Standuri pentru testarea transmisiilor cu roţi dinţate

Transmisii Mecanice

de Zoltan Korka

Standuri pentru testarea transmisiilor cu roţi dinţate

Utilizarea transmisiilor cu roţi dinţate înregistrează o îndelungată istorie și o bogată experiență, ceea ce a permis dezvoltarea unei intense activități de cercetare care a condus la metode de proiectare moderne, în mare parte standardizate și la tehnologii de execuție devenite tradiționale. Pe măsură ce științele fundamentale au pus la dispoziție cunoștințe tot mai profunde și rafinate, respectiv algoritmi performanți de sinteză optimală, proiectarea în domeniul transmisiilor prin roți dințate a evoluat prin integrarea în metodele de calcul a unui număr tot mai mare de elemente de influență (materiale, geometrie, abateri dimensionale și de formă, tratamente termice, factori cinematici, energetici, dinamici etc.).

Modelarea și simularea automată permit, în prezent, previzionarea comportării – din toate punctele de vedere a unei transmisii – în timpul funcționării.

Această etapă – a modelării și simulării – este apanajul ultimelor două, trei decenii și s-a interpus între fazele tradiționale de proiectare și testare pe standuri de încercare. Deși au virtuți incontestabile, modelarea și simularea funcționării nu poate elimina pentru orice sistem faza testării.

Testarea, cu conținutul său foarte cuprinzător – control dimensional al formei, al parametrilor cinematici, dinamici, de fiabilitate și capabilitate – răspunde obiectivului țintă al managementului oricărei activități: calitatea, respectiv raportul preț/calitate.

Și în domeniul transmisiilor cu roți dințate, calitatea, în forma sa integrală – indiferent de previziunile teoretice premergătoare – este necesar a fi testată pe standul de încercare. În ceea ce privește structura standurilor și metodele de încercare, nu există referințe larg acceptate, ceea ce indică faptul că cercetarea relativ la testare nu este încheiată definitiv, lăsând spațiu de studiu și explorare.

Standurile de încercare a transmisiilor cu roti dințate se pot clasifica după o multitudine de criterii, între care cel mai important este acela care ia în considerare configurația fluxului energetic. Acesta poate avea un traseu deschis sau închis.

1. Standuri cu flux energetic deschis

Principial, standurile cu flux energetic deschis au o schemă foarte simplă (figura 1), care include o sursa de energie ME (motor electric, hidraulic etc.), transmisia cu roți dințate T și un disipator de energie DE. Acesta poate fi o frână mecanică cu discuri sau saboți, hidraulică, pneumatică sau hidropneumatică, electrică (electromagnetică), o pompă hidraulică etc.

Caracteristica acestor tipuri de standuri este faptul că disiparea energiei se realizează sub formă de căldură, ceea ce impune, la o funcționare de anduranță, folosirea unor dispozitive suplimentare pentru răcire. De aceea, aceste standuri sunt utilizate, în general, pentru teste funcționale și mai puțin pentru încercări de durabilitate și fiabilitate sau ca standuri de rodaj.

  • Figura 1: Schema de principiu a standurilor cu flux energetic deschis

În plus, acest tip de standuri este rational utilizabil în cazul transmisiilor de putere mică și medie. La puteri mari, consumul energetic și uzarea până la distrugerea rapidă a sistemelor de disipare a energiei, constituie motive de înlăturare a standurilor cu flux deschis, ca soluție de principiu.

Totuși, pentru aplicațiile la care utilizarea lor este economică, fiabilă și rațională, standurile cu flux energetic deschis prezintă avantajul unei reproduceri relativ bune, în timpul testelor, a condițiilor reale de funcționare a transmisiilor cu roți dințate și, totodată, au un grad ridicat de universalitate.

Standurile cu flux energetic deschis se pot utiliza ca standuri pentru măsurarea randamentului transmisiei, a temperaturii de funcționare în regim nominal, a zgomotului și vibrațiilor, pentru verificarea unor condiții de montaj, ungere, etanșare, respectiv pentru identificarea zonelor subdimensionate sau cu un grad sporit de vulnerabilitate.

Deși principial, acest tip de stand are o structură aparent simplă, el prezintă câteva dezavantaje importante: consum energetic substanțial, uzare rapidă a frânelor, încălzire excesivă, modificarea caracteristicilor de încărcare în timp.

  • Figura 2. Stand cu flux energetic deschis [1]

Pentru a ilustra aplicarea tehnicii de experimentare pe standuri cu flux energetic deschis, în figura 2 este prezentată poza unui stand conceput la Universitatea „Eftimie Murgu” din Reșița și realizat la fabrica de reductoare Reșița- Renk S.A. (RRR).

Ca disipator de energie s-a folosit o pompă cu roți dințate, la care, cu ajutorul robinetului montat pe conducta de refulare s-a asigurat variația presiunii fluidului circulat, respectiv a puterii absorite de pompă.

Verificarea puterii transmise, respectiv a momentului de torsiune la arborele de intrare și la arborele de ieșire al reductorului cu roți dințate,  s-a făcut cu ajutorul unor flanșe torsiometrice tip T 10 FS produse de HBM Germania. Aceste flanșe torsiometrice permit măsurarea momentului de torsiune transmis și a turației de lucru. S-a montat câte o astfel de flanșă pe arborele de intrare, respectiv de ieșire al reductorului, culegerea datelor făcându-se cu ajutorul modulului MP 60.

Pentru izolarea transmisiei cu roți dințate, din punct de vedere al posibilelor vibrații transmise de la mașina antrenoare (motorul electric), respective mașina antrenată (pompa), s-au ales cuplaje de legătură cu benzi de cauciuc pe arborele de intrare, respectiv cu benzi de piele pe arborele de ieșire.

Aceste cuplaje au avantajul că permit de cuplarea rapidă și nu necesită o aliniere, respectiv centrare riguroasă.

2. Standuri cu flux energetic închis

Standurile cu flux energetic închis, numite și energorecuperative, conțin una, două sau mai multe transmisii de testat, montate simetric, în tot atâtea bucle mecanice energetic închise.

Circuitele energetice recuperative sunt destinate cu precădere testării sau rodării unor transmisii de putere sau a unor subansambluri din componența acestora, a căror comportare trebuie cunoscută detaliat, pentru fiecare unitate de produs.

Principalele avantaje ale standurilor de testare cu circuit închis sunt:  consumul energetic redus în raport cu necesitățile unui stand deschis cu aceeași destinație. Practic, energia introdusă în circuit trebuie să acopere numai pierderile mecanice din cuplele de frecare (angrenaje, lagăre, cuplaje etc.);  posibilitatea ca încărcarea să aibă loc după orice lege care să simuleze condițiile reale de încărcare sau să asigure încercări accelerate, de durată redusă;  eliminarea din schema cinematică a elementelor cu uzare rapidă și intensă, precum și a subansamblurilor aferente de răcire;  posibilitatea, cu ajutorul unui subansamblu mecanic simplu, de inversare a mișcării, pentru transmisiile care lucrează reversibil;  menținerea automată a \ncărcării la valorile prescrise.

În tabelul 1 este prezentată o clasificare a circuitelor închise, cu punerea în evidență a varietății constructiv-funcționale prin care acestea se pot materializa iar în figura 3 sunt ilustrate câteva scheme de circuite mecanice închise, cu reprezentarea traseelor energetice.

Principiul unui stand energorecuperativ este prezentat în figura 4. În componența sistemului intră transmisiile mecanice TM-1 și TM-2, între care are loc recircularea energiei, standul având astfel un caracter energorecuperativ. Sursa de energie exterioară SE are rolul de a acoperi numai pierderile mecanice din circuit.

 

  • Figura 3. Scheme de circuite energetice închise [3]

Închiderea circuitului, pentru recircularea energiei se poate face pe cale mecanică, electrică sau hidraulică. Sistemele cu recircularea energiei pe cale mecanică sunt mai răspândite, fiind mai simple, mai ieftine, mai fiabile și cu caracteristici reologice superioare celorlalte variante. Prezintă interes practic sistemele mecanice prevăzute cu posibilitați de tensionare în mers, cu programatoare pentru comanda automată a încărcării. În asemenea cazuri, subansamblul de tensionare are două grade de mobilitate.

 

  • TABELUL 1. Clasificarea circuitelor energetice închise

 

  • Figura 4:  Schema unui stand Energorecuperativ

Schema de principiu a unui stand cu închidere mecanică este redată în figura 5.

 

  • Figura 5. Stand energorecuperativ cu închidere mecanică

Standul conține o sursă exterioară de energie SE, două transmisii mecanice identice din punct de vedere cinematic, TM-1 și TM-2, cuplajul torsional CT, cuplajele de legătură C, arborii intermediary A, dispozitivele și aparatele de măsurare (pentru turație, moment de torsiune, temperatură, zgomot, vibrații etc.), precum și echipamentele pentru comanda încărcării. Cuplajul torsional, dispus pe tronsonul de turație ridicată al circuitului, are rolul de a crea momentul de torsiune și de a simula astfel funcționarea în sarcină a angrenajelor.

Datorită pierderilor mecanice de pe traseul fluxului energetic, încărcarea celor două transmisii nu este identică. Din acest motiv, la încercările care utilizează roți dințate-epruvete, transmisia pereche având rolul de returnare, este mai robustă sub aspect constructiv. Pe lângă varianta mecanică de închidere a circuitului, mai există și soluțiile cu închidere hidraulică sau electrică. În schema primei variante se regăsesc: un motor electric de acționare, un generator hidraulic, un motor hidraulic și roțile dințate.

În figura 6 este redat principial un stand cu circuit cu flux energetic închis pe cale electrică.

 

  • Figura 6. Stand energorecuperativ cu închidere electrică [3]

La soluția prezentată în figura 7, acționarea standului se face de la variatorul electric VE.

Pentru a adapta standul la o gamă largă de transmisii mecanice - TM, în circuit sunt prevăzute  două cutii de viteze – CV1 și CV2.

 

  • Figura 7. Stand energorecuperativ cu închidere electrică [3]

Generatorul electric de curent continuu - GCC antrenează un motor de curent continuu, a cărui turație, reglată corespunzător, face ca generatorul de curent alternativ să debiteze în rețea, închizând astfel pe cale electrică circuitul. Varianta din figura 8 utilizează în locul motorului de curent continuu și al generatorului de curent alternativ un invertor de curent, IC.

  • Figura 8. Stand energorecuperativ cu închidere electrică [3]

 


Bibliografie

1. Korka Z., Cercetări privind reducerea vibraţiilor la transmisiile cu roţi dinţate cilindrice, Teză de doctorat, Universitatea „Eftimie Murgu” din Reşiţa, 2009.

2. Korka Z.,Fiabilitate şi diagnoză, Notiţe de curs, 2016.

3. Nicoară N., Încercarea angrenajelor, Editura Orizonturi Universitare, Timişoara, 2001.

ZOLTAN-IOSIF KORKA este Lector dr. ing. habil. Universitatea „Eftimie Murgu” din Reşiţa

 

Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord