Лабораторная работа №15.

ИСПЫТАНИЕ КЛИНОРЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Методические указания к лабораторной работе №15 по курсу

«Детали машин и основы конструирования»

для студентов специальности 190109

«Наземные транспортно-технологические средства»

Одобрено на методической комиссии

по направлению 190000 «Транспортные средства»

1-е издание

Москва

Разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО 2000 г. для всех машиностроительных специальностей на основе рабочей программы дисциплины «Детали машин и основы конструирования»

Рецензенты:

Профессор кафедры «Теория механизмов и машин»

Московского Государственного Машиностроительного

Университета (МАМИ) А.Н. Мамаев

Профессор кафедры «Гидравлика и гидропневмопривод»

Московского Государственного Машиностроительного

Университета (МАМИ) А.В. Лепешкин

Работа подготовлена на кафедре «Детали машин и ПТУ»

Испытание клиноременной передачи: методические указания / В.К. Мартынов, И.Н. Семин, А.И. Зверев. – 1-е изд. – М.: Московский Государственный Машиностроительный Университет (МАМИ), 2013. – 22с.

В методических указаниях рассматривается оценка работы клиноременной передачи при различных методах натяжения.

ã В.К. Мартынов,

И.Н. Семин,

А.И. Зверев, 2013

ã Московский Государственный

Машиностроительный

Университет (МАМИ), 2013

Лабораторная работа №15.

Цель работы: оценка тяговой способности клиноременных передач различного конструктивного исполнения, сравнение теоретических и экспериментальных результатов.

1. Общие положения

Клиноременные передачи условно различают на передачи I типа (рис. 1а), II типа (рис. 1б) и передачи с натяжным роликом (рис. 1в) – III типа.

Рис. 1. Типы клиноременных передач.

Их отличие состоит в том, что в передачах I типа конструктивно поддерживается постоянной сумма натяжений ветвей или межосевая сила , так что (векторно) в передачах I типа

, (1)

где - натяжения соответственно ведущей и ведомой ветвей передачи;

- начальная межосевая сила.

При передаточном отношении на холостом ходу (без нагрузки) -

, (2)

где и - частоты вращения ведущего (ВЩ) и ведомого (ВМ) шкивов на холостом ходу. На установке расчетные диаметры соответственно ВЩ и ВМ шкивов равны - = , т.е. допустимо принять

. (3)

В результате =1 и

, (4)

где - начальное натяжение ремня.

В передачах II типа выдерживается постоянным межосевое расстояние , мм. Это приводит под нагрузкой к автоматическому повышению межосевой силы ,

, (5)

причем

, (6)

где - коэффициент возрастания межосевой силы под нагрузкой.

В передачах III типа так же выдерживается постоянным межосевое расстояние, а натяжной ролик может устанавливаться либо внутри контура передачи, либо вне его, воздействуя на ведомую ветвь.

В нормативной документации (ГОСТ 1284.3-96) при установлении начального натяжения ремня не учитывается тип передачи (если пренебречь действием малых центробежных сил). В итоге, в передачах II типа может иметь место существенная перетяжка ремня. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования, изложенные в [1]-[3], позволяют определить предельные по буксованию возможности передачи, когда . Объяснение причин происходящему приводится в [4], а результаты представлены на рис. 2, где

, (7)

- условные начальные напряжения в ремне;

- площадь поперечного сечения ремня, .

Рис. 2. Предельные возможности передач II типа.

Для установленного в испытуемой передаче ремня профиля Z(О) (ГОСТ 1284.1-89) - =47 , независимо от типа передачи для ремня III класса качества по ГОСТ 1284.3-96 =102 (при скорости =4, 48 , частоте вращения =950 , номинальной мощности =0, 61 , =1, = =90 и =2, 17 ).

Предельный по буксованию момент нагрузки в передаче I типа может быть реализован в передаче II типа при меньших , а именно: согласно теории –

, (8)

где - приведенный коэффициент трения;

- угол охвата ремнем меньшего шкива.

При условии обеспечения равенства правых частей уравнения (8) для обеих типов передач имеем:

. (9)

Индексы в (9) означают тип передачи.

В установке =1; =1, 5 (рис. 2, =2, 17 ).

В итоге

; .

С учетом запаса на вытяжку ремня, возможные погрешности в установке принимаем =160 .

На рис. 3 приведены фрагменты экспериментальных тяговых характеристик передач в зависимости от момента нагрузки на ведомом шкиве .

Рис. 3. Тяговые характеристики клиноременных передач.

С целью наглядности выбран масштаб кривых с ограничением предельных значений. Мощность, реализуемая в передаче II типа,

достаточно близка к значению, регламентированному ГОСТ 1284.3-96.

В расчете принят стандартный запас сцепления =1, 5.

Для сравнения тяговых возможностей передач I и II типов на рис.3 приведены результаты экспериментов над ними при равенстве всех параметров передач кроме конструктивного исполнения. Там же на рис. 3 приведены тяговые возможности передачи с натяжным роликом (рис. 1в) при длине ремня Z(O) =1000 , диаметре шкивов = =90 , диаметре ролика =63 , межцентровым расстоянием =360 . Ролик установлен над ведомой ветвью на расстоянии 190 от оси ВЩ шкива, масса ролика 1, 69 .

На рис. 3 показатели работы рассчитывались по следующим зависимостям:

относительное скольжение -

(10)

или

, (11)

передаточное отношение в передаче под нагрузкой -

, (12)

где - соответственно частоты вращения ВЩ и ВМ шкивов;

коэффициент полезного действия -

(13)

или

, (14)

где - крутящий момент на ВЩ шкиве.

2. Кривые скольжения и к.п.д.

Традиционные кривые скольжения представлялись в безразмерных координатах и относились к передачам I типа. Это позволяло обобщать результаты для всех передач и назначать оптимальные режимы нагружения. Показателем нагружения передач был принят коэффициент или степень тяги -

< ; (15)

где - окружная сила -

, . (16)

Для передачи II типа оказались возможны 2 значения , т.е.

1) , причем , (17)

2) , причем < . (18)

На рис. 4 представлены кривые скольжения и к.п.д. для клиноременных передач, показатели работы которых рассмотрены на рис.3.

Рис. 4. Кривые скольжения и к.п.д. клиноременных передач.

Выбор оптимальных режимов нагружения производился при отсутствии требований по обеспечению определенных значений или с учетом отсутствия буксования при испытании передач I типа на базе коэффициента запаса сцепления -

, (19)

где - оптимальный для проектируемой передачи коэффициент тяги. Значение регламентировалось нормативами, исходя из относительного показателя . Принятое стандартное значение соответствовало или . В передачах II типа эти результаты потребовали корректировки. Например, если в начальной передаче I типа с оптимальной при является окружная сила , то в передаче II типа она уже будет соответствовать иному значению: : т.е. , значение же сохранится прежним. Теоретическая величина в пределах для передач II типа рассчитывается с учетом совместной жесткости системы по уравнению:

, (20)

где - коэффициент совместной жесткости передачи и

силоизмерительного устройства (рис. 10).

Исходя из экспериментальных данных: . В расчете принято . Графическая связь показана на рис. 5.

Рис. 5. Область работы передачи II типа.

3. Установка для испытаний

Испытания проводятся на модернизированной установке ДМ-55, представляющей собой стенд, снабженный системой управления и сбора данных.

Установка (рис. 6) позволяет проводить испытания клиноременных передач I, II и III типа. Имеется возможность измерять моменты на ведущем и ведомом шкивах, частоты вращения шкивов и межосевое усилие в передачах II и III типа. Управление моментом нагрузки осуществляется дистанционно прикладной программой.

Рис. 6. Схема установки.

Основная часть установки – клиноременная передача со стандартным клиновым ремнем 19 сечения Z длиной 1000 мм. Ведущий шкив 22 закреплен на валу балансирного электродвигателя переменного тока 24, снабженного моментоизмерительным устройством 25 и демпфером 27. Электродвигатель установлен на шарикоподшипниках в двух стойках 1 и 23, закрепленных на общем основании 17. Ведомый шкив 18 закреплен на валу порошкового электромагнитного тормоза 26 типа ПТ-6М, снабженного моментоизмерительным устройством 13. Момент, развиваемый тормозом, регулируется с помощью блока питания 4. Для создания предварительного натяжения ремня тормоз установлен на подвижной плите 8, перемещающейся на роликах по основанию 9 и снабженной демпфером 16. Корпус тормоза связан тросом 15, проходящим через блок 14, с натяжным грузом 12. Натяжной ролик 20 установлен на рычаге 28 внутри контура клиноременной передачи и в зависимости от типа передачи может быть либо зафиксирован в среднем положении (передачи I и II типа) либо опущен на ведомую ветвь (передача III типа). Для измерения межосевого усилия в передачах II и III типа используется силоизмерительное устройство 10, снабженное зажимным маховичком 11. Начальное натяжение устанавливается с помощью груза 12 и равно 160 Н. Переход от передачи I типа к передаче II типа осуществляется путем затяжки маховичка 11 силоизмерительного устройства 10, а для перехода к передаче III типа необходимо предварительно опустить натяжной ролик 20. Для регистрации и визуализации значений моментов, межосевого усилия и частот вращения шкивов, а также для управления установкой, используются электротензометрические устройства (в составе моментоизмерительных и силоизмерительного устройств), датчики частот вращения (фотодатчики) 3 и 7, контроллер с аналого-цифровым преобразователем 5, блок питания 4 и персональный компьютер (на рис. 6 не показан).

Моментоизмерительное устройство электродвигателя 25 (рис. 6) состоит из измерительной стойки 1 (рис. 7) с индикатором 2 и динамометрической пружины 7, снабженной электротензометрическим устройством 8. Стойка 1 вместе с индикатором 2 и пружиной 7 жестко закреплены на задней опоре 6 балансирного электродвигателя 3.

Рис. 7. Моментоизмерительное устройство двигателя.

Реактивный момент статора двигателя через нажимной рычаг 4 и призму 5 воспринимается динамометрической пружиной 7, от чего последняя деформируется. Деформация пружины измеряется с помощью электротензометрического устройства 8 и индикатора часового типа 2. Индикатор 2 служит для поверки электротензометрического устройства и при проведении лабораторной работы не используется. Электротензометрическое устройство двигателя 8 (рис. 7, 8) состоит из четырёх фольговых датчиков омического сопротивления, наклеенных на пружину 8 и соединенных по мостовой схеме.

Рис. 8. Электрическая схема соединений датчиков электротензометрического устройства электродвигателя, тормоза и силоизмерительного устройства.

При этом все датчики являются активными. Под нагрузкой пружина деформируется, что вызывает разбалансировку измерительного моста.

Моментоизмерительное устройство тормоза 13 (рис. 6) подобно описанному выше и представлено на рисунке 9.

Рис. 9. Моментоизмерительное устройство тормоза.

Оно состоит из: динамометра 2, закрепленного на корпусе тормоза и снабженного электротензометрическим устройством 4; нажимных рычагов 3, соединенных с поворотной частью статора тормоза, и индикатора часового типа 1, замеряющего прогиб динамометра тормоза от действия тормозного момента. Индикатор 1 служит для поверки электротензометрического устройства и при проведении лабораторной работы не используется. Электротензометрическое устройство тормоза 4 (рис. 9, 8) выполнено аналогично электротензометрическому устройству электродвигателя.

Силоизмерительное устройство межосевой нагрузки 10 (рис. 6) представлено на рисунке 10. Оно состоит из динамометрического кольца 2, снабженного электротензометрическим устройством 3, кронштейнов 1 и 4, и зажимного маховичка 11 (рис. 6).

Рис. 10. Силоизмерительное устройство межосевой нагрузки.

Передний кронштейн 1 (рис. 10) жестко закреплен на подвижной плите 8 (рис. 6). С помощью зажимного маховичка задний кронштейн 4 (рис. 10) соединяется с основанием установки 17 (рис. 6). Под действием межосевой силы динамометрическое кольцо деформируется. Деформация динамометрического кольца измеряется с помощью электротензометрического устройства 3 (рис. 10). Электротензометрическое устройство 3 (рис. 10, 8) состоит из четырёх фольговых датчиков омического сопротивления, наклеенных на динамометрическое кольцо и соединенных по мостовой схеме. При этом все датчики являются активными. Под нагрузкой динамометрическое кольцо деформируется, что вызывает разбалансировку измерительного моста.

На валах электродвигателя и тормоза закреплены диски-прерыватели 2 и 6 (рис. 6), представляющие собой прозрачную пленку с нанесенным на нее растром. Количество полос растров одинаково на обоих дисках. При вращении дисков полосы растров перекрывают лучи фотодатчиков 3 и 7 (рис. 6), вырабатывая импульсы частотой прямо пропорциональной частоте вращения шкивов клиноременной передачи.

Сигналы от электротензометрических устройств и фотодатчиков поступают в контроллер, содержащий аналого-цифровой преобразователь. Назначение аналого-цифрового преобразователя – преобразовывать напряжение разбалансировки тензометрических мостов в цифровой код. Аналого-цифровой преобразователь содержит в своем составе, кроме самого преобразователя, усилитель и в том же корпусе находится источник питания тензометрических мостов. Цифровой код через COM порт поступает в компьютер, где обрабатывается прикладной программой.

4. Методика проведения испытаний

Лабораторная работа проводится в 3 этапа, пропорционально типам передач. На первом этапе студенты осваивают методику получения традиционной кривой скольжения и к.п.д. для передачи I типа. Измеряемые величины по мере нагружения передачи: ; ; ; при известных ; ; ; коде ремня, представляются в таблице 1. Там же указываются величины, требующие расчета: ; ; по формулам (16); (15); (13); (10).

Передача I типа

Таблица 1.

№ № изм.	,	,	,	,
…
; ремень Z(0); ;

На втором этапе по освоенной выше методике студенты испытывают передачу II типа, представляя результаты в двух вариантах: определяется как по формуле (17), так и по формуле (18).

Передача II типа

Таблица 2.

№ № изм.	,	,	,	,	,
…
; ремень Z(0); ;

На третьем этапе студенты испытывают передачу III типа, устанавливая натяжной ролик на ведомую ветвь. Расчеты производятся по методике для II типа передачи.

Передача III типа

Таблица 3.

№ № изм.	,	,	,	,	,
…
; ремень Z(0); ;

В дальнейшем полученные результаты студенты оформляют в виде соответствующих графиков (см. журнал испытаний): , для передачи I типа и , , , для передач II и III типа, по данным трех таблиц.

4.1 Последовательность действий при работе с установкой

Этап 1:

Включить компьютер. Включить блок питания 4 (рис. 6). Запустить программу. Убедится, что зажимной маховичок 11 (рис. 6) не затянут и натяжной ролик 20 (рис. 6) находится в верхнем положении. Нажатием кнопки «Уст. Нуля» 10 (рис. 11) обнулить показания датчиков моментов. Включить электродвигатель выключателем 21 (рис. 6). Нажатием кнопки «I» 13 (рис. 11) включить режим передачи I типа.

Рис. 11. Окно программы.

После стабилизации показаний , , , , на индикаторах окна программы 1, 2, 3, 4 (рис. 11) нажатием кнопки «Таблица» 11 (рис. 11), зафиксировать текущие показания , , , в окне таблицы 15 (рис. 11). Нажатием кнопки «+10%» 12 (рис. 11) увеличить момент , и после стабилизации показаний индикаторов нажатием кнопки «Таблица» 11 (рис. 11) снова зафиксировать текущие значения , , , . Последовательно увеличивая нагрузку и фиксируя значения в таблице пройти по всему диапазону передаваемого момента вплоть до начала буксования передачи. Нажатием кнопки «Сброс» 8 (рис. 11) снять нагрузку.

Этап 2:

Нажатием кнопки «II» 6 (рис. 11) включить режим передачи II типа. Затянуть зажимной маховичок 11 (рис. 6). Нажатием кнопки « » 5 (рис. 11) установить на индикаторе 14 (рис. 11) начальную межосевую силу 160 Н. На данном этапе в таблице дополнительно фиксируется текущая межосевая сила . Увеличивая нагрузку и фиксируя значения , , , , в окне таблицы 15 (рис. 11), так как это описано на этапе 1, довести передачу до буксования. Нажатием кнопки «Сброс» 8 (рис. 11) снять нагрузку. После сброса нагрузки отвернуть зажимной маховичок 11 (рис. 6).

Этап 3:

Нажатием кнопки «III» 7 (рис. 11) включить режим передачи III типа. Опустить натяжной ролик 20 (рис. 6) на ведомую ветвь передачи. Затянуть зажимной маховичок 11 (рис. 6). Нажатием кнопки « » 5 (рис. 11) установить на индикаторе 14 (рис. 11) начальную межосевую силу 160 Н. На данном этапе в таблице дополнительно фиксируется текущая межосевая сила . Увеличивая нагрузку и фиксируя значения , , , , в окне таблицы 15 (рис. 11), так как это описано на этапе 1, довести момент до 14 . Нажатием кнопки «Сброс» 8 (рис. 11) снять нагрузку. После сброса нагрузки отвернуть зажимной маховичок 11 (рис. 6) и поднять натяжной ролик 20 (рис. 6). Выключить электродвигатель. Нажатием кнопки «Печать…» 9 распечатать полученную таблицу 15.

- Все упомянутые кнопки расположены на экране компьютера.

5. Журнал испытаний

Заполняется студентом при подготовке к лабораторной работе.

Московский Студент

Машиностроительный Группа Дата

Университет «МАМИ» Проверил

Лаборатория «Детали машин»

ЖУРНАЛ ИСПЫТАНИЙ

Лабораторная работа №15

Испытание клиноременной передачи

1. Схема установки

2. Данные расчётов и испытаний

2.1. Таблица 1

-------------------------------------------------------------------------------------------------

Табл. 1.

-------------------------------------------------------------------------------------------------

2.2. Таблица 2

-------------------------------------------------------------------------------------------------

Табл. 2.

-------------------------------------------------------------------------------------------------

2.3. Таблица 3

-------------------------------------------------------------------------------------------------

Табл. 3.

-------------------------------------------------------------------------------------------------

3. Графики

Передача I типа.

Передача II типа.

Передача III типа.

4. Контрольные вопросы:

1) Какое отличительное свойство ремня, примененного на стенде, фигурирует в его названии?

2) Чему равен угол клина ремня?

3) Что определяет фрикционные свойства ремня?

4) Что такое коэффициент тяги? Как он устанавливается при испытаниях?

5) Можно ли силу предварительного натяжения ремня, рассчитанную согласно ГОСТ 1284-96 для передачи I типа, напрямую распространить на передачи II и III типов?

6) Изменяется ли передаточное отношение ременной передачи под нагрузкой?

7) Всегда ли в ременной передаче присутствует скольжение? Как оно измеряется на установке? Чем отличается от буксования?

8) Формула Эйлера применима для оценки всех режимов работы ременной передачи или только предельных?

9) Как измеряются крутящие моменты на шкивах установки и межосевое усилие?

10) От каких параметров зависит к.п.д. передачи?

Литература

1. Bussman K.H. Neue Berechnungsgrundlagen fur Gummi-Keilriemen. “Kautshuk und Gummi”, №4, Jg.14 WT94, 1961, s.94-104;

2. Мартынов В.К. Прикладная теория передач трением гибкой связью. «Проблемы машиностроения и автоматизации», 1993, №3-4, с.21-32;

3. Семин И.Н. Экспериментальная оценка тяговой способности клиноременной передачи. «Справочник. Инженерный журнал», 2006, №12, с.26-31;

4. Мартынов В.К., Дмитриева Л.А. Новая модель работы клиноременной передачи. «Трение и смазка в машинах и механизмах», №4, 2012, с.12-15.