Badanie przekładni cięgnowej z pasami klinowymi

Transkrypt

1 POLITECHNIKA BIAŁOTOCKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu: PODTAWY KONTRUKCJI MAZYN II Temat ćwiczenia: Badanie przekładni cięgnowej z pasami klinowymi Numer ćwiczenia: 7 Opracowali: prof. nzw. dr hab. inż. R. Kaczyński dr inż. Krzysztof Łukaszewicz Białystok 0

2 PI TREŚCI. WPROWADZENIE CEL I ZAKRE ĆWICZENIA PODTAWOWE ZALEŻNOŚCI TEORETYCZNE PRZEBIEG ĆWICZENIA Opis stanowiska Przedmiot badań Przebieg pomiarów OPRACOWANIE WYNIKÓW BADAŃ PRAWOZDANIE LITERATURA BHP PROTOKÓŁ POMIAROWY... 8 Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

3 . WPROWADZENIE Przekładnie cięgnowe należą do przekładni mechanicznych, służących do przenoszenia mocy za pośrednictwem giętkich, podatnych cięgien: pasów, lin lub łańcuchów. Przekładnią pasową nazywa się układ przenoszący energię mechaniczną ruchu obrotowego z jednego wału na inny za pośrednictwem kół pasowych i opasującego je wiotkiego cięgna w postaci pasa. Przeniesienie momentu obrotowego realizuje się przez sprzężenie cierne pasa płaskiego lub klinowego z kołem lub przez sprzężenie kształtowe pasa zębatego []. Pasy klinowe mają przekrój poprzeczny trapezowy i boczne powierzchnie robocze oparte na ściankach rowków koła pasowego. W efekcie otrzymuje się dobre sprzężenie cierne przy mniejszym napięciu wstępnym w odniesieniu do przekładni z pasem płaskim. Wybrane rodzaje pasów klinowych przedstawiono na rys.. a) b) c) d) e) f) g) h) Rys.. Rodzaje pasów klinowych: a) normalnoprofilowy; b) wąskoprofilowy; c) wieloklinowy (zespolony); d) podwójny (heksagonalny); e) uzębiony; f) obustronnie uzębiony; g) z otwartymi końcami perforowany; h) segmentowy []. Zalety przekładni pasowych: spokojna, cicha i płynna praca; zdolność do łagodzenia gwałtownych zmian obciążenia i tłumienie drgań; prosta konstrukcja i tania eksploatacja - nie wymagają smarowania; łatwość wymiany zużytych pasów; możliwość przenoszenia mocy na znaczne odległości oraz duża swoboda w doborze rozstawu osi kół; możliwość rozdziału mocy przenoszenia napędu z jednego wału na kilka innych; mała wrażliwość na niedoskonałości wzajemnego ustawienia osi wałów. Wady przekładni pasowych: mała zwartość konstrukcji; niestałość przełożenia; wrażliwość na warunki otoczenia (temperatura, obecność olejów i smarów); wyciąganie się pasa w trakcie eksploatacji (konieczność regulacji napięcia); duże obciążenie wałów i łożysk; mniejsza sprawność mechaniczna w odniesieniu do np. przekładni zębatych lub łańcuchowych. Wymiary poprzeczne klasycznych pasów klinowych (normalnoprofilowych) oraz ich długości w obwodzie zamkniętym są znormalizowane. Norma podaje rozmiary pasów klinowych oznaczanych symbolami Z, A, B, C, D oraz E. Kąt pomiędzy powierzchniami bocznymi pasa w stanie wyprostowanym wynosi = 40º ± º. Rowki trapezowe kół pasowych muszą być dostosowane do kształtu pasa, z odpowiednią głębokością, zapewniającą swobodne osiadanie pasa na powierzchniach bocznych z zachowaniem wolnej szczeliny przy dnie rowka. Po Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 3

4 zgięciu na kole kąt pomiędzy powierzchniami bocznymi pasa maleje tym bardziej im mniejsza jest średnica koła. W związku z tym zjawiskiem rowki w kołach pasowych wykonuje się z różnymi kątami = (38º, 36º, 34º oraz wyjątkowo 3º) zależnymi od średnicy koła oraz przekroju pasa.. CEL I ZAKRE ĆWICZENIA Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest utrwalenie oraz pogłębienie wiedzy dotyczącej zagadnienia przekładni pasowych, a w szczególności klinowych. Cel ten realizowany będzie poprzez wykonanie następujących zadań badawczych: identyfikacja i pomiar elementów składowych przekładni pasowej; określenie zależności geometrycznych i kinematycznych przekładni pasowej; poznanie budowy i zasady działania układu sterowania ciągłego wymuszeń zewnętrznych; wyznaczenie charakterystyk sprawności i poślizgu w zależności od zmiany wymuszeń zewnętrznych; ocena możliwych źródeł różnic wyników pomiarów oraz obliczeń. 3. PODTAWOWE ZALEŻNOŚCI TEORETYCZNE Podstawowe wielkości związane z geometrią oraz siłami działającymi w przekładni pasowej przedstawiono na rys. Rys.. Wielkości charakterystyczne przekładni pasowej: D, D - średnice skuteczne kół napędzającego i napędzanego,, siły w cięgnie czynnym i biernym, Q - siła wypadkowa obciążająca wały przekładni, - kąt odchylenia siły wypadkowej od linii łączącej osie kół, e - odsunięcie sił wypadkowych oddziałujących na osie kół, - kąt odchylenia pasa, n, n prędkości obrotowe kół,, - kąty opasania na kole mniejszym oraz większym. Obciążalność przekładni pasowej ograniczona jest siłami sprzężenia pasa z kołami, a siłą obciążającą wał i łożyska jest wypadkowa Q obliczana jako suma geometryczna napięć w cięgnach pasa. Q cos [N] Wypadkowa Q jest nachylona pod kątem tg do płaszczyzny przechodzącej przez osie kół. tg Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 4

5 W przekładniach pasowych przeniesienie napędu zachodzi w wyniku sprzężenia ciernego pasa z kołem. Aby sprzężenie takie występowało musi być spełniony warunek określony wzorem Eulera: gdzie: e podstawa logarytmu naturalnego, ' e ' - pozorny współczynnik tarcia, sin - współczynnik tarcia materiału pasa na kole pasowym (guma - stal: = 0,5 0,35), - kąt rozwarcia rowka koła pasowego ( = 3 38º), Obciążenie użyteczne P wiąże się z momentem przenoszonym przez przekładnię pasową. tanowi ono różnicę pomiędzy napięciami w cięgnie czynnym i biernym. Można ją obliczyć korzystając ze wzorów: lub P [N] M D P [N] gdzie: M moment obciążający koło napędzane (bierne). Jeżeli różnica napięć P = pasa nie przekracza sił sprzężenia między pasem a kołami, to poślizg zachodzi wskutek odkształceń sprężystych gałęzi pasa i nosi nazwę poślizgu sprężystego. Można wykazać, że jego wartość jest proporcjonalna do różnicy naciągów gałęzi pasa, tj. do siły obwodowej (obciążenia użytecznego) P. Jeśli jednak różnica naciągów przewyższy siły sprzężenia między pasem i kołem, pas zacznie się ślizgać po kole. Przy dalszym wzroście siły obwodowej poślizg ten będzie się zwiększał. Po przekroczeniu wartości granicznej obciążenia, pojawia się poślizg trwały. Poślizg względny w przekładni pasowej oblicza się z zależności: v v D n v D n gdzie: v prędkość cięgna czynnego, v prędkość cięgna biernego, Poślizg sprężysty wynosi zwykle od 0,0 do 0,0. Powoduje on m.in. różnicę pomiędzy przełożeniem geometrycznym, określanym stosunkiem średnic kół a przełożeniem kinematycznym (u) przekładni [3]. n D u n D ( ) prawność przekładni pasowej jest związana ze stratami, jakie zachodzą w wyniku zginania pasa na kołach, jego poślizgu, tarcia wewnętrznego oraz oporów aerodynamicznych. W celu wyznaczenia optymalnych warunków pracy przekładni pasowej przeprowadza się testy w celu określenia tzw. współczynnika napędu ( ) definiowanego, jako stosunek obciążenia użytecznego P do sumy napięć w cięgnach [3]. P Graniczną wartość ( gr) współczynnik napędu osiąga w chwili wystąpienia poślizgu przeciążeniowego i wówczas sprawność przekładni jest największa [3]. gr e e W przypadku najczęściej stosowanych materiałów pasów graniczna wartość współczynnika napędu wynosi 0,5 0,9. ' ' Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 5

6 prawność przekładni można wyznaczyć doświadczalnie korzystając ze wzoru: M M u gdzie: M moment na kole napędzającym (czynnym). Uzyskana charakterystyka pracy przekładni (rys. 3) pozwala na określenie optymalnych warunków pracy przekładni []. Rys. 3. Przykładowa charakterystyka pracy przekładni pasowej - krzywe poślizgu i sprawności. 4. PRZEBIEG ĆWICZENIA 4. Opis stanowiska Rys.4. tanowisko do badania przekładni cięgnowych: - układ napędowy; - wał wraz z ułożyskowaniem, 3 sprzęgło; 4 hamulec elektromagnetyczny proszkowy; 5 rama; 6 prowadnice; 7 zestaw przyłączy elektrycznych [4]. tanowisko laboratoryjne przedstawiono na rys. 4. Bazuje ono na stalowej konstrukcji ramowej (5) wykonanej z profili zamkniętych z prowadnicami (6) umożliwiającymi wzajemne przemieszczanie wału napędowego i napędzanego. Rozwiązanie takie ułatwia montaż i demontaż testowanej konfiguracji przekładni oraz Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 6

7 właściwe napięcie pasów. tanowisko wyposażone jest w dwie przekładnie pasowe napędową (przenoszącą moment obrotowy z silnika elektrycznego na wał napędowy) oraz testowaną (badaną). W przekładni pasowej napędowej wykorzystano dwa pasy klinowe o przekroju B, natomiast w przekładni testowanej przewidziano zastosowanie pasów o przekroju A i kół pasowych o różnych średnicach. Jedno z badanych kół pasowych (napędzające) jest osadzone na wale czynnym, a drugie (napędzane) na wale biernym połączonym z hamulcem elektromagnetycznym proszkowym (4). Przekładnie napędza silnik elektryczny prądu zmiennego. Płynną regulację jego prędkości obrotowej uzyskano dzięki zastosowaniu falownika. Podczas badań rejestrowane są prędkości obrotowe wałów czynnego i biernego - za pośrednictwem czujników optycznych (OI, rys. 5) oraz momentów przy pomocy moment omierzy (MI, rys. 5). Zmianę mocy obciążającej badaną przekładnię uzyskuje się za pomocą sterowania natężeniem prądu doprowadzanego do hamulca elektromagnetycznego proszkowego (4, rys. 4,). Wartości prędkości wałów oraz momentów są wyświetlane oraz rejestrowane za pośrednictwem komputera typu PC. Rys. 5. chemat stanowiska z przekładnią pasową [4]. 4. Przedmiot badań Podczas eksperymentów prowadzonych na stanowisku, zależnie od programu badań, testom mogą zostać poddane przekładnie złożone z kombinacji kół pasowych o średnicy zewnętrznej 60mm i 40mm oraz pasów o oznaczeniach PA 53, PA 88, PA Przebieg pomiarów. Zapoznać się z budową stanowiska badawczego i z układami kontrolno-pomiarowymi.. Ustalić odpowiedni program badań i zanotować parametry podane przez prowadzącego ćwiczenie. 3. Ustalić cechy geometryczne badanych elementów przekładni. 4. Obliczyć przełożenie geometryczne przekładni. 5. Włączyć zasilanie komputera i układów pomiarowo kontrolnych. 6. Uruchomić w systemie Windows oprogramowanie obsługujące kartę pomiarową. 7. Przeprowadzić cechowanie momentomierza zamontowanego na wale czynnym. 8. Zamontować badaną przekładnię na stanowisku. 9. Włączyć zasilanie układu napędowego i obciążającego, uruchomić silnik elektryczny i ustawić zadaną wartość prędkości obrotowej wału czynnego n za pośrednictwem panelu sterującego falownika. 0. Po ustaleniu się wartości prędkości obrotowych wałów rozpocząć badania zwiększając stopniowo obciążenie przekładni za pomocą zmiany wartości prądu (Ih) doprowadzanego do hamulca, odczytując na ekranie komputera wartości prędkości obrotowych kół (n, n) oraz wskazań momentomierza (Mv). Otrzymane wartości zanotować w protokole pomiarowym. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 7

8 . Pomiary (pkt. 9-0) powtórzyć 3 - krotnie.. Zatrzymać silnik napędowy, odłączyć zasilanie układu napędowego i obciążającego oraz zdemontować elementy składowe badanej przekładni. 5. OPRACOWANIE WYNIKÓW BADAŃ a) sporządzić wykres cechowania momentomierza wału napędowego w celu określenia wartości momentu M w [Nm]; b) określić wartości momentu M na wale biernym, na podstawie zamieszczonej na stronie ( charakterystyki hamulca typu VER 30H R 30 8 i zarejestrowanych wartości prądu Ih; c) obliczyć wartości poślizgu względnego ( ) oraz przełożenia kinematycznego (u) dla poszczególnych punktów pomiarowych; d) sporządzić wykresy sprawności = f (M) oraz poślizgu względnego = f (M) według przykładu przedstawionego na rys. 6. e) określić graniczną wartość momentu (Mgr). Rys. 5. Charakterystyka poślizgu pasa ( r z rolką napinającą) i sprawności ( r z rolką napinającą) w funkcji obciążenia przekładni [4]. 6. PRAWOZDANIE prawozdanie winno zawierać: - stronę tytułową; - cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego; - niezbędne obliczenia i wykresy wymienione w pkt. 5 niniejszej instrukcji; - wypełniony protokół pomiarowy; - wnioski. 7. LITERATURA. Z. Osiński (red.) Podstawy konstrukcji maszyn. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 00.. trona internetowa: www. pasy.pl 3. E. Mazanek (red.) Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn. T., WNT, Warszawa R. Kaczyński, G. Rogowski, T. Nieścier: tanowisko do badania przekładni cięgnowych, XXII ympozjon PKM. T.4, Wyd. Fundacji Akademii Morskiej, Gdynia BHP W celu minimalizacji zagrożeń podczas testów pracownicy i studenci zobowiązani są do przestrzegania ogólnych zasad BHP oraz do przestrzegania przepisów porządkowych i organizacyjnych obowiązujących w laboratorium podstaw konstrukcji maszyn. O przepisach tych studenci poinformowani zostali na zajęciach wstępnych. 9. PROTOKÓŁ POMIAROWY Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 8

9 Białystok, dn WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn PROTOKÓŁ POMIAROWY Badanie przekładni cięgnowej z pasami klinowymi Oznaczenie pasa: Zewnętrzne średnice kół pasowych: Dz=.mm, Dz=.mm Nr Mv Ih n n M M Dn D u - [mv] [A] [obr/min] [N/m] D n D ( ) M M u data wykonania ćwiczenia podpis prowadzącego