BUDAPESTI MŐSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Közlekedésmérnöki Kar Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki Kar Jármőelemek és Hajtások Tanszék Jármőelemek és Hajtások Tanszék Rugalmas tengelykapcsoló mérése Mérési segédlet Összeállította: Dr. Agg Géza Dr. Nyolcas Mihály Dr. Török István Budapest, 2008. október 30. Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 1/11.
1., A mérés célja A rugalmas tengelykapcsolók az erıgép nyomatékát torziós rugalmasságuk által rugalmas formában viszik át a munkagépre, így a nyomaték idıbeli lefolyása megváltozik a hajtó és hajtott gép között. A hajtásrendszerek dinamikai hangolását általában a rugalmas tengelykapcsolókkal oldják meg. A rugalmas tengelykapcsolók speciális tulajdonságai (a merev tengelykapcsolókhoz képest): - torziós rugalmasság - kiegyenlítıképesség (radiális, axiális, szög és összetett) - kritikus fordulatszám elhangolás - lengéscsillapítás. A mérés célja azon jellemzık megállapítása, amelyek a rugalmas tengelykapcsolók fenti képességeinek meghatározásához szükségesek. A tengelykapcsoló katalógusok általában nem tartalmazzák a rugalmas tengelykapcsolók statikus és dinamikus rugókarakterisztikáit, sem pedig a csillapításukat, ezért a hajtásrendszer dinamikai tervezéséhez ezeket a jellemzıket méréssel kell meghatározni. A berendezéssel mérni lehet a nyomaték függvényében a rugalmas tengelykapcsoló szögelfordulását és hımérsékletét különbözı paraméterek függvényében. 2., A mérı berendezés leírása A rugalmas tengelykapcsoló vizsgáló berendezés elrendezését mutatja az 1. ábra felülnézetben. 1. ábra Rugalmas tengelykapcsoló vizsgáló berendezés vázlata Az 1 tachogenerátorral felszerelt változtatható fordulatszámú 2 egyenáramú villamos motor a 3 rugalmas tengelykapcsolón keresztül forgatja meg a 4 hajtótárcsát, amelyen különbözı sugarak mentét menetes furatok vannak elhelyezve. A hajtótárcsa furatiba helyezett csap mozgásba hozza az 5 hajtórudat, amely lengımozgást végez. A Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 2/ 11
lengımozgás átadódik a 6 hajtó tengelyre. A 7 vizsgálandó rugalmas tengelykapcsolót tömör tengely köti össze a 8 nyomatékmérıvel. A berendezés végén elhelyezkedı 9 kar a névleges nyomaték elıfeszítéssel történı beállítására szolgál. A hajtókart a 10 rögzítı kengyellel a berendezés vázához lehet mereven rögzíteni (statikus méréshez). A berendezéshez felhasznált mérımőszerek: induktív útadó, nyomatékmérı, oszcilloszkóp, tachogenerátor és termisztor. 1. foto A rugalmas tengelykapcsoló vizsgáló berendezés felülnézetben 2. foto A berendezés és mőszerei felülnézetben Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 3/ 11
3. foto A rugalmas tengelykapcsoló vizsgáló berendezés elölnézetben 4. foto Mőszerek elölnézetben Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 4/ 11
5. foto A rugalmas tengelykapcsoló vizsgáló berendezés oldalnézetben (jobbról) 6. foto A rugalmas tengelykapcsoló vizsgáló berendezés oldalnézetben (balról) Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 5/ 11
7. foto Villanymotor a meghajtó tárcsával 8. foto A vizsgált Poligon - típusú rugalmas tengelykapcsoló Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 6/ 11
3., Elméleti háttér Egy progresszív rugókarakterisztikájú rugalmas tengelykapcsoló dinamikus terhelési képét mutatja egy munkapontban a 2. ábra. A névleges nyomatékhoz (Tnévl) hozzáadódik a dinamikus terhelésbıl származó járulékos nyomaték (Tj). A névleges szögelforduláshoz hozzáadódik a relatív szögelfordulás ( φ = delta fí). Statikus terhelés esetén a torziós rugómerevséget (s) a munkaponthoz húzott érintı meredeksége mutatja ( βstat), dinamikus terhelés esetén a dinamikus torziós rugómerevséget (s ) pedig a csillapítási ellipszis nagytengelyének meredeksége (βdin) mutatja. A statikus és a dinamikus rugómerevség fém rugóelem esetén lényegében megegyezik egymással, gumi rugóelem esetén pedig különbözı. A rugó csillapítása függ a névleges nyomaték értékétıl, a nyomaték lengés amplitúdójától, a névleges szögelfordulástól, a relatív szögelfordulástól, a terhelés frekvenciájától és az üzemi hımérséklettıl. 2. ábra Rugalmas tengelykapcsoló terhelési képe Amennyiben a rugalmas tengelykapcsoló anyaga, vagy szerkezeti kialakítása következtében belsı csillapítással rendelkezik, akkor a tengelykapcsoló szögelfordulás nyomaték ábráját a 3. ábra mutatja. Ezt a képet csillapítási ellipszisnek hívjuk. 3. ábra Szögelfordulás Nyomaték ábra (Csillapítási ellipszis) Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 7/ 11
Az ábrán a vízszintesen vonalkázott terület a rugóba bevezetett potenciális energiát jelöli (WR), a függılegesen vonalkázott terület pedig a csillapítási energiát jelöli (WC). A relatív csillapítás ( Ψ = pszí ) a csillapítási energia (energia veszteség) és a rugóba bevezetett potenciális energia arányát mutatja meg: Ψ = WC/WR A hajtó és hajtott gép az ıket összekötı tengelyekkel és a rugalmas tengelykapcsolóval együtt kéttömegő lengırendszert alkot. A kéttömegő lengırendszer modelljét mutatja be a 4. ábra. 4. ábra A kéttömegő lengırendszer modellje Az ábrán a T1 a hajtó gépen, a T2 a hajtott gépen jelentkezı csavaró nyomaték, a Θ1 a hajtó gép, a Θ2 a hajtott gép tehetetlenségi nyomatéka, s a torziós rugómerevség, Ψ pedig a rugalmas tengelykapcsoló relatív csillapítása. A kéttömegő lengırendszer saját körfrekvenciája: Θ1 + Θ α = s' Θ Θ 1 2 2 A rugalmas tengelykapcsolók fontos jellemzıje a rezonanciatényezı (ν = nő ) és az ebbıl megrajzolható rezonanciafüggvény. A függvény azt mutatja meg, hogy a hajtó oldalon jelentkezı egységnyi jel (rezgés) hatására a hajtott oldalon mekkora kimenı jel (rezgés) keletkezik. Az 5. ábrán látható az ún. rezonanciafüggvény. Az ábrán: Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 8/ 11
- i a rendszám, amely azt jelenti, hogy a lengés hány szinusz hulláma jut egy teljes körülfordulásnak megfelelı idıtartamra - ω a rendszer pillanatnyi szögsebessége. Az 5. ábra Rezonanciafüggvény i ω / α = n / nkr ahol az nkr a forgó rendszer kritikus fordulatszámát jelenti. Az ábrán vonalkázott rész a rendszer rezonancia sávját jelöli. A 6. ábra is a rezonanciafüggvényt ábrázolja különbözı csillapítások esetében. Minél nagyobb a csillapítás mértéke, annál kisebb a rezonanciatényezı maximális értéke (νmax). Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 9/ 11
6. ábra Rezonanciafüggvény különbözı csillapítással A dinamikus hatásnak kitett tengelykapcsolót terhelı maximális nyomaték: Tmax = Tnévl + Ti Θ2 ν Θ1+ Θ2 ahol a Ti a tengelykapcsolót terhelı változó nyomaték amplitúdója. Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 10/ 11
4., Mérendı és meghatározandó paraméterek 4.1. Tengelykapcsoló relatív szögelfordulása a hajtó és a hajtott oldal között ( φ) 4.2. Tengelykapcsolót terhelı csavaró nyomaték (T) 4.3. Tengelykapcsoló statikus torziós rugómerevsége (s) 4.4 Tengelykapcsoló dinamikus rugómerevség (s ) 4.5 Tengelykapcsoló relatív csillapítása kijelölt munkapontokban (Ψ) 4.6 Tengelykapcsoló melegedése ( t) 5., Felhasznált és ajánlott irodalom 1. Dr. Kabai Imre: Gépelemek I., II. 2. Dr. Zyáry Árpád. Gépelemek I. 3. Dr. Ludvig Gyızı: Gépek dinamikája 4. Herczeg István: Szerkesztési atlasz 5. Dr. Szendrı Péter (szerk.): Gépelemek BSc. Rugalmas tengelykapcsoló mérése. Mérési segédlet. 11/ 11