемой передачи (рис. 9.4).



Рис. 9.3. Выбор лабораторной работы

Рис. 9.4. Окно «Исходные данные»

4. Нажатием кнопки «Расчетный КПД» вывести на экран значение расчетного КПД исследуемой передачи (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Расчётный КПД редуктора



Рис. 9.6. Окно предварительного этапа эксперимента

5. Проведение эксперимента.

5.1. Нажатием кнопки «Эксперимент» вывести на экран окно предварительного этапа эксперимента (рис. 9.6).

5.2. Ослабить натяжение ремня, растормозить муфту, открутив штурвал до свободного состояния (не откручивать полностью!) и запустить электродвигатель нажатием кнопки «Вкл.» на панели лабораторной установки.

5.3 Нажатием кнопки «ОК» вывести на экран окно подготовки оборудования (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Окно подготовки оборудования

В процессе подготовки оборудования не изменять натяжение ремня.

5.4. После завершения подготовки оборудования на экране начинает отображаться график. Медленно натягивая ремень при помощи натяжного устройства увеличивать нагрузку на редуктор, следя за количеством снимаемых точек и максимальным вращающим моментом на ведомом валу (нижняя строка окна программы рис. 9.8).



Рис. 9.8. Проведение эксперимента

5.5. Эксперимент следует завершить нажатием кнопки «Остановить» когда максимальный вращающий момент на ведомом валу составит 20..21 Нм, при этом количество точек измерения должно быть не менее 150 (чем больше количество точек, тем выше точность эксперимента).

5.6. Ослабить натяжение ремня. Остановить электродвигатель нажатием кнопки «Выкл.» на панели лабораторной установки.

5.7. Выключить установку.

6. Обработка результатов.

Вкладка «График зависимости КПД от нагрузки на ведомом валу» отображает зависимость КПД исследуемой передачи от вращающего момента на ведомом валу.

Вкладка «График зависимости мощностей от нагрузки на ведомом валу» отображает зависимость мощностей на ведущем и ведомом валах исследуемой передачи от вращающего момента на ведомом валу.

Для обработки полученных результатов вводим значение глубины фильтра (осреднение) в поле осреднения результатов (верхний правый угол окна программы). Значение глубины фильтра должно быть кратным 7 и зависеть от количества точек измерения.

При количестве точек измерения больше 100 значение глубины фильтра ориентировочно должно быть 14, 21. При количестве точек измерения больше 150 значение глубины фильтра ориентировочно должно быть 21, 28. При количестве точек измерения больше 200 значение глубины фильтра ориентировочно должно быть 28, 35. Осреднение осуществляется на обоих графиках одновременно.

7. Оформление отчета по лабораторной работе.

После выбора оптимальной глубины фильтра и применения его к полученным результатам нажать кнопку «Отчет». При нажатии кнопки «Отчет» (рис. 9.2) программа открывает MS WORD и вставляет в него отчет по проведенной лабораторной работе (рекомендуется использовать MS Office 2000 или MS Office ХР), при этом если графики были обработаны при помощи фильтра осреднения результатов, то в отчет выводятся обработанные графики. Если на ПЭВМ не установлен MS Office, программа использует WordPad входящей в стандартную поставку MS Windows.

В отчете необходимо ввести фамилии студентов выполнявших лабораторную работу, номер группы, факультет и фамилию преподавателя. Отчет сохранить в любую удобную папку средствами MS WORD (WordPad).

8. При необходимости повторного проведения лабораторной работы необходимо сделать сброс всех полученных данных, выбрав требуемую строчку в меню «настройка» либо нажав комбинацию клавиш <Ctrl+Delete>.

Форма отчета

Исходные данные

Типоразмер 28

Номинальный вращающий момент на тихоходном валу, Н*м 15

Передаточное отношение редуктора 7

Межосевое расстояние, мм 28

Частота вращения быстроходного вала редуктора, об/мин 1410

Модуль зацепления, мм 2,5

Коэффициент смещения инструмента 0,2

Число зубьев червячного колеса 28

Число заходов червяка 4

Коэффициент диаметра червяка 10

Расчетный КПД 81%



Рис 9.9

Рис. 9.10

Контрольные вопросы

1. Приведите формулы, по которым можно определить КПД редуктора.

2. Назовите основные причины потери мощности в редукторе.

3. Как изменяется КПД редуктора с увеличением числа его ступеней?

4. Как будет изменяться КПД редуктора при уменьшении нагрузки T₂?

5. Чему равно значение КПД редуктора при нагрузке Т₂ = 0? Почему?

6. Что представляет собой простейшая зубчатая передача?

7. Как называют зубчатую передачу со скрещивающимися осями?

8. Какие типы передач вы знаете?

9. Расскажите, из чего состоит лабораторная установка?

10. Какие оси называются скрещивающимися?

11. Как происходит нагружение в лабораторной установке?

12. Что такое мультипликатор?

Библиографический список

1. Иванов М.Н. Детали машин: учебник / М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. - М.: Высш. шк., 2005. - 408 с.

2. Решетов Д.Н. Детали машин: учебник для машиностроит. и мех. спец. вузов / Д.Н.Решетов. - М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

3. Испытание подшипников качения: методическое руководство к лабораторной работе по курсу «Детали машин» / Сост. М.К. Александров, В.В. Горбатенко. Куйбышев: КПтИ, 1983. - 11 с.

4. Исследование несущей способности шпоночных и шлицевых соединений: методические указания к лабораторной работе / Сост. М.И. Тимофеев. - Самара: СамГТУ, 1997. - 10 с.

5. Методическое руководство к лабораторной работе «Распределение внешней нагрузки в затянутом стыке» по курсу «Детали машин и подъемно-транспортные устройства» для специальностей 0502, 0501, 0508, 0510 / Сост. В.Ф. Парамонов, А.В. Марычев, А.М. Веретенников. - Куйбышев: КПтИ, 1984. - 7 с.

6. Методическое руководство к лабораторной работе «Определение критической частоты вращения вала» по курсу «Детали машин» для студентов специальности 0501 / Сост. И.А. Кокорев, А.К. Федосеев. - Куйбышев: КПтИ, 1984. - 7 с.

7. Методические указания к лабораторной работе «Исследование влияния режимов работы привода на КПД редуктора» / Сост. Е.К. Кичаев, Д.С. Тетюшин. - Самара: СамГТУ, 2010. - 24 с.

Размещено на Allbest.ru

...