Badanie sprawności przekładni mechanicznej. Maszyny i urządzenia technologiczne. Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania. Cykl I Ćwiczenie 1

Transkrypt

1 Wydział Budowy aszyn i Zarządzania Instytut Technologii echanicznej aszyny i urządzenia technologiczne laboratorium Badanie sprawności przekładni mechanicznej Cykl I Ćwiczenie 1 Opracował: dr hab. inż. Piotr Frąckowiak

2 2 1. CEL WICZENIA Celem wiczenia jest zapoznanie z wpływem obcienia przekładni spiroidalnej na jej sprawno oraz okrelenie sprawnoci nominalnej. 1. WPROWADZENIE Sprawno przekładni mona okreli rónymi metodami, w zalenoci od wyposaenia laboratorium badawczego (posiadanej aparatury badawczej). Jeden ze sposobów okrelania sprawnoci przekładni polega na pomiarze momentów przed i za przekładni, za pomoc momentomierzy. Istotn zalet tego sposobu bada jest wyeliminowanie koniecznoci pomiaru prdkoci obrotowych silnika, (w przypadku zastosowania silnika asynchronicznego), którego prdko obrotowa zmienia si w zalenoci od obcienia. Rysunek 1 przedstawia schemat stanowiska badawczego. Do napdu przekładni wykorzystano napd firmy BAUULLER składajcy si z cyfrowego układu napdowego serii BUG/BUS 6 oraz silnika synchronicznego typu DS71-B. Obroty silnika nastawiane s przez zmian parametrów napdów z oprogramowanego komputera, przez złcze RS-232. W torze pomiarowym stanowiska badawczego znajduj si czujniki pomiaru momentu firmy HB, na ciu przekładni typu T5/10, o zakresie pomiarowym 0 10 Nm, na wyjciu przekładni T5/200 o zakresie pomiarowym Nm. Dokładno czujników 0,02 Nm, rozdzielczo 0,01 Nm. Na wyjciu toru pomiarowego zamontowano hamulec zasilany regulowanym prdem stałym. Rejestracje sygnałów z obu czujników przeprowadza si za pomoc interfejsu pomiarowy DCPlus, sprzonego przez złcze RS-232 z komputerem oprogramowanym pakietem narzdziowym Catman. Oprogramowanie Catman umoliwia wizualizacje przebiegu zmian badanych momentów.

3 3 HAULEC ZASILACZ STABILIZOWANY Z OENTOIERZ T5/200Nm PRZEKŁADNIA SPIROIDALNA INTERFEJS POIAROWY DCPlus KOPUTER PC Z PROGRAE CATTAN OENTOIERZ T5/10Nm SILNIK SYNCHRONICZNY DS 71-B UKŁAD REGULACJI PRDKOCI OBROTOWEJ SILNIKA BUG/BUS 6 KOPUTER PC Z PROGRAE BUG/BUS 6 Rys.1. Schemat blokowy stanowiska badawczego Sprawno przekładni, w której uzbienie czołowe lub stokowe współpracuje ze limakiem walcowym lub stokowym, oblicza si jako stosunek pracy uytecznej do pracy włoonej. Przekładnie te znalazły zastosowaniach jako elementy automatyki, charakteryzuj si one samohamownoci. Samohamowno przekładni jest zapewniona, gdy kt wzniosu linii rubo limaka γ < 5 (sprawno wtedy wynosi poniej 50%, < 0,5). Przy wzrocie prdkoci obroto współpracujcych kół zbatych przekładni zmniejsza si równoczenie współczynnik tarcia midzyrbnego (a tym samym take kt tarcia) co wpływa na zwikszenie sprawnoci przekładni mechanicznych. Sprawno ogóln przekładni mona wyrazi jako iloczyn sprawnoci jej poszczególnych elementów. c = 1 2 o 1 - zaley od rodzaju ułoyskowania limaka; 2 - zaley od rodzaju ułoyskowania uzbienia czołowego lub stokowego (dla jednej pary łoysk tocznych współczynniki te przyjmuj wartoci około 1,2 = 0,99, a dla jednej pary łoysk lizgowych 1,2 = 0,97); o - strata mocy wywołana mieszaniem i rozbryzgiwaniem oleju; zaley od sposobu olejenia, od kształtu i wymiarów przestrzeni olejo, od kształtu i wymiarów elementów wirujcych przekładni, od lepkoci oleju oraz od prdkoci przekładni;

4 4 gdzie wyznacza si j na drodze dowiadczalnej, w przekładniach zbatych wolnobienych straty te mona pomin, natomiast w szybkobienych naley je uwzgldni; - stosunek pracy odebranej od elementu napdzanego przekładni do pracy doprowadzonej w tym samym czasie do elementu napdzajcego; jeeli elementem napdzajcym jest limak, to stosunek pracy odebranej do pracy włoonej w czasie obrotu uzbienia czołowego o jedn podziałk wyraa si wzorem. obc ps = 100 [%] (1) 1/ i obc - moment obciajcy przekładnie [Nm], - moment napdowy przekładni [Nm], i przełoenie przekładni zbatego). z z s k (z s liczba zbów limaka, z k liczba zbów koła 2. STANOWISKO BADAWCZE I BADANIA DOWIADCZALNE Badania dowiadczalne sprawnoci i momentu znamionowego przekładni mechanicznej polegaj na okreleniu mocy pobieranej na ciu - przez silnik oraz pomiarze jego prdkoci obroto (silnik asynchroniczny). oc na wyjciu przekładni okrelana przez nastawienie obcienia na hamulcu. Pomiar mocy pobieranej przez silnik trójfazowy, jakim jest zasilany silnik napdzajcy przekładnie, mona zmierzy na kilka sposobów: a) za pomoc trzech watomierzy, mierzc moc pobieran przez silnik w kadej fazie; b) za pomoc jednego watomierza, mierzc moc pobieran z jednej fazy (tylko w przypadku równomiernego poboru prdu przez wszystkie 3 fazy); c) za pomoc dwóch watomierzy, połczonych w układ Arona. W przypadku a i c całkowita moc pobierana przez silnik jest sum wskaza watomierzy, a w przypadku b całkowita moc pobierana przez silnik równa jest trzykrotnoci wskazania watomierza. W wiczeniu obcienie przekładni jest nastawiane za pomoc hamulca. W wyniku zmiany obcienia przekładni zmienia si równie prdko obrotowa silnika napdzajcego (silnik asynchroniczny). W celu prawidłowego okrelenia sprawnoci przekładni naley zmierzy jednoczenie moc pobieran przez silnik oraz obroty silnika (obr/min) dla

5 5 nastawionego obcienia. oc pobierana przez silnik napdzajcy przekładnie jest sum wskaza dwóch watomierzy połczonych w układ Arona. W zalenoci od obcienia przekładnia wykazuje róny poziom sprawnoci. W pocztko fazie wraz ze wzrostem obcienia sprawno wzrasta. Najwiksz sprawno przekładnia uzyskuje podczas obcienia nominalnego (rys 2), poczym sprawno zaczyna ponownie male. max n [Nm] Rys. 2. Wykres sprawnoci przekładni spiroidalnej w zalenoci od obcienia Sprawno przekładni mona obliczy na podstawie wzoru 2. gdzie: 1 obc ps = 100 [%] (2) 1/ s i ps - sprawno przekładni spiroidalnej, s - sprawno silnika napdzajcego wg katalogu GETRIEBEOTOREN firmy SEW - 0,75, obc - moment obciajcy przekładnie [Nm], - moment napdowy przekładni [Nm], i - przełoenie przekładni (np.: i = 1/100), oment obliczony na podstawie mocy pobieranej przez silnik i jego obrotów, gdzie: P - moc pobierana przez silnik [kw], n obroty silnika [obr/min]. P = 9550 [Nm] (3) n

6 6 Rysunek 3 przedstawia schemat stanowiska badawczego. Przekładnia napdzana jest silnikiem asynchronicznym. Obroty silnika, które zmieniaj si pod wpływem zmiany obcienia, mierzone s za pomoc tachometru. Warto obcienia (hamowania) nastawiana jest za pomoc stabilizowanego zasilacza. Cechy badanej przekładni przedstawiono w tablicy 1. Tachometr SILNIK ASYNCHRONICZNY PRZEKŁADNIA SPIROIDALNA Hamulec Typu DT71D4 Watomierze (2) połczone w układ Arona Zasilacz stabilizowany Rys.3. Schemat blokowy stanowiska badawczego Tablica 1. Cechy charakterystyczne badanej przekładni Cecha konstrukcyjna Przekładnia DT71D6 Przełoenie ateriał limaka ateriał koła płaskiego Smarowanie Łoyskowanie limaka Pochylenia linii zbów uzbienia czołowego Uzwojenie limaka rednica zewntrza limaka [mm] 1/75 stal stal zanurzeniowe (olej) jednostronne prawy prawe PRZEBIEG WICZENIA Na omówionym powyej stanowisku badawczym przeprowadzi badania sprawnoci modelu przekładni spiroidalnej oraz okreli jej sprawno. W tym celu: 1. Nastawi obcienie i je zanotowa, 2. Dokona odczytu wartoci wskazywane przez watomierze (połczone w układ Arona),

7 7 Uwaga 3. Zmierzy prdko obrotow silnika za pomoc tachometru (przykładajc jego kocówk równolegle do osi wirnika silnika pomiar wykonywa przez ok. 5 sekund), pomiar powtórzy trzykrotnie. Przekładnie obcia stopniowo, co 10 Nm do wartoci 100 Nm. Warto obcienia na stabilizatorze 0,1 odpowiada 2 Nm. Parametry badanego przekładni i linka podano w tabeli 1. Badania prowadzone s w stanach nieustalonych i dlatego ich wyniki mog słuy jedynie do przyblionego okrelenia sprawnoci. W czasie bada nie uwzgldnia si zmiany sprawnoci silnika, która zmienia si pod wpływem obcieni, moc pobierana przez silnik okrelana jest w stanie nie ustalonym (stan ustalony nastpuje po 3 stałych czasowych silnika, stała czasowa silnika wynosi około 15 minut po kadym nastawieniu obcienia). 4. SPRAWOZDANIE Sprawozdanie powinno zawiera: temat oraz dat wykonania wiczenia, oznaczenie grupy; nazwisko osoby wykonujcej wiczenie; cel wiczenia; schemat stanowiska badawczego (pogldowy widok 3D); opis wykonywanych czynnoci; tabela z wynikami pomiarów; przykład oblicze z wykorzystaniem wzorów 2 i 3 (inny dla kadej osoby z grupy); opracowanie graficzne otrzymanych wyników; wnioski. Przykładowe pytania kontrolne: 1. Od czego zaley sprawno przekładni spiroidalnej? 2. Co to jest moment nominalny? 3. W jaki sposób mona bada sprawno przekładni? 4. Jak wpływa prdko obrotowa przekładni na jej sprawno? 5. Jakie s sposoby pomiaru mocy pobieranej przez silnik (z wykorzystaniem watomierzy)? 6. Co to jest sprawno przekładni mechanicznej Literatura 1. Frckowiak P., Budowa i badania przekładni spiroidalnej. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, echanik KZ Kosmol J., Serwonapdy obrabiarek sterowanych numerycznie, WNT, Warszawa ierzejewski J., Serwomechanizmy obrabiarek sterowanych numerycznie, WNT, Warszawa 1977.

8 Tabela pomiarów Napięcie prądu na zasilaczu [V] oment wyjściowy (obciążający) wyj [N m] oc pobierana z sieci przez silnik trójfazowy Watomierz 1 P 1 [W] Watomierz 2 P 2 [W] Prędkość obrotowa silnika trójfazowego n [obr/min] Sprawność badanej przekładni ps [%] 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 5,9 6,0 0,1 V na zasilaczu odpowiada 2 N m - moment obciążający generowany przez hamulec