INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 2 Analiza kinematyczna napędu z przekładniami
1. Wprowadzenie Układ roboczy maszyny, cechuje się swoistą charakterystyką ruchowoenergetyczną, często odmienną od charakterystyki silnika napędowego i wtedy potrzebne jest przetwarzanie parametrów silnika M S i ω S na parametry zespołu roboczego M R i ω R. Realizuje się to w układzie transmisji energii (rys. 1), w którym główną rolę odgrywają róŝnego rodzaju przekładnie. Podstawowym zadaniem przekładni jest zmiana wartości prędkości obrotowej i momentu obrotowego, a więc redukcja lub multiplikacja. silnik transmisja energii układ roboczy M S i ω S przekładnia M R i ω R Rys.1. Przekładnia jako przetwornik parametrów energii mechanicznej Obliczenia przełoŝenia przekładni cięgnowej (przekładnia pasowa) Rys.2. Przekładnia pasowa (1 koło czynne, 2 koło bierne) n 1 1 i 12 = = 2 n2 = ω ω d d 2 1 Obliczenia przełoŝenia przekładni zębatej o zazębieniu zewnętrznym Rys.3. Przekładnia zębata (1 koło czynne, 2 koło bierne) 2
i 12 ω1 = ω 2 = n n 1 2 = d d 2 1 = mo z mo z 2 1 gdzie: d 1,d 2 - średnice podziałowe; m moduł z 1,z 2 liczby zębów koła czynnego i biernego Rys.4. Przekładnia zębata (1 koło czynne, 2 koło bierne) średnice podziałowe Obliczanie prędkości kątowej na podstawie prędkości obrotowej 3
2. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest analiza kinematyczna układu napędowego: - pomiar prędkości obrotowej wybranych elementów układu napędowego - wyznaczenie przełoŝeń zespołu napędowego - wyznaczenie prędkości kątowych poszczególnych członów przekładni - wyznaczenie prędkości linowej liny i listwy zębatej - analiza porównawcza wyników 3. Zakres ćwiczenia Dla zadanej na panelu sterującym prędkości obrotowej silnika n [obr/min], dokonać odczytu wartości prędkości obrotowej wałów układu napędowego. Dokonać pomiaru prędkości obrotowej metodą optyczną oraz stykową (cierną) dla wału oznaczonego nr 3 (rysunek 5) oraz prędkości linowej listwy zębatej. Procedurę pomiarową przeprowadzić dla 2 róŝnych wartości prędkości zadanej silnika n [obr/min] Uzyskane wyniki zapisać w tabeli pomiarowej. 4. Schemat stanowiska W ćwiczeniu wykorzystano układ w którego skład wchodzi: silnik, przekładnia zębata (przełoŝenie i z ), przekładnia łańcuchowa (przełoŝenie i Ł ), przekładnia linowa (przełoŝenie i L ), przekładnia pasowa (przełoŝenie i P ), przekładnia z pasem zębatym (przełoŝenie i PZ ), przekładnia zębata kątowa (przełoŝenie i ZK ), listwa zębata. 4
1 2 3 8 6 7 5 V listwy 4 Rys.5. Model stanowiska pomiarowego układu napędowego z przekładniami
5. Przebieg ćwiczenia 1) Ustawić i zapisać zadaną prędkość obrotową silnika n [obr/min]. 2) Włączyć napęd. 3) Odczytać aktualną wartość prędkości obrotowej silnika wał 1 (falownik). Odczytane wartości zanotować w tabeli pomiarowej (kolumna F) - n 1. 4) Odczytać wartość prędkości obrotowej z pomiaru automatycznego na wałach 2,5,6,7 (czujniki). Odczytane wartości zanotować w tabeli pomiarowej (kolumna F) - n 2,n 5,n 6,n 7. 5) Odczytać wartość prędkości liniowej listwy zębatej z pomiaru automatycznego (enkoder liniowy). Odczytane wartości zanotować w tabeli pomiarowej (kolumna F) - V listwy. 6) Dokonać pomiaru manualnego prędkości obrotowej tachometrem na wale 3. Odczytane wartości zanotować w tabeli pomiarowej (kolumna E) n 3. 7) Dokonać pomiaru manualnego prędkości liniowej listwy zębatej tachometrem. Odczytane wartości zanotować w tabeli pomiarowej (kolumna F) V listwy. 8) Powtórzyć postępowanie z pkt. 1)-7) dla kolejnej zadanej prędkości obrotowej silnika. 9) Wyłączyć napęd.
6. Sposób przeliczania wartości zmierzonych (kol. E) na wartości właściwe (kol. F tabela pomiarowa 1) Pomiar metodą optyczną Dla uzyskania wartości prędkości obrotowej n przy uŝyciu metody optycznej, odczytaną z przyrządu pomiarowego wartość n E (kolumna E tab. pomiarowa), naleŝy podzielić przez liczbę znaczników k znajdujących się na tarczy elementu, którego prędkość była mierzona. Wynik naleŝy wpisać do kolumny F tab. pomiarowej. n = n k E gdzie n E wartośa zmierzona k liczba znaczników na tarczy elementu Przykład: Wartość zmierzona (odczytana z przyrządu) - n E = 60 Liczba znaczników na tarczy koła k =4 60 n = = 15, 00 4 [ obr / min] Pomiar metodą stykową Wartość prędkości obrotowej mierzona metodą stykową jest wartością prędkości obrotowej tarczy tachometru, w związku z tym poprzez przełoŝenie powstałej przekładni ciernej (tarcza tachometru obwiednia elementu), naleŝy obliczyć prędkość obrotową elementu na, na którym następował pomiar. Dla uzyskania wartości prędkości obrotowej n elementu, odczytaną z przyrządu pomiarowego wartość n E (kolumna E tab. pomiarowa), naleŝy podzielić przez istniejące przełoŝenie pomiędzy tarczą pomiarową przyrządu (tachometru), a obwiednią elementu obrotowego na którym następował pomiar. 7
i ω E = ω = ne n = D d n = n i E ω E d tarcza tachometru ω obwiednia elementu, którego prędkość obrotowa jest mierzona D Przykład: Wartość zmierzona (odczytana z przyrządu) - n E = 62 Średnica tarczy tachometru d = 31,5 mm = 0,0315 m Średnica koła - D = 139 mm = 0,139 m 0,139 i = 4,413 0,0315 62 4,413 = n = = 14,05 [ obr/min] 8
7. Wyniki TABELA POMIAROWA A B C D E F G Pomiar cząstkowy Wielkość mierzona Oznaczenie Jednostka Metoda pomiaru Prędkość zadana n = obr/min Wartość zmierzona Wartośc przeliczona Średnia Prędkość obrotowa wału nr 1 n 1 [obr/min] Prędkość obrotowa wału nr 2 n 2 [obr/min] Pomiar automatyczny - falownik Pomiar automatyczny - czujnik osiowy Prędkość obrotowa wału nr 3 n 3 [obr/min] Pomiar manualny - metoda optyczna Pomiar manualny - metoda stykowa Prędkość obrotowa wału nr 5 n 5 [obr/min] Prędkość obrotowa wału nr 6 n 6 [obr/min] Prędkość obrotowa wału nr 7 n 7 [obr/min] Prędkość liniowa listwy V listwy [m/min] [m/min] Pomiar automatyczny - czujnik osiowy Pomiar automatyczny - czujnik tarczowy Pomiar automatyczny - czujnik impulsowy Pomiar automatyczny - enkoder liniowy Pomiar manualny tachometrem 9
8. Opracowanie wyników Na podstawie odczytanej średniej prędkości obrotowej silnika n 1 (kol.g), obliczyć prędkość kątową tego członu ω 1. Korzystając z załączonej dokumentacji technicznej odczytać odpowiednie wielkości geometryczne i obliczyć przełoŝenie przekładni zębatej i Z12 ; przekładni łańcuchowej i Ł23 ; linowej i L34 ; pasowej i P15 ; zębatej i Z56 ; z pasem zębatym i PZ67 ; zębatej kątowej i ZK78. Wyznaczyć kolejno prędkości kątowe ω wałów oznaczonych numerami 2,3,4,5,6,7,8. Wyznaczyć kolejno prędkości obrotowe n wałów oznaczonych numerami 2,3,5,6,7. Porównać wartości prędkości obliczonej (n i ) z wartością prędkości obrotowej zmierzonej na odpowiednim wale (n ipomiar ). Wykorzystując zaleŝność na prędkość obwodową V= ω 3 * R wyznaczyć prędkość liniową liny V Liny (gdzie R = D KLwew /2+d liny /2) Wykorzystując zaleŝność na prędkość obwodową V= ω 8 * r wyznaczyć prędkość liniową listwy zębatej V Listwy (gdzie r=dp/2). Porównać obliczoną prędkość liniową listwy V Listwy z prędkościami wyznaczonymi na podstawie pomiaru automatycznego i manualnego. Wyniki zanotować w tabeli obliczeniowej 1. Dane do opracowania wyników: Średnica tarczy tachometru d = 31,5 mm Średnica liny d liny =2,5 mm Liczba znaczników na tarczy elementu wirującego k = 8 UWAGA! Pozostałe niezbędne dane znajdują się na załączonej dokumentacji poszczególnych elementów napędu. Wytyczne do sprawozdania: Sprawozdanie powinno zawierać 1) Dane wykonawców sprawozdania (1 sprawozdanie / 3 osoby), tytuł i numer ćwiczenia oraz datę jego wykonania 2) Sporządzony na podstawie modelu 3D z instrukcji oraz wizualnej obserwacji schemat kinematyczny układu napędowego (od silnika - po linę) 3) Tabelę z pomiarami (wg. wzoru w instrukcji) 4) Obliczenia jednostkowe dla jednego z wariantów wraz z uŝytymi wzorami 5) Tabelę obliczeniową (wg wzoru w instrukcji) 6) Wnioski 10
TABELA OBLICZENIOWA 1 Lp Parametr Jednostka Wariant 1 zadane n= [obr/min] Wariant 2 zadane n= [obr/min] 1 n 1 pomiar (kol. G tab.pom.1) [obr/min] 2 ω 1 [1/s] 3 i Z12 [-] 4 ω 2 [1/s] 5 n 2 [obr/min] 6 n 2 pomiar (kol. G tab.pom.1) [obr/min] 7 i Ł23 [-] 8 ω 3 [1/s] 9 n 3 [obr/min] 10 n 3 pomiar (kol. G tab.pom.1) - manualny [obr/min] 11 i L34 [-] 12 ω 4 [1/s] 13 V liny [mm/s] 14 i P15 [-] 15 ω 5 [1/s] 16 n 5 [obr/min] 17 n 5 pomiar (kol. G tab.pom.1) [obr/min] 18 i z56 [-] 19 ω 6 [1/s] 20 n 6 [obr/min] 21 n 6 pomiar (kol. G tab.pom.1) [obr/min] 22 i PZ67 [-] 23 ω 7 [1/s] 24 n 7 [obr/min] 25 n 7 pomiar (kol. G tab.pom.1) [obr/min] 26 i ZK78 [-] 27 ω 8 [1/s] 28 V listwy [mm/s] 29 30 V listwy pomiar (kol. G tab.pom.1) - automatyczny V listwy pomiar (kol. G tab.pom.1) - manualny [m/min] [m/min] n i - prędkość obrotowa wału o numerze i ω i - prędkość kątowa wału o numerze i pomiar - wartość średnia z pomiaru (kolumna G tabela pomiarowa nr 1) i Z - przełoŝenie przekładni zębatej między wałami o numerach i Ł - przełoŝenie przekładni łańcuchowej między wałami o numerach i L - przełoŝenie przekładni linowej między wałami o numerach i P - przełoŝenie przekładni pasowej między wałami o numerach i PZ - przełoŝenie przekładni z pasem zębatym między wałami o numerach i ZK - przełoŝenie przekładni zębatej kątowej między wałami o numerach V liny - prędkość linowa liny - prędkość linowa listwy V listwy 11
Wał 1 Wał 2 12
Wał 2 Wał 3 13
Wał 4 14
Wał 1 Wał 5 15
Wał 5 Wał 6 16
Wał 6 Wał 7 17
Wał 7 Wał 8 18
Wał 8 19