Цель работы: Изучение конструкции червячного редуктора; аналитическое и экспериментальное определение его КПД. Сравнение и анализ полученных результатов.
Оборудование и инструменты: Установка ДМ 41, сборочные единицы червячного редуктора. Изучение конструкции червячного редуктора проводят на стенде, а определение КПД – на установке ДМ 41. Она состоит из двухскоростного электродвигателя 1, муфты 2, соединяющий вал ротора электродвигателя с валом червяка червячного редуктора 3, тормозного шкива 4, смонтированного на валу червячного колеса, и охватывающих его тормозных колодок 5.
Технические характеристики установки ДМ 41
Наименование параметров
Буквенное обозначение величины
Значение
Число заходов червяка
Z1
2
Число зубьев червячного колеса
Z2
41
Коэффициент диаметра червяка
q
12
Осевой модуль, мм
m
3
Максимальный тормозной момент, Н·м
T2 max
59
Электродвигатель типа А02-22 4/2
Мощность электродвигателя, кВт
Pэ
1 и 1,4
Частота вращения ротора электродвигателя и червяка редуктора, мин-1
nэ
1450 и 2850
Теоретические предпосылки. Изучение конструкции червячного редуктора.
Одноступенчатый червячный редуктор состоит (см.рис. и стендовые образцы) из червяка 6, червячного колеса 7, вала червяка 8, вала червячного колеса 9, опирающихся на подшипники 10 и 11, корпуса редуктора 12 и крышек подшипников.
Червяки изготавливают из углеродистых или легированных сталей. Их витки шлифуют и полируют.
При вращении витки червяка скользят по зубьям червячного колеса, поэтому червяк и червячное колесо должны обладать антифрикционными свойствами. Самые лучшие антифрикционные свойства у пары стальной червяк и оловянно-фосфористая бронза типа Бр ОФ 10-1 (OCT 190054-72), ОНФ и др. Однако оловянные бронзы дороги и дефицитны и их применяют для изготовления червячных колес со скоростью скольжения 5 .25 м/с.
Безоловянные бронзы, например алюминиево-железистые типа БрАЖ 9-4 (ГОСТ 493-79) и др., дешевле оловянных бронз, менее дефицитны и их применяют для изготовления червячных колес, где скорость скольжения 2 .5 м/с.
При скоростях скольжения меньше 2 м/с применяют серый (ГОСТ 1412-85) или модифицированный чугун.
Для уменьшения расхода бронзы при изготовлении червячного колеса его делают составным: зубчатый венец изготовляют из бронзы, а ступицу – из чугуна или стали.
Корпус червячного редуктора изготовляют из серого чугуна или дюралюминия.
В одной ступени червячного редуктора можно реализовать большие передаточные отношения (до 80). Это достоинство червячных передач.
При скольжении витков червяка по зубьям червячного колеса выделяется много тепла и происходит износ трущихся пар, что является недостатком червячных передач. Поэтому в червячных редукторах надо отводить тепло. Для этого корпуса редукторов делают с ребрами, применяют искусственное охлаждение, например ставят вентилятор.
Внизу у корпуса редуктора имеются лапы, которыми редуктор крепится к основанию.
Валы червяка и червячного колеса вращаются в подшипниках, которые крепятся в гнездах корпуса редуктора.
В червячной передаче возникают радиальные и осевые силы, поэтому устанавливают подшипники, воспринимающие радиальные и осевые нагрузки.
Червячные передачи дороже и сложнее зубчатых, поэтому их применяют там, где невозможно или нерационально применять зубчатые передачи.
Определение КПД аналитическим путём.
КПД всей установки определяется из выражения
(1)
где – КПД опор электродвигателя, ;
– КПД муфты, ;
– КПД опор тормоза, ;
– КПД демпфера, ;
– КПД червячного редуктора.
КПД червячного редуктора определяется по формуле:
(2)
где – КПД червячной передачи;
– КПД на перемешивание масла;
– КПД пары опор валов.
Определяют КПД червячной передачи по формуле:
(3)
где – угол подъёма винтовой линии червяка;
– приведённый угол трения, определяемый по экспериментальному графику, в зависимости от скорости скольжения витков червяка по зубьям червячного колеса
(4)
где – окружная скорость червяка, м/с
(5)
где – частоты вращения червяка;
– диаметр делительной окружности червяка, мм (6)
– коэффициент диаметра червяка;
– модуль зацепления.
Значение определяют из выражения
(7)
Примечание: значение приведённого угла трения на рис. дано с учётом потерь на перемешивание масла и потерь в опорах валов.
Подставив КПД элементов установки в исходную формулу (1), определяем КПД всей установки.
Порядок выполнения работы.
По формулам (1) .(7) определяют КПД установки аналитическим путем для двух частот вращения – и . Определяют КПД червячного редуктора экспериментально на установке. Для этого устанавливают стрелки индикаторов электродвигателя и тормоза 13 (см. рис.) и 14 на ноль поворотом внешнего кольца индикаторов. Включают установку на одну из частот, например . При подаче электрического тока в обмотку статора электродвигателя 1 ротор получает момент вращения, а статор – реактивный момент, ему равный и направленный в противоположную сторону. Так как статор находится во взвешенном состоянии, то под действием реактивного момента он в зависимости от снимаемого с вала червячного колеса крутящего момента , отклоняется от первоначального положения. Угловые перемещения корпуса статора электродвигателя от первоначального положения измеряют числом делений , на которое отклоняется стрелка индикатора. Эксперимент проводит группа студентов. Одновременно записывают число делений с индикатора электродвигателя 13 и число делений с индикатора тормоза 14. Показания обоих индикаторов заносят в таблицу. С помощью рукоятки 15 плавно увеличивают силу прижатая колодок к тормозному шкиву 4, увеличивая момент торможения на выходном валу червячного редуктора. С увеличением момента торможения увеличивается угловое перемещение колодочного тормоза, измеряемое числом делений , на которое отклонится стрелка индикатора пружины тормоза.
Завинчивают рукоятку 15 винта 16 до тех пор, пока стрелка индикатора 13 не отклонится примерно на двадцать делений. Снова одновременно снимают показания с обоих индикаторов. Нагружение повторяют 5-6 раз и результаты заносят в таблицу. С помощью рукоятки 15 снимают нагрузку на тормозном шкиве. Переключают установку на другую частоту вращения и повторяют опыт.
Обработка результатов эксперимента
Переводят показания индикаторов пружин в крутящие моменты на валу электродвигателя , и на валу тормоза в Н·м по тарировочным графикам или по формулам:
где и – коэффициенты пропорциональности;
Н·м/дел., Н·м/дел.
Измеряемые параметры
Расчётные параметры
делений
делений
Н·м
Н·м
при
11
0
1,166
0
0
13,5
20
1,431
6,5
0,22
18
40
1,908
13
0,33
19
60
2,014
19,5
0,47
22
80
2,332
26
0,54
Определяют передаточное число редуктора
Определяют КПД установки для каждой ступени нагружения по формуле
На основании полученных данных строят график зависимости КПД установки от крутящего момента на выходном валу , наносят на график значения КПД установки , полученные аналитическим путём.