Цель работы: Построение кривых скольжения и КПД. Определение оптимальных значений коэффициента тяги и КПД. Сравнение и анализ полученных результатов.
Наряду с зубчатыми и Фрикционными передачами в машинах для передачи движения применяют ременные передачи. Они установлены, например, в приводе ткацких станков типа АТПР, в ножных швейных машинах, в приводе катушек магнитофона и т.д.
Оборудование и инструменты: Лабораторная установка ДМ 35У, два тахометра, штангенциркуль, измерительная линейка.
Установка состоит из балансирного электродвигателя 1, на валу ротора 2 которого закреплен ведущий шкив 3. Корпус электродвигателя может поворачиваться в подшипниках 4 и 5, установленных на качающейся раме 6. Плоский ремень 7 передает движение от ведущего шкива на ведомый 8. Ведомый шкив закреплен на валу 9 шкива тормоза 10 нагружения, колодки 11 и 12 которого могут поворачиваться, воздействуя на пружину тормоза 13 и индикатор пружины тормоза 14. Для упрощения расчетов экспериментальных данных ведущий , и ведомый шкивы изготовлены одного диаметра.
Техническая характеристика установки ДМ 35У
параметр
буквенное обозначение
числовое значение
Электродвигатель типа А02-22-6
Мощность электродвигателя, кВт
1,1
Частота вращения ротора электродвигателя, мин-1
930
Диаметр шкива, мм
20
Длина плеч рычага, мм
100
Теоретические предпосылки.
Перед включением в работу ременной передачи необходимо натянуть ведущую и ведомую ветви ремня силой предварительного натяжения . Для этого применяют различные натяжные устройства. Одно из таких устройств, грузовое натяжное устройство, изображено на рисунке. Оно состоит из троса 16, одним концом прикрепленного к опоре подшипника 5, а другим к рычагу 17. К концу рычага 17 подвешены грузы 18.
При включении установки, ремни которой предварительно натянуты, ременная передача начинает передавать окружную силу , с ведущего шкива на ведомый. Силу определяют по формуле:
(1)
где – крутящий момент на ведущем шкиве, Н·м;
– диаметр ведущего шкива, м.
При передаче окружной силы натяжение в ведущей и ведомой ветвях ремня перераспределяется. В ведущей ветви сила натяжения ремня увеличивается от , до , и становится равной:
(2)
В ведомой ветви сила натяжения ремня уменьшается от , до , и становится равной:
(3)
Вычтем из уравнения (2) уравнение (3), получим:
(4)
Рассмотрим поведение отрезка ремня длиной отмеченного при неработающей передаче. При передаче ремнем окружной силы этот отрезок, находясь в ведущей ветви с силой натяжения ремня , удлиняется до величины , а попав в ведомую ветвь с силой натяжения , ремня, укорачивается до . Из условия неразрывности ремня следует, что при сбегании с ведущего шкива отмеченный отрезок должен укоротиться и проскользнуть по ободу шкива навстречу движению. Аналогично на ведомом шкиве тот же отрезок должен удлиниться и проскользнуть по ободу шкива в направлении движения. Опыт показывает, что скольжение ремня происходит не по всей дуге обхвата , а только по её части, называемой дугой упругого скольжения. На рисунке эти дуги обозначены и . Они располагаются со стороны сбегающей ветви. На дугах покоя () и () натяжение ремня остается неизменным, соответственно равным натяжению либо в ведущей ветви , либо в ведомой . С увеличением передаваемой окружной силы увеличиваются разность натяжения , упругое скольжение и дуги скольжения. При некоторой нагрузке (критической) скольжение распространяется на всю дугу обхвата, в первую очередь меньшего шкива; начинается буксование ремня по шкиву.
При упругом скольжении и буксовании ремня окружная скорость ведомого шкива немного меньше окружной скорости ведущего шкива . Относительное скольжение , %, в ременной передаче
(5)
КПД , %, и безразмерный коэффициент тяги определяют по формулам:
(6)
(7)
где и – крутящие моменты на ведущем и ведомом шкивах соответственно, Н·м;
и – частоты вращения ведущего и ведомого шкивов, соответственно, мин-1.
Коэффициент тяги позволяет судить о том, какая часть силы предварительного натяжения ремня используется для передачи окружной силы , т.е. характеризует степень загруженности передачи.
Целесообразность выражения окружной силы через безразмерный коэффициент у объясняется тем, что скольжение и КПД связаны со степенью загруженности передачи, а не с абсолютной величиной окружной силы .
В настоящее время работоспособность ременной передачи принято характеризовать кривыми скольжения и КПД, которые являются результатом испытания ременной передачи.
На рисунке ниже показаны типичные кривые скольжения и КПД ременной передачи. На графике по оси ординат отсчитывают относительное скольжение и КПД в процентах, а по оси абсцисс – нагрузку передачи, выраженную через коэффициент тяги . На начальном участке кривой скольжения от 0 до наблюдается только упругое скольжение. Так как упругие деформации ремня приблизительно подчиняются закону Гука, этот участок близок к прямолинейному. Дальнейшее увеличение окружной силы , приводит к частичному, а затем и к полному буксованию.
Таким образом, скольжение ремня по шкиву в ременной передаче бывает двух видов: упругое скольжение и буксование. Упругое скольжение наблюдается при любой окружной силе и нагрузке передач, а буксование при перегрузке.
Упругое скольжение ремня по шкиву обусловлено разностью сил натяжения ведущей и ведомой ветвей, создаваемой окружной силой .
В зоне от до наблюдается как упругое скольжение, так и буксование. Они разделяются продолжением прямой скольжения – штриховой линией.
Окружную силу для ременной передачи рекомендуют выбирать вблизи критического значения и слева от нее. Этому значению соответствует также и максимальное значение КПД.
Порядок выполнения работы.
Определяют силу предварительного натяжения ремня в Н для данной установки по уравнению:
где – масса одного груза, кг;
– ускорение свободного падения, м/с2;
– число грузов натяжения устройствами (от 1 до 8);
и – длина плеч рычага натяжного устройства; измеряют на установке.
Устанавливают стрелки индикаторов пружин электродвигателя и тормоза 14 и 19 на ноль поворотом внешнего кольца индикаторов. Включают электродвигатель, проверяют работу тахометров.
Закручивая рукоятку винтового механизма тормоза проводя ступенчатое нагружение передачи. Передачу нагружают до буксования ремня, что соответствует примерно 170 делениям второго индикатора.
Эксперимент проводит группа студентов. Одновременно на каждой ступени нагружения снимают число делений с индикатора пружины электродвигателя 19, число делений с индикатора пружины тормоза 14, частоты вращения ведущего и ведомого шкивов с тахометров. Показания обоих индикаторов и обоих тахометров заносят в таблицу. Закручивая рукоятку 15 винта, плавно увеличивают силу прижатия колодок 11 и 12 к тормозному шкиву, увеличивая тем самым окружную силу и момент торможения на тормозном и ведомом шкивах. С увеличением момента торможения увеличивается угловое перемещение колодочного тормоза. Это перемещение, как и на валу электродвигателя, измеряют числом делений на которое отклонится стрелка индикатора пружины тормоза.
Обрабатывают результаты эксперимента. Переводят показания индикаторов пружин в крутящие моменты на валу электродвигателя и на валу тормоза , Н·м, по татировочному графику или по формулам:
где и – коэффициенты пропорциональности; (=0,091 Н·м/дел., =0,076 Н·м/дел.)
Измеряемые параметры
Расчётные параметры эксперимента
,
мин-1
,
мин-1
,
дел
,
дел
,
Н·м
,
Н·м
,
Н
,
%
,
%
996
993
12
0
1,092
0
0,0182
0,3
0,00037
0
978
972
68
10
6,188
0,76
0,103
0,6
0,0021
12,20
972
965
78
30
7,098
2,28
0,118
0,7
0,0024
31,89
964
957
96
50
8,736
3,8
0,146
0,7
0,00298
43,18
956
943
105
70
9,555
5,32
0,16
1,4
0,00327
54,92
943
839
150
100
13,65
7,6
0,23
11,02
0,0047
49,53
943
0
150
110
13,65
8,36
0,23
100
0,0047
0
Окружную силу , относительное скольжение , безразмерный коэффициент тяги и КПД – рассчитывают для каждой наладки по формулам (1), (5), (7).
Перечерчивают из лабораторной работы теоретические графики скольжения и КПД и по данным таблицы на этом же графике строят экспериментальные графики скольжения и КПД и определят критическое значение безразмерного коэффициента тяги .