ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА КОРИСНОЇ ДІЇ ТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ ЧЕР’ЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Національний аграрний університет

Кафедра деталей машин і ПТМ

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА КОРИСНОЇ ДІЇ ТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ ЧЕР’ЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Методичні вказівки

до лабораторної роботи з деталей машин

для студентів із спеціальностей

7.091902 “ Механізація сільського господарства”,

7.090215 “ Машини та обладнання для

сільськогосподарського виробництва “

Київ 1999р.

УДК 621.81.001.(07).

Наведено методику визначення коефіцієнта корисної дії та передачі тепла в черв’ячному редукторі. Дано опис лабораторної установки, подано розрахункові залежності, а також приведено питання для контролю знань студентів та протокол звіту.

Іл.2 Бібл. 11 назв. Табл. 4.

Укладач В.Ф.Ярошенко

Рецензенти проф. І.А.Цурпал, доц. О.М.Погорілець

Навчальне видання

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА КОРИСНОЇ ДІЇ ТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ ЧЕР’ЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Методичні вказівки до лабораторної роботи з деталей машин для студентів із спеціальностей:

7.091902 “ Механізація сільського господарства”,

7.090215 “Машини та обладнання для сільськогосподарського виробництва”.

Укладач Володимир Федорович Ярошенко

Відповідальний за випуск проф. Д.Г.Войтюк

Редактор Т.П.Хільченко

Комп’ютерний набір Підчибій Н.М.

Підписано до друку 21.12.99р.

Формат 60х84 1/16.Папір друк №2, Ум.др.арк....

Обл.вид.арк.....Тираж 300 Замовне Замов №28

Видавничий центр НАУ, 03041, Київ-41,

вул. Героїв Оборони, 15, тел 267-80-49

Друкарська дільниця УВК НАУ,

03041,Київ-41,пров. Сільськогосподарський, 4, тел. 267-81-55

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЕНТА КОРИСНОЇ ДІЇ ТА

ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ ЧЕРВ’ЯЧНОГО РЕДУКТОРА

1. МЕТА РОБОТИ: Теоретичним та експериментальним шляхом визначити коефіцієнт корисної дії та теплопередачі корпуса черв’ячного редуктора. Провести порівняння даних, визначених теоретичним та експериментальним шляхом, а також провести аналіз впливу навантаження та кутової швидкості на величини, що визначаються.

2.1.КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ТА ПРАКТИЧНІ ПОРАДИ

При роботі будь-яких машин відбувається втрата потужності. А при роботі привода з черв’ячним редуктором в останньому відбуваються втрати на тертя у черв’ячному зачепленні, на тертя у підшипниках та втрати на тертя у мастилі. Чим більші втрати тим менший коефіцієнт корисної дії.

Коефіцієнт корисної дії h_p черв’ячного редуктора можна визначити, користуючись таким виразом

h_p = 1 – В (2,1)

де - сумарний коефіцієнт втрат потужності;

Р_ВТ- потужність, що витрачається на подолання тертя та інших некорисних опорів руху, кВт;

Р - потужність, що підводиться до редуктора, кВт.

Величину сумарного коефіцієнта втрат можна визначити так:

В = В_з+ В_ков+В_під+B_м, (2.2)

де В₃ – коефіцієнт , що враховує втрати , які аналогічні з втратами зачеплення косозубих коліс з рейкою (втрати у еквівалентній передачі).

, (2.3)

де e_s- ступінь перекриття;

f– коефіцієнт тертя між матеріалами зубів черв’ячного колеса, та витків черв’яка;

z₂ – число зубів черв’ячного колеса;

b - кут підйому гвинтової лінії черв’яка за початковим циліндром.

Для випадку нормального некоригованого зачеплення

(при a=20°; ; .)

(2.4)

(2.5)

де z₁ - число заходів черв’яка;

q₁ - коефіцієнт діаметра черв’яка

Коефіцієнт втрат потужності на ковзання витка черв’яка по зубах черв’ячного колеса визначаються так:

, (2.6)

тут - зведений кут тертя стального витка черв’яка по зубу черв’ячного колеса , виготовленому з бронзи. Величина цього кута суттєво залежить від швидкості ковзання V_ков. і його значення можна знайти у таблиці 2.1.1.

Табл.2.1.1

V_ков, м/с		V_ков, м/с
0,01	6°17¢...6°51¢	2,0	2°00¢...2°35¢
0,10	4°34¢...5°09¢	2,5	1°43¢...2°17¢
0,25	3°43¢...4°17¢	3,0	1°36¢...2°00¢
0,50	3°09¢...3°43¢	4,0	1°19¢...1°43¢
1,00	2°35¢...3°09¢	7,0	1°02¢...1°29¢
1,50	2°17¢...2°52¢

Коефіцієнт втрат потужності на тертя у підшипниках кочення можна вибрати з таких рекомендацій:

В_під=0,003...0,005 (2.7)

Причому більші значення приймають для роликових підшипників, а менші для шарикових.

Коефіцієнт втрат, що враховує витрати потужності на перемішування (барботаж) мастила в черв’ячному редукторі наближено можна визначити з такої залежності:

, (2.8)

де - колова швидкість черв’яка;

L - довжина гвинтової нарізки черв’яка, мм;

E°t - в’язкість мастила (в градусах Енглера) при температурі t мастила в редукторі.

Якщо черв’ячний редуктор виконано так, що черв’як розміщений над черв’ячним колесом, то при цьому у масло занурюється не черв’як, а черв’ячне колесо. У цьому випадку слід замість колової швидкості черв’яка u₁приймати колову швидкість колеса м/с, а замість довжини гвинтової нарізки черв’яка L приймати у розрахунок ширину вінця черв’ячного колеса в₂. Тобто формула (2.8) матиме такий вигляд:

. (2.9)

Таким чином, загальний розрахунковий коефіцієнт корисної дії черв’ячного редуктора буде такий:

. (2.10)

Нагрів деталей редуктора відбувається внаслідок втрат потужності на тертя в зачепленні і підшипниках та ущільненнях, а також на розбризкування та переміщування масла. При надмірному нагріві деталей редуктора мастило розріджується, погіршуються умови мащення, а тому більш інтенсивно спрацьовуються деталі передач, підшипників та ущільнень і можливе заїдання в зачепленні.

Тепло від стінок редуктора передається оточуючому середовищу. При сталому тепловому режиму роботи кількість тепла, що виділяється в редукторі дорівнює кількості тепла, що передається довкіллю.

Теплопередаючі властивості черв’ячного редуктора характеризуються коефіцієнтом теплопередачі к корпуса, який при теплових розрахунках черв’ячної передачі приймають у межах (7...19 Вт/м²×с°)

Для конкретних умов величину цього коефіцієнта можна обчислити з рівняння теплового балансу

10³×Р(1-h_р)=к(t_p-t_c)A_p×l, (2.11)

де P – потужність на валу черв’яка редуктора, кВт;

h_р - к.к.д. черв’ячного редуктора;

t_p - температура всередині корпуса редуктора, С°;

t_c - температура оточуючого редуктор середовища, С°;

A_p - площа теплопередаючої поверхні (корпуса) редуктора, м²;

- коефіцієнт, що враховує тепловідвід через фундаментну плиту або раму.

Наближено площу тепловіддачі редуктора можна визначити як площу стінок спрощеної фігури, що з певним наближенням відповідатиме дійсній площі по зовнішньому контуру корпуса редуктора (при цьому враховують 50% площі приливів та фланців).Значення величин P, A_p_, та наведені в технічних даних лабораторної установки, t_p та t_c фіксуються за допомогою термометрів.

return false">ссылка скрыта

Для теоретичного визначення величини коефіцієнта теплопередач к у формулу (2.11) підставляють значення к.к.д. редуктора, визначеного з такої залежності:

. (2.12)

А при експериментальному визначенні коефіцієнта передачі к у формулу (2.11) підставляють значення к.к.д. редуктора, визначеного за формулою (2.10).

2.2.БУДОВА ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА КОРИСНОЇ ДІЇ ТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ ЧЕРВ’ЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Лабораторна установка ДМ-55А призначена для експериментального визначення коефіцієнта корисної дії та теплопередачі черв’ячного редуктора.

Коротка технічна характеристика цієї установки наводиться нижче.

Черв’ячний редуктор:

а) тип черв’яка – архімедовий, (ZA) ;

б) модуль осьовий, m= 3мм;

в) кількість заходів черв’яка z₁=2;

г) кількість зубів черв’ячного колеса z₂=40;

д) коефіцієнт діаметра черв’яка q₁=12;

е) передаточне число u=20;

ж) міжосьова відстань, мм а_w=78;

Рис. 2.2.1. Кінематична схема лабораторної установки

з) матеріал вінця черв’ячного колеса – Бр0НФ.

Гальмівна установка і привод.

а) тип навантажувального гальма – електромагнітний, порошковий, з водяним охолодженням;

б) метод створення навантаження – розімкнутий, через навантажувальне гальмо;

в) найбільший гальмівний момент – Т₂_max=100Нм;

г) привод – від двошвидкісного електродвигуна типу 4АХ80А4/2У3;

д) живлення – від мережі змінного струму (380В, 50Гц);

е) потужність електродвигуна Р_ном=1,1/1,5 кВт;

ж) кутова швидкість обертання вала двошвидкісного електродвигуна w_ном=142,5/278 рад/с;

з) метод вимірювання крутного та гальмівного моментів – вимірювання деформацій навантажувальних вимірювальних пружин балансованої системи двигуна і редуктора;

і) габаритні розміри установки, мм

довжина – 740мм;

ширина – 530мм;

висота – 465мм;

к) маса установки, кг – 164.

Складається лабораторна установка ДМ-55А з черв’ячного редуктора 1, електродвигуна 2, навантажувального гальма 3 та пульту управління 4. (Рис.2.2.1).

Електродвигун 2 за допомогою пружної компенсуючої муфти 5 з’єднано з вхідним валом черв’ячного редуктора. Вал черв’ячного колеса (вихідний вал редуктора) за допомогою повідкової муфти 6 з’єднано з валом навантажувального гальма 3. На даній лабораторній установці застосовано електромагнітне порошкове гальмо конструкції ЭНИМС.

Лабораторна установка ДМ-55А працює так. Крутний момент від електродвигуна 2 (рис.2.2.1) через пружну компенсуючу муфту 5 передається на вал-черв’як і через черв’ячну пару на вихідний вал редуктора. Потім з вала черв’ячного колеса через повідкову муфту 6 момент передається до електромагнітного гальма 3. Статор

Рис 2.2.2. Схема порошкового гальма.

електродвигуна 2 виконано збалансованим, тобто він має можливість хитатися на опорах. До статора електродвигуна прикріплено упор 7, який хитається разом із статором. При цьому ніжка індикатора 8 натискує на вимірювальну пружину 9, реєструючи таким чином деформацію пружини, яка пропорційна величині крутного моменту Т₁, що створюється електродвигуном 2. Крутний момент Т₂ на вихідному валу редуктора реєструється аналогічно, так як корпус електромагнітного гальма також має можливість хитатись навколо своєї осі. Коли корпус гальма 3 повертається, то важіль 10 опирається на силовимірювальну пружину 11, деформація якої реєструється за допомогою індикатора 12. Ця деформація пропорційна моменту Т₂, який створюється гальмом на вихідному валу редуктора.

На рис.2.2.2 наведено схему електромагнітного порошкового гальма. Тут магнітопривод 2, що напресований на вал 1, має вмонтовану обмотку збудження 3. А простір між зовнішньою поверхнею магніто привода 2 та внутрішньою поверхнею кожуха 4 (де є постійний кільцевий зазор) заповнено сумішшю карбонального заліза та машинного мастила.

У випадку зміни величини струму збудження буде змінюватись і опір відносному переміщенню магніто привода 2 всередині кожуха 4. Крім того, змінюється дія магнітного поля на феромагнітні частини карбонального заліза, що орієнтується в напрямку, який перпендикулярний до кільцевого зазору, тобто у радіальному напрямку. Це буде обумовлювати величину гальмівного моменту, який може створити електромагнітне порошкове гальмо 3. При збільшенні величини струму збудження гальмівний момент збільшується, а при зменшенні – зменшується. При гальмуванні виділяється велика кількість тепла. Для його відведення використовують воду. Витрата води регулюється водорозподільним краном, а контролюється за рівнем її через оглядовий отвір. Водорозподільний кран та оглядовий отвір змонтовані на передній панелі установки.

При зміні крутного моменту на приводному валу редуктора стрілка індикатора може дуже коливатись в обидві сторони відносно дійсного значення. Для усунення цих коливань у лабораторній установці передбачені гідравлічний демпфер, який заповнено сумішшю мастила з порошком.

3. ПЕРЕЛІК ОБЛАДНАННЯ, ВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ ТА ІНСТРУМЕНТІВ.

3.1. Установка лабораторна ДМ-55А – 1 шт.

3.2. Індикатор годинникового типу з

ціною поділок 0,01 мм – 2 шт.

3.3. Графік тарування вимірювальної

пружини електродвигуна – 1 шт.

3.4. Графік тарування вимірювальної пружини електромагнітного порошкового гальма – 1 шт.

3.5. Термометри – 2 шт.

4. ПОСЛІДОВНІСТЬ ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

4.1. Ознайомитись з метою роботи, будовою та принципами дії установки.

4.2. Скласти протокол до лабораторної роботи, де необхідно вказати мету роботи, зарисувати схему установки, записати її коротку технічну характеристику.

4.3. Визначити теоретичним шляхом коефіцієнт корисної дії черв’ячного редуктора h_т.

4.4. Перевірити наявність мастила в редукторі, а при недостатній кількості долити до необхідного рівня.

4.5. Перевірити кількість магнітної суміші в розширювальному бачку гальма, а при недостатній кількості долити до необхідного рівня.

4.6. Приєднати установку до водогону та каналізації за допомогою гнучких гумових шлангів, перевірити подачу води до електромагнітного гальма (наявність води буде видно через оглядовий отвір).

4.7. Приєднати установку до мережі трифазного змінного струму.

4.8. Увімкнути електродвигун на більшу частоту обертання та навантажити гальмівним пристроєм черв’ячний редуктор. При цьому спочатку навантаження створити наближено рівним (0,2...0,3)Т₂_max. Для цього за тарувальною характеристикою вимірювальної пружини гальма необхідно визначити скільком поділкам індикатора буде відповідати (0,2...0,3)Т₂_max, причому Т₂_max=100 Нм. У такому режимі установці необхідно попрацювати не менше 5 хвилин.

4.9. Розділити максимальний крутний момент Т₂_max на декілька ступенів (не менше 4).

4.10. Ступінчасто збільшувати гальмівний момент до значення Т₂_max. На кожному проміжному ступені навантаження реєструвати покази індикаторів електродвигуна та гальма, а результати занести до таблиці протоколу.

4.11. Перемкнути електродвигун на меншу частоту обертання вала та повторити вимірювання, які проводились у пункті 4.10.

4.12. Користуючись тарувальними характеристиками електродвигуна та гальма, визначити фактичне значення крутних моментів Т₁ та Т₂ для кожного проміжного ступеня і занести до таблиць протоколу.

4.13. Для кожного проміжного ступеня досліджень визначити значення експериментального коефіцієнта корисної дії черв’ячного редуктора.

4.14. Побудувати графічну залежність коефіцієнта корисної дії h_експ від значень Т₂ для обох частот обертання вала електродвигуна.

4.15. Зробити висновки по виконаній лабораторній роботі.

5.ПРОТОКОЛ ЗВІТУ ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

5.1.Мета роботи: Навчитись теоретично та експериментально визначати коефіцієнт корисної дії черв’ячного редуктора та теплопередачі його корпусу.

5.2. Схема установки.

Рис.5.1.

5.3. Технічна характеристика.

Таблиця 5.1.

Назва даних	Позначення	Числове значення
РЕДУКТОР ЧЕРВ’ЯЧНИЙ
Тип черв’яка	Архімедовий.(ZA)
Модуль осьовий,мм	m
Кількість заходів черв’яка	Z₁
Кількість зубів колеса	Z₂
Коефіцієнт діаметра черв’яка	q₁
Передаточне число редуктора	U
Потужність електродвигуна	P_ном	1,1/1,5
Кутова швидкість обертання черв’яка, рад/с	w_1ном	142,5/278
Діаметр ділильного циліндра черв’яка	d₁=q₁×m
Матеріал черв’ячного колеса	Бр ОНФ	Бронза олов’яниста
Коефіцієнт тертя між стальним черв’яком та бронзовим вінцем черв’ячного колеса	f	0,04

5.4.Теоретичне визначення коефіцієнта корисної дії

Таблиця 5.2.

Назва даних	Позначення	Числове значення
Кут підйому гвинтової лінії за ділильним циліндром, b, град.
Швидкість ковзання,V_ков, м/с.
Кут тертя, r¢.	За даними таблиці 2.1.1. лабораторної роботи
Коефіцієнт втрат потужності в зачепленні, В₃, кВт.
Ступінь перекриття,e_s.
Коефіцієнт втрат потужності на ковзання витка черв’яка по зубу черв’ячного колеса, В_ков.
Коефіцієнт втрат потужності на тертя у підшипниках кочення, В_під.	В_під=0,003…0,005
Коефіцієнт втрат потужності на розбризкування та перемішування мастила, В_м.
Коефіцієнт втрат потужності у редукторі загальний, SВ.	SВ = В_з+ В_ков+В_під+B_м
Загальний розрахунковий коефіцієнт корисної дії черв’ячного редуктора, h_р.	h_р=1-SВ

5.5. Експериментальні дані

Таблиця 5.3.

d₂, мм	Т₂, Нм	d₁, мм	Т₁ Нм	h_е= Т₂/ (Т₁×u)
Покази індикатора	Фактичне значення	Покази індикатора	Фактичне значення	Експериментальний коефіцієнт корисної дії
w₁=278 рад/с





w₁=142,5 рад/с





Температура редуктора, t_р,°С.
Температура оточуючого середовища, t_c,°С.
Коефіцієнт теплопередачі, к.

5.6. Графік залежності h_е=f(Т₂).

h_е

0,2Т₂ 0,4Т₂ 0,6Т₂ 0,8Т₂Т₂, Нм

5.7. Висновки, пропозиції та рекомендації до лабораторної роботи.

Виконав студент 3-го курсу ….групи факультету МСГ

(Прізвище, ім’я та по-батькові)

« »________________ ________________ Дата Підпис

Прийняв____________________________________________ (Посада, прізвище та ініціали) « »________________ ________________

Дата Підпис

6.КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

6.1. Що називається коефіцієнтом корисної дії?

6.2. Вказати місця втрат потужності при передачі її через черв’ячний редуктор.

6.3. Як впливає число заходів черв’яка на величину коефіцієнта корисної дії черв’ячного редуктора?

6.4. Як впливає величина коефіцієнта діаметра черв’яка на значення коефіцієнта корисної дії черв’ячного редуктора?

6.5. Як впливає матеріал витків черв’яка та зубів вінця черв’ячного колеса на величину коефіцієнта корисної дії черв’ячного редуктора?

6.6. Як впливає величина швидкості ковзання витка черв’яка по зубу черв’ячного колеса на коефіцієнт втрат потужності?

6.7. Як визначити величину кута підйому гвинтової лінії за ділильним циліндром черв’яка?

6.8. Який черв’як називають архімедовим?

6.9. Від чого залежить вибір матеріалу черв’яка?

6.10. Від чого залежить вибір матеріалу черв’ячного колеса?

6.11. У яких випадках для виготовлення вінців черв’ячного колеса застосовують олов’янисту бронзу?

6.12. Коли можна виготовляти вінці черв’ячного колеса з безолов’янистої бронзи?

6.13. У яких випадках можна виготовляти вінці черв’ячного колеса із сірого чавуну?

6.14. Що таке коефіцієнт діаметра черв’яка q₁ ?

6.15. Як визначити передаточне число черв’ячного редуктора без розбирання?

6.16. Як вимірюють крутний момент на ведучому валу черв’ячного редуктора в лабораторній установці?

6.17. Чим створюють гальмівний момент на веденому валу черв’ячного редуктора лабораторної установки?

6.18. Як змінюють швидкість обертання вхідного вала редуктора в лабораторній установці?

6.19. Якою муфтою з’єднано вал електродвигуна з вхідним валом черв’ячного редуктора?

6.20.Якою муфтою з’єднано вихідний вал черв’ячного редуктора з електромагнітним порошковим гальмом?

6.21. Чому лабораторну установку необхідно забезпечувати охолоджуючою рідиною (приєднувати до водогону та каналізації)?

6.22. Як проконтролювати наявність мастила в досліджуваному черв’ячному редукторі?

ЛІТЕРАТУРА

1. Решетов Д.Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1974. – 655с.

2. Дмитриев В.А. Детали машин. – Л.: Судостроение, 1970. – 792с.

3. Иванов М.Н. Детали машин. – М.: Высш шк., 1984. – 370с.

4. Бондаровский Ф.П., Корнеев Г.В. Детали машин и подъемно-транспортные машины. – М – К.: Машгаз, 1962. – 561с.

5. Алаи С.И., Моргулис П.С., Суворов Н.Ф. Практикум по машиноведению. – М.: Просвещение, 1979. – 352с.

6. Часовников Л.Д. Методические указания по расчету червячной передачи. – М.: Изд-во МВТУ им. Баумана, 1979. – 35с.

7. Прикладная механика. Лабораторный практикум / В.Ф.Мальцев, И.Ф.Сорока, В.Н.Крупский и др. – К.; Одесса: Высш.шк. Главное изд-во. 1988. – 176с.

8. Павлище В.Г. /Основи конструювання та розрахунок деталей машин. – К.: Вища шк. 1993. – 556с.

9. Мярковський Б.Є. Рибалко В.М. Розрахунок закритих і відкритих черв’ячних передач. Методичні розробки для інженерних факультетів. – К.: Вид-во НАУ, 1999 – 28с.

10. Шкурський В.К., Лопата О.Я. Деталі машин Держсільгоспвидав УРСР, 1963. – 351с.

11. Ярошенко В.Ф., Мярковський Б.Є., Калайда В.В. та ін. Робочий зошит лабораторних робіт з деталей машин

Методичні рекомендації для студентів факультету механізації сільського господарства. – К. Вид-во УДАУ, 1993 – 61с.

ЗМІСТ

1. Мета роботи.................................................................................3

2.1. Короткі теоретичні відомості та практичні поради................3

2.2. Будова лабораторної установки для визначення коефіцієнта корисної дії та теплопередачі черв’ячного редуктора ...........7

3. Перелік обладнання, вимірювальних пристроїв та інструментів...............................................................................12

4. Послідовність виконання роботи.............................................12

5. Протокол звіту до лабораторної роботи..................................14

6. Контрольні запитання...............................................................18

7. Література...................................................................................19