 |
Назначение, устройство и принцип действия Автоматизированного лабораторного комплекса «Детали машин – передачи редукторные»
|
|
|
|
Введение
Сложно переоценить ту роль, которую играет лабораторное оборудование в процессе профессионального образования. Получая твердую теоретическую базу в осваиваемой профессии во время лекций и семинаров, учащиеся закрепляют полученные знания именно во время практических занятий.
Кроме закрепления теоретических знаний, использование в учебном процессе лабораторных стендов и учебной техники позволяет студентам получить и практические навыки. Подготовить высококлассного специалиста, не дав ему практических навыков, невозможно. Именно поэтому в процессе обучения все больше внимания уделяется практическим занятиям.
Использование лабораторного оборудования дает возможность привить студентам страсть к проведению научных изысканий, подготовить не только грамотного, но и заинтересованного специалиста. Проведение увлекательных практических опытов еще больше подогревает интерес у студентов к дальнейшему обучению, что в свою очередь положительно сказывается на успеваемости и имидже конкретного учебного заведения.
 |
1 Организационно-технический раздел
Назначение, устройство и принцип действия Автоматизированного лабораторного комплекса «Детали машин – передачи редукторные»
Комплекс предназначен для проведения лабораторных занятий по общетехническим дисциплинам «Детали машин» и «Техническая механика» при подготовке специалистов-механиков высшего и среднего профессионального образования.
Комплекс обеспечивает измерение основных характеристик редукторов: КПД, моментов, скоростей вращения, мощностей на входном и выходном валах червячного, конического и цилиндрического редукторов. Общий вид стенда представлен на рисунке 1.
|
|
|
Рисунок 1 - Общий вид
1 - приводной модуль; 2- модуль нагружения; 3-панель управления; 4-универсальное основание; 5-ЭВМ; 6-цилиндрический редуктор; 7-конический редуктор; 8-червячный редуктор; 9-подставка модуля нагружения для червячного редуктора.
Лабораторный стенд выполнен в виде модульной конструкции с возможностью установки на универсальное основание (рисунок 1, поз. 4) различных механических передач:
а) дисковый(планетарный) вариатор (рисунок 1, поз. 5);
б) цилиндрический редуктор (рисунок 1, поз 6);
в) конический редуктор (рисунок 1, поз. 7);
г) червячный редуктор (рисунок 1, поз. 8);
Механическая передача приводится в движение с помощью приводного модуля (рисунок 1, поз.1). Вал приводного модуля соединяется с ведущим валом механической передачи с помощью быстроразъемной муфты. Нагрузка на механическую передачу создается модулем нагружения (рисунок1, поз. 2). Вал модуля нагружения соединяется с ведомым валом механической передачи с помощью быстроразъемной муфты.
Для возможности управления и индикации значений вращающих моментов и частот вращения приводной модуль и модуль нагружения подключаются к панели управления (рисунок 1, поз. 3) с помощью разъемов, причем модуль нагружения имеет питание 24В и питается от панели управления, а приводной модуль имеет самостоятельную вилку для подключения в сеть 220В. Панель управления также подключается к сети 220В. Все разъемы находятся на задней части панели управления и подобраны таким образом, чтобы было нельзя ошибиться в подключении модулей.
Внешний вид панели управления представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Панель управления
1-ЖК дисплей; 2- регулятор вращения частоты вала приводного модуля; 3- тумблер включения приводного модуля; 4- тумблер включения модуля нагружения; 5- регулятор величины нагрузки на валу модуля нагружения; 6-кнопка установки «0».
|
|
|
Панель управления оснащена жидкокристаллическим дисплеем (рисунок 2, поз. 1) на котором отображаются частоты вращения валов приводного модуля и модуля нагружения и величины вращающих моментов на валах приводною модуля и модуля нагружения. Приводной модуль включается с помощью тумблера (рисунок 2. поз. 3), частота вращения вала приводного модуля регулируется с помощью регулятора (рисунок 2, поз. 2). Модуль нагружения включается при помощи тумблера (рисунок 2, поз. 4), величина тормозного момента на валу модуля нагружения регулируется с помощью регулятора (рисунок 2, поз. 5). При включении стенда необходимо произвести установку значений вращающих моментов на нулевое значения, для этого служит кнопка установки «0» (рисунок 2, поз. 6).
Панель управления подключается к ЭВМ (рисунок 1, поз. 5) с помощью кабеля USB. На ЭВМ предустановлено программное обеспечение DM/MP9-RT.
Устройство редукторов
Классификация редукторов
Редукторы классифицируют по следующим основным признакам:
а) по типу передачи: зубчатые, червячные, зубчато-червячные;
б) по числу ступеней: одноступенчатые, двухступенчатые и т. д.;
в) по типу зубчатых колес: цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т. д.
г) по относительному расположению валов редуктора в пространстве:
горизонтальные, вертикальные.
д) по особенности кинематической схемы: развернутая соосная, с раздвоенной ступенью и др.
Цилиндрические горизонтальные редукторы - оси входных и выходных валов расположены параллельно и лежат в одной горизонтальной плоскости.
Цилиндрические вертикальные редукторы - оси входных и выходных валов расположены параллельно и лежат в одной вертикальной плоскости.
Червячные одноступенчатые редукторы - оси входного и выходного вала лежат в разных плоскостях и пересекаются перпендикулярно
Червячные двухступенчатые редукторы - оси входного и выходного вала расположены параллельно и лежат в разных плоскостях
Коническо-цилиндрические редукторы - оси входного и выходного вала пересекаются перпендикулярно в одной горизонтальной плоскости.
Конструкция червячного редуктора допускает любое расположение выходного вала в пространстве. В цилиндрических и конических редукторах, как правило, допускается только горизонтальное расположение валов. При одинаковых внешних габаритах редукторы имеют различные характеристики. Червячная передача выдерживает нагрузку в 1,5-2 раза большую, чем зубчатая передача, имеет более высокий КПД. Это необходимо учитывать, осуществляя выбор и расчёт редуктора.
|
|
|
Выбор цилиндрического редуктора следует производить в соответствии с расчетами, от которых зависит срок эксплуатации редуктора. Неправильно подобранный редуктор не позволит получить необходимые характеристики на выходе схемы. Так же при выборе редуктора учитываются и условия, в которых он будет работать.
Одноступенчатые редукторы
Привод машины занимает особое положение в технике, потому что без него механическое движение любого устройства невозможно. От рационального выбора кинематической схемы привода и правильного кинематического силового расчета во многом зависят такие важные требования, предъявляемые к проектируемым машинам, как увеличение мощности при тех же габаритах, повышение скорости и производительности, повышение КПД, а также минимальная масса и низкая себестоимость изготовления.
Наибольшее распространение в машинах получили механические приводы. Схема механического привода рабочей машины включает в себя двигатель, передаточный механизм, рабочую машину и соединительные муфты.
Редукторный привод - один из наиболее распространенных видов современных механических систем общепромышленного применения.
Редуктор предназначен для снижения угловой скорости вращения и увеличения вращающего момента. От работоспособности и ресурса редукторов и мотор-редукторов во многом зависит обеспечение требуемых функциональных параметров и надежности машины в целом. Неправильный выбор редуктора может привести к значительным экономическим потерям из-за внеплановых простоев, увеличения ремонтных затрат и т. д.
Современный редуктор - это законченный механизм, который соединяется с двигателем и рабочей машиной муфтами или открытыми механическими передачами. В корпусе редуктора размещены зубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса.
|
|
|
Червячные редуктора
В червячных редукторах увеличение крутящего момента и уменьшение угловой скорости выходного вала происходит за счет преобразования энергии, заключенной в высокой угловой скорости и низком крутящем моменте на входном валу. Двигатель со встроенным червячным редуктором называют червячным мотор-редуктором.
В отличие от цилиндрического редуктора благодаря использованию червячного механизма можно получить большее передаточное число (отношение скоростей вращения валов).
Кроме того, входная и выходная оси у червячных редукторов обычно расположены под прямым углом, что зачастую бывает необходимо в соответствии с разработанной схемой привода.
В зависимости от характеристик, которые требуется обеспечить червячные редукторы, так же как и цилиндрические могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.
Наиболее распространены одноступенчатые червячные редукторы. В одноступенчатых червячных редукторах червяк может располагаться под колесом, над колесом, горизонтально сбоку колеса и вертикально сбоку колеса. Выбор схемы червячного редуктора определяется требованиями компоновки.
В червячных редукторах для повышения сопротивления заеданию применяют более вязкие масла, чем в зубчатых редукторах.
В червячных редукторах используется червячная передача. Червячная передача состоит из винта, называемого червяком, и червячного колеса, представляющего собой разновидность косозубого колеса. Червячные передачи относятся к зубчато-винтовым. Ведущее звено червячной передачи в большинстве случаев - червяк, а ведомое - червячное колесо. Обратная передача зачастую невозможна - КПД червячного редуктора в совокупности с передаточным отношением вызывают самостопорение редутора.
Преимущество червячной передачи по сравнению с винтовой зубчатой в том, что начальный контакт звеньев происходит по линии, а не в точке. Угол скрещивания валов червяка и червячного колеса может быть каким угодно, но обычно он равен 90°. Резьба червяка может быть однозаходной или многозаходной, а также правой или левой. Наиболее распространена правая резьба с числом заходов z=1...4. Различают два основных вида червячных передач: цилиндрические, или просто червячные, передачи (с цилиндрическими червяками) и глобоидные (с глобоидными червяками).
|
|
|
По сравнению с обыкновенными зубчатыми передачами, передаточное отношение (передаточное число) червячного редуктора может быть значительно большим. При одном и том же передаточном числе червячный редуктор гораздо компактнее обыкновенной зубчатой передачи.
Основные достоинства червячных передач: возможность реализации
больших передаточных чисел в одной ступени (у силовых передач от 8 до 80, 
у кинематических до 1000), плавность и бесшумность в работе, возможность самоторможения.
Основным недостатком червячной передачи является сравнительно низкий КПД. К сопутствующим недостаткам следует отнести значительное склонность к заеданию в зацеплении, необходимость применения для венцов червячных колёс дорогих антифрикционных материалов. Указанные недостатки ограничивают применение червячных редукторов по мощности (обычно до 80 квт и реже до 300 квт).
Наибольшее применение червячные редукторы находят в подъёмно-транспортных машинах, в коробках передач станков, в механизмах рулевого управления транспортных средств, т.е. в механизмах периодического действия при относительно низких скоростях.
По относительному расположению червяка и червячного колеса различают три основные схемы червячных редукторов: с нижним (рисунок 3, а), верхним (рисунок 3, б) и боковым (рисунок 3, в,г) расположением червяка.
Рисунок 3 - Схемы червячных редукторов
Редукторы общемашиностроительного применения с межосевым расстоянием от 40 до 500 мм изготавливаются обычно двух типов: с червяком под колесом - РЧП и над колесом - РЧН.
Крышку и корпус редукторов обычно изготавливают из серого чугуна или из алюминиевого сплава АЛ-3. Червяк изготавливают из конструкционных марок сталей (сталь 45, сталь 40, сталь 20, сталь20Х) для малонагруженных редукторов и из легированных марок сталей (сталь 40ХН, 
сталь 34ХН1М, сталь 38ХГН, сталь 5ХНВ) для тяжело нагруженных редукторов. С целью снижения коэффициента трения и предотвращения заедания зацепления червячные колёса изготавливают, как правило, из бронзы БрАЖ9-4Л, БрОФ10-1 и др. Реже их выполняют из чугуна, из антифрикционных алюминиевых сплавов и из пластмасс. При изготовлении колёс диаметром более 150-200 мм в целях экономии из бронзы изготавливают лишь зубчатый венец, а диск колеса из чугуна или углеродистой стали. Основными параметрами червячного редуктора являются: передаточное число, межцентровое расстояние, число витков червяка, модуль зацепления. КПД возрастает с увеличением числа витков червяка и с уменьшением коэффициента трения (или угла трения).
Цилиндрический редуктор
Цилиндрические редукторы - большая группа редукторов, характеризующаяся применяемым в них зацеплением - цилиндрическими зубчатыми передачами.
По расстоянию между осями входного и выходного валов бывают соосные и редукторы с параллельными валами. Соосными считаются редукторы с расстоянием между осями входного и выходного валов меньшим, чем межосевое расстояние передач, таким образом, соосными могут быть редукторы с числом ступеней от двух и выше, входной и выходной валы этих редукторов направлены в разные стороны.
По способу установки - на лапах, на фланце или насадное исполнение (редуктор с полым выходным валом).
Преимущества цилиндрических редукторов и построенных на них приводов:
а) высокий КПД редуктора;
б) высокая нагрузочная способность. Цилиндрические редукторы соответствующих габаритов способны передавать почти без потерь большую мощность;
в) низкий люфт выходного вала, вследствие этого кинематическая точность цилиндрических редукторов выше, чем червячных;
г) низкий нагрев вследствие высокого КПД передач – почти вся энергия не рассеивается, а передаётся от источника к потребителю;
д) обратимость при любом передаточном числе, иначе говоря, отсутствие самоторможения. У любого цилиндрического редуктора можно провернуть выходной вал;
е) уверенная работа при неравномерных нагрузках, а так же при частых пусках-остановах. Это свойство диктует целесообразность применения исключительно цилиндрических редукторов в приводах дробилок, измельчителей, шредеров и прочих машин с пульсирующими нагрузками на рабочих органах;
и) высокая надёжность;
к) благодаря большой степени вариативности зубчатых передач, имеется возможность подобрать редуктор с наиболее близким к требуемому передаточным отношением.
Недостатки цилиндрических редукторов:
а) низкое передаточное число на одной ступени;
б) уровень шума. Цилиндрические редукторы - более шумные по сравнению с червячными;
в) обратимость (отсутствие самоторможения). Это является недостатком в том случае, когда необходимо отсутствие возможности поворота выходного вала внешней нагрузкой.
Благодаря всем своим достоинствам цилиндрический редуктор – лидер по распространённости среди редукторов. Цилиндрические редукторы устанавливаются в приводах измельчителей, мешалок, экструдеров, металлорежущих станков, валкового оборудования и т. д., и т. п.
Ограничений к применению нет, кроме специальных случаев, в которых целесообразнее применение других типов редукторов – например, когда требуется угловая компоновка привода, когда необходимо большое 
передаточное число в сочетании с небольшими габаритами или когда нужно достичь особой плавности хода приводимого механизма.
Из редукторов рассматриваемого типа наиболее распространены горизонтальные (рисунок 5). Вертикальный одноступенчатый редуктор показан на рисунке 6. Выбор горизонтальной или вертикальной схемы для всех типов редукторов обусловлен удобством общей компоновки привода (относительным расположением двигателя и рабочего вала приводимой в движение машины и т. д.).
Рисунок 4 - Кинематическая схема цилиндрического редуктора
Рисунок 5 - Одноступенчатый горизонтальный редуктор с цилиндрическими зубчатыми колесами. Кинематическая схема
Рисунок 6 - Одноступенчатый вертикальный редуктор с цилиндрическими колесами. Кинематическая схема.
Как горизонтальные, так и вертикальные редукторы могут иметь колеса с прямыми, косыми или шевронными зубьями. Корпуса чаще выполняют литыми чугунными, реже - сварными стальными. При серийном производстве целесообразнее применять литые корпуса. Валы монтируют на подшипниках качения или скольжения. Последние обычно применяют в тяжелых редукторах.
Максимальное передаточное число одноступенчатого цилиндрического редуктора (по ГОСТ 2185 - 66) Uвых = 12,5. Поэтому практически редукторы с передаточными числами, близкими к максимальным, применяют редко, ограничиваясь и < 6.
|
|
|
