Главная

Лабораторная работа

Анализ работы ременных передач

1. Цель работы

- Закрепить теоретические знания по разделу «Ременные передачи».

- Приобрести навыки экспериментального построения кривых скольжения и КПД плоскоременной передачи.

- Освоить принципы построения эпюры распределения напряжений по длине ремня.

- Научиться определять толщину ремня для заданных условий работы.

- Выявить зависимость долговечности ремня от максимальных напряжений и предварительного натяжения ремня.

2. Теоретические положения

В ременных передачах нагрузка передается за счет сил трения, которые возникают на поверхностях обхвата шкивов натянутым ремнем. В состоянии покоя ремень нагружен предварительным натяжением F₀ необходимым для создания требуемой силы трения.

При работе передачи с нагрузкой, для преодоления момента сопротивления на ведущем шкиве, натяжение ведущей ветви должно увеличиваться до F₁>F₀ (рисунок 1), а ведомой ветви – уменьшаться до F₂<F₀. Очевидно, что F₁>F₂ и

где T₂ – рабочий момент на ведомом шкиве;

D₂ – диаметр ведомого шкива;

F_t – окружное усилие (полезная нагрузка).

Так как длина ремня не зависит от нагрузки, то изменение относительных деформаций ведущей и ведомой ветвей приближенно равны. Следовательно:

Отсюда

Основными критериями работоспособности ременных передач являются тяговая способность, определяемая силой трения между ремнем и шкивом, и долговечность. Кроме этого важной характеристикой для ременных передач является КПД.

В качестве основной характеристики тяговой способности принят коэффициент тяги

Учитывая упругое скольжение

где ε = 0,01… 0,02 коэффициент скольжения.

Работоспособность ременной передачи принято характеризовать кривыми скольжения ε и КПД (η) ременной передачи. Связь между ε и φ представлена на рисунке 1. До некоторого значения φ=φ₀, называемого критическим, наблюдается упругое скольжение ремня и зависимость между ε и φ близка к пропорциональной. При дальнейшем увеличении φ (нагрузки F_t) возникает буксование. На этом же рисунке представлена зависимость η от φ. КПД передачи растет, достигает максимума в зоне критического значения коэффициента тяги φ₀, а затем резко падает в связи с дополнительными потерями на буксование.

Рис.1. Кривые скольжения и КПД ременной передачи

3. Описание объекта исследования, приборов и инструментов

Для выполнения лабораторной работы используются: установка ДМ-35 (модернизированная) с мощностью электродвигателя 1,1 кВт и частотой вращения вала электродвигателя 930 об/мин; плоские ремни разной толщины и комплект грузов.

Схема лабораторной установки ДМ-35 изображена на рисунке 2.

Рис.2. Схема установки ДМ – 35

На выходном конце вала балансирного электродвигателя 1 насажен ведущий шкив 2 диаметром D₁, с которого движение на ведомый шкив 3 диаметром D₂ передается ремнем 4.

Электродвигатель 1 укреплен на двуплечих рычагах 5 таким образом, что он может поворачиваться относительно оси (точка О) на некоторый угол, что дает возможность легко производить натяжение ремня. Предварительное натяжение ремня осуществляется посредством грузов 6.

Для определения чисел оборотов ведущего n₁ и ведомого n₂ шкивов ременной передачи служат счетчики 7, которые одновременно включаются тумблером 8.

Все узлы установки смонтированы на массивной станине 9. Включение установки производится тумблером 10.

Усилие предварительного натяжения в ветвях ремня определяется из соотношения (см. рисунок 1)

где G – вес груза с подвеской.

Нагрузка на ведомый шкив создается одноколодочным тормозом 11 за счет прижатия тормозной колодки 12 к тормозному барабану диаметром D_T. Прижатие тормозной колодки 12 к тормозному барабану осуществляется грузами 13 через рычаг 14.

Тормозной момент T_T, развиваемый тормозом можно определить по зависимости (рисунок 1)

где f – коэффициент трения между барабаном 11 и тормозной колодкой 12;

G_T – вес груза на тормозе;

– тормозной момент, развиваемый тормозом при действии веса рычага и подвески без грузов.

В данной лабораторной работе тормозной момент T_T определяется по графику на рисунке 3 в зависимости от веса груза G_T.

Рис.3. График для определения T_T и T₀

Крутящий момент на валу электродвигателя (ведущем шкиве) равен

где T₀ – момент сил сопротивления установки, который зависит от трения в опорах, жесткости ремня и сопротивления воздуха.

Момент сил сопротивления установки T₀ определяется по графику на рисунке 3 в зависимости от тормозного момента T_T и усилия предварительного натяжения в ветвях ремня 2F₀.

4. Методика проведения исследований и обработка результатов

4.1. Замерить геометрические параметры передачи (см. рисунок 1) и занести в таблицу 1.

4.2. Используя зависимости и , подобрать грузы 6 (G) для создания в ремне напряжения от предварительного натяжения σ₀ = 1,8 МПа. Следует помнить, что вес подвески без грузов для натяжения ремней – 20 H.

4.3. Включить установку тумблером 10, плавно опустить рычаг 14, на тормозной шкив и дать передаче проработать в таком положении 20 … 40 сек., затем тумблером 8 включить счетчики 7. Через 60 … 90 сек. выключить счетчики и их показания занести в таблицу 2.

4.4. Не выключая установки, на грузовую чашу рычага 14 осторожно положить груз, G_T = 5 Н и дать передаче поработать в таком состоянии 20 … 40 сек. Выключить счетчики и их показания занести в таблицу 2.

4.5. Опыт повторить с грузами весом: 10 Н; 15 Н; 20 Н и т.д. до начала буксования.

4.6. После проведения эксперимента выключить установку тумблером 10, снять грузы 6 и 13. Выключить установку из сети.

Для каждого значения нагрузки на тормозе G_T, пользуясь графиком на рисунке 3 определить:

- тормозной момент на тормозе T_T, Н м;

- момент сил сопротивления установки T₀, Нм;

- момент на валу электродвигателя Т_д, Нм;

- коэффициент тяги.

- коэффициент скольжения

- КПД установки

Результаты расчетов занести в таблицу 2.

Таблица 1. Геометрические параметры ременной передачи

Наименование параметра	Обозначение	Размерность	Величина
Диаметр ведущего шкива Диаметр ведомого шкива Межосевое расстояние Длина ремня Толщина ремня Ширина ремня Площадь сечения ремня	D1 D2 a L δ B A	мм мм мм мм мм мм мм^2

Таблица 2. Результаты испытаний

Нагрузка на тормоз GT , H	Момент на тормозе ТТ, Нм	Момент сил сопротивления Т0, Нм	Момент на валу двигателя Тд, Нм	Числа оборотов		Коэффициент тяги φ	Коэффициент cкольжения ε , %	КПД, η, %
				ведомый шкив n2 , об/мин	ведущий шкив n1 , об/мин
вес подвески 20
20 + 5
20+10
20+15
и т.д.

По данным эксперимента построить графики зависимостей (рисунок 2):

Для наглядности выполнения графиков рекомендуется выбрать масштабный коэффициент – отношение действительной величины к длине отрезка в мм.

На графиках указать зоны: упругого скольжения, частичного буксования; полного буксования. Выделить (заштриховать) зону оптимальной работы ременной передачи. Определить по графику критическое значение коэффициента тяги _.

Определить напряжения в ремне, МПа:

- от предварительного напряжения

- напряжение в ведущей ветви

- напряжение в ведомой ветви

- полезное напряжение

- напряжение от центробежных сил

где ρ = 1,25·10³ кг/м³, плотность материала ремня

V – окружная скорость, м/сек

- напряжения изгиба на участках огибания ремнем ведущий и ведомый шкивы, соответственно:

E_u = 140 МПа, модуль упругости при изгибе,

- максимальные напряжения

Построить эпюру распределения напряжений по длине ремня.

Определить долговечность ремня L_h, час.

где = 7,5 МПа, предел временной выносливости, соответствующий базовому числу циклов нагружений N₀ = 10⁷;

- частота пробегов ремня, 1/сек

m = 6 – показатель степени кривой выносливости для плоских ремней.

Исследовать зависимости , , L_h от толщины ремня δ. Провести соответствующие вычисления и заполнить таблицу 3. Определить наиболее благоприятные условия работы передачи.

Построить графики зависимостей ; ; .

Исследовать зависимость долговечности ремня L_h от предварительного напряжения . Провести соответствующие вычисления и заполнить таблицу 4.

Построить график зависимости . Задать долговечность ремня L_h = 1000… 1500 час. Определить (выделить) максимальные напряжения по графику.

Сделать выводы по работе.

Таблица 3. Влияние толщины ремня δ на полезное напряжение , на максимальное напряжение

и долговечность ремня L_h

Толщина ремня δ, мм	Полезное напряжение , МПа	Максимальное напряжение , МПа	Долговечность ремня Lh, час
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Таблица 4 . Влияние напряжения от предварительного натяжения ремня на долговечность L_h

Вес груза G, H	Предварительное натяжение F0, H	Напряжение от предварительного натяжения , МПа	Долговечность Lh, час
30 40 50 60 70 80

5. Содержание и оформление отчета

5.1. Титульный лист.

5.2. Цель работы.

5.3. Схема лабораторной установки.

5.4. Результаты исследований: таблицы 1, 2, 3, 4; графики зависимостей:

5.5. Выводы по работе.

6. Вопросы для самоконтроля

- Как устроена ременная передача?

- Перечислите виды ременных передач.

- В чем заключаются достоинства и недостатки ременных передач?

- Геометрия и кинематика ременных передач.

- Способы натяжения ремней.

- Силы, действующие на валы от ременной передачи.

- С какой целью фактическая длина замкнутого контура ремня берется несколько меньше теоретической?

- Расскажите о принципе действия ременных передач.

- В чем заключаются критерии работоспособности ременных передач?

- Перечислите геометрические и кинематические параметры ременных передач.

- Какие возникают силы в ветвях ремня?

- Как обеспечивается сила трения между шкивами и ремнем передачи?

- Чем объясняется упругое скольжение ремня?

- Зависит ли относительное удлинение ремня от свойств материала и площади поперечного сечения ремня?

- От чего зависит величина коэффициента скольжения передачи?

- Как оценивается степень нагруженности передачи?

- Как определяется полезное напряжение в ремне?

- Обоснуйте какое напряжение в работающем ремне обуславливает его долговечность и вероятностное усталостное разрушение.

- От чего зависит величина коэффициента тяги φ?

- В чем заключаются преимущества клиноременных передач по сравнению с плоскоременными?

- Обоснуйте необходимость рациональных соотношений толщины ремня с диаметром ведущего шкива (δ/D) с точки зрения долговечности ремня.

- Объясните принцип действия лабораторной установки.

- Объясните, как создается начальное (предварительное) натяжение ремня в ременных передачах и, в частности, на лабораторной установке.

- Как рассчитать напряжение в ремне от предварительного натяжения?

- В каких пределах изменяется допустимая величина коэффициента скольжения передачи?

- Как определяется величина передаточного отношения ременной передачи?

- Какая передача, плоско- или клиноременная, обладает большим коэффициентом тяги?

- Пользуясь графиком на рисунке 2, поясните, как определяется величина крутящего момента на валу двигателя Т_д.

- Объясните почему в зоне частичного буксования КПД передачи резко падает.

- Пользуясь графиком зависимостей , определите оптимальные условия работы ременной передачи.

- Пользуясь графиками зависимостей и , определите оптимальную толщину ремня δ.

- Оцените влияние толщины ремня на максимальные напряжения и долговечность L_h.

- Как влияет диаметр ведущего шкива на величину максимального напряжения?

- Как влияет диаметр ведущего шкива на величину максимального напряжения и напряжения изгиба?

- В каких координатах строят тяговые характеристики ременных передач?

- Как определяют коэффициент тяги и что он характеризуют?

- Что характеризует критическое значение коэффициента тяги?

- Как определяют относительное скольжение ременной передачи?

- При каких типовых условиях проводят испытания ременных передач?

- Как определяют коэффициент полезного действия ременной передачи?

---

email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Теоретическая механика Сопротивление материалов

Прикладная механика Строительная механика Теория машин и механизмов

00:00:00