G01L3 / 26 - пристрої для вимірювання механічного коефіцієнта корисної дії (ККД)
Власники патенту RU 2383876:
ФГТУ ВПО "Нижегородська державна сільськогосподарська академія" (НГСХА) (RU)
Винахід відноситься до машинобудування і може бути використано при експериментальному дослідженні зубчастих передач. Спосіб визначення коефіцієнта корисної дії (ККД) зубчастої передачі полягає в тому, що використовують пристрій, який містить фізичний маятник, повзун і вимірювальну лінійку. При цьому по вертикальному положенню фізичного маятника встановлюють повзун в початкове положення, фізичний маятник відхиляють на фіксований кут і приводять його в рух під дією сили тяжіння з забезпеченням удару фізичного маятника по повзуна, переміщення повзуна фіксують на вимірювальної лінійці, забезпечуючи тарировки шкали вимірювань, потім фізичний маятник приєднують в валу ведучого колеса випробуваної зубчастої передачі, повзун встановлюють в початкове положення, фізичний маятник відхиляють на той же кут, що і на етапі тарировки шкали вимірювань, провертають вал ведучого колеса випробуваної зубчастої передачі за рахунок сили тяжіння фізичного маятника з забезпеченням удару фізичного маятника по повзуна, вимірюють переміщення повзуна, після чого за результатами зазначених вимірювань визначають значення ККД випробуваної зубчастої передачі. Технічним результатом є спрощення обладнання для проведення випробувань. 2 мул.
Винахід відноситься до машинобудування і може бути використано при експериментальному дослідженні зубчастих передач. Заявлений спосіб може бути також застосований при дослідженні фрикційних, важільних і інших передач.
Відомий спосіб визначення ККД передавальних механізмів, що полягає в тому, що приводять в обертання вхідний вал випробуваного передавального механізму і вимірюють на ньому крутний момент при різному навантаженні. Далі по виміряним величинам розраховують значення ККД [Авт. свид. СРСР №354300, кл. G01L 3/26. 1970 р].
Недоліком даного способу є те, що він вимагає складного обладнання.
Найбільш близьким за технічною сутністю є спосіб визначення ККД передавальних механізмів, що містить в тому, що приводять в обертання вхідний вал випробуваного передавального механізму і вимірюють на ньому крутний момент спочатку на холостому ходу, а потім з підключеним до вихідного валу випробуваного передавального механізму вихідним валом однотипного передавального механізму, до вхідного валу якого прикладено відомий навантажувальний момент, при другому вимірі послідовно встановлюють два різних значення відомого нагрузоч ного моменту, а ККД визначають з функціональної залежності [Авт. свид. СРСР №1165902, кл. G01L 3/26. 1985 р].
Недоліком даного способу є те, що для реалізації даного методу необхідно застосування складного обладнання.
Завданням цього винаходу є спрощення необхідного для проведення експерименту обладнання.
Технічний результат: спрощення необхідного для проведення випробувань обладнання.
Зазначений результат досягається тим, що встановлюють емпіричну залежність між ККД зубчастої передачі і величиною переміщення повзуна, для цього попередньо вимірюють переміщення повзуна під дією сили удару фізичного маятника, потім при тих же умовах переміщення повзуна під дією сили удару фізичного маятника, приєднаного до випробуваної зубчастої передачі , і за результатами вимірювань визначають значення ККД зубчастої передачі.
Спосіб здійснюють наступним чином. Момент рушійних сил визначається динамічними властивостями фізичного маятника:
де mм - маса фізичного маятника;
g - прискорення вільного падіння;
ls - відстань від центру мас фізичного маятника до його миттєвого центру швидкостей;
φ - кут відхилення фізичного маятника.
Потенційна енергія маси фізичного маятника в ідеальній передачі витрачається на роботу сил тертя повзуна на горизонтальній поверхні.
У випробуваної зубчастої передачі потенційна енергія маси фізичного маятника витрачається на роботу сил тертя ковзання і кочення зубчастої передачі, сил тертя в підшипниках валів і сил тертя повзуна на горизонтальній поверхні.
ККД випробуваної зубчастої передачі:
де А∂ - робота рушійних сил;
Аmр - робота сил тертя.
де h = l-lcosφ - перевищення центру мас фізичного маятника на початку його руху над центром удару по повзуна;
m - маса повзуна;
f - коефіцієнт тертя ковзання повзуна;
- переміщення повзуна під дією сили удару фізичного маятника, що характеризує А∂.
де Sn - переміщення повзуна під дією сили удару фізичного маятника, що характеризує (А∂ -Аmр).
Після підстановки формул (2), (3) в (1):
Таким чином, повзун може використовуватися як індикатор величини ККД випробуваної зубчастої передачі, де шкалою вимірювання є вимірювальна лінійка.
Практична реалізація заявленого способу передбачає побудову одномассной динамічної моделі ідеальної передачі. При цьому рівняння руху ідеальної передачі, що включає в себе фізичний маятник, замінюють рівнянням руху однієї точки. В якості точки приведення приймають центр мас фізичного маятника. Для того щоб рівняння руху ідеальної передачі, що включає в себе фізичний маятник, і рівняння руху одномассной динамічної моделі ідеальної передачі були тотожними необхідно і достатньо, щоб виконувалися умови:
де mn - приведена маса;
νS8 - лінійна швидкість центру мас фізичного маятника;
Ti - кінетична енергія ланки i досліджуваної зубчастої передачі, що включає в себе фізичний маятник;
Fn - приведена сила;
S - переміщення точки приведення під дією наведеної сили;
Аk - робота k-й сили.
З рівняння (4) випливає:
де I04 - центральний момент інерції вхідного вала;
I05 - центральний момент інерції вихідного вала;
I06 - центральний момент інерції ведучого зубчастого колеса;
I07 - центральний момент інерції веденого зубчастого колеса;
Iм - центральний момент інерції фізичного маятника;
U76 - передавальне відношення від вихідної ланки до вхідного.
З рівняння (6) випливає, що в даному випадку приведена маса М n залишається величиною постійною при будь-якому значенні узагальненої координати незважаючи на те, що в загальному випадку ця величина змінна.
Таким чином, практична реалізація одномассной динамічної моделі ідеальної передачі, що включає в себе фізичний маятник, можлива за допомогою фізичного маятника масою mn. довжина якого і кут відхилення визначаються з рівняння (5). Беручи кут відхилення фізичного маятника рівним куту відхилення фізичного маятника масою mn і роботу зовнішніх сил дорівнює потенційної енергії маси фізичного маятника відповідно до закону збереження енергії:
де l - відстань від точки приведення до точки підвісу фізичного маятника масою mn.
Спосіб може бути проілюстрований наступним чином. На фіг.1 - модель ідеальної передачі з вимірювальним пристроєм, на фіг.2 - випробувана левередж з вимірювальним пристроєм.
Модель ідеальної передачі являє собою фізичний маятник 1. Вимірювальний пристрій включає в себе повзун 2 і вимірювальну лінійку 3. Випробувана левередж складається з вхідного вала 4, вихідного валу 5, ведучого зубчастого колеса 6 і веденого зубчастого колеса 7, фізичного маятника 8.
Реалізація заявленого способу складається з 3-х етапів:
1) проведення підготовчих операцій;
2) проведення тарировки шкали вимірювань ККД;
3) проведення випробувань і визначення ККД випробуваної зубчастої передачі.
Підготовчі операції полягають в наступному. Для кожної деталі випробуваної зубчастої передачі, а також для фізичного маятника визначають центральні моменти інерції відомими способами [Юденич В.В. Лабораторні роботи по теорії механізмів і машин. - М. Вища школа, 1962]. За формулами (6) і (7) визначають масу вантажу mn і відстань l від точки приведення до точки підвісу фізичного маятника 1.
Таріровка шкали вимірювань ККД зубчастої передачі полягає в наступному (Фиг.1). За вертикального положення фізичного маятника 1 повзун 2 встановлюють в початкове положення. Фізичний маятник 1 відхиляють на фіксований кут φ і під дією сили тяжіння приводять його в рух. Під дією сили удару фізичного маятника 1 по повзуна 2 останній переміщається на величину. Це переміщення відзначають на вимірювальної лінійці 3 одиницею і адаптують ціну поділки міліметрової шкали до вимірюваній величині ККД зубчастої передачі:
де Ц - ціна ділення шкали вимірювань при безпосередньому вимірі ККД зубчастої передачі.
Перед проведенням випробувань встановлюють вхідний вал 4, вихідний вал 5, провідне колесо 6 і ведене колесо 7. На вхідний вал 6 встановлюють фізичний маятник 8. При початковому положенні повзуна 2 і при відхиленні фізичного маятника 8 на той же кут φ, що і при тарировке , під дією сили тяжіння фізичного маятника 8 провертають вхідний вал 4 випробуваної зубчастої передачі. Залежно від переміщення Sn повзуна 2 під дією сили удару фізичного маятника 8 визначають ККД випробуваної зубчастої передачі (Фиг.2).
Необхідна точність вимірювань при практичній реалізації заявленого способу досягається зміною динамічних властивостей фізичного маятника і повзуна.
Заявлений спосіб визначення коефіцієнта корисної дії зубчастої передачі на відміну від прототипу не вимагає складного обладнання, необхідного для проведення експерименту.
Спосіб визначення коефіцієнта корисної дії (ККД) зубчастої передачі, що полягає в тому, що використовують пристрій, що містить фізичний маятник, повзун і вимірювальну лінійку, при цьому по вертикальному положенню фізичного маятника встановлюють повзун в початкове положення, фізичний маятник відхиляють на фіксований кут і приводять його в рух під дією сили тяжіння з забезпеченням удару фізичного маятника по повзуна, переміщення повзуна фіксують на вимірювальної лінійці, забезпечуючи тарировки шкали виміряно ий, потім фізичний маятник приєднують в валу ведучого колеса випробуваної зубчастої передачі, повзун встановлюють в початкове положення, фізичний маятник відхиляють на той же кут, що й на етапі тарировки шкали вимірювань, провертають вал ведучого колеса випробуваної зубчастої передачі за рахунок сили тяжіння фізичного маятника з забезпеченням удару фізичного маятника по повзуна, вимірюють переміщення повзуна, після чого за результатами зазначених вимірювань визначають значення ККД випробуваної зубчастої передачі.